本发明公开了一种工程机械专用控制器的模拟量输入电路，其中，包括一个电压-电流转换电路和一个模拟量电压输入电路，所述电压-电流转换电路为一个电流串联负反馈放大器电路，所述模拟量电压输入电路包括依次连接的第一RC滤波电路，同相放大电路和隔离电路，所述第一RC滤波电路输入接所述电压-电流转换电路的电流输出端，所述隔离电路输出至控制单元的A/D采样端口。本发明模拟量电阻输入电路具有抗干扰能力强、可靠性高、兼容性好、应用灵活、操作方便等特点，能够适应恶劣的现场环境，适用于工程机械设备的控制电路中。
1.一种工程机械专用控制器的模拟量输入电路，其特征在于，包括一个电压-电流转换电路和一个模拟量电压输入电路，所述电压-电流转换电路为一个电流串联负反馈放大器电路，所述模拟量电压输入电路包括依次连接的第一RC滤波电路，同相放大电路和隔离电路，所述第一RC滤波电路输入接所述电压-电流转换电路的电流输出端，所述隔离电路输出至控制单元的A/D采样端口；所述同相放大电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的反相输入端通过电阻R2408接地，所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间串接有电阻R2407，所述第二运算放大器与工作电压V2402之间串接有由电阻R2104和电容C2103构成的第三RC滤波电路，所述第二运算放大器的正相输入端通过电阻R2102接地。
2.如权利要求1所述的模拟量输入电路，其特征在于，所述电压-电流转换电路将
0-5V直流电压信号线性地转换成0-10mA的电流信号。
3.如权利要求2所述的模拟量输入电路，其特征在于，所述电压-电流转换电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器与工作电压V2401之间串接有由R2103和C2102构成的第二RC滤波电路，所述第一运算放大器的反相输入端接电阻R2403后接地，所述第一运算放大器的正相输入端通过电阻R2401接Vin，所述第一运算放大器的正相输入端与负载电阻R之间串接有电阻R2402，所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间串接电阻R2404，所述第一运算放大器的输出端通过电阻R2405连接负载电阻R的一端，所述负载电阻R与所述电阻R2403的接地端之间还串接有稳压二极管Z2101。
4.如权利要求1所述的模拟量输入电路，其特征在于，所述第一RC滤波电路由电阻R2101和电容C2101构成。
5.如权利要求1所述的模拟量输入电路，其特征在于，所述隔离电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的正相输入端与所述第二运算放大器的输出端之间串接有电阻R2701，所述第三运算放大器与工作电压V2403之间串接有由电阻R2105和电容C2101构成的第四RC滤波电路，所述第三运算放大器的反相输入端通过电阻R2702与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的输出端还连接有由电阻R2703和电容C2104构成的第五RC滤波电路。
6.如权利要求3所述的模拟量输入电路，其特征在于，所述负载电阻R的变化范围为
7.一种工程机械专用控制器的模拟量输入电路，其特征在于，包括一个电阻测量电桥和一个差分放大器电路，所述电阻测量电桥包括电阻R2401，电阻R2402和电阻R2403，所述电阻R2402和所述电阻R2403串接后接地，所述电阻2401和负载电阻R串接后接地，所述电阻测量电桥和电源V之间串接一个由电阻R2101和电容C2101构成的第一RC滤波电路；所述差分放大器电路包括一个运算放大器，所述运算放大器的正相输入端通过电阻R2103接地，所述运算放大器的反相输入端通过由电阻R2405和电容C2104构成的第二RC滤波电路连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器与电源V2401之间串接有由电阻R2104和电容C2103构成第三RC滤波电路，所述运算放大器的正相输入端通过由电阻R2102和电容C2102构成的第四RC电路与所述电阻测量电桥连接，所述运算放大器的反相输入端通过电阻R2404与所述电阻测量电桥连接。
8.如权利要求7所述的工程机械专用控制器的模拟量输入电路，其特征在于，所述电阻R2102电阻值与所述电阻R2404电阻值相等，所述电阻R2103电阻值与所述电阻R2405电阻值相等，所述电阻R2102与所述电阻R2103的电阻值之和远远大于所述电阻R2401电阻值。
一种工程机械专用控制器的模拟量输入电路
技术领域
[0001] 本发明涉及一种输入电路，尤其涉及一种工程机械专用控制器的模拟量输入电路。
背景技术
[0002] 目前我国工程机械行业自动化领域控制设备中，控制器信号除了常见的模拟量电压输入信号、电流输入信号，还有电阻输入型的模拟量输入信号。而模拟量输入（采样）电路普遍存在的问题：1）对模拟量信号的采集电路设计较为简单，缺少隔离设计，通道少难以满足工程机械控制系统采集点较多的需要；2）工程机械现场又存在信号干扰大，会造成模拟量信号采集误差大，信号失真，给控制系统整体造成影响，不能满足高精度模拟量信号采集的要求；3）工程机械设备中一些传感器信号是以电阻输入方式存在。
[0003] 目前市场上在工程机械控制设备上对模拟量电阻输入电路的研究较少，模拟量输入电路专利研究主要集中在采样接口通道数量，采样精度，和抗干扰性能等方面。对模拟量输入电路设计，在电路采样隔离电路方面大多采用光耦隔离方式，当用光电耦合器来隔离输入输出通道时，必须对所有的信号（包括数字信号、控制信号、状态信号）全部隔离，使得被隔离的两边没有任何电器上的联系，否则这种隔离是没有任何意义的。
发明内容
[0004] 针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种工程机械专用控制器的模拟量输入电路，能够有效保护采集电路，扩大模拟量数据采集范围，具有应用灵活，使用方便，成本低廉的特点。
[0005] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
[0006] 一种工程机械专用控制器的模拟量输入电路，其中，包括一个电压-电流转换电路和一个模拟量电压输入电路，所述电压-电流转换电路为一个电流串联负反馈放大器电路，所述模拟量电压输入电路包括依次连接的第一RC滤波电路，同相放大电路和隔离电路，所述第一RC滤波电路输入接所述电压-电流转换电路的电流输出端，所述隔离电路输出至控制单元的A/D采样端口。
[0007] 在本发明的另一个实施例中，所述电压-电流转换电路将0-5V直流电压信号线性地转换成0-10mA的电流信号。
[0008] 在本发明的另一个实施例中，所述电压-电流转换电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器与工作电压V2401之间串接有由R2103和C2102构成的第二RC滤波电路，所述第一运算放大器的反相输入端接电阻R2403后接地，所述第一运算放大器的正相输入端通过电阻R2401接Vin，所述第一运算放大器的正相输入端与负载电阻R之间串接有电阻R2402，所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间串接电阻R2404，所述第一运算放大器的输出端通过电阻R2405连接负载电阻R的一端，所述负载电阻R与所述电阻R2403的接地端之间还串接有稳压二极管Z2101。
[0009] 在本发明的另一个实施例中，所述第一RC滤波电路由电阻R2101和电容C2101构成。
[0010] 在本发明的另一个实施例中，所述同相放大电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的反相输入端通过电阻R2408接地，所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间串接有电阻R2407，所述第二运算放大器与工作电压V2402之间串接有由电阻R2104和电容C2103构成的第三RC滤波电路，所述第二运算放大器的正相输入端通过电阻R2102接地。
[0011] 在本发明的另一个实施例中，所述隔离电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的正相输入端与所述第二运算放大器的输出端之间串接有电阻R2701，所述第三运算放大器与工作电压V2403之间串接有由电阻R2105和电容C2101构成的第四RC滤波电路，所述第三运算放大器的反相输入端通过电阻R2702与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的输出端还连接有由电阻R2703和电容C2104构成的第五RC滤波电路。
[0012] 在本发明的另一个实施例中，所述负载电阻R的变化范围为0-130Ω。
[0013] 本发明一种工程机械专用控制器的模拟量输入电路的另一个技术方案为：包括一个电阻测量电桥和一个差分放大器电路，所述电阻测量电桥包括电阻R2401，电阻R2402和电阻R2403，所述电阻R2402和所述电阻R2403串接后接地，所述电阻2401和负载电阻R串接后接地，所述电阻测量电桥和电源V之间串接一个由电阻R2101和电容C2101构成的第一RC滤波电路；所述差分放大器电路包括一个运算放大器，所述运算放大器的正相输入端通过电阻R2103接地，所述运算放大器的反相输入端通过由电阻R2405和电容C2104构成的第二RC滤波电路连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器与电源V2401之间串接有由电阻R2104和电容C2103构成第三RC滤波电路，所述运算放大器的正相输入端通过由电阻R2102和电容C2102构成的第四RC电路与所述电阻测量电桥连接，所述运算放大器的反相输入端通过电阻R2404与所述电阻测量电桥连接。
[0014] 在本发明的另一个实施例中，所述电阻R2102电阻值与所述电阻R2404电阻值相等，所述电阻R2103电阻值与所述电阻R2405电阻值相等，所述电阻R2102与所述电阻R2103的电阻值之和远远大于所述电阻R2401电阻值。
[0015] 与已有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0016] 本发明设计中的模拟量电阻输入电路，输入电路输入端采用高阻保护模式，及电阻电容构成的滤波电路，带一定输入阻抗的隔离电路，可以有效防止大干扰信号涌入，提高信号采集抗干扰性；输入电路可以通过调整同相放大电路的放大倍数来改变采样电阻的范围，还可以通过调节恒流源电路输出电流的大小来满足模拟量电阻输入范围可调，测量精度在25℃为0.5%×满量程。
附图说明
[0017] 图1是本发明工程机械专用控制器的模拟量输入电路的一个实施例的电路图；
[0018] 图2是本发明工程机械专用控制器的模拟量输入电路的另一个实施例的电路图。
具体实施方式
[0019] 下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。
[0020] 本发明的模拟量输入电路是基于DSP（型号为TMS320F2812）主控制芯片的控制器电路中的一部分，整个控制器电路还包括其他部分：开关量输入，模拟量D/A输出电路，电源电路，存储模块以及通讯单元部分组成。基于DSP控制单元的控制器电路，可以提供16路模拟量输入接口，极大的丰富了接口资源。
[0021] 图1示出了本发明工程机械专用控制器的模拟量输入电路的一个实施例的电路图，如图所示，本电路包括一个电压-电流转换电路和一个模拟量电压输入电路，电压-电流转换电路为一个电流串联负反馈放大器电路，模拟量电压输入电路包括依次连接的第一RC滤波电路，同相放大电路和隔离电路，第一RC滤波电路输入接电压-电流转换电路的电流输出端，隔离电路输出至控制单元的A/D采样端口。
[0022] 其中，电压-电流转换电路包括第一运算放大器，第一运算放大器与工作电压V2401之间串接有由R2103和C2102构成的第二RC滤波电路，第一运算放大器的反相输入端接电阻R2403后接地，第一运算放大器的正相输入端通过电阻R2401接Vin，第一运算放大器的正相输入端与负载电阻R之间串接有电阻R2402，第一运算放大器的反相输入端与输出端之间串接电阻R2404，第一运算放大器的输出端通过电阻R2405连接负载电阻R的一端，负载电阻R与电阻R2403的接地端之间还串接有稳压二极管Z2101。优选地，第一RC滤波电路由电阻R2101和电容C2101构成。
[0023] 同相放大电路包括第二运算放大器，第二运算放大器的反相输入端通过电阻R2408接地，第二运算放大器的反相输入端和输出端之间串接有电阻R2407，第二运算放大器与工作电压V2402之间串接有由电阻R2104和电容C2103构成的第三RC滤波电路，第二运算放大器的正相输入端通过电阻R2102接地。
[0024] 隔离电路包括第三运算放大器，第三运算放大器的正相输入端与第二运算放大器的输出端之间串接有电阻R2701，第三运算放大器与工作电压V2403之间串接有由电阻R2105和电容C2101构成的第四RC滤波电路，第三运算放大器的反相输入端通过电阻R2702与第三运算放大器的输出端连接，第三运算放大器的输出端还连接有由电阻R2703和电容C2104构成的第五RC滤波电路。其中，负载电阻R的变化范围为0-130Ω。
[0025] 本电路前级为一个电压-电流变换电路，放大电路中引入电流串联负反馈，可以实现电压-电流的转换，能将0-5V的直流电压信号线性地转换成0-10mA的电流信号，输出电流的大小可通过下式计算：I=Vin/R2405。实际应用中需要将负载电阻R有接地端，从物理概念上看，电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。当满足R2404/R2403=R2402/R2401时，因负载R减小引起的I的增大约等于因正反馈作用引起的I的减小，即正好抵消，因为I成为Vin的受控源，以完成电压-电流的转换。
[0026] 将电阻型传感器信号接入电流输出端，可以得到传感器上的电压值。电路后半部分为一模拟量电压输入电路，传感器电阻模拟量信号经恒流源电路作用得到电压信号经过R2101和C2101构成的RC滤波电路，将采集到的信号进行处理，送入后面一端构成的同相放大电路，再经过一级跟随器构成的隔离电路将信号送入控制单元的A/D采样端口。
[0027] 基于DSP（此处DSP的型号为TMS320F2812）的主控制电路提供了16路A/D采样通道，可以同时满足16模拟量信号的输入，大大提高了控制接口数量。如果配合两控制芯片的控制器系统，能够得到32路的模拟量采集通道。为工程机械设备提供了一种高可靠性及多通道同时模拟量采集的需求，可以同时对机械设备中的油位、压力、温度及行走动作控制的模拟量信号采集处理，提高了控制系统的性能。由于本发明的都是工业级元器件，可适应的稳定范围为-30～70℃，能够在较为恶劣的环境下工作，适合长距离测量。本发明输入电路输入端采用高阻保护模式，及电阻电容构成的滤波电路，带一定输入阻抗的隔离电路，可以有效的防止大干扰信号涌入，具有较强的抗干扰性能。另外，本发明高精度模拟量输入信号采样，测量精度在25℃为0.5%×满量程。
[0028] 在一个变化例中，如图2所示，本发明模拟量输入电路包括一个电阻测量电桥和一个差分放大器电路，电阻测量电桥包括电阻R2401，电阻R2402和电阻R2403，电阻R2402和电阻R2403串接后接地，电阻2401和负载电阻R串接后接地，电阻测量电桥和电源V之间串接一个由电阻R2101和电容C2101构成的第一RC滤波电路。差分放大器电路包括一个运算放大器，运算放大器的正相输入端通过电阻R2103接地，运算放大器的反相输入端通过由电阻R2405和电容C2104构成的第二RC滤波电路连接运算放大器的输出端，运算放大器与电源V2401之间串接有由电阻R2104和电容C2103构成第三RC滤波电路，运算放大器的正相输入端通过由电阻R2102和电容C2102构成的第四RC电路与电阻测量电桥连接，运算放大器的反相输入端通过电阻R2404与电阻测量电桥连接。
[0029] 本实施例中，为使差分放大器输入电流平衡，要求R2102=R2404，R2103=R2405，而(R2102+R2103)>>R2401。由于本实施例中的运算放大器单电源工作，在电阻的变化范围内，运算放大器的正相输入要永远大于反相输入，不过本实施例中的测量电桥能克服电压信号源V大部分波动，但不能彻底清除，只适合短距离测量。
[0030] 现场应用表明，本发明模拟量电阻输入电路具有抗干扰能力强、可靠性高、兼容性好、应用灵活、操作方便等特点，能够适应恶劣的现场环境，适用于工程机械设备的控制电路中。
[0031] 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
