一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统的制作方法

1.本实用新型涉及通讯电路设备技术领域，具体涉及一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统。

背景技术：

2.市场上的模拟量隔离的电路在实际应用时，存在如下问题：一是，传统的模拟量隔离芯片的外围电路集成度高但是价格成本高；二是，传统的模拟量隔离芯片价格成本不高时，但是其外围电路复杂，最后造成产成品的成本上涨，同样导致最终的产品销售价格高，不利于市场竞争。三是，市面上模拟量直接隔离芯片型号比较少，且综合考虑性价比以及后期的产品成本，导致较难选择到合适的芯片。

技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统。
4.本实用新型所述的一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统，包括模拟量隔离前部分、光耦/数字隔离芯片和模拟量隔离后部分；所述模拟量隔离前部分与模拟量隔离后部分通过光耦/数字隔离芯片相连。
5.进一步地，所述模拟量隔离前部分包括模拟量输入单元、放大电路单元、微控制单元一；所述模拟量输入单元通过放大电路单元与微控制单元的adc端口相连；所述微控制单元一的usart/tx端口与光耦/数字隔离芯片左侧的1号端口相连；所述光耦/数字隔离芯片左侧的0号端口与微控制单元一的usart/rx端口相连；
6.进一步地，所述模拟量隔离后部分包括微控制单元二和控制部分单元；所述微控制单元二的usart/tx端口与光耦/数字隔离芯片右侧的1号端口相连；所述光耦/数字隔离芯片左侧的0号端口与微控制单元二的usart/rx端口相连；所述微控制单元二与控制部分单元相连。
7.进一步地，所述模拟量隔离前部分包括模拟量放大电路、mcu模拟采集电路、控制子电路一和控制子电路二；
8.所述模拟量放大电路包括放大器b，放大器b的5脚与电阻r1串联，电阻r1与in_v+端相连；放大器b的7脚与v_cov_v端相边中；电容c1一端与放大器b的7脚并联，另一端与iso_g端相连；二极管d1一端与iso_3v3端相连，另一端与放大器b的7脚并联；二极管d2一端与放大器b的7脚并联，另一端并联在电容c1上；电阻r3与电容c2串联后与放大器b的5脚并联；电阻r2并联在电阻1、电阻r3之间；
9.所述mcu模拟采集电路包括u3芯片单元，u3芯片单元的第8-11脚分别与str端、srx端、v_cov_v端、ma_cov_v端相连；u3芯片单元的第19-20脚分别与swdio端、swclk端相连；u3芯片单元的第16并联在第5脚上，电容c11、c12、c13、c14并联在u3芯片单元的第5脚上；u3芯片单元的第15脚接iso_g端；u3芯片单元的第2-3脚分别与osc_in端、osc_out端相连；u3芯
片单元的第1脚与电阻r6串联，第4脚与电容c6串联，电阻r7与电容c6并联；
10.所述控制子电路一包括晶振x2，晶振x2的1脚与osc_in端相连，3脚与osc_out端相连，电容c16并联在osc_out端与晶振x2的4脚之间；电容c18并联在osc_in端与晶振x2的2脚之间；
11.所述控制子电路二包括调试接口p2，调试接口p2的1-4脚分别与iso_3v3端、iso_g端、swdio端、swclk端相连。
12.进一步地，所述光耦/数字隔离芯片包括通讯隔离控制电路，通讯隔离控制电路包括u4芯片单元，u4芯片单元的1-4脚分别与iso_3v3端、srx端、stx端、iso_g、端相连；电容c4一端并联在u4芯片单元的1脚，电容c4另一端与iso_g端相连；所述u4芯片单元的5脚接地，u4芯片单元6-8脚分别与rx端、tx端、3v3端相连；电容c5并联在u4芯片单元8脚上,电容c5的另一端接地。
13.进一步地，所述模拟量隔离后部分包括隔离侧mcu通讯控制电路、控制子电路三、控制子电路四；
14.所述隔离侧mcu通讯控制电路包括u2芯片单元，u2芯片单元的第8、9、19、20脚分别与tx端、rx端、dio端、clk端相连；电容c7、c8、c9、c10分别并联在u2芯片单元第5脚上，电容c7与3v3端相连；u2芯片单元的2、3脚分别与in端、out端相连；u2芯片单元的第1脚与电阻r4串联；u2芯片单元的第3脚与电容c3串联；电阻r5一端与电容c3并联，电阻r5另一端与3v3端相连；
15.所述控制子电路三包括晶振x1，晶振x1的1、3脚分别与in端、out端相连；电容c15并联在晶振x1的3、4脚间，电容c17并联在晶振x1的1、2脚间；
16.所述控制子电路四包括调试接口p1，调试接口p1的1-4脚分别与3v3端、gnd端、dio端、clk端相连。
17.本实用新型有益效果为：本实用新型所述的一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统，它采用模拟量隔离前部分、光耦/数字隔离芯片和模拟量隔离后部分，解决了市面上模拟量隔离芯片选型难的问题，且通过此功能电路选择普通放大器、隔离芯片或光耦和低成本的mcu解决模拟量隔离的问题，具有减少电子工程师对大量芯片数据手册的筛选，降低了工作量等优点。
附图说明
18.此处所说明的附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，但并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：
19.图1是本实用新型的拓扑结构示意图；
20.图2是本实用新型的控制电路示意图；
21.图3是本实用新型的控制电路中的模拟量放大电路示意图；
22.图4是本实用新型的控制电路中的mcu模拟采集电路示意图；
23.图5是本实用新型的控制电路中的控制子电路一示意图；
24.图6是本实用新型的控制电路中的控制子电路二示意图；
25.图7是本实用新型的控制电路中的通讯隔离控制电路示意图；
26.图8是本实用新型的控制电路中的隔离侧mcu通讯控制电路示意图；
27.图9是本实用新型的控制电路中的隔离侧控制子电路三示意图；
28.图10是本实用新型的控制电路中的隔离侧控制子电路四示意图。
29.附图标记说明：
30.模拟量隔离前部分-a；光耦/数字隔离芯片-b；模拟量隔离后部分-c。
具体实施方式
31.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
32.如图1-图10所示，本具体实施方式所述的一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统，包括模拟量隔离前部分a、光耦/数字隔离芯片b和模拟量隔离后部分c；所述模拟量隔离前部分a与模拟量隔离后部分c通过光耦/数字隔离芯片b相连。
33.进一步地，所述模拟量隔离前部分包括模拟量输入单元、放大电路单元、微控制单元一；所述模拟量输入单元通过放大电路单元与微控制单元的adc端口相连；所述微控制单元一的usart/tx端口与光耦/数字隔离芯片左侧的1号端口相连；所述光耦/数字隔离芯片左侧的0号端口与微控制单元一的usart/rx端口相连；
34.进一步地，所述模拟量隔离后部分包括微控制单元二和控制部分单元；所述微控制单元二的usart/tx端口与光耦/数字隔离芯片右侧的1号端口相连；所述光耦/数字隔离芯片左侧的0号端口与微控制单元二的usart/rx端口相连；所述微控制单元二与控制部分单元相连。
35.进一步地，所述模拟量隔离前部分包括模拟量放大电路、mcu模拟采集电路、控制子电路一和控制子电路二；
36.如图3所示，所述模拟量放大电路包括放大器b，放大器b的5脚与电阻r1串联，电阻r1与in_v+端相连；放大器b的7脚与v_cov_v端相边中；电容c1一端与放大器b的7脚并联，另一端与iso_g端相连；二极管d1一端与iso_3v3端相连，另一端与放大器b的7脚并联；二极管d2一端与放大器b的7脚并联，另一端并联在电容c1上；电阻r3与电容c2串联后与放大器b的5脚并联；电阻r2并联在电阻1、电阻r3之间；
37.如图4所示，所述mcu模拟采集电路包括u3芯片单元，u3芯片单元的第8-11脚分别与str端、srx端、v_cov_v端、ma_cov_v端相连；u3芯片单元的第19-20脚分别与swdio端、swclk端相连；u3芯片单元的第16并联在第5脚上，电容c11、c12、c13、c14并联在u3芯片单元的第5脚上；u3芯片单元的第15脚接iso_g端；u3芯片单元的第2-3脚分别与osc_in端、osc_out端相连；u3芯片单元的第1脚与电阻r6串联，第4脚与电容c6串联，电阻r7与电容c6并联；
38.如图5所示，所述控制子电路一包括晶振x2，晶振x2的1脚与osc_in端相连，3脚与osc_out端相连，电容c16并联在osc_out端与晶振x2的4脚之间；电容c18并联在osc_in端与晶振x2的2脚之间；
39.如图6所示，所述控制子电路二包括调试接口p2，调试接口p2的1-4脚分别与iso_3v3端、iso_g端、swdio端、swclk端相连。
40.进一步地，如图7所示，所述光耦/数字隔离芯片包括通讯隔离控制电路，通讯隔离控制电路包括u4芯片单元，u4芯片单元的1-4脚分别与iso_3v3端、srx端、stx端、iso_g、端相连；电容c4一端并联在u4芯片单元的1脚，电容c4另一端与iso_g端相连；所述u4芯片单元
的5脚接地，u4芯片单元6-8脚分别与rx端、tx端、3v3端相连；电容c5并联在u4芯片单元8脚上,电容c5的另一端接地。
41.进一步地，所述模拟量隔离后部分包括隔离侧mcu通讯控制电路、控制子电路三、控制子电路四；
42.如图8所示，所述隔离侧mcu通讯控制电路包括u2芯片单元，u2芯片单元的第8、9、19、20脚分别与tx端、rx端、dio端、clk端相连；电容c7、c8、c9、c10分别并联在u2芯片单元第5脚上，电容c7与3v3端相连；u2芯片单元的2、3脚分别与in端、out端相连；u2芯片单元的第1脚与电阻r4串联；u2芯片单元的第3脚与电容c3串联；电阻r5一端与电容c3并联，电阻r5另一端与3v3端相连；
43.如图9所示，所述控制子电路三包括晶振x1，晶振x1的1、3脚分别与in端、out端相连；电容c15并联在晶振x1的3、4脚间，电容c17并联在晶振x1的1、2脚间；
44.如图10所示，所述控制子电路四包括调试接口p1，调试接口p1的1-4脚分别与3v3端、gnd端、dio端、clk端相连。
45.本实用新型的工作原理如下：模拟量信号从外部输入，经过运算放大电路处理后输入给mcu的adc通道进行采集，采集后的数据经过算法处理通过mcu的usart/uart通讯口再经数字隔离芯片或光耦发送给隔离后的mcu的usart/uart，mcu接收后的数据经过算法处理输出给控制部分。整个过程通过外部模拟量输入变换成数字量，经隔离后传输给控制部分。
46.本实用新型的优点如下：
47.(1)数字量通讯的方式达到模拟量隔离的目的：模拟量输入到放大电路，经过mcu的adc通道采集，变换成对应的数字量，通过通讯方式传输给隔离后的mcu，经过mcu处理传递给控制部分。
48.(2)选择不同功能的放大器可以实现不同模拟量的隔离：当不同模拟量信号输入时，更换不同放大器或更改不同放大器倍数可以实现不同模拟量信号的隔离，如：电压信号、电流信号、微弱小信号等。
49.(3)电路实现容易：整体电路实现简单，外围电路元器件少，只需要放大器、光耦以及两个带adc通道和usart/uart的mcu(mcu可以是一个8位、16位或者32位单片机，或者更高级的处理器)就可以实现，由于设计到算法，需要对mcu程序设计有一定要求，需要对模拟量采集进行编程及算法处理。
50.(4)解决了市面上模拟量隔离芯片选型难的问题：市面上模拟量直接隔离芯片型号比较少，且不易选择合适的。通过此功能电路选择普通放大器、隔离芯片或光耦和两个价格几块钱的mcu就可以轻松解决模拟量隔离的问题，减少电子工程师对大量芯片数据手册的筛选，降低了工作量。
51.(5)成本低：模拟隔离芯片要么外围电路设计简单内部电路集成度高，但隔离芯片本身价格奇高；要么芯片价位不高，但要求外围电路复杂，最后造成整体成本上涨。此隔离方案只需要几块钱就可以解决模拟量隔离问题，总体成本偏低。
52.本实用新型的模拟量隔离的电路原理说明：
53.(1)模拟量放大：模拟量信号输入从iv+、iv-输入，电阻分压经放大器处理后，模拟量输入到mcu的adc引脚。
54.(2)mcu模拟量采集侧：mcu(microcontroller unit)通过adc(analog-to-digital converters)通道采集模拟量，adc通道将模拟量量化成数字量，经过软件算法通过mcu的usart/uart(universal synchronous/asynchronous receiver transmitter)以设置好的通讯波特率发送数据。
55.(3)通讯隔离：通讯隔离将两侧通讯独立，一端损坏不影响另一端。
56.(4)隔离侧mcu通讯：隔离侧mcu通讯与mcu模拟量采集侧设置波特率相同，它将接收模拟量采集侧的数据，经过算法将数据进行处理输出给控制单元。
57.以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。

技术特征：

1.一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统，其特征在于：包括模拟量隔离前部分、光耦/数字隔离芯片和模拟量隔离后部分；所述模拟量隔离前部分与模拟量隔离后部分通过光耦/数字隔离芯片相连。2.根据权利要求1所述的一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统，其特征在于：所述模拟量隔离前部分包括模拟量输入单元、放大电路单元、微控制单元一；所述模拟量输入单元通过放大电路单元与微控制单元的adc端口相连；所述微控制单元一的usart/tx端口与光耦/数字隔离芯片左侧的1号端口相连；所述光耦/数字隔离芯片左侧的0号端口与微控制单元一的usart/rx端口相连。3.根据权利要求1所述的一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统，其特征在于：所述模拟量隔离后部分包括微控制单元二和控制部分单元；所述微控制单元二的usart/tx端口与光耦/数字隔离芯片右侧的1号端口相连；所述光耦/数字隔离芯片左侧的0号端口与微控制单元二的usart/rx端口相连；所述微控制单元二与控制部分单元相连。4.根据权利要求1所述的一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统，其特征在于：所述模拟量隔离前部分包括模拟量放大电路、mcu模拟采集电路、控制子电路一和控制子电路二；所述模拟量放大电路包括放大器b，放大器b的5脚与电阻r1串联，电阻r1与in_v+端相连；放大器b的7脚与v_cov_v端相边中；电容c1一端与放大器b的7脚并联，另一端与iso_g端相连；二极管d1一端与iso_3v3端相连，另一端与放大器b的7脚并联；二极管d2一端与放大器b的7脚并联，另一端并联在电容c1上；电阻r3与电容c2串联后与放大器b的5脚并联；电阻r2并联在电阻1、电阻r3之间；所述mcu模拟采集电路包括u3芯片单元，u3芯片单元的第8-11脚分别与str端、srx端、v_cov_v端、ma_cov_v端相连；u3芯片单元的第19-20脚分别与swdio端、swclk端相连；u3芯片单元的第16并联在第5脚上，电容c11、c12、c13、c14并联在u3芯片单元的第5脚上；u3芯片单元的第15脚接iso_g端；u3芯片单元的第2-3脚分别与osc_in端、osc_out端相连；u3芯片单元的第1脚与电阻r6串联，第4脚与电容c6串联，电阻r7与电容c6并联；所述控制子电路一包括晶振x2，晶振x2的1脚与osc_in端相连，3脚与osc_out端相连，电容c16并联在osc_out端与晶振x2的4脚之间；电容c18并联在osc_in端与晶振x2的2脚之间；所述控制子电路二包括调试接口p2，调试接口p2的1-4脚分别与iso_3v3端、iso_g端、swdio端、swclk端相连。5.根据权利要求1所述的一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统，其特征在于：所述光耦/数字隔离芯片包括通讯隔离控制电路，通讯隔离控制电路包括u4芯片单元，u4芯片单元的1-4脚分别与iso_3v3端、srx端、stx端、iso_g、端相连；电容c4一端并联在u4芯片单元的1脚，电容c4另一端与iso_g端相连；所述u4芯片单元的5脚接地，u4芯片单元6-8脚分别与rx端、tx端、3v3端相连；电容c5并联在u4芯片单元8脚上,电容c5的另一端接地。6.根据权利要求1所述的一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统，其特征在于：所述模拟量隔离后部分包括隔离侧mcu通讯控制电路、控制子电路三、控制子电路四；所述隔离侧mcu通讯控制电路包括u2芯片单元，u2芯片单元的第8、9、19、20脚分别与tx端、rx端、dio端、clk端相连；电容c7、c8、c9、c10分别并联在u2芯片单元第5脚上，电容c7与
3v3端相连；u2芯片单元的2、3 脚分别与in端、out端相连；u2芯片单元的第1脚与电阻r4串联；u2芯片单元的第3脚与电容c3串联；电阻r5一端与电容c3并联，电阻r5另一端与3v3端相连；所述控制子电路三包括晶振x1，晶振x1的1、3脚分别与in端、out端相连；电容c15并联在晶振x1的3、4脚间，电容c17并联在晶振x1的1、2脚间；所述控制子电路四包括调试接口p1，调试接口p1的1-4脚分别与3v3端、gnd端、dio端、clk端相连。

技术总结

本实用新型涉及通讯电路设备技术领域，具体涉及一种利用通讯方式解决模拟量隔离的电路系统，包括模拟量隔离前部分、光耦/数字隔离芯片和模拟量隔离后部分；所述模拟量隔离前部分与模拟量隔离后部分通过光耦/数字隔离芯片相连；它采用模拟量隔离前部分、光耦/数字隔离芯片和模拟量隔离后部分，解决了市面上模拟量隔离芯片选型难的问题，且通过此功能电路选择普通放大器、隔离芯片或光耦和低成本的MCU解决模拟量隔离的问题，具有减少电子工程师对大量芯片数据手册的筛选，降低了工作量等优点。降低了工作量等优点。降低了工作量等优点。

技术研发人员：

宋梦华 张健 吴健 袁航 岑伟卫

受保护的技术使用者：

保定兰格恒流泵有限公司

技术研发日：

2022.05.16

技术公布日：

2022/11/21