一种多功能输入输出接口板 【技术领域】
本发明涉及一种多功能输入输出接口板，用于工业现场中各种传感器信号输入与开关信号的自动控制以及同数字仪器的通讯接口。
背景技术
工业现场中的各种开关信号的接口往往都需要隔离处理，以解决信号源传感器与计算机的电压不匹配，不共地等现象。在工业现场实际应用中，同时存在着各种各样的干扰噪声信号。若电路的抗干扰能力较低，将导致测量、控制的准确性降低，产生误动作，从而带来严重的后果。因此，从硬件上可以采取一些抗干扰的设计技术，可以有效的提高工业现场设备控制系统的抗干扰能力。目前，解决地办法一方面采用固定式插接结构，与P C机相连，且只能解决单一技术问题，具有单一功能(如：简单的光电隔离输入输出，无法有效实现传感器信号的自由组合的逻辑控制)；另一种方法采用传感器直接与PLC相连，对输入信号进行降噪及组合逻辑控制，但PLC循环扫描周期时间过长且很难实现复杂的组合逻辑控制，对高精度实时控制系统达不到高效准确的控制。
【发明内容】
为了克服工业现场中，各种噪声信号的干扰导致测量、控制的准确性的降低以及信号源传感器与现场设备接口电压不匹配，不共地等现象。本发明的目的是提供一种多功能带光电隔离的输入输出接口板，解决工业现场接口信号电平不匹配与降低现场各种噪声信号的干扰。
为了实现上述目的，本发明的技术方案包括：
一光电隔离输入电路，为光电隔离器与发光二极管通过串联结构，输入端接至外部传感器，用于对输入的外部信号进行抗干扰滤波及降噪处理；
一逻辑控制电路，接收光电隔离输入电路处理后的信号，凭借可编程逻辑器程序实现丰富的输入输出控制，如模拟输入信号滤波、降噪；输出信号的启动/停止/时钟控制以及外部输入信号的自由逻辑组合输出控制等；
一显示与通讯电路，接收逻辑控制电路控制信号，显示输出，并与外部设备进行参数配置与通讯；
一输出控制电路，输入端接收逻辑控制电路控制信号，输出开关控制信号至现场外部串口设备；
其中：所述光电隔离输入电路包括第一～四光电隔离器、第一～十六发光二极管，第一～第十六发光二极管正极分为四组，以组为单位分别与第一～四光电耦合器相连；第一～四光电耦合器输入端输入接口电路与外部传感器信号相连；
所述逻辑控制电路采用可编程逻辑器，接收光电隔离输入电路中光电隔离器输出信号，与所述显示与通讯电路中单片机相连；
所述显示与通讯电路，由单片机，LCD液晶显示器，电平转换器组成，其中单片机通过外部存储器接口与可编程逻辑器件通讯，单片机的输入输出接口的状态和配置参数送至LCD液晶显示器，单片机经电平转换器件、通过串口接口与外部设备进行参数配置与通讯；
所述输出控制电路，由第一～二功率驱动管组成，分别为8路NPN和8路PNP驱动结构，输入端接收逻辑控制电路中可编程逻辑器控制信号，输出开关控制信号经驱动接口电路至外部设备。
本发明具有如下优点：
1.本发明采用光电藕合器件、大功率驱动电路解决了工业现场接口信号电平不匹配，不共地以及消除现存各种噪声信号干扰等问题，可用于工业现场中各种传感器信号输入与开关信号的自动控制以及同数字仪器的通讯接口。
2.采用可以根据需要显示各输入输出状态，凭借可编程逻辑器程序实现丰富的输入输出控制，如模拟输入信号滤波、降噪；输出信号的启动/停止/时钟控制以及外部输入信号的自由逻辑组合输出控制等。
3.本发明也可以通过编程与现场设备进行串口通讯，实时了解设备运行状态，同时也可通过串口配置逻辑电路输入输出参数。实用性强，并能很好适应现场各种输入输出要求。
【附图说明】
图1为本发明结构框图。
图2为本发明电路原理图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明由以下五部分组成：
光电隔离输入电路，采用光电隔离器，为光电隔离器与发光二极管通过串联结构，输入端接至外部传感器，用于对输入的外部信号进行抗干扰滤波及降噪处理；
逻辑控制电路，采用可编程逻辑器U1(本实施例为MAXII-EPM1270)，为本发明的核心部分，接收光电隔离输入电路处理后的信号，在线编程，实现输入和输出逻辑控制，做进一步的抖动滤波和降噪处理；
一显示与通讯电路，由单片机、串口电平转换器与LCD液晶显示器组成，接收逻辑控制电路控制信号，显示输出，并与外部设备进行参数配置与通讯；
一输出控制电路，采用大功率驱动器，输入端接收逻辑控制电路控制信号，输出开关控制信号至现场外部串口设备；
一电源电路，用于为上述各电路提供直流电压(为现有技术)。
电路原理如图2所示，所述可编程逻辑控制器U1，凭借可编程逻辑器程序实现丰富的输入输出控制，如模拟输入信号滤波、降噪；输出信号的启动/停止/时钟控制以及外部输入信号的自由逻辑组合输出控制等。
光电耦合输入电路，其中，由第一～十六发光二极管L1～L16，第一～四光电耦合器T1～T4组成，第一～第四发光二极管L1～L4正极连接第一光电耦合器件T1，第五～第八发光二极管L5～L8正极连接第二光电耦合器件T2，第九～第十二发光二极管L9～L12正极连接第三光电耦合器件T3，第十三～第十六发光二极管L13～L16正极连接第四光电耦合器件T3；外部传感器信号通过16路输入接口电路、经过第一～第四光电耦合器T1～T4输出与可编程逻辑器件U1相连。
输出控制电路，由第一～二功率驱动管U5～U6组成，分别为8路NPN和8路PNP结构，其中第一功率驱动管U5采用达林顿大功率NPN型驱动器件，第二功率驱动管U6采用达林顿大功率PNP型驱动器件，两个功率驱动管输入端与可编程逻辑器U1连接在一起，输出逻辑信号经NPN或PNP驱动接口电路至外部设备，且由可编程逻辑器U1中所存有的逻辑控制程序控制。
显示与通讯电路，由单片机U2，LCD液晶显示器U3，电平转换器U4组成，其中，单片机U2(本实施例采用P89LV51RD2)通过外部存储器接口与可编程逻辑器U1相连，可编程逻辑器U1作为单片机U2外部接口器与单片机U2进行通讯(单片机U2接收逻辑器件U1的信号，同时也输入信号至逻辑控制电路U1)；单片机U2与LCD液晶显示器U3相连，输入输出接口的状态和配置参数通过LCD液晶显示器U3可以方便的显示出来；单片机U2与电平转换器件U4相连，通过串口与外部设备进行参数配置与通讯。
本发明工作原理是：
本发明多功能输入输出接口板，包括16路光电隔离输入，可以输出驱动PNP与NPN两种信号形式；外部传感器信号经过光电隔离器输入至可编程逻辑器，根据需要显示各输入输出状态；凭借可编程逻辑器程序实现丰富的输入输出控制，如模拟输入信号滤波、降噪；输出信号的启动/停止/时钟控制以及外部输入信号的自由逻辑组合输出控制等。本发明包括8路NPN和8路PNP驱动形式用于驱动现场不同的设备开关，同时可以根据不同设备功耗和电流特性进行并联以增大驱动能力。还包括实时显示功能，可编程逻辑器与单片机通讯可以实时显示当前各路输入与输出状态，同时可以与现场外部串口设备进行通讯以及实时配置输出逻辑与显示状态。