16路隔离数字量输入输出的研究与设计

【摘要】工业环境中,因电机开关、静电放电或者邻近电弧闪击,常常会产生高达上百甚至上千伏特的冲击电压。如果不采取任何隔离措施,此电压可能会破坏信号的正常传输或导致系统的崩溃,甚至造成硬件上不可恢复的毁坏。在工业生产过程当中会使用各类的仪器和仪表及其他精密探测设备,它们之间的信号传输,既有数千伏、数百安培的大信号,还有毫伏级、微安级的小信号；既有低频直流信号,还有高频脉冲信号,组成系统后,在设备之间信号传输往往相互干扰,引起系统的不稳定,甚至导致误操作。因此需要解决电磁干扰和相互的兼容问题。此外“接地环路”引起信号在传输过程中失真,在各个过程环路中可以采用信号隔离的方法,将过程环路断开,而不影响信号的正常传输,因此能够彻底解决接地环路问题。本文设计的输入输出模块就是针对工业应用中普遍存在的干扰问题,切实可靠的完成信号的传输任务,本模块采用了多种隔离技术,包括光耦隔离,电源隔离,iCoupler技术数字隔离,从而实现信号的单向传输,输出信号对输入端信号无影响,输出端和输入端实现了完全的电气隔离,因此本模块具有很强的抗干扰能力,工作稳定,使用寿命长,且传输效率高。本论文在参阅了丰富的技术文献的基础上,先从总体设计上把握,确定了需求分析,然后从硬件和软件两个层面上详细的讲述了设计过程,首先确保了基础功能的实现——数据传输和采集,然后从原理上采用三大隔离技术,再从PCB(PrintedCircuitBoard)的布局和布线上确保硬件的稳定性和可靠性。最后在软件上采用了指令冗余、软件陷阱和看门狗确保程序的可靠运行。现从每章简要介绍本论文的内容。第一章首先分析了此项目研究背景及意义,然后介绍了工业环境里的单片机应用系统中的干扰及抗干扰技术,重点介绍了电磁抗干扰技术,最后研究了隔离数字量输入输出模块的发展现状。第二章中在需求分析的基础上,提出了16路隔离数字量输入输出模块的总体设计方案。第三章结合电路原理图,详细介绍了模块主要部分的硬件设计以及硬件抗干扰技术的设计。第四章结合软件流程图,详细介绍了模块的软件设计以及软件抗干扰技术的设计。第五章,首先讲述了项目调试,包括模块的使用介绍、硬件调试、软件调试,然后对项目进行了总结与展望。本文设计的模块支持16路数字量隔离通道,每个通道能够通过软件独立配置为输入或输出。模块主要由电源、数字量输入输出电路、RS485、MCU(MicroControlUnit)等构成。针对工业应用设计,模块中各个组成部分都有自己的电源,采用电流隔离不形成接地环路,保护系统免遭瞬态高电压损坏,而且降低了信号失真,也保护了人身安全。
【作者】汪薇薇；
【导师】李正平；
【作者基本信息】安徽大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】数字隔离；数字量输入输出；抗干扰；电磁兼容；

【参考文献】
[1]张功富.企业的自由现金流量全部用于过度投资了吗——来自中国上市公司的经验证据[J].经济与管理研究,2007,06:11-16+35.
[2]陆瑶.外周酸敏感离子通道在蜜蜂毒诱致的自发痛、痛敏和炎症中的作用[D].辽宁医学院,神经病学,2012,硕士.
[3]蓝海.CIMS环境下的数据仓库与数据挖掘应用研究[D].清华大学,2002.
[4]卢虹虹.长江三角洲城市群城市化与生态环境协调发展比较研究[D].复旦大学,环境科学,2012,硕士.
[5]谢树龙.天津联合化学有限公司销售管理信息系统[D].天津大学,2004.
[6]张霄霏.区域产业结构调整与优化研究[D].云南财经大学,国民经济学,2014,硕士.
[7]毛莉莉.融入概念相似度的计算动词决策树分类算法研究及其在期货市场的应用[D].浙江工商大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[8]刁文晶.高职院校日语专业跨文化交际能力的培养[D].吉林财经大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[9]王文瑞.宝钢1550mm冷轧三电系统概述(下)[J].冶金自动化,2002,01:11-14+21.
[10]郑江,骆剑承,陈秋晓,蔡少华,鲁学军,沈占锋,孙庆辉.遥感影像理解智能化系统与模型集成方法[J].地球信息科学,2003,01:95-102.
[11]高宏媛.面向物联网实验的网络测床的初步研究[D].内蒙古大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[12]卢瑾,张健,陈晋音.C语言程序设计阶段式分层实验教学研究[J].计算机教育,2014,14:74-76.
[13]施炜.PAR方法应用于管理信息系统开发方法的初步研究[D].江西师范大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[14]李志才.面向对外汉语教学的含相同语素的同义复合动词研究[D].湖南师范大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[15]苏鹏.基于神经网络的几类非线性优化问题的研究[D].哈尔滨工业大学,计算数学,2013,硕士.
[16]王小虎.产前日粮营养调控对围产期奶牛血钙水平影响的研究[D].吉林农业大学,动物营养与饲料科学,2012,硕士.
[17]李荣和.多媒体技术在中学思想政治教学中的应用研究[D].鲁东大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[18]兰曙光.深圳地铁罗湖站基坑支护结构体系有限元分析[D].西安科技大学,2005.
[19]卢坤.人骨肉瘤细胞特异性结合肽的筛选及验证[D].南方医科大学,骨外科学,2012,硕士.
[20]董克恭.中国铝业连城分公司实施全面风险管理案例分析[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[21]赵博.巴德盖茨《巴扬奏鸣曲》的音乐及演奏分析[D].天津音乐学院,音乐表演,2014,硕士.
[22]胡晓燕.美化之艺术在许译李白诗歌的再现[D].延安大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[23]刘清华.分布式虚拟环境在船舶导航中的应用[D].大连海事大学,交通信息工程及控制,2004,硕士.
[24]王少华.基于模糊数的住宅折旧评估方法与应用研究[D].青岛理工大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[25]杜红.面向临床路径实施的知识重构研究[D].天津大学,2004.
[26]袁勇.双工件台宏微快速交接系统研究[D].哈尔滨工业大学,仪器科学与技术,2014,硕士.
[27]马德帅.200米跑项目特征研究[D].吉林大学,体育,2013,硕士.
[28]郑荣茂.基于XML的Web数据挖掘[J].韶关学院学报(自然科学版),2004,09:15-18.
[29]荣剑.面向资本化的核心知识识别过程与方法研究[D].东北大学,管理科学与工程,2010,硕士.
[30]刘明星.通因通用法治疗脾虚湿困型原发性肾病综合征的临床观察[D].云南中医学院,中医内科学,2012,硕士.
[31]华璟,徐桂英,王永骥.动态矩阵算法在大时滞环节中的应用[J].冶金自动化,1999,03:20-22.
[32]李敏.煤炭市场变化对榆林经济发展的影响及对策研究[D].西安科技大学,工商管理,2014,硕士.
[33]杨娟娟.储蓄存款冒领民事责任研究[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[34]易萌.华测检测天津分公司发展战略研究[D].西南交通大学,工商管理,2013,硕士.
[35]农美芬.张竹坡的小说批评范畴研究[D].中南民族大学,中国古代文学,2013,硕士.
[36]崔海龙.隐半马尔科夫模型在滚动轴承故障诊断中的研究和应用[D].中国矿业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[37]袁文强.斜独塔斜拉桥施工控制分析[D].西南交通大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.
[38]汪沂.毛泽东青年理想信念教育思想新探[D].西南大学,思想政治教育,2014,硕士.
[39]何娟.FRAT1、MMP-9及RhoC在喉鳞状细胞癌中的表达及临床意义[D].山西医科大学,耳鼻咽喉头颈外科,2013,硕士.
[40]王杰.锂离子电池碳负极材料的合成及性能表征[D].复旦大学,物理化学,2012,硕士.
[41]张旭红.两种染料分子内电荷转移的理论研究[D].辽宁大学,理论物理,2012,硕士.
[42]刘潇.从二胡系统进阶练习曲集析刘长福二胡基础训练理念[D].中央音乐学院,二胡演奏,2012,硕士.
[43]周海东.公共外交的效果研究[D].复旦大学,外交学,2012,硕士.
[44]汪浩.化学镀银活性炭导电填料的制备以及用于制备导电浆料[D].广东工业大学,工业催化,2014,硕士.
[45]李友遐.粗糙表面三维瞬态温度/应力场数值模拟[D].福州大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[46]程伟.控制河段船舶通行指挥决策专家系统研究与实现[D].重庆大学,控制科学与工程,2014,硕士.
[47]韩娟.新西兰中小学初任教师入职教育研究[D].西南大学,比较教育学,2013,硕士.
[48]李曦.AH证券公司经纪业务盈利模式转型研究[D].华侨大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[49]董雷.鲜切山药保鲜加工关键技术研究[D].河南科技学院,蔬菜学,2012,硕士.
[50]陈楠.平面设计元素之图像语言生成研究[D].东北师范大学,设计艺术学,2012,硕士.