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CN107104605A - 用于传感器的多通道供电电源设备 - Google Patents

用于传感器的多通道供电电源设备 Download PDF

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CN107104605A CN201610098977.0A CN201610098977A CN107104605A CN 107104605 A CN107104605 A CN 107104605A CN 201610098977 A CN201610098977 A CN 201610098977A CN 107104605 A CN107104605 A CN 107104605A
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Abstract

本发明提出一种用于传感器的多通道供电电源设备，旨在提供一种可靠性强，带负载能力强，能够同时供多只传感器性能稳定使用的电源系统。本发明通过下述技术方案予以实现：多组单模块布局在一块印制线路板上，形成单模块1、单模块2、……、单模块n级联+5V及-5V电源的多通道级联输出阵列；在由单片机电连接直接数字频率合成器DDS芯片组成的波形发生器中，DDS芯片接收单片机发送来的指令，产生并输出1kHz正弦波信号的频率值，每组单模块输出的1kHz频率、1Vrms的正弦波通过波段开关S1对1～n个单模块进行选通，构成在功率驱动电路的输出端并联挂接单独或同时为多只接近传感器提供供电的多组负载匹配插座的输出形式。

Description

用于传感器的多通道供电电源设备
技术领域
本发明涉及一种可供多只传感器性能稳定使用的电源系统。
背景技术
多通道传感器所需要的电参数一般比较偏大, 单方面的配备一方面使参数不足, 另一方面会造成浪费。多通道传感器在配备电参数时, 往往根据实际的需要来设计。对于一只生产工艺复杂、环节众多、周期长，从投入到产出，需要经过几十道工序、经历半年以上时间周期的接近传感器，其中，有一个重要环节是需要用专用电源设备同时为多只接近传感器供电做后期处理。对该专用电源设备的要求是：电源设备需要提供频率为1kHz、幅值稳定为1Vrms的正弦波输出交流。该设备若一次只给一只接近传感器供电做后期处理，那么效率就太低了，无法为提高生产效率，满足同时为多只，如同时为100只或以上的接近传感器供电的科研生产需求。现有技术为接近传感器供电采用的电源系统，通常采用通用信号发生器与市售的音频功率放大器结合的方式，这种方式将通用信号发生器调节成1kHz、幅值为几～几十mVrms的正弦波，再经过市场出售的音频功率放大器放大成1Vrms的正弦波，这种设备理论上能挂接与音频功率放大器匹配的负载，其不足之处在于：体积大、效率低，负载不匹配，导致带载能力不足。如果在现有技术电源设备输出端并接的接近传感器数量少的时候，从原电源设备取得功率小时，可以工作；如果在电源设备输出端并接的接近传感器数量多的时候，从原电源设备取得功率大时，负载（传感器）加重，当电流大过电源设备的安全操作区域时，电源设备会因负载加重而出现波形畸变、热保护关断等现象。由于接近传感器在1kHz的正弦波条件下的阻抗为33Ω，上述单模块电源设备功率驱动电路的输出端只能为4～8只并联挂接的接近传感器提供供电。若并接的数量增加到8只以上，会导致严重的输出与负载阻抗不匹配，导致因负载加重出现波形畸变、热保护关断等现象，设备也无法使用。那么增加到100只或100只以上是则是不现实的。
发明内容
本发明的目的是针对多只接近传感器供电易出现波形畸变、热保护关断问题，提供一种结构简单、可靠性强，体积小，带负载能力强，能够同时供多只传感器性能稳定使用的电源系统。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种用于传感器的多通道供电电源设备，包括：由波形发生器和功率驱动电路构成的单模块和波形发生器，其特征在于：多组单模块布局在一块印制线路板上，形成单模块1、单模块2、……、单模块n级联+5V及-5V电源的多通道级联输出阵列，其中，单模块1输出给1#～6#接近传感器的输入端通过并联挂接在单模块1的输出端，7#～12#接近传感器的输入端通过并联挂接在单模块2的输出端，依次类推；在由单片机电连接直接数字频率合成器DDS芯片组成的波形发生器中，DDS芯片接收单片机发送来的指令，产生并输出1kHz正弦波信号的频率值，所述1kHz正弦波信号经功率驱动电路电压放大，输出≤1.6V的1kHz正弦波有效值，每组单模块输出的1kHz频率、1Vrms的正弦波通过波段开关S1对1～n个单模块进行选通，构成在功率驱动电路的输出端并联挂接单独或同时为多只接近传感器提供供电的多组负载匹配插座的输出形式。
本发明相比于现有技术具有如下效果。
电源系统可靠性强，结构简单，体积小。本发明将采用级联的方式形成一个整体的多通道供电电源设备。“波形发生器+功率驱动电路”构成的单模块布置在一个单独的印制线路板上，结构简单。体积小。单模块上的器件均为通用器件，价格低廉。同时一组“波形发生器+功率驱动电路”的单模块面积大小仅70×70（mm），如更换成更小体积的单片机，如C8051F310等，这个单模块的面积会更小。
通用性强、带负载能力强。本发明将若干组这个单模块进行级联、组合，类似阵列的方式，一组“波形发生器+功率驱动电路”的单模块单独为6只（4～8只之间）接近传感器提供供电，需要的单模块数量由需求的总供给传感器数量除以单模块供给传感器数量，如100只除以6只/块，取整数为17块单模块，依此类推。将这17块单模块在电源设备内组合起来，就达到可供给100只接近传感器的需求，更多数量也是如此类推。能够同时对100只接近传感器供电。虽然单模块带载能力有限，但是通过这种级联及组合，整个多通道供电电源设备的带载能力很强大。依此方式组合的电源系统，通过增加“波形发生器+功率驱动电路”的单模块，还可进一步扩展通道数量。能够同时供多只传感器性能稳定使用，降低了设计难度。本发明采用“波形发生器+功率驱动电路”组成单模块，再将若干组的单模块通过模块级联的方式加以组合，可以构成实现单独或同时为多只（如100只以上）接近传感器供电。通过单模块级联的方式，解决了电源设备可以同时为多只接近传感器供电做后期处理使用。为解决接近传感器批量生产中后期处理的实际困难，对提高效率、保障生产节点的完成起到一定的作用。
性能稳定。本发明采用“波形发生器+功率驱动电路”电路组成单模块。波形发生器由AT89C52单片机与AD9832直接数字频率合成器DDS芯片组成。AD9832直接数字频率合成器DDS具有超高速频率转换时间，极高的频率分辨率，低的相位噪声，在频率改变与调频时能保持相位连续，容易实现频率、相位、幅度调制。此外，AD9832直接数字频率合成器DDS还具有可编程控制的优点。
本发明通过模块级联的方式，解决了随着挂接传感器增多，负载（传感器）加重，导致原电源系统因负载加重而出现波形畸变、热保护关断等现象。
附图说明
图1是本发明用于传感器的多通道供电电源设备电气原理图。
图2是图1单模块的波形发生器的电路原理示意图。
图3是图1单模块的功率驱动电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
参阅图1。在以下描述的实施例中，用于传感器的多通道供电电源设备，包括：由波形发生器和功率驱动电路构成的单模块，由单片机电连接直接数字频率合成器DDS芯片组成的波形发生器，采用了级联的方式形成一个整体的多通道供电电源设备。单模块布局在一块印制线路板上，+5V及-5V电源给单模块提供电源保证，整个多通道供电电源设备通过单模块级联的方式，将多组单模块，如单模块1、单模块2、……、单模块17，形成一个单模块，单模块1、单模块2、……、单模块n级联+5V及-5V电源的多通道级联输出阵列，其中，一组波形发生器+功率驱动电路的单模块单独为6只（4～8只之间）接近传感器提供供电，+5V及-5V电源给单模块提供电源保证。单模块2输出给7#～12#的接近传感器等等依次类推。单模块1输出给1#～6#接近传感器的输入端通过并联挂接在单模块1的输出端，7#～12#接近传感器的输入端通过并联挂接在单模块2的输出端，依次类推。单模块1的输出端、单模块2的输出端，以及更多单模块的输出端就是整个多通道供电电源设备的供电电源输出端。单模块数量由需求的总供给传感器数量除以单模块供给传感器数量，如100只传感器数量除以6只/块块单模块，取整数为17块单模块，依此类推。将这17块单模块在电源设备内组合起来，就达到可供给100只接近传感器的需求，更多数量也是如此类推。
DDS芯片接收单片机发送来的指令，确定DDS芯片输出1kHz的频率值，即产生1kHz正弦波信号，该1kHz正弦波信号经功率驱动电路电压放大，输出≤1.6V的1kHz正弦波有效值，同时功率驱动电路对输出的电流起扩流的作用。每组单模块输出的1kHz频率、1Vrms的正弦波通过波段开关S1对1～n个单模块进行选通，检查每组单模块的输出电压，输出电压通过每个单模块上的功率驱动电路的可变电阻PR1实现调节。
波形发生器采用AT89C52单片机与AD9832直接数字频率合成器DDS芯片组成，功率驱动电路由LM3875或LM4766或其它功率放大器组成，波形发生器与功率驱动电路组成单模块。“单模块1”～“单模块17”，共有17组单模块。其中，+5V及-5V电源给单模块提供电源保证，1#～6#接近传感器的输入端通过并联挂接在单模块1的输出端，7#～12#接近传感器的输入端通过并联挂接在单模块2的输出端；该17组单模块构成多通道级联输出阵列，为102只接近传感器提供电源，每组单模块供给6只接近传感器电源。
波形发生器可以采用AT89C52单片机与AD9832直接数字频率合成器DDS芯片组成。功率驱动电路对输出的电流起扩流的作用。DDS芯片接收单片机发送来的指令，确定DDS芯片输出1kHz的频率值，即产生1kHz正弦波信号，该1kHz正弦波信号经功率驱动电路电压放大，输出≤1.6V的1kHz正弦波有效值，同时功率驱动电路对输出的电流起扩流的作用。每组单模块输出的1kHz频率、1Vrms的正弦波通过波段开关S1对1～n个单模块进行选通，检查每组单模块的输出电压，输出电压通过每个单模块上的功率驱动电路的可变电阻PR1实现调节。
为了减少多组输出需要多路显示的问题，可只设置一路电压输出及电流输出显示，采用多路波段开关选通到一路电压输出显示的方式。为简化多通道电源设备设计，数字电压表H1通过超过17路的S1波段开关对单模块1～单模块17进行选通，以便检查每组单模块的输出电压。每组单模块的输出电压调节，依靠在S1波段开关对对应通道的选通下，通过外置在电源设备的机箱前面板上的PR1多圈电位器进行分别调节，达到接近传感器需要的1Vrms。根据传感器负载特性，设计单组波形发生器、功率驱动电路及输出调节限幅电路挂接负载传感器的数量。由多组波形发生器、功率驱动电路及输出调节限幅电路组成。
参阅图2。单片机D1有G1外部晶振及开机复位电路的R2电阻、C3电容。D1单片机通过其数据线P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7向N1直接数字频率合成器(DDS)AD9832发送指令，G2晶振提供外部标准频率源给N1，在这些信号作用下，从N1的第14引脚输出正弦波电流，其正弦波电流的频率由N1接收D1单片机的指令及G2晶振而确定，本发明获得1kHz的频率。1kHz的频率的正弦波电流流经R4电阻成为1kHz的正弦波。
参阅图3。DDS芯片产生的1kHz正弦波信号会在此环节经过功率驱动电路20倍的电压放大及电流放大，最终输出的1kHz正弦波有效值≤1.6V。经过PR1多圈电位器的调节，可以使经该功率驱动后的正弦波在0～1.6V之间细致调节。最大有效值1.6Vrms的1kHz正弦波对接近传感器不会造成损坏。该PR1多圈电位器为便于调节，设置在该电源设备的机箱前面板上。

Claims (10)

1.一种用于传感器的多通道供电电源设备，包括：由波形发生器和功率驱动电路构成的单模块和波形发生器，其特征在于：多组单模块布局在一块印制线路板上，形成单模块1、单模块2、……、单模块n级联+5V及-5V电源的多通道级联输出阵列，其中，单模块1输出给1#～6#接近传感器的输入端通过并联挂接在单模块1的输出端，7#～12#接近传感器的输入端通过并联挂接在单模块2的输出端，依次类推；在由单片机电连接直接数字频率合成器DDS芯片组成的波形发生器中，DDS芯片接收单片机发送来的指令，产生并输出1kHz正弦波信号的频率值，所述1kHz正弦波信号经功率驱动电路电压放大，输出≤1.6V的1kHz正弦波有效值，每组单模块输出的1kHz频率、1Vrms的正弦波通过波段开关S1对1～n个单模块进行选通，构成在功率驱动电路的输出端并联挂接单独或同时为多只接近传感器提供供电的多组负载匹配插座的输出形式。
2.根据权利要求1所述的用于传感器的多通道供电电源设备，其特征在于，单模块1的输出端、单模块2的输出端，以及更多单模块的输出端是整个多通道供电电源设备的供电电源输出端。
3.根据权利要求1所述的用于传感器的多通道供电电源设备，其特征在于，一组“波形发生器+功率驱动电路”的单模块为4～8只接近传感器提供供电。
4.根据权利要求3所述的用于传感器的多通道供电电源设备，其特征在于，单模块数量由需求的总供给传感器数量除以单模块供给传感器数量。
5.根据权利要求1所述的用于传感器的多通道供电电源设备，其特征在于，100只传感器数量除以6只/块单模块，取整数为17块单模块，依此类推。
6.根据权利要求1所述的用于传感器的多通道供电电源设备，其特征在于，波形发生器采用AT89C52单片机与AD9832直接数字频率合成器DDS芯片组成，功率驱动电路由LM3875或LM4766或其它功率放大器组成，波形发生器与功率驱动电路组成单模块，“单模块1”～“单模块17”，共有17组单模块，共有17组单模块，该17组单模块构成多通道级联输出阵列，为102只接近传感器提供电源，每组单模块供给6只接近传感器电源。
7.根据权利要求1所述的用于传感器的多通道供电电源设备，其特征在于，为简化多通道电源设备设计，采用数字电压表H1通过超过17路的S1波段开关对单模块1～单模块17进行选通，以便检查每组单模块的输出电压。
8.根据权利要求1所述的用于传感器的多通道供电电源设备，其特征在于，每组单模块的输出电压调节，依靠在S1波段开关对对应通道的选通下，通过外置在电源设备的机箱前面板上的PR1多圈电位器进行分别调节，达到接近传感器需要的1Vrms。
9.根据权利要求1所述的用于传感器的多通道供电电源设备，其特征在于，根据传感器负载特性，设计单组波形发生器、功率驱动电路及输出调节限幅电路挂接负载传感器的数量。
10.根据权利要求1所述的用于传感器的多通道供电电源设备，其特征在于，DDS芯片产生的1kHz正弦波信号经过功率驱动电路20倍的电压放大及电流放大，最终输出的1kHz正弦波有效值≤1.6V。
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