一種具有高精度可自檢的4-20mA輸出電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及電路應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種具有高精度可自檢的4-20mA輸出電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)場合大多監(jiān)控設(shè)備都會有標(biāo)準的4_20mA輸出接口，將現(xiàn)場采集的各種信號實時變送輸出給PLC、DCS等控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)過程控制的目的。4-20mA作為重要的聯(lián)絡(luò)信號，其可靠性、精度、高低溫性能都會直接影響整個過程控制系統(tǒng)的可靠性，可以說精度越高，系統(tǒng)越可靠。
[0003]市面上監(jiān)控設(shè)備受整體成本和體積等因素影響，一般4_20mA輸出精度等級不高，大多僅能實現(xiàn)1%的精度等級，好一些的能達到0.5%的精度等級，能達到0.2%精度等級的都是非常高端昂貴的儀表，這主要是受以下3方面的局限:
[0004](1)當(dāng)輸出信號要求精度較高時，D/A的位數(shù)也將隨之增加。根據(jù)工程經(jīng)驗，通常在工業(yè)儀表中D/A增加到12位才能實現(xiàn)0.2%的精度等級，但無論選用12位D/A芯片，還是選用內(nèi)置12位D/A的單片機，價格都很昂貴，十幾元到幾十元不等；
[0005](2)另外工業(yè)場合應(yīng)用復(fù)雜，溫度變化很大，會直接影響4_20mA輸出精度。這樣對4-20mA電路中的元器件溫漂系數(shù)要求很高，特別是對D/A和電壓基準。根據(jù)工程經(jīng)驗，能實現(xiàn)0.2%的精度等級溫漂系數(shù)需要優(yōu)于20ppm/°C，選用溫漂系數(shù)優(yōu)于20ppm/°C的D/A和電壓基準會大幅增加器件成本；
[0006](3)—般4-20mA輸出電路，單片機僅開環(huán)控制D/A或P麗輸出，對輸出結(jié)果無法監(jiān)控，當(dāng)某些器件失效，造成4-20mA模擬輸出功能不正常時，無法及時告警并通知用戶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是提供了一種具有高精度可自檢的4_20mA輸出電路，搭建了閉環(huán)反饋電路，實現(xiàn)A/D反饋自檢，動態(tài)調(diào)整最終輸出信號，使得最終輸出穩(wěn)定的、高精度的4_20mA信號，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本申請有如下技術(shù)方案:
[0009]一種具有高精度可自檢的4-20mA輸出電路，其特征在于，包括:CPU控制電路、信號轉(zhuǎn)換電路、壓控恒流源電路、輸出電路和閉環(huán)反饋電路，
[0010]所述CPU控制電路的D/A輸出端連接到所述信號轉(zhuǎn)換電路，用于輸出電流信號；
[0011 ]所述信號轉(zhuǎn)換電路連接到所述壓控恒流源電路，用于接收所述CPU控制電路的D/A輸出端輸出的電流信號，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并將電壓信號提供至所述壓控恒流源電路；
[0012]所述壓控恒流源電路連接到所述輸出電路和所述閉環(huán)反饋電路，用于接收所述信號轉(zhuǎn)換電路發(fā)送的電壓信號，將電壓信號轉(zhuǎn)化為4_20mA信號輸出至所述輸出電路，并對電壓信號進行處理后發(fā)送至所述閉環(huán)反饋電路；
[0013]所述閉環(huán)反饋電路連接到所述CPU控制電路的A/D輸入端，用于將處理后的信號通過A/D輸入端輸入至CPU控制電路，所述CPU控制電路還用于對接收到的所述閉環(huán)反饋電路反饋的信號進行運算處理，將處理得到的數(shù)據(jù)與期望值進行精度比對，并根據(jù)對比結(jié)果動態(tài)調(diào)整其D/A輸出。
[0014]優(yōu)選地，其中:
[0015]所述信號轉(zhuǎn)換電路包含第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的第一端連接所述CPU控制電路的D/A輸出端和所述第二電阻的第一端，所述第一電阻的第二端接地;所述第二電阻的第二端連接所述壓控恒流源電路。
[0016]優(yōu)選地，其中:
[0017]所述壓控恒流源電路包括第一運算放大器、第二運算放大器、三極管、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻和第九電阻，
[0018]所述第一運算放大器的同相輸入端連接到所述信號轉(zhuǎn)換電路中第二電阻的第二端，反相輸入端連接到所述第三電阻的第一端和所述第二運算放大器的輸出端，所述第一運算放大器的輸出端連接到第九電阻的第一端;所述第九電阻的第二端連接到所述三極管；
[0019]所述三極管的基極連接到所述第九電阻的第二端，集電極連接電源，發(fā)射極連接所述第四電阻的第一端和所述第五電阻的第一端;所述第五電阻的第二端連接到所述輸出電路和所述第七電阻的第一端;所述第四電阻的第二端連接到所述第三電阻的第二端和所述第二運算放大器的反相輸入端；
[0020]所述第二運算放大器的同相輸入端連接到所述第七電阻的第二端和所述第六電阻的第一端，所述第六電阻的第二端接地;所述第二運算放大器的輸出端連接到所述閉環(huán)反饋電路。
[0021]優(yōu)選地，其中:
[0022]所述閉環(huán)反饋電路包括第八電阻和電容，所述第八電阻的第一端連接到所述壓控恒流源電路中第二運算放大器的輸出端，第二端連接到所述電容的第一端和所述CPU控制電路的A/D輸入端，所述電容的第二端接地。
[0023]優(yōu)選地，其中:
[0024]所述輸出電路包括第十電阻、保護器件TVS和AO輸出端，
[0025]所述第十電阻的第一端連接所述壓控恒流源電路中第五電阻的第二端，所述第十電阻的第二端連接到所述保護器件TVS的第一端和所述AO輸出端的第一端，所述保護器件TVS的第二端和所述AO輸出端的第二端接地。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請所述的方法，達到了如下效果:
[0027]第一，本申請所提供的具有高精度可自檢的4_20mA輸出電路，采用CPU控制電路的A/D反饋檢測輸出信號，能夠動態(tài)調(diào)整CHJ控制電路的D/A輸出，使得最終輸出理想的4一20mA電流值。
[0028]第二，本申請所提供的具有高精度可自檢的4_20mA輸出電路中，選用低成本CPU，其內(nèi)部D/A為10位，溫漂系數(shù)30ppm/°C ；內(nèi)部A/D為10位，溫漂系數(shù)10ppm/°C ；內(nèi)部電壓基準為溫漂系數(shù)15ppm/°C;雖然D/A不能滿足20ppm/°C，12位的精度，但本申請巧妙搭建閉環(huán)反饋電路，動態(tài)調(diào)整最終輸出信號，利用內(nèi)部A/D和內(nèi)部電壓基準優(yōu)良的溫漂性能，最終輸出的4-20mA信號非常穩(wěn)定，在-25—70°C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)滿足了0.2級高精度指標(biāo)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0029]第三，本申請所提供的具有高精度可自檢的4_20mA輸出電路能夠通過反饋自檢實時監(jiān)控最終的4-20mA模擬輸出信號，當(dāng)器件失效等原因造成4-20mA模擬輸出功能不正常時，及時告警并通知用戶，提高了整個過程控制系統(tǒng)的可靠性。
[0030]第四，本申請所提供的具有高精度可自檢的4_20mA輸出電路可以實現(xiàn)高性能指標(biāo)，使產(chǎn)品更具有競爭力，適合模塊化批量化生產(chǎn)，大大降低了整個監(jiān)控系統(tǒng)的成本。
【附圖說明】
[0031]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0032]圖1為本發(fā)明的所述一種具有高精度可自檢的4_20mA輸出電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖2為本發(fā)明的所述一種具有高精度可自檢的4_20mA輸出電路的詳細結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034]如在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則。如在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”為一開放式用語，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的誤差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問題，基本達到所述技術(shù)效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接于所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書后續(xù)描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目的，并非用以限定本申請的范圍。本申請的保護范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準。
[0035]實施例1
[0036]參見圖1所示為本申請所述一種具有高精度可自檢的4_20mA輸出電路100的具體實施例，包括CPU控制電路10、信號轉(zhuǎn)換電路11、壓控恒流源電路12、輸出電路13和閉環(huán)反饋電路14。其中，CPU控制電路10的D/A輸出端連接到所述信號轉(zhuǎn)換電路11，用于輸出電流信號。所述信號轉(zhuǎn)換電路11連接到所述壓控恒流源電路12，用于接收所述CPU控制電路10的D/A輸出端輸出的電流信號，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并將電壓信號提供至所述壓控恒流源電路12。所述壓控恒流源電路12連接到所述輸出電路13和所述閉環(huán)反饋電路14，用于接收所述信號轉(zhuǎn)換電路11發(fā)送的電壓信號，將電壓信號轉(zhuǎn)化為4_20mA信號輸出至所述輸出電路13，并對電壓信號進行處理后發(fā)送至所述閉環(huán)反饋電路14。所述閉環(huán)反饋電路14連接到所述CPU控制電路10的A/D輸入端，用于將處理后的信號通過A/D輸入端輸入至CPU控制電路10，所述CPU控制電路10還用于對接收到的所述閉環(huán)反饋電路14反饋的信號進行運算處理，將處理得到的數(shù)據(jù)與期望值進行精度比對，并根據(jù)對比結(jié)果動態(tài)調(diào)整其D/A輸出。
[0037]實施例2
[0038]在圖1的基礎(chǔ)上進一步細化，圖1中的信號轉(zhuǎn)換電路11進一步包含第一電阻Rl和第二電阻R2，參見圖2。所述第一電阻Rl的第一端連接所述CPU控制電路10的D/A輸出端和所述第二電阻R2的第一端，所述第一電阻Rl的第二端接地;所述第二電阻R2的第二端連接所述壓控恒流源電路12。
[0039]圖1中的壓控恒流源電路12進一步包括第一運算放大器21、第二運算放大器22、三極管23、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R