5、第六電阻R6、第七電阻R7和第九電阻R9，參見圖2。所述第一運(yùn)算放大器21的同相輸入端連接到所述信號轉(zhuǎn)換電路11中第二電阻R2的第二端，反相輸入端連接到所述第三電阻R3的第一端和所述第二運(yùn)算放大器22的輸出端，所述第一運(yùn)算放大器21的輸出端連接到第九電阻R9的第一端;所述第一運(yùn)算放大電路21的電源端一端連接24V電源，另一端接地。所述第九電阻R9的第二端連接到所述三極管23;所述三極管23的基極連接到所述第九電阻R9的第二端，集電極連接24V電源，發(fā)射極連接所述第四電阻R4的第一端和所述第五電阻R5的第一端;所述第五電阻R5的第二端連接到所述輸出電路13和所述第七電阻R7的第一端;所述第四電阻R4的第二端連接到所述第三電阻R3的第二端和所述第二運(yùn)算放大器22的反相輸入端;所述第二運(yùn)算放大器22的同相輸入端連接到所述第七電阻R7的第二端和所述第六電阻R6的第一端，所述第六電阻R6的第二端接地；所述第二運(yùn)算放大器22的輸出端連接到所述閉環(huán)反饋電路14。
[0040]圖1中的閉環(huán)反饋電路14進(jìn)一步包括第八電阻R8和電容C2，參見圖2。所述第八電阻R8的第一端連接到所述壓控恒流源電路12中第二運(yùn)算放大器22的輸出端，第二端連接到所述電容C2的第一端和所述CPU控制電路1的A/D輸入端，所述電容C2的第二端接地。
[0041]圖1中的輸出電路13進(jìn)一步包括第十電阻R10、保護(hù)器件TVS24和AO輸出端，如圖2所示。所述第十電阻RlO的第一端連接所述壓控恒流源電路12中第五電阻R5的第二端，所述第十電阻RlO的第二端連接到所述保護(hù)器件TVS24的第一端和所述AO輸出端的第一端AO+端，所述保護(hù)器件TVS24的第二端和所述AO輸出端的第二端AO-端接地。
[0042]圖1中的CPU控制電路10的VDD端經(jīng)由電容Cl接地。
[0043]本申請具有高精度可自檢的4-20mA輸出電路100中，采用的CPU型號可為C8051F330，成本低廉，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(zhǔn)為溫漂系數(shù)15ppm/°C。雖然此型號的CPU的D/A輸出不能滿足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(zhǔn)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。
[0044]工作時(shí)，CPU控制電路10的D/A輸出端輸出電流信號，經(jīng)取樣電阻即第一電阻Rl的作用后轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出至壓控恒流源電路12，壓控恒流源電路12將接收到的信號轉(zhuǎn)化為4-20mA信號輸出到輸出電路13的AO輸出端;經(jīng)第一運(yùn)算放大器21和第二運(yùn)算放大器22反饋回的電壓信號經(jīng)過第八電阻R8和電容C2進(jìn)入CPU控制電路1的A/D輸入端。CPU控制電路10進(jìn)行采集運(yùn)算并將結(jié)果與實(shí)際期望值進(jìn)行精度差異比對，動態(tài)調(diào)整其D/A輸出，最終輸出理想的高精度4_20mA信號。
[0045]壓控恒流源電路12中三極管23可提高整個(gè)電路的輸出驅(qū)動能力，輸出的電流信號經(jīng)第五電阻R5轉(zhuǎn)化為電壓信號，再經(jīng)過第二運(yùn)算放大器22、第三電阻R3、第四電阻R4、第六電阻R6和第七電阻R7的放大作用后，與CPU控制電路10的D/A端輸出信號進(jìn)行比較，經(jīng)第五電阻R5、第十電阻R10和A0輸出端恒流輸出4-20mA信號。
[0046]通過以上各實(shí)施例可知，本申請存在的有益效果是:
[0047]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。
[0048]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(zhǔn)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(zhǔn)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。
[0049]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?zhàn)詸z實(shí)時(shí)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(shí)，及時(shí)告警并通知用戶，提高了整個(gè)過程控制系統(tǒng)的可靠性。
[0050]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(shí)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(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的成本。
[0051]本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請的實(shí)施例可提供為方法、裝置、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本申請可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。
[0052]上述說明示出并描述了本申請的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本申請的精神和范圍，則都應(yīng)在本申請所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一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， 所述CRJ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； 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； 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(jìn)行處理后發(fā)送至所述閉環(huán)反饋電路； 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(jìn)行運(yùn)算處理，將處理得到的數(shù)據(jù)與期望值進(jìn)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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有高精度可自檢的4-20mA輸出電路，其特征在于， 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。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種具有高精度可自檢的4-20mA輸出電路，其特征在于， 所述壓控恒流源電路包括第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)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， 所述第一運(yùn)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(yùn)算放大器的輸出端，所述第一運(yùn)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； 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(yùn)算放大器的反相輸入端； 所述第二運(yùn)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(yùn)算放大器的輸出端連接到所述閉環(huán)反饋電路。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種具有高精度可自檢的4-20mA輸出電路，其特征在于， 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(yùn)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。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4之任一所述一種具有高精度可自檢的4-20mA輸出電路，其特征在于， 所述輸出電路包括第十電阻、保護(hù)器件TVS和AO輸出端， 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(hù)器件TVS的第一端和所述AO輸出端的第一端，所述保護(hù)器件TVS的第二端和所述AO輸出端的第二端接地。
【專利摘要】本申請公開一種具有高精度可自檢的4-20mA輸出電路，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，CPU控制電路的D/A輸出端連接到信號轉(zhuǎn)換電路；信號轉(zhuǎn)換電路連接到壓控恒流源電路；壓控恒流源電路連接到輸出電路和閉環(huán)反饋電路；閉環(huán)反饋電路連接到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，CPU控制電路還用于對接收到的閉環(huán)反饋電路反饋的信號進(jìn)行運(yùn)算處理，將處理得到的數(shù)據(jù)與期望值進(jìn)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。如此方案，實(shí)現(xiàn)A/D反饋?zhàn)詸z，動態(tài)調(diào)整最終輸出信號，使得最終輸出穩(wěn)定高精度的4-20mA信號。
【IPC分類】G05F1/56
【公開號】CN105446408
【申請?zhí)枴緾N201510999628
【發(fā)明人】李偉, 梁東, 崔海順, 辛劍明
【申請人】北京易艾斯德科技有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月27日