專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電流信號(hào)轉(zhuǎn)換功能模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的模擬-數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，特別是一種將4-20mA的電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換模塊。
背景技術(shù)：
在實(shí)際應(yīng)用中，很多控制系統(tǒng)中都必須具有信號(hào)采集器，即通過(guò)各種傳感器，采集多種信號(hào)作為控制量基礎(chǔ)，多數(shù)是將物理量變成電信號(hào)，稱(chēng)為信號(hào)采集。傳統(tǒng)的信號(hào)采集是將變換的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)變送器調(diào)理和變換變成4-20mA的模擬信號(hào)進(jìn)行使用。在目前數(shù)字信息時(shí)代，很多控制系統(tǒng)都采用了微電腦進(jìn)行處理或應(yīng)用，這就需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成經(jīng)過(guò)數(shù)字編碼的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)前在信號(hào)采集過(guò)程中，很多經(jīng)變送器送出的模擬信號(hào)，其中以 4-20mA的電流信號(hào)為主。4-20mA電流信號(hào)，有時(shí)是單獨(dú)使用，或者少量集中使用，采用多通道數(shù)據(jù)采集器或PLC變換，經(jīng)濟(jì)上不一定合算，如果采用單通道的電流信號(hào)(mA)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊將更加方便靈活。如果這種模塊備有通信接口和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)功能時(shí)，則便于聯(lián)網(wǎng)使用。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種電流信號(hào)轉(zhuǎn)換功能模塊，用于實(shí)現(xiàn)將mA電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的功能模塊。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種電流信號(hào)轉(zhuǎn)換功能模塊，包括電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)變換器、電容隔離器、可編程放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、嵌入式微電腦；電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)變換器、電容隔離器、可編程放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及嵌入式微電腦依次相連接。所述的信號(hào)變換器包括電阻禮、電阻R2、電阻R3 ；由運(yùn)算放大器A1、運(yùn)算放大器A2、 運(yùn)算放大器A3三個(gè)運(yùn)算放大器組成的電壓跟隨器及數(shù)字電位器W1 ；電阻&、電阻民輸出端分別接于運(yùn)算放大器A1、運(yùn)算放大器A2的輸入端，電阻&、電阻R3輸入端分別與電子開(kāi)關(guān)S1 和電子開(kāi)關(guān)&輸出端相連接，電阻R2、電阻R3兩輸入端之間還接有電阻隊(duì)；運(yùn)算放大器A2 的輸出端與電容隔離器的電子開(kāi)關(guān)、輸入端相連接，數(shù)字電位器W1接于運(yùn)算放大器A1和運(yùn)算放大器A2的輸出端，數(shù)字電位器W1的輸出端與運(yùn)算放大器A3的輸入端相連接；運(yùn)算放大器A3的輸出端與電容隔離器的電子開(kāi)關(guān)&輸入端相連接。所述的電容隔離器，是由電容器C1和電子開(kāi)關(guān)S3、電子開(kāi)關(guān)S4、電容器C2組成，電容器C1連接于具有輸入側(cè)和輸出側(cè)雙置功能的電子開(kāi)關(guān)&和電子開(kāi)關(guān)、之間，電容器C2 連接于電子開(kāi)關(guān)&和電子開(kāi)關(guān)、輸出側(cè)之間。所述的嵌入式微電腦由DSP信號(hào)處理器組成，輸入接口有來(lái)自可編程放大器的 Dtl-D7數(shù)據(jù)總線(xiàn)信號(hào)接口、溫度檢測(cè)信號(hào)輸入接口 ；輸出接口有數(shù)字電位器W1控制信號(hào)接口、可編程數(shù)字電位器Rw控制信號(hào)接口、電子開(kāi)關(guān)S1和&控制信號(hào)接口、A/D控制信號(hào)接口、及通訊接口。CN 202261241 U說(shuō)明書(shū)2/3 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是1)采用電子開(kāi)關(guān)，使信號(hào)接斷快速，方便；2)信號(hào)調(diào)理在數(shù)字電位器的調(diào)解下，快速準(zhǔn)確；3)采用電容和電子開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)，使信號(hào)輸入與放大器間實(shí)現(xiàn)了精確快速傳遞和高可靠隔離，較光電耦合器精確快速達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)；4)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用高準(zhǔn)確的基準(zhǔn)電壓源和士 18位A/D轉(zhuǎn)換器，使轉(zhuǎn)換倍數(shù)和分辨率大有提高；5)嵌入式微電腦采用DSP級(jí)芯片，功能強(qiáng)，保證了轉(zhuǎn)數(shù)度和速度；6)本模塊設(shè)有通訊接口可實(shí)現(xiàn)近程，遠(yuǎn)程和GPRS無(wú)線(xiàn)通訊，可完成信息聯(lián)網(wǎng)操作，亦備有ftOfibuS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)功能；7)本模塊還適用于傳統(tǒng)模擬式系統(tǒng)改造成數(shù)字控制系統(tǒng)。
圖1是一種電流信號(hào)轉(zhuǎn)換功能模塊的系統(tǒng)原理示意圖；圖2是電子開(kāi)關(guān)，信號(hào)變換器和電容隔離器的電原理框圖；圖3是可編程放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電原理框圖；圖4是嵌入式微電腦的原理框圖；圖5是開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理框圖。
具體實(shí)施方式
見(jiàn)圖1，一種電流信號(hào)轉(zhuǎn)換功能模塊，包括電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)變換器、電容隔離器、可編程放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、嵌入式微電腦及開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源。見(jiàn)圖2，電子開(kāi)關(guān)S1和電子開(kāi)關(guān)S2,通過(guò)嵌入式微電腦的S” S2控制信號(hào)控制，當(dāng)需要變換IN1和IN2輸入的mA電流信號(hào)時(shí)，通過(guò)嵌入式微電腦的Sp S2控制信號(hào)使電子開(kāi)關(guān)S1、電子開(kāi)關(guān)&閉合即可。信號(hào)變換器包括三個(gè)電阻禮、電阻R2、電阻R3 ；由運(yùn)算放大器A1、運(yùn)算放大器A2、運(yùn)算放大器A3三個(gè)運(yùn)算放大器組成的電壓跟隨器及數(shù)字電位器W1 ；電阻&、電阻民輸出端分別接于運(yùn)算放大器A1、運(yùn)算放大器A2的輸入端，電阻&、電阻R3輸入端分別與電子開(kāi)關(guān)S1 和電子開(kāi)關(guān)&輸出端相連接，電阻R2、電阻R3兩輸入端之間還接有電阻隊(duì)。運(yùn)算放大器A2 的輸出端與電容隔離器的電子開(kāi)關(guān)、輸入端相連接，數(shù)字電位器W1接于運(yùn)算放大器A1和運(yùn)算放大器A2的輸出端，數(shù)字電位器W1的輸出端與運(yùn)算放大器A3的輸入端相連接；運(yùn)算放大器A3的輸出端與電容隔離器的電子開(kāi)關(guān)&輸入端相連接。信號(hào)變換器將mA電流信號(hào)變換成電壓信號(hào)，再通過(guò)來(lái)自嵌入式微電腦的W1控制信號(hào)，調(diào)節(jié)W1數(shù)字電位器使輸入到運(yùn)算放大器A3的信號(hào)滿(mǎn)足預(yù)定要求。電容隔離器是由電容器C1和電子開(kāi)關(guān)S3、電子開(kāi)關(guān)S4、電容器C2組成，電容器C1 連接于具有輸入側(cè)和輸出側(cè)雙置功能的電子開(kāi)關(guān)&和電子開(kāi)關(guān)、之間，電容器C2連接于電子開(kāi)關(guān)&和電子開(kāi)關(guān)、輸出側(cè)之間。在嵌入式微電腦的控制下，當(dāng)接收IN1和m2輸入的mA電流信號(hào)時(shí)，電子開(kāi)關(guān)&和、合到信號(hào)輸入側(cè)，在電容C1上存有輸入信號(hào)。在IN1和 IN2切斷前，在嵌入式微電腦的控制下，將電子開(kāi)關(guān)&和、接通信號(hào)輸出側(cè)，即將原存入C1的信號(hào)轉(zhuǎn)存到精密電容器C2 (1 μ f)上，此信號(hào)再通過(guò)輸出端子Bi、B2接到可編程放大器的輸入端，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)&和、的切換，即實(shí)現(xiàn)了精確傳遞信號(hào)的作用，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了高可靠的隔離作用，大大減少了干擾。見(jiàn)圖3，可編程放大器由可編程放大器A4和可編程數(shù)字電位器Rw組成，在來(lái)自微電腦的Rw控制信號(hào)的控制下，可改變可編程數(shù)字電位器Rw的阻值，即改變A4的放大倍數(shù)， 也就方便的變換量程。模數(shù)轉(zhuǎn)換器，即由A/D轉(zhuǎn)換模塊和高精度的基準(zhǔn)電壓源E (+2. 5V)和來(lái)自嵌入式微電腦的A/D控制信號(hào)組成，其中A/D轉(zhuǎn)換模塊為士 18位，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)總線(xiàn) D0-D7傳給嵌入式微電腦進(jìn)行進(jìn)一步處理和轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)和通信傳輸使用。見(jiàn)圖4，嵌入式微電腦，核心是由DSP信號(hào)處理器配有嵌入式軟件。向嵌入式微電腦輸入的信號(hào)有來(lái)自可編程放大器的隊(duì)-叫數(shù)據(jù)總線(xiàn)的信號(hào)；溫度檢測(cè)信號(hào)T，該信號(hào)采用 DS18B20-線(xiàn)總線(xiàn)式溫度變送器采集；鍵盤(pán)輸入信號(hào)。嵌入式微電腦輸出信號(hào)有=W1控制信號(hào)，Rw控制信號(hào)，電子開(kāi)關(guān)S1和&控制信號(hào)，A/D控制信號(hào)報(bào)警信號(hào)，顯示信號(hào)及通訊信號(hào)。溫度檢測(cè)信號(hào)T用于來(lái)自熱電耦冷端自動(dòng)補(bǔ)償；鍵盤(pán)用于設(shè)定輸入；顯示屏用于顯示設(shè)定相關(guān)數(shù)據(jù)，報(bào)警用于超限或故障信號(hào)的報(bào)警，開(kāi)關(guān)量用于就地控制。見(jiàn)圖5，開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，它是模塊的供電電源，+5V用于集成電路供電，E = +2. 5V，它是由+5V經(jīng)DC/DC即直流/直流變換器生成的高精度的用于A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電源。其+24V電源用于4-20mA電流信號(hào)電源。
權(quán)利要求1.一種電流信號(hào)轉(zhuǎn)換功能模塊，其特征在于，包括電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)變換器、電容隔離器、 可編程放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、嵌入式微電腦；電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)變換器、電容隔離器、可編程放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及嵌入式微電腦依次相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流信號(hào)轉(zhuǎn)換功能模塊，其特征在于，所述的信號(hào)變換器包括電阻R1、電阻&、電阻R3 ；由運(yùn)算放大器A1、運(yùn)算放大器A2、運(yùn)算放大器A3三個(gè)運(yùn)算放大器組成的電壓跟隨器及數(shù)字電位器W1 ；電阻&、電阻R3輸出端分別接于運(yùn)算放大器A1、運(yùn)算放大器A2的輸入端，電阻R2、電阻R3輸入端分別與電子開(kāi)關(guān)S1和電子開(kāi)關(guān)&輸出端相連接，電阻&、電阻R3兩輸入端之間還接有電阻R1 ；運(yùn)算放大器A2的輸出端與電容隔離器的電子開(kāi)關(guān)、輸入端相連接，數(shù)字電位器W1接于運(yùn)算放大器A1和運(yùn)算放大器A2的輸出端，數(shù)字電位器W1的輸出端與運(yùn)算放大器A3的輸入端相連接；運(yùn)算放大器A3的輸出端與電容隔離器的電子開(kāi)關(guān)&輸入端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流信號(hào)轉(zhuǎn)換功能模塊，其特征在于，所述的電容隔離器，是由電容器C1和電子開(kāi)關(guān)S3、電子開(kāi)關(guān)S4、電容器C2組成，電容器C1連接于具有輸入側(cè)和輸出側(cè)雙置功能的電子開(kāi)關(guān)&和電子開(kāi)關(guān)、之間，電容器C2連接于電子開(kāi)關(guān)&和電子開(kāi)關(guān)、輸出側(cè)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流信號(hào)轉(zhuǎn)換功能模塊，其特征在于，所述的嵌入式微電腦由DSP信號(hào)處理器組成，輸入接口有來(lái)自可編程放大器的Dtl-D7數(shù)據(jù)總線(xiàn)信號(hào)接口、溫度檢測(cè)信號(hào)輸入接口 ；輸出接口有數(shù)字電位器W1控制信號(hào)接口、可編程數(shù)字電位器Rw控制信號(hào)接口、電子開(kāi)關(guān)S1和&控制信號(hào)接口、A/D控制信號(hào)接口、及通訊接口。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種電流信號(hào)轉(zhuǎn)換功能模塊，包括電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)變換器、電容隔離器、可編程放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、嵌入式微電腦依次相連接。信號(hào)變換器將mA電流信號(hào)變換成電壓信號(hào)，再通過(guò)來(lái)自嵌入式微電腦的W1控制信號(hào)，調(diào)節(jié)W1數(shù)字電位器使輸入到運(yùn)算放大器A3的信號(hào)滿(mǎn)足預(yù)定要求。所述的電容隔離器是由精密電容器C1和電子開(kāi)關(guān)S3、電子開(kāi)關(guān)S4組成，實(shí)現(xiàn)了精確傳遞信號(hào)和高可靠的隔離作用，大大減少了干擾。本實(shí)用新型的有益效果是采用電子開(kāi)關(guān)，使信號(hào)接斷快速，方便；信號(hào)調(diào)理在數(shù)字電位器的調(diào)解下，快速準(zhǔn)確；采用電容和電子開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)，使信號(hào)輸入與放大器間實(shí)現(xiàn)了精確快速傳遞和高可靠隔離，較光電耦合器精確快速達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)。
文檔編號(hào)H03M1/12GK202261241SQ20112039252
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者李應(yīng)森, 王靖文 申請(qǐng)人:中國(guó)冶金礦業(yè)鞍山冶金設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司