一種信號變送器模塊的制作方法

一種信號變送器模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種信號變送器模塊，包括：電源電路分別與電流信號采集及處理電路、電壓信號輸出電路和A/D轉換處理電路連接；電流信號采集及處理電路與電壓信號輸出電路、A/D轉換處理電路和通訊電路順序連接。本實用新型采樣精度較高，所用器件均為高精度、低失調且溫漂系數小于50ppm，精度可達0.5%以上，可滿足某些高精密場合的使用需求；抗干擾能力強，設計級別為工業級，可在-40～+85℃環境下穩定工作；裝配、制作簡單，便于產業化。大部分器件為表面貼裝器件，可以使用設備進行焊接；成本相對低廉，通訊方式簡單、可靠。
【專利說明】一種信號變送器模塊
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種工業用信號變送模塊，具體地說是一種將輸入4~20mA的電流信號轉換為O~5V電壓信號輸出的變送模塊。
【背景技術】
[0002]在工業現場，用一個儀表放大器來完成信號的處理并進行長線傳輸，會產生以下問題--第一，由于傳輸的信號是電壓信號，傳輸線會受到噪聲的干擾；第二，傳輸線的分布電阻會產生電壓降；第三，在現場如何提供儀表放大器的工作電壓也是個問題。為了解決上述問題和避開相關噪聲的影響，我們用電流來傳輸信號，因為電流對噪聲并不敏感。在工業控制上，4~20mA的電流通常用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度。但往往傳感器輸出的這種電流信號必須轉為電壓信號，才能被控制系統(單片機、PLC等)所識別，而這種電路稱之為信號變送電路。常見的電路由于零點電壓抵消處理不好以及溫漂、噪聲等干擾，信號的處理精度大幅下降。 實用新型內容
[0003]為實現工業現場信號的高精度處理，本實用新型的目的在于提供一種簡單的、精度相對較高的和成本較為低廉的信號變送模塊。
[0004]本實用新型為實現上述目的所采用的技術方案是:一種信號變送器模塊，電源電路分別與電流信號采集及處理電路、電壓信號輸出電路和A/D轉換處理電路連接；電流信號采集及處理電路與電壓信號輸出電路、A/D轉換處理電路、通訊電路順序連接。
[0005]所述電源電路包括順序連接的負電源電路、正電源電路和參考電壓基準電路；外部電源與正電源電路輸入端連接；正電源電路負電壓輸出端與負電源電路的電源端連接，正電源電路正電壓輸出端與參考電壓基準電路和電壓信號輸出電路的電源端連接。
[0006]所述正電源電路采用DC/DC轉換芯片，芯片的正負輸入端與外部電源連接，該正負輸入端之間并聯電容，負輸入端接地；芯片正輸出端與電壓信號輸出電路、參考電壓基準電路連接；芯片正輸出端與接地端之間并聯有多個電容；芯片負輸出端與負電源電路連接。
[0007]所述負電源電路采用電源芯片，該芯片輸入端與正電源電路的負電壓輸出端連接；該芯片兩個輸出端連接后通過串聯電阻接地。
[0008]所述參考電壓基準電路采用基準源，基準源輸入端與正電源電路的正電壓輸出端連接；基準源輸入端與接地端之間連有電容；基準源輸出端與地之間連有電容。
[0009]所述電流信號采集及處理電路包括取樣電路和零點電壓抵消電路；外部輸入信號接入取樣電路輸入端，取樣電路的電壓鉗制輸出端與零點電壓抵消電路的電壓鉗制輸入端連接，取樣電路的放大輸出端與電壓輸出電路的放大輸入端連接。
[0010]所述取樣電路的信號輸入端串聯電阻后與電壓輸出電路連接，還通過電容接地，該信號輸入端串聯電阻后的電壓鉗制輸出端與零點電壓抵消電路連接；其信號放大輸出端通過并聯的電容和二極管接地。
[0011]所述零點電壓抵消電路采用三極管和自穩零放大器；三極管的發射極與取樣電路電壓鉗制輸出端連接，還通過電阻與自穩零放大器的反向輸入端連接，三極管的集電極通過電阻連接負電壓，三極管的基極與自穩零放大器輸出端連接；自穩零放大器的正向輸入端通過串聯兩個電阻接負電壓，兩個電阻之間的結點還通過電阻接地。
[0012]所述電壓信號輸出電路米用放大器，放大器的正向輸入端與取樣電路的信號放大輸出端連接，還通過二極管與正電源電路連接；放大器反向輸入端通過電阻和電容的并聯電路與放大器輸出端連接；放大器輸出端通過電阻與A/D轉換處理電路連接。
[0013]所述A/D轉換處理電路采用單片機，單片機的一個I/O端與電壓信號輸出電路連接，另一 I/o端與參考電壓基準電路的基準源輸出端連接；單片機的電源端與正電源電路的正電壓輸出端連接。
[0014]本實用新型具有以下有益效果及優點:
[0015]I)本實用新型采樣精度較高，所用器件均為高精度、低失調且溫漂系數小于50ppm，精度可達0.5%以上，可滿足某些高精密場合的使用需求。
[0016]2)抗干擾能力強，設計級別為工業級，可在-40?+85°C環境下穩定工作。
[0017]3)裝配、制作簡單，便于產業化。大部分器件為表面貼裝器件，可以使用設備進行焊接。
[0018]4)成本相對低廉，通訊方式簡單、可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的結構框圖；
[0020]圖2為正電源電路圖；
[0021]圖3為負電源電路圖；
[0022]圖4為參考電壓基準電路圖；
[0023]圖5為取樣電路圖；
[0024]圖6為零點電壓抵消電路圖；
[0025]圖7為電壓輸出電路圖；
[0026]圖8為A/D轉換處理電路圖；
[0027]圖9為RS232通訊電路圖；
[0028]圖10為RS485通訊電路圖；
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖及實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0030]如圖1所示，本實用新型提供的信號變送模塊，包括電源電路；電流信號采集及處理電路；電壓信號輸出電路；A/D轉換處理電路和通訊電路；其中:
[0031]電源電路包括:正電源電路(圖2)、負電源電路(圖3)、參考電壓基準電路(圖4)；
[0032]如圖2所示，正電源電路采用DC/DC變換模塊，寬電壓輸入DC18?36V，電壓精度DC5V±1%。電路由插座P7，電容C20、C26、C24、C25、C28、C29，變換模塊U13組成。電源電壓由P7輸入，電容C20、C26并聯到U13的1、2腳，I腳連接電源正極，2腳連接電源負極。電容C24、C25、C28、C29并聯在U13的4、5腳，4腳為公共端GND，5腳為正電源輸出VCC即DC5V，3腳為負電源輸出-VCC即DC-5V。
[0033]如圖3所示，負電源電路采用精度為0.5%的可調節精密并聯穩壓器TL43IB(DIP-8)進行穩壓，電壓精度為-2.5V±0.5% ;電路由并聯穩壓器U2，電阻R8組成。U2的6腳連接負電源-VCC，1、8腳連接后與電阻R8的一端連接，并輸出-2.5V電壓，R8的另一端連接GND。
[0034]如圖4所示，參考電壓基準電路采用高精度基準源MAX872 (S0-8)，獲得DC2.5V基準電壓，作為單片機進行A/D轉換運算的基準源電壓。電路由基準源U14，電容C21、C27組成。電容C27并聯在U14的2、4腳，其中2腳連接VCC，4腳連接GND ；U14的6腳連接電容C21的正極，并輸出+2.5V電壓，C21的負極連接GND，+2.5V作為參考電壓。
[0035]電流信號采集及處理電路包括:取樣電路(圖5)、零點電壓抵消電路(圖6)；
[0036]如圖5所示，取樣電路采用精度為0.1%，E96型金屬膜電阻作為取樣電阻，其溫漂系數小于50ppm ；電路由電容C10、Cl I，電阻R46、R47，二極管D7組成。其中CIO、R46、R47三器件的一端連接在一起，輸入信號從該點進入；電容ClO的另一端連接到GND ;電阻R46與圖6的balance節點(電壓鉗制端)連接；D7與Cll并聯后，正極端連接GND，另一端與與R47的一端連接,該節點與圖7的amplify節點(放大端)連接。
[0037]如圖6所示，零點電壓抵消電路采用TLC4502C(S0_8)自穩零放大器，將輸入電壓鉗制在-0.1V，這樣當輸入4mA信號時，電阻R46的阻值設置為25 Ω，便可抵消-0.1V，使輸出電壓從零開始。電路由電阻R48、R49、R50、R51、R52，三極管Q4，放大器U12的A部分組成。Q4的發射極與R48 —端連接組成balance節點(電壓鉗制端)，R48的另一端連接U12的2腳，Q4的集電極與R49的一端連接，R49的另一端連接_2.5V電壓，Q4的基極與U12的I腳連接；U12的4腳連接-2.5V電壓，8腳連接VCC，U12的3腳與R50的一端連接，R50的另一端與R51、R52連接，R51的另一端連接GND，R52的另一端連接_2.5V。
[0038]電壓信號輸出電路(圖7)將抵消后的輸入信號進行放大輸出。電路由二極管D8，電容C12，電阻R56、R57，放大器U12的B部分組成。D8的負極連接VCC，正極連接U12的5腳，組成amplify節點(放大端)，經過抵消后的信號由該點進入，經過U12放大；C12與R56并聯在U12的6、7腳，R57的一端與U12的第7腳連接，另一端輸出電壓模擬信號，送入A/D轉換處理電路。
[0039]A/D轉換處理電路(圖8)采用STC12C5A60S2(QFP48-S)單片機進行高速A/D轉換，可取10位A/D結果進行運算，可確保采樣信號0.5%的高精度要求。轉換頻率可達250KHZ ；電路由單片機U0,電容C30、CA1、CA2，電阻R61，晶振ZAl組成。UO的41腳連接VCC, 17腳連接GND，5腳連接復位電阻R61 ;ZA1、CA1、CA2，連接到UO的15、16腳組成時鐘電路；電壓模擬信號經C30濾波后連接到UO的4腳，進行A/D轉換。
[0040]通訊電路包括:RS232串口通訊(圖9)及RS485串口通訊(圖10)2種模式，用戶可根據需要選擇通訊電路和通訊方式。它用于將處理過的信號以HEX碼形式發送給用戶。
[0041]RS232串口通訊電路由驅動器U9，電容C12、C13、C14、C15、C16，插座P19組成。U9的15腳連接GND，16腳連接VCC ；C12為濾波電容分別連接在GND與VCC端；C13并連在U9的4、5腳；C16并連在U9的1、3腳；C14的一端連接U9的6腳，另一端連接GND，C15的一端連接U9的2腳，另一端連接GND ;通訊的發信號連接到U9的9腳，通訊的收信號連接到U9的10腳；P19的2腳與U9的7腳連接，P19的3腳與U9的8腳連接，P19的5腳連接GND0
[0042]RS485串口通訊電路由驅動器U16，電阻R67、R68、R69，插座P2組成。電阻R67、R68、R69串聯接在VCC與GND之間，R67與R68節點處連接U16的7腳及P2的I腳，R68與R69節點處連接U16的6腳及P2的2腳，U16的8腳連接VCC，5腳與P2的3腳連接GND，
I腳與單片機UO的6腳連接，4腳與單片機UO的8腳連接，2、3腳并聯后與單片機UO的19腳連接。
【權利要求】
1.一種信號變送器模塊，其特征在于:電源電路(I)分別與電流信號采集及處理電路(2 )、電壓信號輸出電路(3 )和A/D轉換處理電路(4 )連接；電流信號采集及處理電路(2 )與電壓信號輸出電路(3)、A/D轉換處理電路(4)、通訊電路(5)順序連接；所述電源電路(I)包括順序連接的負電源電路(7)、正電源電路(6)和參考電壓基準電路(8);外部電源與正電源電路(6 )輸入端連接；正電源電路(6 )負電壓輸出端與負電源電路(7 )的電源端連接，正電源電路(6)正電壓輸出端與參考電壓基準電路(8)和電壓信號輸出電路(3)的電源端連接；所述電流信號采集及處理電路(2)包括取樣電路(9)和零點電壓抵消電路(10);外部輸入信號接入取樣電路(9)輸入端，取樣電路(9)的電壓鉗制輸出端與零點電壓抵消電路(10)的電壓鉗制輸入端連接，取樣電路(9)的放大輸出端與電壓輸出電路(3)的放大輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的一種信號變送器模塊，其特征在于:所述正電源電路(6)采用DC/DC轉換芯片，芯片的正負輸入端與外部電源連接，該正負輸入端之間并聯電容，負輸入端接地；芯片正輸出端與電壓信號輸出電路(3)、參考電壓基準電路(8)連接；芯片正輸出端與接地端之間并聯有多個電容；芯片負輸出端與負電源電路(7)連接。
3.根據權利要求1所述的一種信號變送器模塊，其特征在于:所述負電源電路(7)采用電源芯片，該芯片輸入端與正電源電路(6)的負電壓輸出端連接；該芯片兩個輸出端連接后通過串聯電阻接地。
4.根據權利要求1所述的一種信號變送器模塊，其特征在于:所述參考電壓基準電路(8)采用基準源，基準源輸入端與正電源電路(6)的正電壓輸出端連接；基準源輸入端與接地端之間連有電容；基準源輸出端與地之間連有電容。
5.根據權利要求1所述的一種信號變送器模塊，其特征在于:所述取樣電路(9)的信號輸入端串聯電阻后與電壓輸出電路(3)連接，還通過電容接地，該信號輸入端串聯電阻后的電壓鉗制輸出端與零點電壓抵消電路(10)連接；其信號放大輸出端通過并聯的電容和二極管接地。
6.根據權利要求1所述的一種信號變送器模塊，其特征在于:所述零點電壓抵消電路(10)采用三極管和自穩零放大器；三極管的發射極與取樣電路(9)電壓鉗制輸出端連接，還通過電阻與自穩零放大器的反向輸入端連接，三極管的集電極通過電阻連接負電壓，三極管的基極與自穩零放大器輸出端連接；自穩零放大器的正向輸入端通過串聯兩個電阻接負電壓，兩個電阻之間的結點還通過電阻接地。
7.根據權利要求1所述的一種信號變送器模塊，其特征在于: 所述電壓信號輸出電路(3)米用放大器,放大器的正向輸入端與取樣電路(9)的信號放大輸出端連接，還通過二極管與正電源電路(6)連接；放大器反向輸入端通過電阻和電容的并聯電路與放大器輸出端連接；放大器輸出端通過電阻與A/D轉換處理電路(4)連接。
8.根據權利要求1所述的一種信號變送器模塊，其特征在于:所述A/D轉換處理電路(4)采用單片機，單片機的一個I/O端與電壓信號輸出電路(3)連接，另一 I/O端與參考電壓基準電路(8)的基準源輸出端連接；單片機的電源端與正電源電路(6)的正電壓輸出端連接。
【文檔編號】H04L12/02GK203377894SQ201320394347
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月3日 優先權日:2013年7月3日
【發明者】柳長慶, 柳永詮, 鄭學凱, 崔彥身 申請人:遼寧聚龍金融設備股份有限公司