一种实现高精度4-20mA电流环的控制系统技术方案

本申请公开了一种实现高精度4

【技术实现步骤摘要】
一种实现高精度4
‑
20mA电流环的控制系统


[0001]本技术涉及电子
，具体为一种实现高精度4
‑
20mA电流环的控制系统。

技术介绍

[0002]目前很多工业仪表都具备4
‑
20mA信号输出功能，尤其是变送器，这是一项必备的功能要求。4
‑
20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA及高于20mA的信号用作各种故障报警信号。4
‑
20mA电流环有两种类型：二线制和三线制，如果只是信号传输，不需要进行驱动控制，一般采用二线制。
[0003]传统的4
‑
20mA电路，往往采用纯硬件电路，即采用模拟器件，通过运算放大器调整信号放大倍数，再通过压流转换电路产生电流。零点和量程的调整，通过电位器或者更换电阻来实现。模拟器件较多，电路复杂，由于不同元器件之间不可避免存在误差，导致同一批次电路板的性能存在较大差异。零点及量程调整也比较繁琐，而且线性度也很难保证。4
‑
20mA产品的典型应用是传感和测量应用，因此对信号的稳定性和精度要求较高，这就需要4
‑
20mA电流环产生高稳定性、高线性度的信号。使信号不易受到电源线上的杂波干扰，不易受到外界电磁干扰及静电干扰，不同的量程范围内，都要保证较好的线性度。同时，从生产的角度考虑，为了方便出厂调试，不易采用通过调整电阻等调整硬件电路的方式进行修正。再者，考虑到目前工业现场大型设备越来越多，仪表工作环境越来越复杂，提高现场仪表的EMC性能，也势在必行，传统的4
‑
20mA电流环仪表，只注重了产品在正常工作环境下的工作性能，而忽视了其在复杂工业现场的抗电磁干扰能力，因此，目前很多传统的仪表，在工业现场经常出现因为电磁干扰导致的信号紊乱，黑屏，死机等各种问题。

技术实现思路

[0004]本技术要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种实现高精度4
‑
20mA电流环的控制系统，由低功耗精密电源模块提供电源，采用CPU与数模转换芯片及两级运算放大器结合的方式，输出稳定的4
‑
20mA电流信号。同时在信号接口处，采用EMC专业化设计，提高了系统的EMC性能，可有效预防雷击浪涌，静电，脉冲群，工频磁场等干扰信号的冲击，增强了系统的稳定性。有效解决了传统4
‑
20mA电流环电路存在的线性度差，受电磁干扰后电流波动较大的问题。
[0005]为解决以上技术问题，本技术采用以下技术方案：
[0006]一种实现高精度4
‑
20mA电流环的控制系统，包括CPU模块、精密电源模块、EMC模块和数模转换模块，精密电源模块连接CPU模块、EMC模块和数模转换模块，数模转换模块连接CPU模块和EMC模块；
[0007]所述CPU模块包括芯片U1，芯片U1的型号为MSP430F169，CPU模块采用工作模式与休眠模式相结合的方式进行工作。
[0008]进一步的，所述芯片U1的9脚连接有晶振Y1一端和电容C1一端，芯片U1的8脚连接
有晶振Y1另一端和电容C2一端，电容C1另一端和电容C2另一端接地，芯片U1的1脚和64脚连接有电容C5一端和电容C6一端，并接+3.3V，电容C5另一端和电容C6另一端接地，芯片U1的58脚连接有电阻R2一端，电阻R2另一端连接有二极管D1一端和电阻R1一端，并接地，二极管D1另一端和电阻R1另一端接+3.3V。
[0009]进一步的，所述精密电源模块包括芯片U3和芯片U4，芯片U3和芯片U4的型号均为TPS7A4901。
[0010]进一步的，所述芯片U3的1脚连接有电容C10一端、电阻R17一端、电容C9一端和保险丝FB1一端，电容C10另一端和电阻R17另一端连接有电阻R18一端和芯片U3的2脚，电阻R18另一端和电容C9另一端接地，保险丝FB1另一端接+12V，芯片U3的6脚连接有电容C11一端，电容C11另一端接地，芯片U3的5脚和8脚连接有电容C12一端和二极管D2一端，电容C12另一端接地，二极管D2另一端连接有保险丝F1一端，保险丝F1另一端连接EMC模块。
[0011]进一步的，所述芯片U4的1脚连接有电容C14一端、电阻R6一端、电容C13一端和保险丝FB2一端，电容C14另一端和电阻R6另一端连接有电阻R7一端和芯片U4的2脚，电阻R7另一端和电容C13另一端接地，保险丝FB2另一端接+3.3V，芯片U4的6脚连接有电容C16一端，电容C16另一端接地，芯片U5的5脚和8脚连接有电容C15一端和电阻R5一端，电阻R5另一端连接有二极管D2一端，电容C15另一端接地。
[0012]进一步的，所述EMC模块包括接插件JIN，接插件JIN的2脚连接有电感L1一端、TVS管TVS1一端、压敏电阻RV1一端和气体放电管GDT1一端，电感L1另一端连接有保险丝F1另一端，TVS管TVS1另一端、压敏电阻RV1另一端和气体放电管GDT1另一端连接有数模转换模块和电感L2一端，电感L2另一端连接接插件JIN的1脚，电感L2一端还连接有气体放电管GDT3一端、压敏电阻RV3一端、TVS管TVS3一端和电容C3一端，气体放电管GDT3另一端、压敏电阻RV3另一端、TVS管TVS3另一端和电容C3另一端接大地接地端。
[0013]进一步的，所述接插件JIN的2脚还连接有气体放电管GDT2一端、压敏电阻RV2一端、TVS管TVS2一端和电容C2一端，气体放电管GDT2另一端、压敏电阻RV2另一端、TVS管TVS2另一端和电容C2另一端接大地接地端。
[0014]进一步的，所述数模转换模块包括芯片U2，芯片U2的型号为DAC8571。
[0015]进一步的，所述芯片U2的1脚和2脚接+3.3V,芯片U2的4脚连接有电容C8一端和运算放大器U5A的3脚，芯片U2的6脚连接有电阻R3一端和芯片U1的21脚，芯片U2的7脚连接有电阻R4一端和芯片U1的22脚，电阻R3另一端和电阻R4另一端接+3.3V，运算放大器U5A的8脚接+12V，运算放大器U5A的2脚和1脚连接有电阻R9一端。
[0016]进一步的，所述电阻R9另一端连接有电容C17一端和运算放大器U5B的6脚，电容C17另一端连接有运算放大器U5B的5脚、电阻R8一端、电阻R10一端和电阻R12一端，电阻R8另一端接地，电阻R10另一端连接有电阻R11一端，电阻R11另一端接+12V，电阻R12另一端连接有电阻R13一端，电阻R13另一端连接有三极管Q1的发射极、电阻R15一端、电阻R14一端和三极管Q2的集电极，三极管Q1的基极连接有电阻R16一端和电容C18一端，阻R16另一端和电容C18另一端连接运算放大器U5B的7脚，三极管Q2的基极连接有二极管D3一端和三极管Q1的集电极，二极管D3另一端连接三极管Q2发射极和电感L2一端。
[0017]本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现高精度4
‑
20mA电流环的控制系统，其特征在于：包括CPU模块、精密电源模块、EMC模块和数模转换模块，精密电源模块连接CPU模块、EMC模块和数模转换模块，数模转换模块连接CPU模块和EMC模块；所述CPU模块包括芯片U1，芯片U1的型号为MSP430F169，CPU模块采用工作模式与休眠模式相结合的方式进行工作。2.如权利要求1所述的一种实现高精度4
‑
20mA电流环的控制系统，其特征在于：所述芯片U1的9脚连接有晶振Y1一端和电容C1一端，芯片U1的8脚连接有晶振Y1另一端和电容C2一端，电容C1另一端和电容C2另一端接地，芯片U1的1脚和64脚连接有电容C5一端和电容C6一端，并接+3.3V，电容C5另一端和电容C6另一端接地，芯片U1的58脚连接有电阻R2一端，电阻R2另一端连接有二极管D1一端和电阻R1一端，并接地，二极管D1另一端和电阻R1另一端接+3.3V。3.如权利要求1所述的一种实现高精度4
‑
20mA电流环的控制系统，其特征在于：所述精密电源模块包括芯片U3和芯片U4，芯片U3和芯片U4的型号均为TPS7A4901。4.如权利要求3所述的一种实现高精度4
‑
20mA电流环的控制系统，其特征在于：所述芯片U3的1脚连接有电容C10一端、电阻R17一端、电容C9一端和保险丝FB1一端，电容C10另一端和电阻R17另一端连接有电阻R18一端和芯片U3的2脚，电阻R18另一端和电容C9另一端接地，保险丝FB1另一端接+12V，芯片U3的6脚连接有电容C11一端，电容C11另一端接地，芯片U3的5脚和8脚连接有电容C12一端和二极管D2一端，电容C12另一端接地，二极管D2另一端连接有保险丝F1一端，保险丝F1另一端连接EMC模块。5.如权利要求3所述的一种实现高精度4
‑
20mA电流环的控制系统，其特征在于：所述芯片U4的1脚连接有电容C14一端、电阻R6一端、电容C13一端和保险丝FB2一端，电容C14另一端和电阻R6另一端连接有电阻R7一端和芯片U4的2脚，电阻R7另一端和电容C13另一端接地，保险丝FB2另一端接+3.3V，芯片U4的6脚连接有电容C16一端，电容C16另一端接地，芯片U5的5脚和8脚连接有电容C15一端和电阻R5一端，电阻R5另一端连接有二极管D2一端，电容C15另一端接地。6.如权利要求1所述的一种实现高精度4
‑
20mA电流环的控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：田洪飞，王爱军，梁静，尹玉国，
申请(专利权)人：山东思达特测控设备有限公司，
类型：新型
国别省市：