一种SIL2安全等级的4-20mA输入检测电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种SIL2安全等级的4

【技术实现步骤摘要】
一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测电路及方法


[0001]本专利技术涉及输入检测
，具体涉及一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测电路及方法。

技术介绍

[0002]一般仪器仪表的信号电流都为4
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20mA，指最小电流为4mA,最大电流为20mA。在传输信号时，要考虑到导线上也有电阻，如果用电压传输则会在导线的产生一定的压降，那接收端的信号就会产生一定的误差，所以使用电流信号作为变送器的标准传输。
[0003]要使得4
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20mA输入模块满足SIL2安全等级，需要能够验证该模块自身是否正常，目前4
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20mA输入模块的检测电路是有很多的，但是在基于SIL2安全等级的设计上未找到合适的相关设计方式，上述问题亟待解决，为此，提出一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测电路及方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于：如何实现对4
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20mA输入模块的实时检测和模块功能自检，提供了一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测电路。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括主控模块、恒流发生模块、4
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20mA检测模块、4
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20mA输入模块；所述恒流发生模块、4
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20mA检测模块、4
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20mA输入模块均与所述主控模块通信连接，所述恒流发生模块、4
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20mA输入模块均与所述4
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20mA检测模块通信连接，通过所述主控模块对所述恒流发生模块、4
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20mA输入模块进行控制，并对4
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20mA的电流进行检测。
[0006]更进一步的，所述主控模块为微控制器U1，所述微控制器U1通过两个GPIO管脚实现恒流发生模块的输出使能控制和恒流发生模块的输出电流切换，所述微控制器U1通过另外一个GPIO管脚控制4
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20mA输入模块中4
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20mA的输入使能。
[0007]更进一步的，所述恒流发生模块包括电流选择电路、一级恒流电路、二级恒流电路；通过所述电流选择电路实现三个不同的电流输出选择，三个不同的电流输出分别为零电流、第一自检电流(I1)、第二自检电流(I2)，通过所述一级恒流电路实现恒流输出，为所述二级恒流电路提供驱动，通过所述二级恒流电路实现最终的电流输出。
[0008]更进一步的，所述电流选择电路包括电阻R1～R5、三极管Q1、三极管Q2，微控制器U1通过第一GPIO管脚与三极管Q1的基极连接，电阻R1设置在第一GPIO管脚与三极管Q1的基极之间，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与一级恒流电路连接，三极管Q1的集电极通过电阻R3与电源端连接，三极管Q1的集电极处设置有第一测试点TP1，微控制器U1通过第二GPIO管脚与三极管Q2的基极连接，电阻R2设置在第二GPIO管脚与三极管Q2的基极之间，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R4与三极管Q1的集电极连接，三极管Q2的集电极通过电阻R5接地。
[0009]更进一步的，所述一级恒流电路包括误差放大芯片U2、电容C1、MOS管Q3、电阻R6、
R7，误差放大芯片U2的正相输入端与三极管Q1的集电极连接，反相输入端与MOS管Q3的漏极并联后通过电阻R6接地，输出端与MOS管Q3的栅极连接，电容C1连接在误差放大芯片U2的反相输入端与输出端之间，MOS管Q3的源极通过电阻R7与电源端连接，并与二级恒流电路连接。
[0010]更进一步的，所述二级恒流电路包括误差放大芯片U3、电容C2、MOS管Q4、电阻R8、二极管D1，误差放大芯片U3的正相输入端与MOS管Q3的源极连接，反相输入端与MOS管Q4的源极并联后通过电阻R8与电源端连接，输出端与MOS管Q4的栅极连接，电容C2连接在误差放大芯片U3的反相输入端与输出端之间，MOS管Q4的漏极通过二极管D1与4
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20mA检测模块连接。
[0011]更进一步的，所述4
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20mA检测模块包括ADC芯片U4、输入滤波电路、阻抗匹配电路、采样电阻R9；所述输入滤波电路包括电阻R10、电容C3，所述阻抗匹配电路包括运算放大器U5，所述ADC芯片U4的一端与所述微控制器U1连接，另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与运算放大器U5的输出端连接，电容C3的一端连接至电阻R10与ADC芯片U4之间，另一端接地，运算放大器U5的反相输入端与输出端连接，形成跟随器，正相输入端与二极管D1并联后通过电阻R9接地。
[0012]更进一步的，所述4
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20mA输入模块包括电阻R13、三极管Q6、信号继电器、续流二极管D4、TVS二极管D3、外部4
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20mA输入接口，微控制器U1通过第三GPIO管脚与三极管Q6的基极连接，电阻R13设置在第三GPIO管脚与三极管Q6的基极之间，三极管Q6的发射极接地，集电极与信号继电器线圈的负端连接，信号继电器线圈的正端与电源端连接，续流二极管D4一端与电源端连接，另一端与三极管Q6集电极连接，外部4
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20mA输入接口通过信号继电器的第一触点(触点1)与运算放大器U5的反相输入端连接，TVS二极管D3的一端接地，另一端连接到信号继电器的第二触点(触点2)，信号继电器的第二触点与运算放大器U5的正相输入端。
[0013]本专利技术还提供了一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测方法，利用上述的电路实现SIL2安全等级的4
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20mA输入检测工作，包括以下步骤：
[0014]S1：置第一GPIO管脚为高电平、第二GPIO管脚为低电平、第三GPIO管脚为高电平，关闭恒流发生模块，并使信号继电器的两个触点闭合，外部信号通过外部4
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20mA输入接口连接到4
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20mA检测模块中，此时所述4
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20mA输入检测电路处于外部信号检测状态；
[0015]S2：为了周期性验证4
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20mA输入检测电路的功能是否正常，4
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20mA输入检测电路在运行指定时间后，置第一GPIO管脚为低电平、第二GPIO管脚为高电平、第三GPIO管脚为低电平，打开恒流发生模块，输出第一自检电流，并使信号继电器的两个触点断开，关闭外部4
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20mA输入信号，此时4
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20mA输入检测电路设备处于第一自检状态；微控制器U1验证读取的输入电流与第一自检电流的差值是否在设定阈值范围内，进而判断4
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20mA输入检测电路是否正常，如果正常则进入步骤S3，否则判断4
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20mA输入检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测电路，其特征在于，包括：主控模块、恒流发生模块、4
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20mA检测模块、4
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20mA输入模块；所述恒流发生模块、4
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20mA检测模块、4
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20mA输入模块均与所述主控模块通信连接，所述恒流发生模块、4
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20mA输入模块均与所述4
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20mA检测模块通信连接，通过所述主控模块对所述恒流发生模块、4
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20mA输入模块进行控制，并对4
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20mA的电流进行检测。2.根据权利要求1所述的一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测电路，其特征在于：所述主控模块为微控制器U1，所述微控制器U1通过两个GPIO管脚实现恒流发生模块的输出使能控制和恒流发生模块的输出电流切换，所述微控制器U1通过另外一个GPIO管脚控制4
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20mA输入模块中4
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20mA的输入使能。3.根据权利要求2所述的一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测电路，其特征在于：所述恒流发生模块包括电流选择电路、一级恒流电路、二级恒流电路；通过所述电流选择电路实现三个不同的电流输出选择，三个不同的电流输出分别为零电流、第一自检电流、第二自检电流，通过所述一级恒流电路实现恒流输出，为所述二级恒流电路提供驱动，通过所述二级恒流电路实现最终的电流输出。4.根据权利要求3所述的一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测电路，其特征在于：所述电流选择电路包括电阻R1～R5、三极管Q1、三极管Q2，微控制器U1通过第一GPIO管脚与三极管Q1的基极连接，电阻R1设置在第一GPIO管脚与三极管Q1的基极之间，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与一级恒流电路连接，三极管Q1的集电极通过电阻R3与电源端连接，三极管Q1的集电极处设置有第一测试点TP1，微控制器U1通过第二GPIO管脚与三极管Q2的基极连接，电阻R2设置在第二GPIO管脚与三极管Q2的基极之间，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R4与三极管Q1的集电极连接，三极管Q2的集电极通过电阻R5接地。5.根据权利要求4所述的一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测电路，其特征在于：所述一级恒流电路包括误差放大芯片U2、电容C1、MOS管Q3、电阻R6、R7，误差放大芯片U2的正相输入端与三极管Q1的集电极连接，反相输入端与MOS管Q3的漏极并联后通过电阻R6接地，输出端与MOS管Q3的栅极连接，电容C1连接在误差放大芯片U2的反相输入端与输出端之间，MOS管Q3的源极通过电阻R7与电源端连接，并与二级恒流电路连接。6.根据权利要求5所述的一种SIL2安全等级的4
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20mA输入检测电路，其特征在于：所述二级恒流电路包括误差放大芯片U3、电容C2、MOS管Q4、电阻R8、二极管D1，误差放大芯片U3的正相输入端与MOS管Q3的源极连接，反相输入端与MOS管Q4的源极并联后通过电阻R8与电源端连接，输出端与MOS管Q4的栅极连接，电容C2连接在误差放大芯片U3的反相输入端与输出端之间，MOS管Q4的漏极通过二极管D1与4
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20mA检测模块连接。7.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓牛，
申请(专利权)人：安徽皖仪科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：