【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及儀器儀表控制，具體涉及一種基于pwm波控制4-20ma電流環的電路及校準方法。
技術介紹
1、現有的許多工業儀器儀表都含有4-20ma電流輸出功能，4-20ma電流輸出可以將所測到的物理量進行遠距離傳輸，并且還具有很強的抗干擾能力，便于對儀表的工作狀態進行實時監控，因此4-20ma電流環在工業儀表中應用廣泛。
2、在現有儀表中對于4-20ma電流環控制，一般有兩種方案實現：
3、1、采用數字信號轉電流的專用芯片，此種方案成本很高；
4、2、采用單片機u3的dac模塊或者dac專用芯片轉出電壓信號，再將電壓信號轉為4-20ma電流，但帶有dac模塊的單片機u3或者dac專用芯片價格往往較高，會增加儀表的成本，并且受電源供電差異及各個芯片批次的影響，4-20ma的精度不高。
技術實現思路
1、鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供一種基于pwm波控制4-20ma電流環的電路及校準方法，用于解決現有技術中采用數字信號轉電流的專用芯片以及采用帶有dac模塊的單片機u3或者dac專用芯片成本高的問題。
2、為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供一種基于pwm波控制4-20ma電流環的電路，包括：
3、中央處理模塊，所述中央處理模塊采用一個單片機u3，單片機u3通過i/o口輸出pwm波；
4、pwm轉電壓模塊，所述pwm轉電壓模塊由nmos管q1、運算放大器u1、電阻r1、電阻r2、電阻r
5、4-20ma電流環模塊，vout接入4-20ma電流環模塊；所述4-20ma電流環模塊由電流環控制芯片u2、三極管q2、電阻r5、電阻r6、電阻r8、電阻r9、電阻r11、電阻r12、電阻r13、電容c4、電容c5、電容c6、pmos?管q3構成；
6、電源管理模塊，用于提供供電電壓vcc；所述電源管理模塊采用一個充放電管理芯片u4，用于管理整個電路供電使用；
7、所述中央處理模塊和電源管理模塊中均設有芯片內部工作電壓vdd，pwm轉電壓模塊、4-20ma電流環模塊中均設有芯片內部工作電壓vdd2。
8、于本專利技術的一實施例中，所述單片機u3輸出pwm波的i/o口連接nmos管q1的柵極并通過電阻r4接地，nmos管q1的漏極接電阻r2的一端并通過電阻r1接電壓vdd2、源極接地，
9、所述電阻r2的另一端接電容c1的一端和電阻r3的一端，電容c1的另一端接地，電阻r3的另一端接電容c2的一端和運算放大器u1的1腳，電容c2的另一端接地；
10、所述運算放大器u1的2腳接地，u1的5腳接電壓vdd2并通過電容c3接地，運算放大器u1的3腳與4腳相連接。
11、于本專利技術的一實施例中，所述電流環控制芯片u2具有10個引腳，電流環控制芯片u2的第1引腳接電壓vcc，并通過電容c5，c6接地；電流環控制芯片u2的第2引腳接三極管q2的發射極和電阻r12的一端；三極管q2的基極和電阻r12的另一端接pmos?管q3的源極；三極管q2的集電極接電流環控制芯片u2的第3引腳和pmos管q3的柵極，q3的漏極接二極管d1陽極，二極管d1陰極輸出4-?20ma電流環輸出信號；
12、所述電阻r9的一端和電阻r8的一端接電流環控制芯片u2的第4引腳，r9的另一端接地；電流環控制芯片u2第5引腳和r8另一端接電壓vdd2，并通過電容c4接地；電阻r6一端和電阻r5一端接u2的第6引腳，電阻r6另一端pwm波轉電壓電路輸出的電壓信號，
13、所述電流環控制芯片u2的第7引腳通過電阻r13接地；電流環控制芯片u2的第8引腳通過電阻r10接電壓vdd；電流環控制芯片u2的第?9引腳接單片機u3的一個i/o口，并通過電阻r11接地，單片機u3的i/o口輸出高電平則可關閉電流環，使電流環輸出電流為0；電流環控制芯片u2的第10引腳接地。
14、于本專利技術的一實施例中，所述電阻r5另一端設置為浮空不接任何信號或者接fsk信號用于電流環輸出hart波形。
15、于本專利技術的一實施例中，所述電流環控制芯片u2的型號為xtr111aidrct。
16、一種基于pwm波控制4-20ma電流環的電路校準方法，采用電流環校準系統，電流環校準系統與儀表之間通過modbus協議進行通訊；包括所述的基于pwm波控制4-20ma電流環的電路，包括如下工作步驟：
17、s1、電流環校準系統對儀表發送指令，單片機u3的i/o口輸出4ma對應的理論pwm波，記pwm波的占空比為d1，儀表輸出的電流被校準系統采集并將值記為i1；
18、s2、電流環校準系統對儀表發送指令，單片機u3的i/o口輸出12ma對應的理論pwm波，記pwm波的占空比為d2，儀表輸出的電流被校準系統采集并將值記為i2；
19、s3、采用一次線性法對電流環進行補償，補償系數k?=?(d2-d1)/(i2-i1)，偏移量b=d2-k*i2；
20、s4、單片機u3將k與b的值記錄在內部flash中，當儀表輸出電流為i時，單片機u3輸出的pwm波占空比d?=?k*i+b；
21、s5、儀表根據電流環校準系統的要求輸出特定電流；
22、s6、電流環校準系統將儀表輸出的特定電流與采集到的實際電流進行比較，將儀表輸出的特定電流與采集到的實際電流之間的誤差控制在0.3%以內。
23、如上所述，本專利技術的基于pwm波控制4-20ma電流環的電路及校準方法，具有以下有益效果：
24、本專利技術采用pwm波控制4-20ma電流環模塊，通過改變pwm波的占空比來獲取不同的4-20ma電流信號；因此只需要單片機u3上的一個控制口即可實現對4-20ma電流環模塊的控制，不需要在單片機u3上帶dac模塊，也不需要使用dac專用芯片，提高了電路的通用性，降低了物料成本。本專利技術在校準方法中經過電流環校準系統的校準和輸出比較，能夠顯著提高4-20ma電流環的精度，增加了4-20ma電流環輸出的可靠性。
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1.一種基于pwm波控制4-20mA電流環的電路，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于pwm波控制4-20mA電流環的電路，其特征在于：所述電阻R5另一端設置為浮空不接任何信號或者接FSK信號用于電流環輸出HART波形。
3.根據權利要求1所述的基于pwm波控制4-20mA電流環的電路，其特征在于：所述電流環控制芯片U2的型號為XTR111AIDRCT。
4.一種基于pwm波控制4-20mA電流環的電路校準方法，采用電流環校準系統，電流環校準系統與儀表之間通過modbus協議進行通訊；包括權利要求1-3任一所述的基于pwm波控制4-20mA電流環的電路，其特征在于，包括如下工作步驟：
【技術特征摘要】
1.一種基于pwm波控制4-20ma電流環的電路，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于pwm波控制4-20ma電流環的電路，其特征在于：所述電阻r5另一端設置為浮空不接任何信號或者接fsk信號用于電流環輸出hart波形。
3.根據權利要求1所述的基于pwm波控制4-20ma電流環的電...
【專利技術屬性】
技術研發人員：藺寧寧，楊海燕，張超，阮睿，
申請(專利權)人：無錫格林通安全裝備有限公司，
類型：發明
國別省市：
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