CN114205958B - 一种两线制仪表及两线制仪表控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两线制仪表及两线制仪表控制电路，为了实现两线制仪表中的LCD显示屏的背光功能，该两线制仪表中并没有如现有技术中设置DC‑DC电压转换器，而是将该两线制仪表中的稳压驱动模块与背光模块并联且并联后的电路通过信号传输线与阻抗调节模块串联，最终将该两线制仪表与两线制仪表控制电路中的电源及采样阻抗串联，实现LCD显示屏的背光功能。与现有技术相比，该两线制仪表在保证了其自身最大消耗电流的设计要求的基础上，降低了该两线制仪表的生产成本，且解决了现有技术中该两线制仪表输出的模拟信号受到加入的DC‑DC电压转换器工作时产生的电磁干扰影响的问题，进而提高了该两线制仪表的转换精度。
Description
技术领域
本发明涉及仪表设计领域，特别是涉及一种两线制仪表及两线制仪表控制电路。
背景技术
两线制仪表包括用于传输4-20mA的标准模拟信号的两根信号传输线且这些信号传输线本身还用作电源线。在使用时，该仪表需要通过模拟量传输通道与电源及阻抗串联，在保证了其自身供电的同时，实现了将待检测的温度、压力等物理量转换成4-20mA的标准模拟信号的功能。为了实现自身的正常工作且符合4mA的最小标准模拟信号传输要求，该仪表的自身最大消耗电流需控制在3.5mA以下。
为了使该仪表中的LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)显示屏在低亮度环境中能实现背光功能，该两线制仪表还包括与该仪表中的数据处理模块并联的LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)背光源。由于LED背光源正常发光时的消耗电流通常在2mA左右，这使得该仪表中的其他器件的消耗电流需控制在1.5mA以下才能满足该仪表自身最大消耗电流的设计要求，而这在生产实际中很难实现。因此，在现有技术中，针对两线制仪表中的LED背光源驱动，通常采用并联恒压源驱动的方式，即将该仪表中的数据处理模块与LED背光源并联，并联后的电路与DC-DC(Direct Current-Direct Current,直流-直流)电压转换器串联，通过DC-DC电压转换器降压输出的方式以满足LED背光源的消耗电流及该仪表中其他器件的消耗电流的功耗需求。具体请参照图1，图1为现有技术中一种两线制仪表控制电路的结构示意图，其中虚线框中的部分表示两限制仪表，该仪表通过模拟量传输通道与电源V_loop及阻抗RL串联。但采用该种驱动方式一方面由于DC-DC电压转换器本身的设计较复杂，增加了该两线制仪表的生产成本，另一方面该仪表输出的模拟信号容易收到DC-DC电压转换器工作时产生的电磁干扰的影响，进而影响了该两线制仪表的转换精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种两线制仪表及两线制仪表控制电路，在保证了自身最大消耗电流的设计要求的基础上，降低了生产成本，且解决了现有技术中该两线制仪表输出的模拟信号受到加入的DC-DC电压转换器工作时产生的电磁干扰影响的问题，进而提高了该两线制仪表的转换精度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种两线制仪表，应用于两线制仪表控制电路，所述两线制仪表控制电路包括电源及采样阻抗，所述两线制仪表包括信号传输线、传感器、处理模块、稳压驱动模块、背光模块及阻抗调节模块，所述传感器与所述处理模块的一端连接，所述处理模块的另一端与所述阻抗调节模块的控制端连接，所述稳压驱动模块与所述背光模块并联且并联后的电路通过所述信号传输线与所述阻抗调节模块、所述电源及所述采样阻抗串联；
所述传感器用于对待检测对象的物理量进行检测，得到检测量；
所述处理模块用于根据所述检测量及预设检测量-阻抗-环路电流的对应关系确定目标环路电流及所述阻抗调节模块的目标阻抗，将所述阻抗调节模块的阻抗调整至所述目标阻抗，以将所述环路电流调整至所述目标环路电流；
所述稳压驱动模块用于稳定所述背光模块两端的电压；
所述背光模块用于为所述两线制仪表中的LCD显示屏提供背光源。
优选的，所述稳压驱动模块包括第一电阻、第二电阻及可控稳压源；
所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端连接且连接的公共端与所述可控稳压源的参考端连接，所述第一电阻的另一端与所述可控稳压源的阴极连接且连接的公共端与所述背光模块的一端连接；
所述第二电阻的另一端与所述可控稳压源的阳极连接且连接的公共端与所述背光模块的另一端连接；
所述可控稳压源用于稳定所述背光模块两端的电压。
优选的，所述稳压驱动模块还包括电容；
所述电容的一端与所述可控稳压源的参考端连接，所述电容的另一端与所述可控稳压源的阳极连接，用于防止电磁干扰。
优选的，所述可控稳压源的型号为ATL431。
优选的，所述背光模块包括LED背光源；
所述LED背光源的阳极与所述可控稳压源的阴极连接，所述LED背光源的阴极与所述可控稳压源的阳极连接，用于为所述LCD显示屏提供背光源。
优选的，所述LED背光源包括的光源为白光源。
优选的，所述背光模块还包括第三电阻；
所述第三电阻与所述LED背光源串联，用于限流。
优选的，所述第三电阻为可调电阻。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种两线制仪表控制电路，包括电源及采样阻抗，还包括如上述所述的两线制仪表，所述电源与采样阻抗及所述两线制仪表串联。
优选的，还包括：
与所述采样阻抗并联的电压采集模块，用于采集所述采样阻抗两端的电压；
与所述电压采集模块连接的处理器，用于根据所述电压和所述采样阻抗的阻抗确定所述目标环路电流，并基于预设检测量-环路电流确定所述检测量。
本发明提供了一种两线制仪表及两线制仪表控制电路，为了实现两线制仪表中的LCD显示屏的背光功能，该两线制仪表中并没有如现有技术中设置DC-DC电压转换器，而是将该两线制仪表中的稳压驱动模块与背光模块并联且并联后的电路通过信号传输线与阻抗调节模块串联，最终将该两线制仪表与两线制仪表控制电路中的电源及采样阻抗串联，实现了LCD显示屏的背光功能。与现有技术相比，该两线制仪表在保证了其自身最大消耗电流的设计要求的基础上，降低了生产成本，且解决了现有技术中该两线制仪表输出的模拟信号受到加入的DC-DC电压转换器工作时产生的电磁干扰影响的问题，进而提高了该两线制仪表的转换精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种两线制仪表控制电路的结构示意图；
图2为本发明提供的一种两线制仪表的结构示意图；
图3为本发明提供的另一种两线制仪表的结构示意图；
图4为本发明提供的另一种两线制仪表的结构示意图；
图5为本发明提供的一种两线制仪表控制电路的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种两线制仪表及两线制仪表控制电路，在保证了自身最大消耗电流的设计要求的基础上，降低了生产成本，且解决了现有技术中该两线制仪表输出的模拟信号受到加入的DC-DC电压转换器工作时产生的电磁干扰影响的问题，进而提高了该两线制仪表的转换精度。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1、图2和图3，图1为现有技术中一种两线制仪表控制电路的结构示意图，图2为本发明提供的一种两线制仪表的结构示意图，图3为本发明提供的一种两线制仪表的结构示意图。
该两线制仪表，应用于两线制仪表控制电路，两线制仪表控制电路包括电源及采样阻抗，两线制仪表包括信号传输线、传感器1、处理模块2、稳压驱动模块3、背光模块4及阻抗调节模块5，传感器1与处理模块2的一端连接，处理模块2的另一端与阻抗调节模块5的控制端连接，稳压驱动模块3与背光模块4并联且并联后的电路通过信号传输线与阻抗调节模块5、电源及采样阻抗串联；
传感器1用于对待检测对象的物理量进行检测，得到检测量；
处理模块2用于根据检测量及预设检测量-阻抗-环路电流的对应关系确定目标环路电流及阻抗调节模块5的目标阻抗，将阻抗调节模块5的阻抗调整至目标阻抗，以将环路电流调整至目标环路电流；
稳压驱动模块3用于稳定背光模块4两端的电压；
背光模块4用于为两线制仪表中的LCD显示屏提供背光源。
本实施例中，考虑到现有技术中，针对两线制仪表中的LED背光源驱动，通常采用如图1所示的并联恒压源驱动的方式，但采用该种驱动方式一方面增加了该仪表的生产成本，另一方面该仪表输出的模拟信号容易收到DC-DC电压转换器工作时产生的电磁干扰的影响，影响了该仪表的转换精度。为解决上述技术问题，本申请提供了一种两限制仪表，如图2所示，该两线制仪表包括用于传输信号的两根信号传输线、传感器1、处理模块2、稳压驱动模块3、背光模块4及阻抗调节模块5。
具体的，如图3所示，电源V_loop、采样阻抗RL及该两线制仪表通过模拟量传输通道串联构成环路，该环路中的电流即为该两线制仪表输出的电流。于是，在工业现场中，该两限制仪表中的传感器1针对待检测对象的物理量进行检测，得到检测量传输至处理模块2，其中这里的物理量可以为温度、压力等各种类型的物理量，本申请在此不作特别的限定。处理模块2接收到该物理量之后，根据预设检测量-阻抗-环路电流的对应关系可以确定目标环路电流及阻抗调节模块5的目标阻抗，进而将阻抗调节模块5的阻抗调整至目标阻抗，以将环路电流调整至目标环路电流，需要说明的是，这里的目标环路电流应在该两线制仪表能够输出的环路电流的变送阈值范围内，即当该两线制仪表的两根信号传输线能够输出的环路电流为4-20mA的标准模拟信号时，该目标环路电流即在4-20mA范围内。这里的处理模块2可以包括模数转换器、MCU(Microcontroller Unit，微处理单元)及数模转换器，本申请在此不作特别的限定。该两线制仪表中的背光模块4可以为该两线制仪表中的LCD显示屏提供背光源，且为了保证该背光模块4的发光强度的稳定，不会出现因环路电流的改变而闪烁的现象，该两线制仪表中的稳压驱动模块3可以稳定背光模块4两端的电压。
需要说明的是，这里的传感器可以为压力传感器，也可以为温度传感器，本申请在此不作特别的限定，根据两线制仪表的实际类型而定。
此外，这里可以在采样阻抗的两端并联电压采集模块以采集采样阻抗两端的电压，该电压采集模块可以与处理器连接，以根据该电压及采样阻抗确定目标环路电流，进而基于预设检测量-环路电流最终确定检测量。
本申请提供了一种两线制仪表，为了实现两线制仪表中的LCD显示屏的背光功能，该两线制仪表中并没有如现有技术中设置DC-DC电压转换器，而是将该两线制仪表中的稳压驱动模块3与背光模块4并联且并联后的电路通过信号传输线与阻抗调节模块5串联，最终将该两线制仪表与两线制仪表控制电路中的电源及采样阻抗串联，实现了LCD显示屏的背光功能。与现有技术相比，该两线制仪表在保证了其自身最大消耗电流的设计要求的基础上，降低了该两限制仪表的设计复杂度及生产成本，且解决了现有技术中该两线制仪表输出的模拟信号受到加入的DC-DC电压转换器工作时产生的电磁干扰影响的问题，进而提高了该两线制仪表的转换精度。
在上述实施例的基础上：
请参照图4，图4为本发明提供的另一种两线制仪表的结构示意图。
作为一种优选的实施例，稳压驱动模块3包括第一电阻R1、第二电阻R2及可控稳压源U1；
第一电阻R1的一端与第二电阻R2的一端连接且连接的公共端与可控稳压源U1的参考端连接，第一电阻R1的另一端与可控稳压源U1的阴极连接且连接的公共端与背光模块4的一端连接；
第二电阻R2的另一端与可控稳压源U1的阳极连接且连接的公共端与背光模块4的另一端连接；
可控稳压源U1用于稳定背光模块4两端的电压。
本申请中，稳压驱动模块3可以包括第一电阻R1、第二电阻R2及可控稳压源U1，该可控稳压源U1可以稳定背光模块4两端的电压，保证了背光模块4发光强度的稳定，不会出现因环路电流的改变而闪烁的现象。
具体的，如图4所示，这里的可控稳压源U1的型号可以为ATL431，第一电阻R1和第二电阻R2为该可控稳压源U1提供输出稳压配置。当需要可控稳压源U1稳定输出3.325V的稳定电压时，第一电阻R1电阻可以取33千欧，第二电阻R2电阻可以取100千欧，此时可控稳压源U1稳定输出3.325V电压，其最小工作电流仅为0.035mA，流经第一电阻R1、第二电阻R2的电流仅为0.024mA。于是整个稳压驱动模块3的最小消耗电流0.059mA，功耗为0.196mW。可见，稳压驱动模块3的功耗较低，可适用于多种不同类型的两线制仪表的背光应用。
需要说明的是，可控稳压源U1稳定输出的电压也可以为其他数值，调整第一电阻R1及第二电阻R2的阻值即可，本申请在此不作特别的限定，
作为一种优选的实施例，稳压驱动模块3还包括电容C1；
电容C1的一端与可控稳压源U1的参考端连接，电容C1的另一端与可控稳压源U1的阳极连接，用于防止电磁干扰。
本实施例中，发明人进一步考虑到在工业现场中，该现场中很可能包含各种电磁干扰，影响可控稳压源U1的稳定工作，本申请中该稳压驱动模块3还包括电容C1，可以简单有效的防止工业现场的电磁干扰。
具体的，如图4所示，在上述实施例的基础上，这里的电容C1的容值可以为1微法。
作为一种优选的实施例，可控稳压源U1的型号为ATL431。
本申请中，可控稳压源U1的型号可以为ATL431，能够简单有效的与第一电阻R1和第二电阻R2配合实现稳压驱动模块3的稳压功能，且ATL431体积小，输出电压的噪声小。
作为一种优选的实施例，背光模块4包括LED背光源41；
LED背光源41的阳极与可控稳压源U1的阴极连接，LED背光源41的阴极与可控稳压源U1的阳极连接，用于为LCD显示屏提供背光源。
本实施例中，该背光模块4包括LED背光源41，在稳压驱动模块3提供稳定电压的基础上，使用LED背光源41可以简单可靠地为LCD显示屏提供背光源，且背光工作稳定无闪烁。
作为一种优选的实施例，LED背光源41包括的光源为白光源。
本实施例中，考虑到工业现场的应用实际，本申请中的LED背光源41包括的光源为白光源，能够简单有效地实现为LCD显示屏提供背光源，便于开发人员在工作环境较为昏暗时查看。
作为一种优选的实施例，背光模块还包括第三电阻R3；
第三电阻R3与LED背光源串联，用于限流。
本申请中，为了保护LED背光源41，背光模块4还包括与该LED背光源41串联的第三电阻R3，以实现限流。
作为一种优选的实施例，第三电阻R3为可调电阻。
本实施例中，发明人进一步考虑到LED背光源41中LED生产工艺的不同以及稳压驱动模块3输出的电压噪声，该第三电阻R3可以为可调电阻。
具体的，由于LED背光源41中LED生产工艺的不同，即使对于不同的LED背光源41通入相同的电流，不同的LED背光源41的压降也不同，进而导致发光的亮度不同；在实际应用中，稳压驱动模块3输出的电压会包含电压噪声，综合考虑了以上两个方面的基础上，第三电阻R3可以为可调电阻，通过改变第三电阻R3的阻值可以调节LED背光模块41的驱动电流，进而调节LED背光模块41的发光强度，即第三电阻的阻值越大，驱动LED背光源41的驱动电流越大且稳定，其发光强度就越大，越能够改善以上两个方面的消极影响，但可调电阻的具体数值本申请在此不作特别的限定，根据开发人员在设计两线制仪表时的设计需求来定。
需要说明的是，如图4所示，这里的可调电阻的阻值范围可以在0至1千欧的区间范围内，且对于可调电阻的阻值的调节根据两线制仪表时的设计需求在该两线制仪表出厂前调整设置，本申请在此不作特别的限定。
可见，采用这种方式可以极大程度上改善LED生产工艺的不同以及稳压驱动模块3输出的电压噪声对LED背光源41的发光效果，使得背光模块4的工作状态稳定，一致性好。
请参照图5，图5为本发明提供的一种两线制仪表控制电路的结构示意图。
该两线制仪表控制电路，包括电源7及采样阻抗8，还包括如上述所述的两线制仪表6，电源7与采样阻抗8及两线制仪表6串联。
对于本发明中提供的两线制仪表控制电路的介绍请参照上述两线制仪表6的实施例，此处不再赘述。
作为一种优选的实施例，还包括：
与采样阻抗8并联的电压采集模块9，用于采集采样阻抗8两端的电压；
与电压采集模块8连接的处理器10，用于根据电压和采样阻抗8的阻抗确定目标环路电流，并基于预设检测量-环路电流确定检测量。
本实施例中，该两线制仪表控制电路还可以包括电压采集模块9和处理器10，该处理器10根据电压采集模块9采集的采样阻抗8两端的电压采样阻抗8的阻抗可以确定由两线制仪表6、电源7及采样阻抗8串联组成的环路的目标环路电流，并基于预设检测量-环路电流确定检测量。
需要说明的是，这里的处理器包括但不限于MCU，本申请在此不作特别的限定。
可见，通过这种方式可以简单可靠地确定检测量，便于开发人员后续根据该检测量进行相适应的处理。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种两线制仪表，其特征在于，应用于两线制仪表控制电路，所述两线制仪表控制电路包括电源及采样阻抗，所述两线制仪表包括信号传输线、传感器、处理模块、稳压驱动模块、背光模块及阻抗调节模块，所述传感器与所述处理模块的一端连接，所述处理模块的另一端与所述阻抗调节模块的控制端连接，所述稳压驱动模块与所述背光模块并联且并联后的电路通过所述信号传输线与所述阻抗调节模块、所述电源及所述采样阻抗串联；
所述传感器用于对待检测对象的物理量进行检测，得到检测量；
所述处理模块用于根据所述检测量及预设检测量-阻抗-环路电流的对应关系确定目标环路电流及所述阻抗调节模块的目标阻抗，将所述阻抗调节模块的阻抗调整至所述目标阻抗，以将所述环路电流调整至所述目标环路电流；
所述稳压驱动模块用于稳定所述背光模块两端的电压；
所述背光模块用于为所述两线制仪表中的LCD显示屏提供背光源。
2.如权利要求1所述的两线制仪表，其特征在于，所述稳压驱动模块包括第一电阻、第二电阻及可控稳压源；
所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端连接且连接的公共端与所述可控稳压源的参考端连接，所述第一电阻的另一端与所述可控稳压源的阴极连接且连接的公共端与所述背光模块的一端连接；
所述第二电阻的另一端与所述可控稳压源的阳极连接且连接的公共端与所述背光模块的另一端连接；
所述可控稳压源用于稳定所述背光模块两端的电压。
3.如权利要求2所述的两线制仪表，其特征在于，所述稳压驱动模块还包括电容；
所述电容的一端与所述可控稳压源的参考端连接，所述电容的另一端与所述可控稳压源的阳极连接，用于防止电磁干扰。
4.如权利要求2所述的两线制仪表，其特征在于，所述可控稳压源的型号为ATL431。
5.如权利要求2所述的两线制仪表，其特征在于，所述背光模块包括LED背光源；
所述LED背光源的阳极与所述可控稳压源的阴极连接，所述LED背光源的阴极与所述可控稳压源的阳极连接，用于为所述LCD显示屏提供背光源。
6.如权利要求5所述的两线制仪表，其特征在于，所述LED背光源包括的光源为白光源。
7.如权利要求5至6任一项所述的两线制仪表，其特征在于，所述背光模块还包括第三电阻；
所述第三电阻与所述LED背光源串联，用于限流。
8.如权利要求7所述的两线制仪表，其特征在于，所述第三电阻为可调电阻。
9.一种两线制仪表控制电路，其特征在于，包括电源及采样阻抗，还包括如权利要求1至8任一项所述的两线制仪表，所述电源与采样阻抗及所述两线制仪表串联。
10.如权利要求9所述的两线制仪表控制电路，其特征在于，还包括：
与所述采样阻抗并联的电压采集模块，用于采集所述采样阻抗两端的电压；
与所述电压采集模块连接的处理器，用于根据所述电压和所述采样阻抗的阻抗确定所述目标环路电流，并基于预设检测量-环路电流的对应关系确定所述检测量。
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Also Published As
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| CN114205958A (zh) | 2022-03-18 |
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