CN201583858U

CN201583858U - 基于can总线控制自变双极性可调电流源

Info

Publication number: CN201583858U
Application number: CN2009202579761U
Authority: CN
Inventors: 邢军伟; 吕应明; 袁海文
Original assignee: ZHENGZHOU DAFANG BRIDGE MACHINERY CO Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU DAFANG BRIDGE MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2019-11-10

Abstract

一种基于CAN总线控制自变双极性可调电流源，其特征在于：所述可调电流源包括：CAN通讯模块、单片机、D/A转换芯片、V/I转换电路、输出扩流电路、电流取样电阻、取样放大调理电路和A/D转换芯片；其中所述CAN通讯模块的输出端口与单片机的相应输入端口相连接，单片机把来自上位机的CAN总线数据转换成D/A转换的数据直接送D/A转换芯片，然后再由V/I转换电路把电压信号转换为电流，再经扩流电路输出给负载；用于输出电流反馈通道中的电流取样电阻经取样放大调理电路后由A/D转换芯片反馈给单片机，程序将输出电流的反馈值与给定值比较后实时调整送D/A转换芯片的数字量，以保证在一定给定输入的情况下输出电流的恒定，而不受负载电阻变化的影响。

Description

基于CAN总线控制自变双极性可调电流源

技术领域

本实用新型涉及一种通用可调电流源，特别涉及一种基于CAN总线控制自变双极性可调电流源。

背景技术

现在的控制小电流的液压阀及泵的比例控制器都是适应于大电流的控制，控制小电流的有一定的局限，机械换向也容易引发故障，配套的控制器性价比也不高，因而极需要具有一种输出电流不受负载电阻变化的影响，最小调节分辨率可达0.05mA，控制精度高，安全性可靠性高，通用性强，可扩展性好控制器。

发明内容

本实用新型的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种可用CAN总线控制的结构简单的自变双极性可调电流源，该电流源无机械换向触点，输出电流不受负载电阻变化的影响，最小调节分辨率可达0.05mA，控制精度高，安全性可靠性高，通用性强，可扩展性好基于CAN总线控制自变双极性可调电流源。

本实用新型的目的是通过下述方案实现的。

本实用新型的CAN总线控制自变双极性可调电流源所述可调电流源包括：CAN通讯模块、单片机AT89C52、D/A转换芯片、V/I转换电路、输出扩流电路、电流取样电阻、取样放大调理电路和A/D转换芯片；其中CAN通讯模块的输出端口与单片机的相应输入端口相连接，当采用开环控制方式时，单片机把来自上位机的CAN总线数据转换成D/A转换的数据直接送D/A转换芯片，然后再由V/I转换电路把电压信号转换为电流，再经扩流电路输出给负载，提高装置的输出电流能力；当负载电阻实时变化较大时，采用闭环控制方式，以保证理想的输出电流，输出电流反馈通道中的电流取样电阻经取样放大调理电路后由A/D转换芯片反馈给单片机，程序将输出电流的反馈值与给定值比较后实时调整送D/A转换芯片的数字量，以保证在一定给定输入的情况下输出电流的恒定，而不受负载电阻变化的影响。

本实用新型中所述D/A转换芯片和A/D转换芯片均为12位的，在输出电流可调范围是-100mA～100mA时，输出电流调节的最小分辨率可达0.05mA；所述V/I转换电路的设计可在不使用任何机械换向器情况下实现装置输出电流的正反两种输出方向，并且装置的输出电流在一定范围内不受负载电阻大小变化的影响；所述输出扩流电路是一种晶体管互补型扩流电路，电路中两个晶体管选择对称性较好的对管，并确保晶体管处于合适的静态工作点，这样可保证对正反向输出电流控制的线性度和对称性好；所述电流取样电阻选用精密的毫欧电阻，使其在不影响外接负载的情况下实现精确取样；所述取样放大调理电路对取样差分信号经差分放大后再由绝对值电路变换为相对于系统的参考地的正电压信号，再经普通运放构成的后级放大电路放大一定倍数，然后再经过滤波和平滑转换为直流信号，再经电压跟随器后送A/D转换芯片，把电流的输出值实时地反馈给单片机。

本实用新型中所述的CAN通讯模块实现把上位机的控制命令或修改参数命令传送给单片机，并且把本节点的状态或故障信息上传给上位机。

在本实用新型中可由上位机通过CAN总线发送数据修改单片机程序的某标志位，实现开环控制和闭环控制程序的选择。另外，以同样方式还可以修改其它参数，如CAN报文标识符、通讯波特率、震颤电流参数(频率和幅值)等。

本实用新型相比现有技术具有以下三大技术特点和有益效果：

(1)装置的输出电流可调范围大、调节分辨率高、控制精度高。

(2)装置独特的V/I转换电路的设计使其无需机械换向器即可实现电流的正反两个方向输出，且输出电流在一定范围内不受负载电阻大小的影响，即使在负载变化较大的情况下仍可由闭环控制方式实现输出电流的恒定。因此，装置的故障率小，运行的稳定性和可靠性高。

(3)装置有CAN总线接口，CAN总线是目前工业现场普遍使用的一种现场总线，可实现较远距离的控制，方便与其它功能的CAN总线节点配合构成一定空间范围内的分布式系统。因此，装置的通用行强，可扩展性好。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是V/I转换电路图。

图3是输出扩流电路图。

图4是CAN通讯模块的电路示意图

图5是负载电流的取样反馈电路的原理框图。

图6是CAN总线数据与电流输入输出曲线。

图7是闭环控制的单片机程序流程图。

具体实施方式

本实用新型以下将结合实施例(附图)作进一步描述：

如图1所示，本实用新型的CAN总线控制自变双极性可调电流源所述可调电流源包括：CAN通讯模块、单片机AT89C52、D/A转换芯片、V/I转换电路、输出扩流电路、电流取样电阻、取样放大调理电路和A/D转换芯片；其中CAN通讯模块的输出端口与单片机的相应输入端口相连接，当采用开环控制方式时，单片机把来自上位机的CAN总线数据转换成D/A转换的数据直接送D/A转换芯片，然后再由V/I转换电路把电压信号转换为电流，再经扩流电路输出给负载，提高装置的输出电流能力；当负载电阻实时变化较大时，采用闭环控制方式，以保证理想的输出电流，输出电流反馈通道中的电流取样电阻Rs经取样放大调理电路后由A/D转换芯片反馈给单片机，程序将输出电流的反馈值与给定值比较后实时调整送D/A转换芯片的数字量，以保证在一定给定输入的情况下输出电流的恒定，而不受负载电阻变化的影响。

如图2所示，当R_i、R_f远远大于R₀和R_L时，流过负载R_L的电流由式

I_{L} = \frac{1}{R_{i}} (1 + \frac{R_{f}}{R_{0}}) V_{i}

确定，R_f是可调精密电阻器，用以调节运算放大器的放大倍数，以达到调整负载电流控制范围的目的。由I_L的计算公式可知，在一定范围内，I_L的大小与外接负载本身的电阻大小无关。但由于运放的输出驱动电流的能力有限(一般20～40mA)，所以设计了如图3所示的输出扩流电路，此电路是互补型输出电路，电路中各电阻必需选择合适的阻值，以保证晶体管合适的静态工作点，并且两个晶体管要选择对称性较好的对管，以保证对正反向输出电流控制的线性度和对称性好。本电流源电路的各参数设置为合适值后，在负载电阻在70Ω以内时，负载电流可在-100mA～100mA范围内调节，大大提高了装置的输出电流能力，并且有很好的控制线性度。电流的输出曲线如图6。

如图4所示，图中AN82527是CAN控制器，其与单片机连接，实现CAN总线数据的收发控制，82C250是收发器，其作用是增强CAN总线信号的驱动能力。

如图5所示，电流取样信号来自图1中的电流取样电阻R_s，R_s是一个330mΩ的精密电阻，取样信号是一差分信号，经差分运算放大器AD620进行一定放大后，再经运放构成的绝对值电路变换为正电压信号(相对于系统的参考地)，之后，再经普通运放构成的后级放大电路进行放大，然后再经由电感和电容构成的滤波电路进行滤波和平滑转换为直流信号，再经电压跟随后送A/D转换器转换为数字信号送给单片机。此反馈电路放大和整形的目的是使单片机得到相当于负载平均电流物理意义的数字信号。

另外，本实用新型用的D/A和A/D转换器均为双通道的，可同时实现两路的电流输出并可分别控制，必要时还可进行更多通道的扩展。

本实用新型的具体工作原理如下所述：

由图2的电路分析可知，负载电流的大小在一定范围内与负载电阻的变化无关，因此，在负载电阻变化较小的情况下直接用开环方式即可实现对输出电流的控制，此种情况下图5所示的反馈电路不是必需的。因此，单片机的控制程序可分为两种方式，即开环控制方式和闭环控制方式。开环方式比较简单，输出电流的控制信号来自上位机发的CAN总线数据，单片机把收到的CAN报文数据转换成D/A转换的数字量然后直接送D/A转换器即可。当负载电阻实时变化较大时，必需用闭环控制方式才能保证输出电流的恒定。

闭环控制的单片机程序流程如图7，图中的Δ(k+1)取正比于|I_g(k+1)-I_f(k+1)|的合适值，最小为单片机的数字量1。当外接负载需求的不是恒定的直流电流，而是一定频率的小幅震颤电流时，还可以通过单片机程序实现这样的电流输出。可由上位机通过CAN总线发送数据修改单片机程序的某标志位，实现开环控制和闭环控制程序的选择。另外，以同样方式还可以修改其它参数，如CAN报文标识符、通讯波特率、震颤电流参数(频率和幅值)等。

Claims

1.一种基于CAN总线控制自变双极性可调电流源，其特征在于：所述可调电流源包括：CAN通讯模块、单片机、D/A转换芯片、V/I转换电路、输出扩流电路、电流取样电阻、取样放大调理电路和A/D转换芯片；其中所述CAN通讯模块的输出端口与单片机的相应输入端口相连接，单片机把来自上位机的CAN总线数据转换成D/A转换的数据直接送D/A转换芯片，然后再由V/I转换电路把电压信号转换为电流，再经扩流电路输出给负载；用于输出电流反馈通道中的电流取样电阻经取样放大调理电路后由A/D转换芯片反馈给单片机，程序将输出电流的反馈值与给定值比较后实时调整送D/A转换芯片的数字量。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制自变双极性可调电流源，其特征在于：所述D/A转换芯片和A/D转换芯片均为12位的，在输出电流可调范围是-100mA～100mA时，输出电流调节的最小分辨率可达0.05mA。

3.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制自变双极性可调电流源，其特征在于：所述输出扩流电路是一种晶体管互补型扩流电路。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制自变双极性可调电流源，其特征在于：所述电流取样电阻选用毫欧电阻。