CN205263587U - 一种带自校准功能的模拟量输出电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带自校准功能的模拟量输出电路，包括主控制芯片模块，用于各模块之间的协调工作；人机接口模块，与主控制芯片模块连接，用于校准状态指示以及触发启动自校准功能；数据存储单元模块，与主控制芯片模块连接，用于关键参数存储；零位/满度校准模块，与主控制芯片模块连接，进行弱信号校准；模拟信号输出调理电路模块，与零度/满度校准模块连接，将校准后的弱信号变换为标准工业模拟量；ADC反馈模块，与零度/满度校准模块连接，并连接至主控制芯片模块。本实用新型可以实现各种模拟量输出的自校准，替代传统机械电位差计，在现场快速方便地进行零位和满度的校准，具有广泛的应用前景。

Description

一种带自校准功能的模拟量输出电路

技术领域

本实用新型涉及一种工业生产中的标准模拟量信号的输出电路，特别涉及一种带自校准功能的模拟量输出电路，属于电学技术领域。

背景技术

在工业领域检测系统中，很多仪器仪表采用标准模拟量（比如0-10V,0-20mA,4-20mA）进行信息传输，如热电阻、热电偶传感器的输出信号，电磁阀的控制信号等。

为了保证输出信号的准确性，仪表上面常有两个电位器，以对模拟量进行校准，其中一个电位器用于校准输出信号的零位，另一个则用来校准输出信号的满度。但是，在实际应用中，业界传统普遍采用机械电位差计，但是传统机械电位差计在使用过程中，随着产品所在应用环境的温度变化，或振动，又或人为误操作等其他外界因素带来的影响而改变，会导致电位器的阻值发生变化，最终会造成模拟量输出发生漂移，从而影响传输信号的准确性。

然而目前，业界又尚无法在现场快速方便将发生模拟量漂移的仪器仪表进行零位和满度的校准，因此，这成为了业界研发人员亟待解决的难题。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种带自校准功能的模拟量输出电路，其电路结构清晰明了，电路原理简单易懂，可以在现场快速方便地进行零位和满度的校准，保证仪器仪表的模拟量输出值不随外在环境因素的改变而变化。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

一种带自校准功能的模拟量输出电路，它包括：

主控制芯片模块，用于各模块之间的协调工作，具有指示功能及测量功能；

人机接口模块，与所述主控制芯片模块连接，用于校准状态指示以及触发启动自校准功能；

数据存储单元模块，与所述主控制芯片模块连接，用于关键参数的存储；

零位/满度校准模块，与所述主控制芯片模块连接，用于进行弱信号校准，并且通过所述主控制芯片模块的操作对该零位/满度校准模块进行零位/满度自校准；

模拟信号输出调理电路模块，与所述零度/满度校准模块连接，用于将校准后的弱信号变换为标准的工业模拟量；

以及，ADC反馈模块，与所述零度/满度校准模块连接，并且连接至所述主控制芯片模块，用于对所述零位/满度校准模块的输出信号进行采样并且反馈至所述主控制芯片模块。

进一步的，所述零位/满度校准模块包括第一和第二运算放大器，以及第一～第九电阻，所述第一运算放大器反相输入端与所述第一电阻一端、所述第二电阻一端连接，所述第一运算放大器同相输入端与所述第三电阻一端、所述第九电阻一端连接，所述第二电阻另一端与所述第一运算放大器输出端连接，所述第二运算放大器反相输入端与所述第四电阻一端连接，所述第二运算放大器同相输入端与所述第五电阻一端连接，所述第二运算放大器输出端与所述第九电阻另一端、所述第四电阻另一端连接，所述第五电阻另一端与所述第七电阻一端、第八电阻一端连接，所述第七电阻另一端与所述第六电阻一端连接，所述第六电阻另一端接正电压，所述第八电阻另一端接负电压，所述第一电阻另一端接等电位，所述第三电阻另一端作为所述零位/满度校准模块输入端与所述主控制芯片模块连接，所述第一运算放大器输出端作为所述零位/满度校准模块输出端与所述模拟信号输出调理电路模块、所述ADC反馈模块连接。

更进一步的，所述第二电阻和第七电阻采用可调数字电位器，且其数据输入端均与所述主控制芯片模块连接。

本实用新型中第六电阻、第七电阻、第八电阻组成一个分压电路，其中第六电阻、第八电阻是固定阻值的电阻，第七电阻为可调数字电位器，第七电阻一端的分压值随第七电阻的输入数据的变化而改变。第七电阻一端的分压值通过第五电阻、第四电阻和第二运算放大器组成的跟随电路后，再与零位/满度校准模块的输入信号经过其他剩余器件（第一电阻、第二电阻、第三电阻、第九电阻和第一运算放大器）构成一个加法电路；最终零位/满度校准模块的输出信号会通过ADC反馈模块反馈到主控制芯片模块中，除此之外，零位/满度校准模块的输出信号还会作为下一级模块（模拟信号输出调理电路模块）的输入。

与现有技术相比，本实用新型的优点包括：

本实用新型电路结构清晰明了，电路原理简单易懂，实现各种模拟量输出的自校准，替代了传统机械电位差计，避免了机械电位差计在使用过程中受温度、振动、人为误操作等外界因素带来的影响，可以在现场快速方便地进行零位和满度的校准，保证仪器仪表的模拟量输出值不随外在环境因素的改变而变化，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型一较佳实施例中带自校准功能的模拟量输出电路的结构框图；

图2是图1实施例中所述零位/满度校准模块的电路图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案实用新型人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

实施例

参阅图1-2所示，该带自校准功能的模拟量输出电路包括：

主控制芯片模块，用于各模块之间的协调工作，具有指示功能及测量功能；

人机接口模块，与所述主控制芯片模块连接，用于校准状态指示以及触发启动自校准功能；

数据存储单元模块，与所述主控制芯片模块连接，用于关键参数的存储；

零位/满度校准模块，与所述主控制芯片模块连接，用于进行弱信号校准，并且通过所述主控制芯片模块的操作对该零位/满度校准模块进行零位/满度自校准；

模拟信号输出调理电路模块，与所述零度/满度校准模块连接，用于将校准后的弱信号变换（放大）为标准的工业模拟量；

以及，ADC反馈模块，与所述零度/满度校准模块连接，并且连接至所述主控制芯片模块，用于对所述零位/满度校准模块的输出信号进行采样并且反馈至所述主控制芯片模块。

人机接口模块包括状态指示模块和触发按钮。

零位/满度校准模块包括第一和第二运算放大器，以及第一～第九电阻，第一运算放大器A1反相输入端与第一电阻R1一端、第二电阻R2一端连接，第一运算放大器A1同相输入端与第三电阻R3一端、第九电阻R9一端连接，第二电阻R2另一端与第一运算放大器A1输出端连接，第二运算放大器A2反相输入端与第四电阻R4一端连接，第二运算放大器A2同相输入端与第五电阻R5一端连接，第二运算放大器A2输出端与第九电阻R9另一端、第四电阻R4另一端连接，第五电阻R5另一端与第七电阻R7一端、第八电阻R8一端连接，第七电阻R7另一端与第六电阻R6一端连接，第六电阻R6另一端接正电压Vcc，第八电阻R8另一端接负电压Vss，第一电阻R1另一端接等电位，第三电阻R3另一端作为零位/满度校准模块输入端V_in与主控制芯片模块连接，第一运算放大器A1输出端作为零位/满度校准模块输出端V_out与模拟信号输出调理电路模块以及ADC反馈模块连接。

其中，第二电阻R2和第七电阻R7采用可调数字电位器，且其数据输入端均与所述主控制芯片模块连接。

本实施例中，人机接口模块中的触发按钮启动自校准，在校准的整个过程中状态指示模块会给出相应的提示，标明校准的开始、结束、成功和失败；校准成功后，第二电阻R2和第七电阻R7为可调数字电位器，并且其对应的值会被保存到数据存储单元模块中。

参阅图2，校准电路的数学公式推演如下所述。

第七电阻一端的分压值V_zero的值的公式如下所示：

(公式1)

公式1中只有R7是变化量，其他都是固定值，所以公式1可描述为如下公式：

(公式2)

选取固定电阻R4=R5，R3=R9，V_out的值如下公式：

（公式3）

分压值V_zero调整结束后，公式3中R1是固定值，只有R2是变化量，公式3可以简化为如下公式：

（公式4）

因此，第七电阻R7负责零位校准，第二电阻R2负责满度校准。

本实施例具体校准步骤如下：

1）零位校准，将V_in设为零位输入，主控制芯片模块通过调整向可调数字电位器R7的输入端所输入的第一控制量的值，来调整可调数字电位器R7的输出阻值，同时通过ADC模块监控V_out的值，待V_out值达到预定要求后，将对应的第一控制量保存到数据存储单元模块中，并且将该第一控制量通过总线输出至可调数字电位器R7，零位校准结束。

2）满度校准，将V_in设为满度输入，保持可调数字电位器R7的值不变，主控制芯片模块通过调整向可调数字电位器R2的输入端所输入的第二控制量的值，来调整可调数字电位器R2的输出阻值，同时通过ADC反馈模块监控V_out的值，待V_out值达到要求后，将对应的第二控制量保存到数据存储单元模块中，并且将该第二控制量通过总线输出至可调数字电位器R2，满度校准结束。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带自校准功能的模拟量输出电路，其特征在于，该模拟量输出电路包括：

主控制芯片模块，用于各模块之间的协调工作；

人机接口模块，与所述主控制芯片模块连接，用于校准状态指示以及触发启动自校准功能；

数据存储单元模块，与所述主控制芯片模块连接，用于关键参数的存储；

零位/满度校准模块，与所述主控制芯片模块连接，用于进行弱信号校准，并且通过所述主控制芯片模块的操作对该零位/满度校准模块进行零位/满度自校准；

模拟信号输出调理电路模块，与所述零位/满度校准模块连接，用于将校准后的弱信号变换为标准的工业模拟量；

以及，ADC反馈模块，与所述零度/满度校准模块连接，并且连接至所述主控制芯片模块，用于对所述零位/满度校准模块的输出信号进行采样并且反馈至所述主控制芯片模块。

2.根据权利要求1所述的带自校准功能的模拟量输出电路，其特征在于，所述零位/满度校准模块包括第一和第二运算放大器，以及第一～第九电阻，所述第一运算放大器反相输入端与所述第一电阻一端、所述第二电阻一端连接，所述第一运算放大器同相输入端与所述第三电阻一端、所述第九电阻一端连接，所述第二电阻另一端与所述第一运算放大器输出端连接，所述第二运算放大器反相输入端与所述第四电阻一端连接，所述第二运算放大器同相输入端与所述第五电阻一端连接，所述第二运算放大器输出端与所述第九电阻另一端、所述第四电阻另一端连接，所述第五电阻另一端与所述第七电阻一端、第八电阻一端连接，所述第七电阻另一端与所述第六电阻一端连接，所述第六电阻另一端接正电压，所述第八电阻另一端接负电压，所述第一电阻另一端接等电位，所述第三电阻另一端作为所述零位/满度校准模块输入端与所述主控制芯片模块连接，所述第一运算放大器输出端作为所述零位/满度校准模块输出端与所述模拟信号输出调理电路模块、所述ADC反馈模块连接。

3.根据权利要求2所述的带自校准功能的模拟量输出电路，其特征在于，所述第二电阻和第七电阻采用可调数字电位器，且其数据输入端均与所述主控制芯片模块连接。