CN205785247U - 一种多功能工业用4‑20mA电流信号变送器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多功能工业用4‑20mA电流信号变送器，包括模拟电压信号采集模块、频率信号采集模块、温度信号检测模块、智能处理器模块、D/A转换模块、信号放大模块和4‑20mA转换模块。智能处理器模块将模拟电压信号采集模块、频率信号采集模块、温度信号检测模块采集的电压、频率、温度信号通过分析、处理还原后，分别经过电压、频率、温度D/A转换模块进行数模转换，并利用信号放大模块和信号4‑20mA转换模块后，实现所检测电压、频率、温度信号4‑20mA远距离传输功能。本实用新型电路结构简单、数据检测功能多样、可扩展性强、传输距离远、工作效率高、实用性强、数据检测和传输精度高、无需额外配置标准信号转换接口、便于在工业自动化领域推广使用。
Description
技术领域：
本实用新型属于4-20mA电流信号变送技术领域，具体涉及一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器。
背景技术：
在工业自动化领域中，如何将各类传感器所采集的物理信号进行远距离传输仍然是通信领域面临的一个重要问题，同时物理信号精确、可靠地传输至控制室是保证工业设备安全运行的关键因素之一。工业现场各类传感器所检测的信号以电压形式进行传输时容易受到传输线路的噪声干扰，电压信号因线路的电阻会产生电压压降导致信号传输的误差较大，而采用4-20mA电流信号进行信号传输则对现场干扰信号并不敏感，且电流信号不易受到传输距离的影响，进一步保证了信号传输的精确性。4-20mA信号制是国际电工委员会制定的过程控制系统模拟信号标准，其中4mA代表零信号，20mA代表信号满刻度，利用4-20mA传输手段有利于智能控制器识别传感器断电或断线故障，同时因4-20mA传输方式符合安全防爆技术规范而被广泛应用于远距离通信传输技术领域。现有工业用4-20mA电流信号变送器，存在以下缺陷和不足：(1)现有技术中工业用4-20mA电流信号变送器功能单一，且变送器不包含温度、电压、频率等信号检测功能；(2)传统工业用4-20mA电流信号变送器针对非标准检测信号，需要额外配置标准信号转换接口；(3)现有工业用4-20mA电流信号变送器，在超远距离进行信号传输时，存在因变送器自身功率有限而导致线路末端传输电流值下降现象。
实用新型内容：
本实用新型的目的是针对现有工业用4-20mA电流信号变送器的不足，提供了一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其物理信号检测功能多样化，信号传输可靠性高，传输距离远，传输功率大，无需额外配置标准信号转换接口，适用于不同场合的远距离信号传输技术领域。
为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案来实现：一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：包括模拟电压信号采集模块、频率信号采集模块、温度信号检测模块、智能处理器模块、D/A转换模块、信号放大模块和4-20mA转换模块，其中，模拟电压信号采集模块由电压信号调理模块和与电压信号调理模块相接的A/D转换电路模块构成，所述A/D转换电路模块的输出端与所述智能处理器模块输入端相接；所述频率信号采集模块和温度信号检测模块的输出端分别与所述智能处理器模块的输入端相接；所述D/A转换模块包括电压信号D/A转换模块、频率信号D/A转换模块和温度信号D/A转换模块，所述D/A转换模块、频率信号D/A转换模块和温度信号D/A转换模块的输入端分别连接至所述智能处理器模块的输出端；所述信号放大模块包括第一电压信号放大模块、第二电压信号放大模块和第三电压信号放大模块，所述第一电压信号放大模块输入端连接至所述电压信号D/A转换模块的输出端，所述第二电压信号放大模块输入端连接至所述频率信号D/A转换模块的输出端，所述第三电压信号放大模块输入端连接至所述温度信号D/A转换模块的输出端；所述4-20mA转换模块包括电压信号4-20mA转换模块、频率信号4-20mA转换模块和温度信号4-20mA转换模块，所述电压信号4-20mA转换模块的输入端与所述第一电压信号放大模块的输出端相连，所述频率信号4-20mA转换模块的输入端与所述第二电压信号放大模块的输出端相连，所述温度信号4-20mA转换模块的输入端与所述第三电压信号放大模块的输出端相连接。
上述的一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：所述电压信号调理模块由LM324运算放大电路组成，所述A/D转换电路模块由ADS7841模数转换芯片构成，所述频率信号采集模块由TLP521光电隔离芯片组成，所述温度信号检测模块采用DS18B20数字型温度采集传感器，所述智能处理器模块主要由STC89C54RD+单片机构成，所述电压信号D/A转换模块、频率信号D/A转换模块和温度信号D/A转换模块均采用TLV5618VI数模转换芯片，所述第一电压信号放大模块、第二电压信号放大模块和第三电压信号放大模块均由LM324运算放大电路组成，所述电压信号4-20mA转换模块、频率信号4-20mA转换模块和温度信号4-20mA转换模块均由XTR110电压电流转换芯片构成。
上述的一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：所述模拟电压信号采集模块利用所述电压信号调理模块将所输入的被测电压信号调理为0-5V范围内的标准电压信号，再由所述A/D转换电路模块将0-5V范围内电压信号转换为与之对应的0-4096范围内数字量信号后输入至所述智能处理器模块，所述智能处理器模块对0-4096范围内数字量信号分析处理，并通过电压信号D/A转换模块将0-4096范围内数字量信号转换为0-3.2V范围内电压信号，所述第一电压信号放大模块将输入的0-3.2V范围内电压信号放大3.125倍后转换为0-10V范围内电压信号输出至所述电压信号4-20mA转换模块，经所述电压信号4-20mA转换模块将所输入被测电压信号变送为相对应的4-20mA范围内电流信号进行远距离传输。
上述的一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：所述智能处理器模块通过所述频率信号采集模块将所输入被检测频率信号调理为幅值+5V脉冲信号，所述智能处理器模块对输入的+5V脉冲信号进行分析处理，并通过频率信号D/A转换模块将被测频率信号转换为0-3.2V范围内电压信号，所述第二电压信号放大模块将输入的0-3.2V范围内电压信号放大3.125倍后转换为0-10V范围内电压信号输出至所述频率信号4-20mA转换模块，经所述频率信号4-20mA转换模块将所输入被测频率信号变送为相对应的4-20mA范围内电流信号进行远距离传输。
上述的一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：所述温度信号检测模块将所检测的温度大小以IIC通信协议形式传输至所述智能处理器模块，所述智能处理器模块通过所述温度信号D/A转换模块将被测温度信号转换为0-3.2V范围内电压信号，所述第三电压信号放大模块将输入的0-3.2V范围内电压信号放大3.125倍后转换为0-10V范围内电压信号输出至所述温度信号4-20mA转换模块，经所述温度信号4-20mA转换模块将所输入被测温度信号变送为相对应的4-20mA范围内电流信号进行远距离传输。
上述的一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：所述温度信号检测模块由一个或多个DS18B20数字温度检测传感器构成，所述频率信号采集模块适用于测速、测频领域，所述模拟电压信号采集模块适用于工业现场多种数据采集领域。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型电路拓补结构简单，物理信号检测功能多样，扩展性强，能够适用于不同场合的远距离信号传输领域。
2、本实用新型智能处理器采用操作简单、低功耗、处理能力强、存储空间大的STC89C54RD+微处理器。
3、本实用新型采用XTR110作为4-20mA电流信号传输芯片，在长距离信号传输时，电流信号传输精确稳定，传输功率大，传输距离远，可靠性高，且不受外界环境干扰。
4、本实用新型采用能够输出二倍基准电压信号，同时具有极高的噪声抑制能力的12位高精度TLV5618AI数模转换芯片，使用时无需额外配置标准信号转换接口。
5、本实用新型采用12位逐次逼近型高精度ADS7841E模数转换芯片，仅需少量外围器件即可完成电压等物理参数采集功能。
6、本实用新型频率信号模块由TLP521光电隔离芯片组成，TLP521使输入频率信号与智能处理器之间无直接电信号联系，同时使电路信号传输不受外界电磁干扰，增加了电路的安全性。
7、本实用新型温度信号检测模块采用DS18B20传感器，温度测量范围为0-150℃，同时具备防水、防潮、防腐蚀等功能。
综上所述，本实用新型电路拓补结构简单、数据检测功能多样、工作效率高、传输距离远、实用性强、数据检测和传输精度高、无需额外配置标准信号转换接口、便于在工业自动化领域推广使用。
附图说明：
图1为本实用新型结构原理图。
附图标记说明
1—模拟电压信号采集模块；2—频率信号采集模块；3—温度信号检测模块；4—智能处理器模块；5—D/A转换模块；6—信号放大模块；7—4-20mA转换模块；1-1—电压信号调理模块；1-2—A/D转换电路模块；5-1—电压信号D/A转换模块；5-2—频率信号D/A转换模块；5-3—温度信号D/A转换模块；6-1—第一电压信号放大模块；6-2—第二电压信号放大模块；6-3—第三电压信号放大模块；7-1—电压信号4-20mA转换模块；7-2—频率信号4-20mA转换模块；7-3—温度信号4-20mA转换模块。
具体实施方式：
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，本实用新型包括模拟电压信号采集模块1、频率信号采集模块2、温度信号检测模块3、智能处理器模块4、D/A转换模块5、信号放大模块6和4-20mA转换模块7，其中，模拟电压信号采集模块1由电压信号调理模块1-1和与电压信号调理模块1-1相接的A/D转换电路模块1-2构成，所述A/D转换电路模块1-2的输出端与所述智能处理器模块输入端4相接；所述频率信号采集模块2和温度信号检测模块3的输出端分别与所述智能处理器模块4的输入端相接；所述D/A转换模块5包括电压信号D/A转换模块5-1、频率信号D/A转换模块5-2和温度信号D/A转换模块5-3，所述D/A转换模块5-1、频率信号D/A转换模块5-2和温度信号D/A转换模块5-3的输入端分别连接至所述智能处理器模块4的输出端；所述信号放大模块6包括第一电压信号放大模块6-1、第二电压信号放大模块6-2和第三电压信号放大模块6-3，所述第一电压信号放大模块6-1输入端连接至所述电压信号D/A转换模块5-1的输出端，所述第二电压信号放大模块6-2输入端连接至所述频率信号D/A转换模块5-2的输出端，所述第三电压信号放大模块6-3输入端连接至所述温度信号D/A转换模块5-3的输出端；所述4-20mA转换模块7包括电压信号4-20mA转换模块7-1、频率信号4-20mA转换模块7-2和温度信号4-20mA转换模块7-3，所述电压信号4-20mA转换模块7-1的输入端与所述第一电压信号放大模块6-1的输出端相连，所述频率信号4-20mA转换模块7-2的输入端与所述第二电压信号放大模块6-2的输出端相连，所述温度信号4-20mA转换模块7-3的输入端与所述第三电压信号放大模块6-3的输出端相连接。
本实施例中，所述电压信号调理模块1-1由具有输出有短路保护功能和低输入的偏置电流LM324运算放大电路组成，所述A/D转换电路模块1-2由12位逐次逼近型高精度ADS7841模数转换芯片构成，所述频率信号采集模块2由不受外界电磁干扰的TLP521光电隔离芯片组成，所述温度信号检测模块3采用具备防水、防潮、防腐蚀等功能的DS18B20数字型温度采集传感器，所述智能处理器模块4主要由具有操作简单、低功耗、处理能力强、存储空间大的STC89C54RD+单片机构成，所述电压信号D/A转换模块5-1、频率信号D/A转换模块5-2和温度信号D/A转换模块5-3均采用输出二倍基准电压信号，具有极高的噪声抑制能力TLV5618VI数模转换芯片，所述第一电压信号放大模块6-1、第二电压信号放大模块6-2和第三电压信号放大模块6-3均由LM324运算放大电路组成，所述电压信号4-20mA转换模块7-1、频率信号4-20mA转换模块7-2和温度信号4-20mA转换模块7-3均由电流信号输出精确稳定、传输功率大、传输距离远、可靠性高，且不受外界环境干扰的XTR110电压电流转换芯片构成。
本实施例中，所述模拟电压信号采集模块1利用所述电压信号调理模块1-1将所输入的被测电压信号调理为0-5V范围内的标准电压信号，再由所述A/D转换电路模块1-2将0-5V范围内电压信号转换为与之对应的0-4096范围内数字量信号后输入至所述智能处理器模块4，所述智能处理器模块4对0-4096范围内数字量信号分析处理，并通过电压信号D/A转换模块5-1将0-4096范围内数字量信号转换为0-3.2V范围内电压信号，所述第一电压信号放大模块6-1将输入的0-3.2V范围内电压信号放大3.125倍后转换为0-10V范围内电压信号输出至所述电压信号4-20mA转换模块7-1，经所述电压信号4-20mA转换模块7-1将所输入被测电压信号变送为相对应的4-20mA范围内电流信号进行远距离传输。
本实施例中，所述智能处理器模块4通过所述频率信号采集模块2将所输入被检测频率信号调理为幅值+5V脉冲信号，所述智能处理器模块4对输入的+5V脉冲信号进行分析处理，并通过频率信号D/A转换模块5-2将被测频率信号转换为0-3.2V范围内电压信号，所述第二电压信号放大模块6-2将输入的0-3.2V范围内电压信号放大3.125倍后转换为0-10V范围内电压信号输出至所述频率信号4-20mA转换模块7-2，经所述频率信号4-20mA转换模块7-2将所输入被测频率信号变送为相对应的4-20mA范围内电流信号进行远距离传输。
本实施例中，所述温度信号检测模块3将所检测的温度大小以IIC通信协议形式传输至所述智能处理器模块4，所述智能处理器模块4通过所述温度信号D/A转换模块5-3将被测温度信号转换为0-3.2V范围内电压信号，所述第三电压信号放大模块6-3将输入的0-3.2V范围内电压信号放大3.125倍后转换为0-10V范围内电压信号输出至所述温度信号4-20mA转换模块7-3，经所述温度信号4-20mA转换模块7-3将所输入被测温度信号变送为相对应的4-20mA范围内电流信号进行远距离传输。
本实施例中，所述温度信号检测模块3由一个或多个DS18B20数字温度检测传感器构成，所述频率信号采集模块2适用于测速、测频领域，所述模拟电压信号采集模块1适用于工业现场多种数据采集领域。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：包括模拟电压信号采集模块(1)、频率信号采集模块(2)、温度信号检测模块(3)、智能处理器模块(4)、D/A转换模块(5)、信号放大模块(6)和4-20mA转换模块(7)，其中，
模拟电压信号采集模块(1)由电压信号调理模块(1-1)和与电压信号调理模块(1-1)相接的A/D转换电路模块(1-2)构成，所述A/D转换电路模块(1-2)的输出端与所述智能处理器模块(4)输入端相接；所述频率信号采集模块(2)和温度信号检测模块(3)的输出端分别与所述智能处理器模块(4)的输入端相接；所述D/A转换模块(5)包括电压信号D/A转换模块(5-1)、频率信号D/A转换模块(5-2)和温度信号D/A转换模块(5-3)，所述电压信号D/A转换模块(5-1)、频率信号D/A转换模块(5-2)和温度信号D/A转换模块(5-3)的输入端分别连接至所述智能处理器模块(4)的输出端；所述信号放大模块(6)包括第一电压信号放大模块(6-1)、第二电压信号放大模块(6-2)和第三电压信号放大模块(6-3)，所述第一电压信号放大模块(6-1)输入端连接至所述电压信号D/A转换模块(5-1)的输出端，所述第二电压信号放大模块(6-2)输入端连接至所述频率信号D/A转换模块(5-2)的输出端，所述第三电压信号放大模块(6-3)输入端连接至所述温度信号D/A转换模块(5-3)的输出端；所述4-20mA转换模块(7)包括电压信号4-20mA转换模块(7-1)、频率信号4-20mA转换模块(7-2)和温度信号4-20mA转换模块(7-3)，所述电压信号4-20mA转换模块(7-1)的输入端与所述第一电压信号放大模块(6-1)的输出端相连，所述频率信号4-20mA转换模块(7-2)的输入端与所述第二电压信号放大模块(6-2)的输出端相连，所述温度信号4-20mA转换模块(7-3)的输入端与所述第三电压信号放大模块(6-3)的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：
所述电压信号调理模块(1-1)由LM324运算放大电路组成，所述A/D转换电路模块(1-2)由ADS7841模数转换芯片构成，所述频率信号采集模块(2)由TLP521光电隔离芯片组成，所述温度信号检测模块(3)采用DS18B20数字型温度采集传感器，所述智能处理器模块(4)主要由STC89C54RD+单片机构成，所述电压信号D/A转换模块(5-1)、频率信号D/A转换模块(5-2)和温度信号D/A转换模块(5-3)均采用TLV5618VI数模转换芯片，所述第一电压信号放大模块(6-1)、第二电压信号放大模块(6-2)和第三电压信号放大模块(6-3)均由LM324运算放大电路组成，所述电压信号4-20mA转换模块(7-1)、频率信号4-20mA转换模块(7-2)和温度信号4-20mA转换模块(7-3)均由XTR110电压电流转换芯片构成。
3.根据权利要求1所述的一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：
所述模拟电压信号采集模块(1)利用所述电压信号调理模块(1-1)将所输入的被测电压信号调理为0-5V范围内的标准电压信号，再由所述A/D转换电路模块(1-2)将0-5V范围内电压信号转换为与之对应的0-4096范围内数字量信号后输入至所述智能处理器模块(4)，所述智能处理器模块(4)对0-4096范围内数字量信号分析处理，并通过电压信号D/A转换模块(5-1)将0-4096范围内数字量信号转换为0-3.2V范围内电压信号，所述第一电压信号放大模块(6-1)将输入的0-3.2V范围内电压信号放大3.125倍后转换为0-10V范围内电压信号输出至所述电压信号4-20mA转换模块(7-1)，经所述电压信号4-20mA转换模块(7-1)将所输入被测电压信号变送为相对应的4-20mA范围内电流信号进行远距离传输。
4.根据权利要求1所述的一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：
所述智能处理器模块(4)通过所述频率信号采集模块(2)将所输入被检测频率信号调理为幅值+5V脉冲信号，所述智能处理器模块(4)对输入的+5V脉冲信号进行分析处理，并通过频率信号D/A转换模块(5-2)将被测频率信号转换为0-3.2V范围内电压信号，所述第二电压信号放大模块(6-2)将输入的0-3.2V范围内电压信号放大3.125倍后转换为0-10V范围内电压信号输出至所述频率信号4-20mA转换模块(7-2)，经所述频率信号4-20mA转换模块(7-2)将所输入被测频率信号变送为相对应的4-20mA范围内电流信号进行远距离传输。
5.根据权利要求1所述的一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：
所述温度信号检测模块(3)将所检测的温度大小以IIC通信协议形式传输至所述智能处理器模块(4)，所述智能处理器模块(4)通过所述温度信号D/A转换模块(5-3)将被测温度信号转换为0-3.2V范围内电压信号，所述第三电压信号放大模块(6-3)将输入的0-3.2V范围内电压信号放大3.125倍后转换为0-10V范围内电压信号输出至所述温度信号4-20mA转换模块(7-3)，经所述温度信号4-20mA转换模块(7-3)将所输入被测温度信号变送为相对应的4-20mA范围内电流信号进行远距离传输。
6.根据权利要求1所述的一种多功能工业用4-20mA电流信号变送器，其特征在于：所述温度信号检测模块(3)由一个或多个DS18B20数字温度检测传感器构成，所述频率信号采集模块(2)适用于测速、测频领域，所述模拟电压信号采集模块(1)适用于工业现场多种数据采集领域。
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| CN201620743602.0U CN205785247U (zh) | 2016-07-13 | 2016-07-13 | 一种多功能工业用4‑20mA电流信号变送器 |
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| CN107086072A (zh) * | 2017-05-31 | 2017-08-22 | 吉林大洋电气科技有限公司 | 一种智能母线系统 |
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