CN207601291U - 一种采用数字方式校准的直流电压变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用数字方式校准的直流电压变送器，所述直流电压变送器包括依次连接的输入信号调理电路、单片机、光耦、PWM整形及滤波电路以及V/I转换电路，所述单片机内置有运算放大器、AD转换模块、PWM模块、以及通信接口，所述单片机的通信接口连接有数字校准接口。本实用新型提供的直流电压变送器，其利用数字校准接口进行数字方式校准，在工装的配合下可以实现多机并联调试，可大幅度提高生产效率并降低通过采用人工调节电位器来校准带来的错调、漏调以及校准速度慢的问题，而且具有测量精度高，测量范围广等优点。

Description

一种采用数字方式校准的直流电压变送器

技术领域

本实用新型涉及一种直流电压变送器，尤其涉及一种采用数字方式校准的直流电压变送器。

背景技术

随着移动通信网络的不断扩大，基站的数量也在迅速增加，而蓄电池组是基站不可缺少的一个主要元件，所以监测电池组电压的状态就需要大量的直流电压变送器。

目前，现有的直流电压变送器都采用模拟元件设计，电路原理简单，但存在如下问题：

（1）变送器的校准都是通过人工用螺丝刀拧电位器来实现，在大批量生产时因为人为的原因很容易出现错调、漏调以及调试速度慢的问题；

（2）电位器都是由电阻层加电刷这种有触点的结构设计的，这就对电位器的结构及生产工艺提出了很高的要求，在使用时电位器较容易受到震动、潮湿、触点氧化带来的产品信号输出失调的问题，不利于信号输出的长期稳定性。

实用新型内容

为克服现有技术的不足及存在的问题，本实用新型提供一种采用数字方式校准的直流电压变送器，该直流电压变送器具有测量精度高、校准速度快，并可有效避免出现错调、漏调等问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种采用数字方式校准的直流电压变送器，所述直流电压变送器包括单片机、输入信号调理电路、DC/DC隔离电源、光耦、PWM整形及滤波电路、以及V/I转换电路，所述单片机内置有运算放大器、AD转换模块、PWM模块、以及通信接口，所述输入信号调理电路的输出端与所述运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端和反相输入与所述AD转换模块的输入端连接，所述单片机的通信接口连接有数字校准接口，所述PWM模块与光耦的输入端连接，光耦的输出端通过所述PWM整形及滤波电路与所述V/I转换电路，

所述DC/DC隔离电源输入端的电源端作为所述光耦输出端的电源端，所述光耦的输出端通过一电阻与所述DC/DC隔离电源输入端的接地端连接，所述DC/DC隔离电源输出端的电源端作为数字校准接口的电源端，所述输入信号调理电路的接地端、数字校准接口的接地端以及光耦输入端的接地端均与所述DC/DC隔离电源输出端的接地端连接。

优选地，所述输入信号调理电路包括相互连接的降压电路和滤波电路，降压电路的输入端与信号输入端连接，信号输入端的输入信号通过降压电路的降压处理并通过滤波电路进行滤波处理后输入所述运算放大器的同相输入端。

较佳地，所述通信接口为UART通用串行接口；所述单片机的芯片型号为PIC16F1783；所述光耦的芯片型号为TLP181。

本实用新型提供的直流电压变送器，其利用数字校准接口进行数字方式校准，在工装的配合下可以实现多机并联调试，可大幅度提高生产效率并降低通过采用人工调节电位器来校准带来的错调、漏调以及校准速度慢的问题，而且具有测量精度高，测量范围广等优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例中所述直流电压变送器的电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如附图1所示，一种采用数字方式校准的直流电压变送器，所述直流电压变送器包括单片机、输入信号调理电路、DC/DC隔离电源、光耦、PWM整形及滤波电路、以及V/I转换电路，所述单片机内置有运算放大器、AD转换模块、PWM模块、以及通信接口，所述输入信号调理电路的输出端与所述运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端和反相输入与所述AD转换模块的输入端连接，所述单片机的通信接口连接有数字校准接口，所述PWM模块与光耦的输入端连接，光耦的输出端通过所述PWM整形及滤波电路与所述V/I转换电路，

所述DC/DC隔离电源输入端的电源端作为所述光耦输出端的电源端，所述光耦的输出端通过一电阻与所述DC/DC隔离电源输入端的接地端连接，所述DC/DC隔离电源输出端的电源端作为数字校准接口的电源端，所述输入信号调理电路的接地端、数字校准接口的接地端以及光耦输入端的接地端均与所述DC/DC隔离电源输出端的接地端连接。

作为优选的实施例，所述输入信号调理电路包括相互连接的降压电路和滤波电路，降压电路的输入端与信号输入端连接，信号输入端的输入信号通过降压电路的降压处理并通过滤波电路进行滤波处理后输入所述运算放大器的同相输入端。

本实施例中，所述通信接口为UART通用串行接口；所述单片机的芯片型号优选为PIC16F1783；所述光耦的芯片型号优选为TLP181。

本实施例中，所述的DC/DC隔离电源、PWM整形及滤波电路、以及V/I转换电路均为现有技术可实现的功能电路，本领域技术人员可根据具体需要选择合适的功能电路，在此不再对所述DC/DC隔离电源、PWM整形及滤波电路、以及V/I转换电路进行详述。

以下对本实施例提供的直流电压变送器的工作过程或工作原理作详细的说明：

单片机芯片选用microchip公司的PIC16F1783作为主控芯片，其具有内置的运算放大器、12位AD转换模块、16位的PWM模块以及UART通用串行接口；

工作时，输入的直流电压信号经过输入信号调理电路中的降压电路（由电阻R1、R2、R3、R4组成）和滤波电路（电容C1）进行降压并滤波成4V左右的小电压信号；将降压滤波后的小电压信号直接连接到单片机内置的运放的同相输入端并将内置运放设置成电压跟随器，以满足AD转换模块对输入信号阻抗匹配的要求；

将从单片机的通用串行数据接口与数字校准接口连接，并将数字校准接口放置在PCB合适的位置，以便测试工装的弹簧顶针能够顺利接触；

单片机内的PWM模块将计算后的数据转换成PWM脉宽调制的形式输出并通过光耦进行电气隔离；

PWM整形及滤波电路将光耦隔离后的PWM信号进行钳位整形并滤波转换成随输入成线性变换的电压信号，V/I转换电路则根据需要转换成相应的电压输出信号或电流输出信号：若变送器是0-5V电压信号输出，则将PWM滤波后的电压信号做适当的放大直接输出，若是4-20mA电流信号输出，则将电压信号转换成电流信号再输出；

变送器所有的校准动作以及输入的测量范围设置，都可通过数字校准接口来进行，批量生产时可在外部电压标准源、高精度多功能测量仪表以及工控机的配合下实现自动校准。

与现有技术相比，本实施例提供的一种采用数字方式校准的直流电压变送器，其作了以下优化改进：

（1）采用带有内置运算放大器的单片机作为主控芯片，输入信号的采集调理只需少量的外部电阻电容即可；

（2）单片机输出则采用PWM脉宽调制的方式搭配普通光耦来实现输入及输出测的电气隔离，信号的隔离不再采用模拟电路中价格较高的线性光耦；

（3）变送器的校准对外只保留数字校准接口即可，不再采用传统的电位器进行校准。

与现有技术相比，本实用新型提供的直流电压变送器具有以下有益效果：利用数字校准接口进行数字方式校准，在工装的配合下可以实现多机并联调试，可大幅度提高生产效率并降低通过采用人工调节电位器来校准带来的错调、漏调以及校准速度慢的问题，而且具有测量精度高，测量范围广等优点。

上述实施例为本实用新型的较佳的实现方式，并非是对本实用新型的限定，在不脱离本实用新型的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采用数字方式校准的直流电压变送器，其特征在于：所述直流电压变送器包括单片机、输入信号调理电路、DC/DC隔离电源、光耦、PWM整形及滤波电路、以及V/I转换电路，所述单片机内置有运算放大器、AD转换模块、PWM模块、以及通信接口，所述输入信号调理电路的输出端与所述运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端和反相输入与所述AD转换模块的输入端连接，所述单片机的通信接口连接有数字校准接口，所述PWM模块与光耦的输入端连接，光耦的输出端通过所述PWM整形及滤波电路与所述V/I转换电路，

所述DC/DC隔离电源输入端的电源端作为所述光耦输出端的电源端，所述光耦的输出端通过一电阻与所述DC/DC隔离电源输入端的接地端连接，所述DC/DC隔离电源输出端的电源端作为数字校准接口的电源端，所述输入信号调理电路的接地端、数字校准接口的接地端以及光耦输入端的接地端均与所述DC/DC隔离电源输出端的接地端连接。

2.根据权利要求1所述的直流电压变送器，其特征在于：所述输入信号调理电路包括相互连接的降压电路和滤波电路，降压电路的输入端与信号输入端连接，信号输入端的输入信号通过降压电路的降压处理并通过滤波电路进行滤波处理后输入所述运算放大器的同相输入端。

3.根据权利要求2所述的直流电压变送器，其特征在于：所述通信接口为UART通用串行接口。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的直流电压变送器，其特征在于： 所述单片机的芯片型号为PIC16F1783。

5.根据权利要求4所述的直流电压变送器，其特征在于：所述光耦的芯片型号为TLP181。