CN216483384U - 流量仪表检定用信号转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种流量仪表检定用信号转换器，涉及计量设备技术领域，包括CPU模块，所述CPU模块电连接有信号驱动模块，所述信号驱动模块电连接有输入模块和输出模块，所述CPU模块将输入模块输入的485信号转换成频率信号由输出模块输出给检定装置；还包括用于给所述CPU模块、所述信号驱动模块、所述输入模块和所述输出模块供电的电源模块。本实用新型流量仪表检定用信号转换器能够将流量仪表输出的485信号转换成与检定装置匹配的频率信号，且输出的频率信号幅值可调，能够满足流量仪表检定的需要，保证流量仪表能够顺利的进行检定。

Description

流量仪表检定用信号转换器

技术领域

本实用新型涉及计量设备技术领域，特别涉及一种流量仪表检定用信号转换器。

背景技术

流量仪表是用于测量流体流量的一种仪表，是计量科学技术的组成部分之一，是一种很重要的计量器具，它与国民经济、国防建设和科学研究都有密切的关系，鉴于流量仪表的重要性，流量仪表都需要定期到计量所等检定场所进行检验。

目前各计量所采用的检定装置的采样方式各不相同，但以采集频率信号进行检定的方式居多。而有些流量仪表仅能够输出485信号，无法与计量所的检定装置匹配，从而导致无法进行检定。虽然有些输出485信号的流量仪表也自带频率信号输出功能，但其输出的频率信号幅值是固定不变的，尤其是输出的下限幅值较低，且不能进行调节，从而导致某些检定装置检测不到其输出的频率信号，依然无法进行检定。

实用新型内容

针对以上缺陷，本实用新型的目的是提供一种流量仪表检定用信号转换器，此流量仪表检定用信号转换器能够将流量仪表输出的485信号转换成与检定装置匹配的频率信号，且输出的频率信号幅值可调，能够满足流量仪表检定的需要，保证流量仪表能够顺利的进行检定。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种流量仪表检定用信号转换器，包括CPU模块，所述CPU模块电连接有信号驱动模块，所述信号驱动模块电连接有输入模块和输出模块，所述CPU模块将输入模块输入的485信号转换成频率信号由输出模块输出给检定装置；还包括用于给所述CPU模块、所述信号驱动模块、所述输入模块和所述输出模块供电的电源模块。

其中，所述输入模块电连接有输入隔离模块，所述输入隔离模块电连接所述信号驱动模块和所述CPU模块；所述输出模块电连接有输出隔离模块，所述输出隔离模块电连接所述信号驱动模块。

其中，所述电源模块包括隔离电源模块U2、稳压芯片U3、稳压芯片U4和稳压芯片U12；所述隔离电源模块U2、稳压芯片U4和稳压芯片U12用于给所述输入隔离模块后端的电路及所述输出隔离模块前端的电路供电，所述稳压芯片U3用于给所述输入隔离模块前端的电路及所述输出隔离模块后端的电路供电。

其中，所述输入模块包括485芯片U5，所述485芯片的输入端电连接所述流量仪表，所述485芯片的输出端电连接所述输入隔离模块。

其中，所述输入隔离模块包括三路光电耦合电路，三路所述光电耦合电路的输入端分别电连接所述485芯片的输出端，所述三路光电耦合电路的输出端分别电连接所述信号驱动模块和所述CPU模块。

其中，所述信号驱动模块包括信号驱动芯片U11，所述信号驱动芯片U11电连接所述CPU模块、所述输入隔离模块和所述输出隔离模块。

其中，所述输出隔离模块包括光耦U6，所述光耦U6为双通道光电耦合芯片。

其中，所述输出模块包括运算放大芯片U7，所述运算放大芯片U7为双路运算放大芯片，所述运算放大芯片U7的电源管脚设有规格不同的多路电源，并设有短路帽，通过所述短路帽来选择与其中的一路电源电连接。

其中，所述CPU模块还电连接有按键模块和液晶显示模块。

其中，所述按键模块包括转换按键电路、取消按键电路、回车按键电路、复位按键电路、数值加按键电路和数值减按键电路。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

由于本实用新型流量仪表检定用信号转换器包括CPU模块， CPU模块电连接有信号驱动模块，信号驱动模块电连接有输入模块和输出模块， CPU模块将输入模块输入的485信号转换成频率信号由输出模块输出给检定装置；还包括用于给CPU模块、信号驱动模块、输入模块和输出模块供电的电源模块。CPU模块通过输入模块采集流量仪表的瞬时流量数据，并将采集到的485信号的流量数据转换成频率信号输出，CPU模块输出的频率信号会通过输出模块输出给检定装置，输出模块能够对CPU模块输出的频率信号幅值进行放大处理，可通过调节输出模块的放大倍数来调节输出的频率信号的幅值，以适应不同的检定装置。本实用新型流量仪表检定用信号转换器不仅能够将485信号转换成频率信号，同时还能够调节输出的频率信号的幅值，从而能够满足不同检定装置的要求，能够保证流量仪表顺利的进行检定。

综上所述，本实用新型流量仪表检定用信号转换器解决了现有技术中因流量仪表输出信号与检定装置不适配而无法进行检定的技术问题，本实用新型流量仪表检定用信号转换器能够将流量仪表输出的485信号转换成与检定装置匹配的频率信号，且输出的频率信号幅值可调，能够满足流量仪表检定的需要，保证流量仪表能够顺利的进行检定。

附图说明

图1是本实用新型流量仪表检定用信号转换器的结构框图；

图2是图1中CPU模块及液晶显示模块的电路原理图；

图3是图1中电源模块的第一电源电路的电路原理图；

图4是图1中电源模块的第二电源电路的电路原理图；

图5是图1中电源模块的第三电源电路的电路原理图；

图6是图1中电源模块的第四电源电路的电路原理图；

图7是图1中信号驱动模块的电路原理图；

图8是图1中输入隔离模块的第一隔离电路的电路原理图；

图9是图1中输入隔离模块的第二隔离电路的电路原理图；

图10是图1中输入隔离模块的第三隔离电路的电路原理图；

图11是图1中输入模块的电路原理图；

图12是图1中输出隔离模块的电路原理图；

图13是图1中输出模块的第一输出电路的电路原理图；

图14是图1中输出模块的第二输出电路的电路原理图；

图15是图1中按键模块的第一按键电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。

本说明书中涉及到的方位均以附图所示方位为准，仅代表相对的位置关系，不代表绝对的位置关系。

如图1所示，一种流量仪表检定用信号转换器，包括CPU模块，CPU模块电连接有信号驱动模块，信号驱动模块电连接有输入模块和输出模块，CPU模块将输入模块输入的485信号转换成频率信号由输出模块输出给检定装置。本实施方式中输入模块电连接有输入隔离模块，输入隔离模块电连接信号驱动模块和CPU模块，即信号驱动模块通过输入隔离模块电连接输入模块。输出模块电连接有输出隔离模块，输出隔离模块电连接信号驱动模块，即信号驱动模块通过输出隔离模块与输出模块电连接。CPU模块还电连接有按键模块和液晶显示模块，按键模块和液晶显示模块用于实现人机交互。CPU模块还电连接有电源模块，电源模块用于给CPU模块、信号驱动模块、输入隔离模块、输入模块、输出隔离模块、输出模块和按键模块提供工作电源。CPU通过输入模块采集流量仪表的瞬时流量数据，数据经过CPU模块的程序处理后，将485的流量信号转换为频率信号输出，用于检定装置对流量仪表进行检定。信号的输入与输出分别经过了输入隔离模块和输出隔离模块进行隔离，能够降低外界干扰信号对转换器系统的影响，频率信号对外输出前，经过放大倍数可调的输出模块将信号幅值进行放大处理，以适应不同的流量仪表检定装置。同时为增强CPU模块接口的驱动能力，信号的输入与输出，都经过信号驱动模块的处理，从而能够保证输出的信号准确、可靠、且能够满足不同检定装置的要求。

如图1、图3、图4、图5和图6共同所示，电源模块包括第一电源电路、第二电源电路、第三电源电路和第四电源电路，第一电源电路包括稳压芯片U3，第二电源电路包括隔离电源模块U2，第三电源电路包括稳压芯片U4，第四电源电路包括稳压芯片U12。隔离电源模块片U2、稳压芯片U4和稳压芯片U12用于给输入隔离模块后端的电路及输出隔离模块前端的电路供电，稳压芯片U3用于给输入隔离模块前端的电路及输出隔离模块后端的电路供电。需要说明的是：本说明书中涉及到的前、后是以信号流动的方向来定义的，定义信号来的方向为前，信号去的方向为后。也就是说，第一电源电路用于将外部电源转换成+5V电压，本说明书用V5C来表示，用于给输入模块、输入隔离模块的信号输入端、输出隔离模块的信号输出端、以及输出模块供电；第二电源电路用于将外部电源隔离并转换成+15V电压供给第三电源电路；第三电源电路用于将+15V电压转换成+5V电压供给第四电源电路，同时给输出隔离模块的信号输出端、信号驱动模块、及输出隔离模块的信号输入端供电；第四电源模块用于将+5V电压转换成+3.3V电压，本说明书用VCC来表示，给CPU模块和按键模块供电。本实施例将外部电源进行了隔离，使得外供电跟系统内不共地，起到了很好的抗干扰作用。

各电源电路的具体结构如下：

如图3所示，第一电源电路包括稳压芯片U3，本实施方式优选稳压芯片U3的型号为MC7805。稳压芯片U3的第一管脚电连接外部电源+VIN，同时电连接电容C1的正极；稳压芯片U3的第三管脚为+5V电压输出端V5C，同时电连接电容C2的正极及电容C3的一端；电容C1的负极、电容C2的负极，及电容C3的另一端均电连接稳压芯片U3的第二管脚，并电连接外部地GND。

如图4所示，第二电源电路包括隔离电源模块U2，本实施方式优选隔离电源模块U2的型号为B2415S-1WR2。隔离电源模块U2的第一管脚电连接外部电源+VIN，同时电连接电容C7的一端；隔离电源模块U2的第二管脚电连接电容C7的另一端及外部地GND；隔离电源模块U2的第四管脚电连接系统内部地；隔离电源模块U2的第六管脚为+15V电压输出端+15V。

如图5所示，第三电源电路包括稳压芯片U4，本实施方式优选稳压芯片U4的型号为MC7805。稳压芯片U4的第一管脚为+15V电压输入端，同时电连接电容C4的一端和电容C5的正极；稳压芯片U4的第三管脚为+5V电压输出端+5V，同时电连接电容C6的正极；电容C4的另一端、电容C5的负极和电容C6的负极均电连接稳压芯片U4的第二管脚，并电连接内部地。

如图6所示，第四电源电路包括稳压芯片U12，本实施方式优选稳压芯片U12的型号为XC62FP3302PR。稳压芯片U12的第二管脚为+5V电压输入端，同时电连接电容C8的一端和电容C9的正极；稳压芯片U12的第三管脚为+3.3V电压输出端VCC，同时电连接电容C10的一端和电容C11的正极；电容C8的另一端、电容C9的负极、电容C10的另一端和电容C11的负极均电连接稳压芯片U12的第一管脚，并电连接内部地。

如图1和图2共同所示，CPU模块包括CPU芯片U1及其外围电路，本实施方式中优选CPU芯片U1的型号为MSP430F449，本实施方式优选CPU模块采用工作模式与休眠模式相结合的方式进行工作，可降低功耗。

如图1和图2共同所示，CPU芯片U1的第一管脚和第一百管脚均电连接+3.3V电源VCC和电容C19的一端，电容C19的另一端电连接内部地。CPU芯片U1的第二管脚电连接电阻R3，电阻R3电连接发光二极管LD1的正极；第三管脚电连接电阻R4，电阻R4电连接发光二极管LD2的正极；发光二极管LD1和发光二极管LD2的负极均电连接内部地，用于工作状态指示。CPU芯片U1的第八管脚电连接晶振Y1的一端和电容C20的一端，第九管脚电连接晶振Y1的另一端和电容C21的一端，电容C20和电容C21的另一端均电连接内部地。CPU芯片U1的第十二管脚至第三十九管脚、第五十二管脚至第五十五管脚均电连接液晶显示模块J3，CPU芯片U1的第十二管脚至第三十九管脚分别与液晶显示模块的第一管脚至第二十七管脚及第三十二管脚电连接，CPU芯片U1的第五十二管脚至第五十五管脚分别与液晶显示模块J3的第二十八管脚至第三十一管脚电连接。CPU芯片U1的五十九管脚电连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端电连接电阻42的一端及CPU芯片U1的第五十八管脚，电阻R42的另一端电连接电阻R43的一端及CPU芯片U1的第五十七管脚，电阻R43的另一端电连接内部地及CPU芯片U1的第五十六管脚。CPU芯片U1的第七十四管脚电连接输入隔离模块，第七十五管脚至第七十八管脚电连接信号驱动模块，第八十二管脚至第八十七管脚电连接按键模块。CPU芯片U1的第九十管脚至第九十四管脚电连接程序烧写接口XS1。

如图1和图11共同所示，输入模块包括485芯片U5，本实施方式优选485芯片的型号为MAX485。485芯片U5的第一管脚至第四管脚为输出端电连接输入隔离模块，第五管脚电连接外部地GND，第八管脚电连接+5V电压V5C。485芯片U5的第六管脚和第七管脚为输入端电连接流量计仪表的485A和485B，为485信号的输入端。485芯片U5的第六管脚电连接电阻R18的一端、电阻R19的一端、二极管D5的负极、二极管D7的负极及流量计仪表的485A，电阻R19的另一端电连接+5V电压V5C；485芯片U5的第七管脚电连接电阻R18的另一端、电阻R17的一端、二极管D7的正极、二极管D6的负极及流量计仪表的485B，电阻R17的另一端电连接外部地GND，二极管D5的负极和二极管D6的负极电连接外部地GND。

如图1、图8、图9和图11共同所示，输入隔离模块包括三路光电耦合电路，分别定义为第一隔离电路、第二隔离电路和第三隔离电路，三路隔离电路的输入端分别与485芯片U5的输出端电连接，三路隔离电路的输出端分别与信号驱动模块和CPU模块电连接。

各隔离电路的具体结构如下：

如图2、图8和图11共同所示，第一隔离电路包括光耦U8，本实施方式优选光耦U8的型号为TLP781。光耦U8输入端的正极电连接+5V电压V5C；光耦U8输入端的负极电连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端电连接485芯片U5的第一管脚。光耦U8输出端的正极电连接电阻R11的一端、电容C23的一端和CPU芯片U1的第七十四管脚，电阻R11的另一端电连接+5V电压+5V和电容C22的一端，电容C22的另一端电连接内部地；光耦U8输出端的负极电连接内部地及电容C23的另一端。

如图7、图9和图11共同所示，第二隔离电路包括光耦U9，本实施方式优选光耦U9的型号为TLP781。光耦U9输入端的正极电连接电阻R14的一端、电容C24的一端及485芯片U5的第二管脚和第三管脚，电阻R14的另一端电连接+5V电压V5C；光耦U9输入端的负极电连接外部地GND及电容C24的另一端。光耦U9输出端的正极电连接+5V电压+5V；光耦U9输出端的负极电连接电阻R13，电阻R13电连接信号驱动模块。

如图7、图10和图11共同所示，第二隔离电路包括光耦U10，本实施方式优选光耦U10的型号为TLP781。光耦U10输入端的正极电连接电阻R16的一端、电容C25的一端及485芯片U5的第四管脚，电阻R16的另一端电连接+5V电压V5C；光耦U10输入端的负极电连接外部地GND及电容C25的另一端。光耦U10输出端的正极电连接+5V电压+5V；光耦U10输出端的负极电连接电阻R15，电阻R15电连接信号驱动模块的第十八管脚。

如图1、图2、图7、图9和图10共同所示，信号驱动模块包括信号驱动芯片U11，本实施方式优选信号驱动芯片U11的型号为74AHCT244。信号驱动模块U11电连接CPU模块、输入隔离模块和输出隔离模块，具体的：信号驱动芯片U11的第二管脚电连接CPU芯片U1的第七十五管脚，第四管脚电连接CPU芯片U1的第七十七管脚，第六管脚电连接CPU芯片U1的第七十六管脚，第八管脚电连接CPU芯片U1的第七十八管脚。信号驱动芯片U11的第十二管脚和第十六管脚电连接输出隔离模块；第十四管脚电连接第二隔离电路的光耦U9输出端的负极；第十八管脚电连接第三隔离电路的光耦U10输出端的负极。信号驱动芯片U11的第一管脚和第十九管脚电连接内部地，第二十管脚电连接+5V电压+5V。

如图1、图7和图12共同所示，输出隔离模块包括光耦U6，本实施方式优选光耦U6的型号为HCPL2630，为双通道光电耦合芯片。光耦U6的第一管脚和第四管脚电连接+5V电压+5V；第二管脚电连接电阻R20的一端，电阻R20的另一端电连接信号驱动芯片U11的第十六管脚；第三管脚电连接电阻R21的一端，电阻R21的另一端电连接信号驱动芯片U11的第十二管脚。光耦U6的第五管脚电连接外部地GND；第六管脚电连接电阻R23的一端及输出模块；第七管脚电连接电阻R22的一端及输出模块；电阻R22的另一端和电阻R23的另一端均电连接光耦U6的第八管脚并电连接+5V电压V5C。

如图1、图12和图13共同所示，输出模块包括运算放大芯片U7，本实施方式优选运算放大芯片U7的型号为LM258P，运算放大芯片U7为双运放，有两路信号放大输出电路，为了说明的更清楚，下面将运算放大芯片U7分为U7A和U7B两部分来分别进行说明，分别定义为第一输出电路和第二输出电路。

如图12和图13共同所示，第一输出电路包括运算放大器U7A，运算放大器U7A的第一管脚电连接电阻R25的一端和电阻R27的一端，电阻R27的另一端电连接电阻R28的一端，电阻R28的另一端输出给检定装置，为频率信号的输出端。运算放大器U7A的第二管脚电连接电阻R24的一端和电阻R25的另一端，电阻R24的另一端电连接外部地GND，可通过调节电阻R24和电阻R25的阻值，调节运算放大器U7A的放大倍数，从而能够调整输出频率信号的下限幅值。运算放大器U7A的第三管脚电连接电阻R26的一端，电阻R26的另一端电连接光耦U6的第六管脚。运算放大芯片U7A的第四管脚电连接外部地GND。运算放大器U7A的第八管脚电连接电源+VIN或+5V电压V5C，此处设有短路帽，通过短路帽来选择，可连接电源+VIN或+5V电压V5C。

如图12和图14共同所示，第二输出电路包括运算放大器U7B，运算放大器U7B的第五管脚电连接电阻R31的一端，电阻R31的另一端电连接光耦U6的第七管脚。运算放大器U7B的第六管脚电连接电阻R29的一端和电阻R30的一端，电阻R29的另一端电连接外部地GND。运算放大器U7B的第七管脚电连接电阻R30的另一端和电阻R32的一端，电阻R32的另一端电连接电阻R33的一端，电阻R33的另一端输出给检定装置，为频率信号的输出端，可通过调节电阻R29和电阻R30的阻值，调节运算放大器U7B的放大倍数，从而能够调整输出频率信号的下限幅值。

如图1、图2和图15共同所示，按键模块包括转换按键电路、取消按键电路、回车按键电路、复位按键电路、数值加按键电路和数值减按键电路，各按键电路分别电连接CPU芯片U1的第八十二管脚至第八十七管脚。因这六个按键电路的结构相同，故在此仅以转换按键电路为例进行详细的描述，其它各电路在此将不做详细的描述。转换按键电路包括转换按键SHIFT，转换按键SHIFT的一端电连接电阻R5的一端、电容C12的一端及CPU芯片U1的第八十七管脚，电阻R5的另一端电连接+3.3V电压VCC，转换按键SHIFT的另一端和电容C12的另一端电连接内部地。

本实用新型流量仪表检定用信号转换器的工作原理如下：

如图1所示，CPU模块通过输入模块采集流量仪表的瞬时流量数据，采集到的数据经过CPU模块处理后，将485的流量信号转换为频率信号输出，用于仪表检定。在CPU模块对流量信号进行处理的过程中，为提高485流量信号与频率信号转换在不同的仪表口径、流速情况下输出脉冲的累积精度，CPU模块采用了线性修正的算法，对本系统在不同输出频率的情况下采用不同的修正系数，从而避免了单一系数无法在较大的频率输出范围内达到较好修正效果的缺陷。即在计算当前输出脉冲周期时，首先通过当前的理论输出频率，通过修正曲线计算一个修正系数，然后再利用该系数进行后续脉冲宽度的计算过程。从原始实验数据看，系统在输出频率不同的情况下，其误差分布基本呈线性变化，因此，采用最小二乘法确定一条与输出频率相关的直线来修正计算过程的误差，大大提高了频率信号转换精度。

由上述可知，本实用新型流量仪表检定用信号转换器能够将流量仪表输出的485信号转换成与检定装置匹配的频率信号，且输出的频率信号幅值可调，能够满足流量仪表检定的需要，保证流量仪表能够顺利的进行检定。

本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.流量仪表检定用信号转换器，其特征在于，包括CPU模块，所述CPU模块电连接有信号驱动模块，所述信号驱动模块电连接有输入模块和输出模块，所述CPU模块将输入模块输入的485信号转换成频率信号由输出模块输出给检定装置；还包括用于给所述CPU模块、所述信号驱动模块、所述输入模块和所述输出模块供电的电源模块。

2.根据权利要求1所述的流量仪表检定用信号转换器，其特征在于，所述输入模块电连接有输入隔离模块，所述输入隔离模块电连接所述信号驱动模块和所述CPU模块；所述输出模块电连接有输出隔离模块，所述输出隔离模块电连接所述信号驱动模块。

3.根据权利要求2所述的流量仪表检定用信号转换器，其特征在于，所述电源模块包括隔离电源模块U2、稳压芯片U3、稳压芯片U4和稳压芯片U12；所述隔离电源模块U2、稳压芯片U4和稳压芯片U12用于给所述输入隔离模块后端的电路及所述输出隔离模块前端的电路供电，所述稳压芯片U3用于给所述输入隔离模块前端的电路及所述输出隔离模块后端的电路供电。

4.根据权利要求2所述的流量仪表检定用信号转换器，其特征在于，所述输入模块包括485芯片U5，所述485芯片的输入端电连接所述流量仪表，所述485芯片的输出端电连接所述输入隔离模块。

5.根据权利要求4所述的流量仪表检定用信号转换器，其特征在于，所述输入隔离模块包括三路光电耦合电路，三路所述光电耦合电路的输入端分别电连接所述485芯片的输出端，所述三路光电耦合电路的输出端分别电连接所述信号驱动模块和所述CPU模块。

6.根据权利要求2所述的流量仪表检定用信号转换器，其特征在于，所述信号驱动模块包括信号驱动芯片U11，所述信号驱动芯片U11电连接所述CPU模块、所述输入隔离模块和所述输出隔离模块。

7.根据权利要求2所述的流量仪表检定用信号转换器，其特征在于，所述输出隔离模块包括光电耦合芯片U6，所述光电耦合芯片U6为双通道光电耦合芯片。

8.根据权利要求2所述的流量仪表检定用信号转换器，其特征在于，所述输出模块包括运算放大芯片U7，所述运算放大芯片U7为双路运算放大芯片，所述运算放大芯片U7的电源管脚设有规格不同的多路电源，并设有短路帽，通过所述短路帽来选择与其中的一路电源电连接。

9.根据权利要求2所述的流量仪表检定用信号转换器，其特征在于，所述CPU模块还电连接有按键模块和液晶显示模块。

10.根据权利要求9所述的流量仪表检定用信号转换器，其特征在于，所述按键模块包括转换按键电路、取消按键电路、回车按键电路、复位按键电路、数值加按键电路和数值减按键电路。

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