CN216871042U - 一种两线制模拟输出模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种两线制模拟输出模块，属于工业过程自动化技术领域。一种两线制模拟输出模块，包括电流输出模块、传感器的驱动部分和MCU部分，所述电流输出模块为传感器的驱动部分和MCU部分供电，所述传感器的驱动部分和MCU部分电性连接，所述MCU部分和电流输出模块电性连接。本实用新型通过电流输出模块、传感器的驱动部分和MCU部分的设置，各部分的元器件‑包括运放、逻辑器件、比较器、MCU等元器件‑都采用低功耗元器件；每个电阻都计算功耗，控制电阻的电流损耗；输出回路采用恒流回路，确保输出的电流稳定；MCU具有输出10位PWM的模式，可以判断输出值的正确与否，提供高可靠性。

Description

一种两线制模拟输出模块

技术领域

本实用新型涉及工业过程自动化技术领域，更具体地说，涉及一种两线制模拟输出模块。

背景技术

液位开关是液位控制过程中常用的仪表，液位开关的可靠性对工业控制的安全性非常重要。液位开关常用于高低位报警，泵控制，防止储罐的溢流等都非常重要。目前国内常用的音叉液位开关。

虽然音叉液位开关有益效果较多，但依然存在下列问题：音叉液位开关工作电流大，现实中少有低功耗的电子模块，在强调安全性的危险应用场合，国产的产品几乎没有成品电路模块，安全性不足，鉴于此，我们提出一种两线制模拟输出模块。

实用新型内容

1.要解决的技术问题

本实用新型的目的在于提供一种两线制模拟输出模块，以解决上述背景技术中提出现有液位开关模拟输出模块安全性不足的问题。

2.技术方案

一种两线制模拟输出模块，包括电流输出模块、传感器的驱动部分和MCU部分，所述电流输出模块为传感器的驱动部分和MCU部分供电，所述传感器的驱动部分和MCU部分电性连接，所述MCU部分和电流输出模块电性连接。

优选地，所述电流输出模块中的port3与MCU部分电性连接形成一个反馈测量回路。

优选地，所述电流输出模块、传感器的驱动部分和MCU部分中的U9C、U9A、U7A、逻辑器件、MCU等元器件都采用低功耗元器件。

优选地，所述电流输出模块、传感器的驱动部分和MCU部分中的每个电阻都计算功耗，控制电阻的电流损耗。

优选地，所述电流输出模块的输出回路采用恒流回路，确保输出的电流为8/16mA。

优选地，所述电流输出模块中2.5V的基准电源通过两个负载电阻(500K+2.2M)，在T1处产生的电流作为最小的电流输出值。

优选地，所述电流输出模块的输出电流为：首先通过2.5V/(R7+R8))与Port4的PWM的信号通过滤波平均后，之后和U2A输出的有效值/(R9+R10+R11)的电流叠加，那么T1-T3的电流就是前面的电流叠加乘以R5(180K)，再利用U1A的3脚和2脚的虚短，使得T2与T1等电位，最终整个回路的输出电流就是(T2-T3)/(R17+R18)。

优选地，所述传感器的驱动部分中U9C将振动信号放大约20倍，信号通过R29和C19进行相位调整，通过U9A将振动信号放大；放大后的信号通过U7A比较器，产生一个与输入信号频率一致的方波信号，用于输出驱动压电陶瓷，使得叉体产生振动。

优选地，所述传感器的驱动部分中的运放U9C，U9A及U7A组成音叉振动的自激增益放大回路，工作频率100Hz-500Hz，增益为50db；所述MCU部分预先在内部设置有频率阈值以及振幅阈值，所述MCU部分通过采集自激增益放大回路的工作频率和信号的幅度，得到谐振频率和振幅信号，将得到的谐振频率和频率阈值对比，振幅信号和振幅阈值对比，如果谐振频率高于阈值，并且振幅信号大于阈值，则判断为叉体在空气中。

优选地，所述MCU部分通过判断叉体在空气中还是在物料中，输出相应的PWM占空比信号。

优选地，所述电流输出模块接受到PWM占空比信号，并通过调节占空比信号，通过所述电流输出模块可以对应的向仪表输出液位开关浸没、液位开关非浸没和故障状态三种信号，其中液位开关浸没对应16mA电流，非浸没对应8mA电流，故障状态对应1.8mA电流。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

本实用新型通过电流输出模块、传感器的驱动部分和MCU部分的设置，各部分的元器件-包括运放、逻辑器件、比较器、MCU等元器件-都采用低功耗元器件；每个电阻都计算功耗，控制电阻的电流损耗；输出回路采用恒流回路，确保输出的电流为8/16mA；MCU具有输出10位PWM的模式，还有12位的AD转换功能，可以判断输出值的正确与否，提供高可靠性，仪表安全性能了很大的提到，还拓宽了仪表本身的应用范围。特别是提供了高防爆区域的产品的选择范围。

附图说明

图1为本实用新型的整体电路工作示意图；

图2为电流输出模块的电路示意图；

图3为传感器的驱动部分的电路示意图；

图4为MCU部分的电路示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-4,本实用新型提供一种技术方案：

一种两线制模拟输出模块，包括电流输出模块、传感器的驱动部分和MCU部分，所述电流输出模块为传感器的驱动部分和MCU部分供电，使传感器的驱动部分和MCU部分正常工作，所述传感器的驱动部分和MCU部分电性连接，传感器的驱动部分收集到的液位开关状态信号，并传输到MCU部分，MCU部分将传感器的输出信号进行对比和转换，转化得到的PWM占空比信号，所述MCU部分和电流输出模块电性连接，MCU部分将PWM占空比信号传送到电流输出模块，最终生成8mA——液位开关非浸没、16mA——液位开关浸没、1.8mA——故障状态三种状态信号，所述电流输出模块和中控室电性连接，实时的将监控到的状态信号发送到中控室，搭配可视型中控台，可将浸没状态包括故障状态直接在中控室显示出来。

进一步的，所述电流输出模块中的port3与MCU部分电性连接形成一个反馈测量回路，用于判断输出是否正常。

进一步的，所述电流输出模块中2.5V的基准电源通过两个负载电阻(500K+2.2M)，在T1处产生的电流作为最小的电流输出值，就是故障状态的输出值。

进一步的，所述电流输出模块的输出电流为：首先通过2.5V/(R7+R8))与Port4的PWM的信号通过滤波平均后，之后和U2A输出的有效值/(R9+R10+R11)的电流叠加，那么T1-T3的电流就是前面的电流叠加乘以R5(180K)，再利用U1A的3脚和2脚的虚短，使得T2与T1等电位，最终整个回路的输出电流就是(T2-T3)/(R17+R18)。

进一步的，由于仪表在故障状态下，仪表的电流消耗在1.8mA以下，要求1.8mA仪表能正常工作。

值得说明的是，所述电流输出模块、传感器的驱动部分和MCU部分中的U9C、U9A、U7A、逻辑器件、MCU等元器件都采用低功耗元器件，降低能耗。

值得注意的是，所述电流输出模块、传感器的驱动部分和MCU部分中的每个电阻都计算功耗，控制电阻的电流损耗。

值得注意的是，所述电流输出模块的输出回路采用恒流回路，确保输出的电流为8/16mA。

除此之外，所述传感器的驱动部分中的信号输入即为压电陶瓷的信号输入端，所述传感器的驱动部分中的振动输出即为压电陶瓷的频率驱动输出。

除此之外，所述传感器的驱动部分中U9C将振动信号放大约20倍，信号通过R29和C19进行相位调整，通过U9A将振动信号放大；放大后的信号通过U7A比较器，产生一个与输入信号频率一致的方波信号，用于输出驱动压电陶瓷，使得叉体产生振动。

不得不说的是，所述传感器的驱动部分中的运放U9C，U9A及U7A组成音叉振动的自激增益放大回路，工作频率100Hz-500Hz，增益为50db。

不得不说的是，所述MCU部分预先在内部设置有频率阈值以及振幅阈值，所述MCU部分通过采集自激增益放大回路的工作频率和信号的幅度，得到谐振频率和振幅信号，将得到的谐振频率和频率阈值对比、振幅信号和振幅阈值对比，如果谐振频率高于阈值，并且振幅信号大于阈值，则判断为叉体在空气中。

另外，所述MCU部分通过判断叉体在空气中还是在物料中，输出两种相应的PWM占空比信号。

另外，所述电流输出模块接受到PWM占空比信号，并通过调节占空比信号，向仪表输出电流二线制回路电流信号8mA，16mA，或故障状态1.8mA。

另外，所述MCU部分的型号为PICLF15345，PICLF15345型的MCU具有输出10位PWM的模式，还有12位的AD转换功能，可以判断输出值的正确与否，提供高可靠性。

另外，所述MCU部分的+5V意思是电源电压为+5V；所述MCU部分的+3V意思是电源电压为+3V；所述MCU部分的VDDA为5/2V；所述MCU部分的PWM_OUT为脉宽调制输出；

另外，所述MCU部分的S1,S2为开关用于产品出产时标定出厂标准信号。

本实用新型中涉及到的电子元器件以及模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本实用新型保护的内容也不涉及对于内部结构和方法的改进。

工作原理：按照24Vdc二线制的标准，液位开关浸没输出16mA，非浸没输出8mA，仪表故障输出1.8mA。这样在安全性要求较高的场合可以识别仪表的状态，包括仪表的故障信息直接可以在中控室获得；在正常的工作状态，输出电流8/16mA,属于低功耗的仪表，达到本质安全的要求，可以用于0区防爆的场合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种两线制模拟输出模块，包括电流输出模块，特征在于：所述电流输出模块为传感器的驱动部分和MCU部分供电，所述传感器的驱动部分和MCU部分电性连接，所述MCU部分和电流输出模块电性连接,所述传感器的驱动部分中的运放U9C，U9A及U7A组成音叉振动的自激增益放大回路,所述MCU部分采集自激增益放大回路的工作频率和信号的幅度，输出相应的PWM占空比信号,所述电流输出模块接受到PWM占空比信号，输出电流二线制回路电流信号。

2.根据权利要求1所述的一种两线制模拟输出模块，其特征在于：所述电流输出模块的输出回路采用恒流回路，确保输出的电流为8/16mA。

3.根据权利要求2所述的一种两线制模拟输出模块，其特征在于：所述传感器的驱动部分中U9C将振动信号放大，信号通过R29和C19进行相位调整，通过U9A将振动信号放大；放大后的信号通过U7A比较器，产生一个与输入信号频率一致的方波信号，用于输出驱动压电陶瓷，使得叉体产生振动。

4.根据权利要求3所述的一种两线制模拟输出模块，其特征在于：所述电流输出模块、传感器的驱动部分和MCU部分使用的元器件都采用低功耗元器件。

5.根据权利要求4所述的一种两线制模拟输出模块，其特征在于：所述电流输出模块中的基准电源通过两个负载电阻，在T1处产生的电流作为线路的最小的电流输出值。

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