CN2800231Y - 智能数显仪表的电路构架 - Google Patents

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黄学武
郑华耀
厉善亨
黄瑾
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Abstract

一种基于微控制器的智能数显仪表的电路构架，其特点是选用CAN现场总线通讯接口和4～20mA标准电流的两种输入方法，通过微控制器数据采集、数字滤波、线性校正、定标、校验等数字处理，输出扫描信号和显示数据，再经过扫描译码和可控恒流源驱动单色/双色LED环型光带以及三位七段数码管，形成光带与数码为一体的显示效果，LED环型光带、三位七段数码管以及刻度背光照明亮度可通过可控恒流源进行调节。本实用新型智能数线仪表电路的构架已成功应用于智能数显仪表中，进入试投产阶段。本实用新型的推广应用，极大地节省了仪表与系统通讯和运行成本，提高了仪表的显示精度、工作的可靠性和灵活性，拓展了显示仪表在数字化领域中的应用。

Description

智能数显仪表的电路构架
技术领域
本实用新型涉及一种智能化显示仪表的电路构架。
背景技术
传统显示仪表大多采用单一的指针式、数码管或直线光带显示方式。指针式仪表直观，但精度与分辩率较低，难以实现多量程段显示，且抗振能力差；数码管显示仪表分辩率高，但不直观，不利于远距离观察，尤其在一个屏面设置多个仪表时效果更差；直线光带因受仪表尺寸限制，其段数一般在100以下，故精度与分辩率均不高。此外，传统显示仪表都以模拟信号作为传输信号，精度低，易受电磁干扰影响。传统显示仪表一般无数字信号处理能力，故只能被动地、简单地指示输入的信号值，没有校验、分程显示和非线性处理等功能，更无数字通讯能力。
发明内容
本用新型的目的在于提供一种基于微控制器的、具有CAN现场总线通讯和4～20mA标准电流的两种输入方式的智能数显仪表的电路构架，实现被测量的高精度LED环型光带与数字的智能化显示。
本实用新型是这样实现的，通过CAN通讯接口或者4～20mA标准电流接受需显示被测量的信号，利用性价比高的微控制器进行数据采集、数字滤波、线性校正、定标、检验等数字信号处理，用微控制器自带的少量IO口线，采用扫描矩阵实现多达240段LED和3位双色七段数码管的显示控制，LED与数码管的驱动采用可控恒流源驱动，改善了因LED起辉电压不一致造成的亮度差异，通过调节可控流源控制信号大小来调节LED环型光带、三位七段数码管以及刻度背光的光照度，可以适应白日和夜间不同的需求。
采用基于单片微控制器的LED环行光带和数码显示相结合方法可弥补传统显示仪表的不足之处，利用LED环型光带不仅可获得优于指针式仪表的显示效果，实现多达240段数显示，使显示分辩率达到0.5％以上，保留数码显示有利于正确读数，更为重要的是采用CAN现场总线通讯，用一条CAN通讯线就可把多台显示仪表连接在一起从而节省并简化了一，同时提高了精度和可靠性，拓展了显示仪表在数字化领域中的应用。
附图说明
图1为本实用新型原理框图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型作进一步详细描述。
参见图1，1～4为4～20mA标准电流输入的模拟量通道，1为输入取样与保护电路，2为干扰防护电路。3为仪用放大器，4为电平转移电路。10为微控制器，进行数字信号处理，它包括模/数转换电路，数据存储器(RAM)，程序存储器(Flash ROM)，电可擦可编程存储器(EEPROM)，中央处理单元(CPU)与IO接口电路。6～8为CAN通讯接口电路，其中6为CAN收发器，7为光电隔离器，8为CAN现场总线通讯控制接口；5为JTAG编程接口，9为校验控制电路，13为扫描译码器，11为可控恒流源电路，12为亮度控制电路，14为单色/双色三位七段数码管，15为10/12×20LED环型光带矩阵，16为可控的背光照明器件。
在图1中，输入取样与保护电路1由输入取样电阻、防反接二极管、快速自恢复保险丝与压敏电阻等组成，取样电路把4～20mA的电流信号转换成40～200mV的电压信号，保护电路用来防止信号反接、过电流和过电压保护。干扰防护电路2由抗射频干扰电路、抗电磁干扰电路以及抗信号参考地浮动干扰电路组成，用来减小射频干扰和电磁干扰对仪表的影响，抵消信号参考地与仪表参考地浮动所造成的干扰影响。仪用放大器3由三个运算放大器和相关电阻组成，电平转移电路由基准电路与分压电路组成，用来将40～200mV转换放大成0～2.5V的电压信号。微控制器5选用高性价比和高集成度的单片微控制器，以节省成本，简化电路，缩小体积，单片微控制器集成了CPU、RAM、FlashROM、EEPROM、ADC及通用IO接口等，用来实现数据采集、数字滤波、线性校正、定标、校验及扫描显示控制等数字处理。CAN收发器6适合ISO11898标准，作为CAN通讯控制器与CAN物理总线的接口；光电隔离器7用于提高其抗干扰能力。CAN通讯控制接口8按CAN协议实现CAN通讯控制；JTAG编程接口5用于微控制器10的编程及调试；校验控制电路9用于4～20mA标准电流输入模式时的零位与满量程校验；扫描译码器13用于扫描信号的译码和驱动；可控恒流源电路11用来以恒流方式驱动LED环型光带和七段数码管；亮度控制电路12用来调节控制可控恒流源11的电流，以此达到环型光带、七段数码管和刻度背光的亮度调节；单色/双色三位七段数码管14用数字形式指示参数，其中单色用于显示值为单极性的参数，双色用于显示值为双极性的参数；LED环型光带矩阵15由200个(300度指示角)或240个(360度指示角)条形LED连接成10/12×20矩阵，并连同双色三位七段数码管14组成扫描矩阵电路；可控背光照明器件16用于指示刻度及单位量纲照明。
在CAN通讯模式时，CAN总线输入数字显示信号，经CAN收发器6、光电隔离器7及CAN通讯控制接口8被微控制器10读入。微控制器10将其数据处理后通过其通用IO口输出扫描信号经扫描译码器13后扫描驱动矩阵指示电路列信号；输出显示数据经可控恒流源11恒流驱动矩阵指示电路行信号，从而实现全数字化和单/双色环型光带的智能显示的目的。
在4～20mA标准电流输入模式时，4～20mA显示信号由10Ω取样电阻取样，首先经输入保护电路和干扰防护电路，然后由仪用放大器与电平转移电路将其转换放大成0～2.5V的电压信号，由微控制器10的A/D转换电路将其转换成相应的数字信号。微控制器10将其数据处理后通过其通用IO口输出扫描信号经扫描译码器13后扫描驱动矩阵指示电路列信号；输出显示数据经可控恒流源11恒流驱动矩阵指示电路行信号，从而实现全数字化和单/双色环型光带的智能显示的目的。
经试用表明，基于微控制器的数显仪表的精度达0.5％，数显仪表可成功地利用现场总线传递信息，也可以利用现场总线与其它带总线的智能系统集成在更大的系统中。
本实用新型的推广应用，极大地节省了仪表与系统通讯和运行成本，提高了仪表的显示精度、工作的可靠性和灵活性，拓展了仪表在数字化领域中的应用。

Claims (2)

1、一种智能数显仪表的电路构架，其特征在于该电路构架具有：
a、一个微控制器(10)，CAN现场总线通讯和4～20mA标准电流两种输入方式；
b、在CAN现场总线通讯模式时，CAN总线输入数字显示信号经CAN收发器(6)、光电隔离器(7)及CAN通讯控制接口(8)被微控制器(10)读入；在4～20mA标准电流输入模式时，4～20mA经输入取样与保护电路(1)、干扰防护电路(2)、仪用放大器(3)、电平转移电路(4)将其转换放大成0～2.5V的电压信号，被微控制器(10)读入；
c、微控制器(10)通过其通用IO口输出扫描信号经扫描译码器(13)后扫描驱动矩阵指示电路列信号，以及输出显示数据经可控恒流源(11)恒流驱动矩阵指示电路行信号，输入数码管(14)、环型光带(15)和背光照明器(16)。
2、根据权利要求1所述的智能数显仪表的电路构架，其特征在于微控制器(10)还与校验控制电路(9)相连。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103915051A (zh) * 2012-12-29 2014-07-09 北京谊安医疗系统股份有限公司 一种控制数码管显示的方法
CN107403592A (zh) * 2017-06-16 2017-11-28 重庆天盛仪表有限公司 带驱动电路的仪表用led数码屏

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