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基于低成本MCU的電流環(huán)路校準(zhǔn)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2013-07-18
4~20mA電流環(huán)路被廣泛用于工業(yè)自動化系統(tǒng)中的通信。本文討論了基于低成本微控制器的電流環(huán)路校準(zhǔn)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，這些校準(zhǔn)器主要用于測試和校準(zhǔn)通過4~20mA電流環(huán)路標(biāo)準(zhǔn)通信的系統(tǒng)。
這次任務(wù)的目的是降低這些設(shè)備的成本，進(jìn)而降低其銷售價(jià)格。所設(shè)計(jì)設(shè)備的電流源分辨率為0.001mA。它能以階梯或斜坡函數(shù)格式自動化地或通過數(shù)字鍵盤以人工方式輸入電流值來測量并提供所需要的4~20mA范圍內(nèi)的電流。
4~20mA電流環(huán)路是在工業(yè)應(yīng)用中發(fā)送傳感器信息的一種基本方法。傳感器是一種用來測量溫度、壓力、速度和流體流動等物理參數(shù)的器件。大多數(shù)過程自動化傳感器使用4~20mA的電流環(huán)路接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。這種接口一般用于通過電流環(huán)路向遠(yuǎn)端站點(diǎn)發(fā)送傳感器值(見圖1)。
圖1：電流環(huán)路系統(tǒng)縱覽如果將電壓值用于發(fā)送過程，那么隨著載體阻抗和距離的遞增，電壓會下降。為了防止出現(xiàn)這種負(fù)面效應(yīng)，業(yè)界對4~20mA電流環(huán)路進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。
業(yè)界有許多系統(tǒng)遵循4~20mA電流環(huán)路標(biāo)準(zhǔn)。4~20mA電流環(huán)路校準(zhǔn)器就是用于測試和校準(zhǔn)這些系統(tǒng)。4~20mA電流環(huán)路是這樣設(shè)計(jì)的：當(dāng)傳感器接收到最小值時(shí)，環(huán)路電流是4mA；當(dāng)傳感器達(dá)到最大值時(shí)，環(huán)路電流變成20mA。因此4mA被認(rèn)為是起點(diǎn)(0%讀數(shù))，20mA是滿刻度讀數(shù)(100%)。在這種條件下，0mA值被解釋為通信中斷。也就是說，0至4mA范圍被稱為零或偏移量，4至20mA范圍被稱為發(fā)送器的正常覆蓋范圍。
4~20mA電流環(huán)路電路由4部分組成，分別是傳感器/轉(zhuǎn)換器、發(fā)送器、接收器和電流源，見圖2。傳感器或換能器測量物理參數(shù)幅度，并轉(zhuǎn)換為電壓。發(fā)送器將來自傳感器的電壓信息轉(zhuǎn)換為4~20mA電流值。接收器在收到4~20mA電流值后將它轉(zhuǎn)換回電壓，并發(fā)送給過程控制器或指示器。電流源也提供電流環(huán)路。每個(gè)環(huán)路中至少有一個(gè)接收器，它可以是一個(gè)指示器(一臺儀表或一個(gè)數(shù)字顯示器)、一個(gè)圖表記錄器、一個(gè)RTU或PLC輸入電路、閥門致動器等。來源：http://rengken.cn/product/multimeter/
這次任務(wù)的目的是降低這些設(shè)備的成本，進(jìn)而降低其銷售價(jià)格。所設(shè)計(jì)設(shè)備的電流源分辨率為0.001mA。它能以階梯或斜坡函數(shù)格式自動化地或通過數(shù)字鍵盤以人工方式輸入電流值來測量并提供所需要的4~20mA范圍內(nèi)的電流。
4~20mA電流環(huán)路是在工業(yè)應(yīng)用中發(fā)送傳感器信息的一種基本方法。傳感器是一種用來測量溫度、壓力、速度和流體流動等物理參數(shù)的器件。大多數(shù)過程自動化傳感器使用4~20mA的電流環(huán)路接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。這種接口一般用于通過電流環(huán)路向遠(yuǎn)端站點(diǎn)發(fā)送傳感器值(見圖1)。
圖1：電流環(huán)路系統(tǒng)縱覽如果將電壓值用于發(fā)送過程，那么隨著載體阻抗和距離的遞增，電壓會下降。為了防止出現(xiàn)這種負(fù)面效應(yīng)，業(yè)界對4~20mA電流環(huán)路進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。
業(yè)界有許多系統(tǒng)遵循4~20mA電流環(huán)路標(biāo)準(zhǔn)。4~20mA電流環(huán)路校準(zhǔn)器就是用于測試和校準(zhǔn)這些系統(tǒng)。4~20mA電流環(huán)路是這樣設(shè)計(jì)的：當(dāng)傳感器接收到最小值時(shí)，環(huán)路電流是4mA；當(dāng)傳感器達(dá)到最大值時(shí)，環(huán)路電流變成20mA。因此4mA被認(rèn)為是起點(diǎn)(0%讀數(shù))，20mA是滿刻度讀數(shù)(100%)。在這種條件下，0mA值被解釋為通信中斷。也就是說，0至4mA范圍被稱為零或偏移量，4至20mA范圍被稱為發(fā)送器的正常覆蓋范圍。
4~20mA電流環(huán)路電路由4部分組成，分別是傳感器/轉(zhuǎn)換器、發(fā)送器、接收器和電流源，見圖2。傳感器或換能器測量物理參數(shù)幅度，并轉(zhuǎn)換為電壓。發(fā)送器將來自傳感器的電壓信息轉(zhuǎn)換為4~20mA電流值。接收器在收到4~20mA電流值后將它轉(zhuǎn)換回電壓，并發(fā)送給過程控制器或指示器。電流源也提供電流環(huán)路。每個(gè)環(huán)路中至少有一個(gè)接收器，它可以是一個(gè)指示器(一臺儀表或一個(gè)數(shù)字顯示器)、一個(gè)圖表記錄器、一個(gè)RTU或PLC輸入電路、閥門致動器等。來源：http://rengken.cn/product/multimeter/
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