信号传输仪表的输入信号电路制造技术

一种信号传输仪表的输入信号电路，包括电源，其特征在于：电源的两个输出端之间并联电容Ｃ１５和电阻Ｒ１８，电容Ｃ１５的一端与电源的一个输出端连接，另一端接地；电源的一个输出端与电阻Ｒ１４串联后在运算放大器１的同相输入端连接，运算放大器１的反相输入端和输出端之间并联电阻Ｒ２０和电容Ｃ１７，运算放大器１的４脚接地，８脚通过电容Ｃ１６接地。本实用新型专利技术输入输出均为４～２０ｍＡ标准工业信号，采用以小电流信号驱动的步进电机来驱动指针，且表盘刻度是线性的，更符合人们的使用习惯和思维方式，具有快捷的零点校正和满度校正方式，也具有多点线性拟合的功能，便于改善整个电路的线性，电路结构简单，成本低但可靠性高。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种指针式数字仪表的输入信号电路，特别是涉及一种输入输出为4-20mA的远距离信号传输仪表的输入信号电路。
技术介绍
目前，部分柴油发动机以及船舶用的发动机的信号传输方式是采用4—20mA 电流回路方式传输。采用电流传输方式便于远距离传输，也有利于系统检测整 个传输回路的短路和开路等异常情况。国内实现电流回路传输方式的仪表， 一般采用LCD、 LED的数码显示方式， 也有部分釆用十字线圈驱动指针的仪表。采用LCD、 LED显示转速表在有些场合 不符合传统的使用习惯，尤其是用在船舶以及工程机械等运动的设备上，更不 符合人们的使用及驾驶习惯；采用传统的十字线圈驱动机械式仪，表盘刻度一 般为非线性，使用寿命短而且一般是非线性方式的指示方式，在恶劣的环境下 寿命更短而且指针线性差，不适合人们的线性思维方式。此外，上述仪表的线 性调整和零点、满度调整非常麻烦， 一般需要反复调节零点和满刻度；仪表的 线性修正更为麻烦且精度低，必须反复调试才能达到相应的精度要求。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本技术的目的是提出一种输入输出为4-20mA的 远距离信号传输仪表的输入信号电路。为了达到本技术的上述目的，本技术的信号传输仪表的输入信号 电路，包括电源，电源的两个输出端之间并联电容C15和电阻R18,电容C15的 一端与电源的一个输出端连接，另一端接地；电源的一个输出端与电阻R14串 联后在运算放大器1的同相输入端连接，轨到轨运算放大器1 (U4A)的反相输3入端和输出端之间并联电阻R20和电容C17，运算放大器1的4脚接地，8脚通 过电容C16接地；电源的另一个输出端与电阻R19串联后再与运算放大器的反 相输入端连接，电阻R15、 R16串联在运算放大器1的输出端和运算放大器2的 同相输入端之间，运算放大器2的反相输入端与输出端之间并联有电阻R21和 电容C18,电阻R22的一端与电阻R21连^妄，另一端4妄地；电阻R16与运算》文 大器2的输出端之间串联有电容C13,运算放大器2的反相输入端通过电容C14 接地。所述轨到轨运算》丈大器2 ( U4B )输出信号Vout，连接到单片机A/D输入口 ， 传送到单片机内部A/D转换模块，得到的数字信号再分别作为步进电机输出和 V/I的输入数据。本技术的一种步进电机驱动的指针式数字仪表的输入输出均为4—2OmA 标准工业信号，采用可以小电流信号驱动的步进电机来驱动指针，且表盘刻度 是线性的，更符合人们的使用习惯和思维方式，本技术还采用快捷的零点 校正和满度校正方式，也具有多点线性拟合的功能，便于改善整个电路的线性， 整个电路的供电和处理方式简单，不需负电源和电路输出进行限幅，电路结构 筒单，成本低但可靠性高。附图说明附图为本技术的电路图。具体实施方式为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易理解，下面特结合本 技术一优选实施例，作详细说明如下参见附图，电源的两个输出端之间并联电容C15和电阻R18，电容C15的一 端与电源的一个输出端连接，另一端接地；电源的一个输出端与电阻R14串联 后在运算放大器1的同相输入端连接，运算放大器1的反相输入端和输出端之 间并联电阻R20和电容C17，运算放大器1的4脚接地，8脚通过电容C16接地；电源的另一个输出端与电阻R19串联后再与运算放大器的反相输入端连接，电 阻R15、 R16串联在运算力欠大器1的输出端和运算放大器2的同相输入端之间， 运算放大器2的反相输入端与输出端之间并联有电阻R21和电容C18，电阻R22 的一端与电阻R21连接，另一端接地;电阻R16与运算放大器2的输出端之间 串联有电容C13,运算放大器2的反相输入端通过电容C14接地；轨到轨运算放 大器2 (U4B)输出信号Vout连接到单片机A/D输入口，传送到单片机内部A/D 转换模块，得到的数字信号再分别作为步进电机输出和V/I的输入数据。电路中，R18为电流采样电阻，实现I/V的转换，该电阻将输入的4-20mA 电流转化为40mV-200 mV的电压，该电压经过轨到轨运算放大器U4A组成的同 相放大器，放大倍数为(1+R20/R19)=8. 5;放大后电压范围为0. 34V-1. 7V; R15、 R16、 C13、 C14、 R22、 R21组成放大倍数为2的二阶低通滤波器；轨到轨运算 放大器2 (U4B)输出电压Vout，对应的电压值为0,68V-3. 4V，此电压满足了单 片机A/D输入电压幅度范围(0V-5V)的要求，采用轨到轨运算放大器后，该电 路的供电方式为单电源供电方式，电源电压和单片机相同的电压，输入到单片 机的A/D 口不需要加稳压二极管或其它保护电路。电路中R18采用的电阻值比较低，和通常工业中使用IOOQ、 250Q不同， 使得4-20mA电流回路中可以串接多台仪表。该电路电流采样运用的运算放大器为单电源供电运算放大器；整个电路的 供电和处理方式简单，不需负电源和电路输出进行限幅，电路结构简单，成本 低但可靠性高。综上，本实施例的电路信号工作流程如下4-20mA标准电流信号经过电阻 R18转化为电压信号，实现1/ V的转换；该电压经过轨到轨运算放大器U4A组 成的同相放大器，放大后电压范围为0. 34V-1. 7V;再经过R15, R16, C13, C14, R22， R21组成放大倍数为2的二阶低通滤波器转换为0. 68V-3. 4V电压；该电 压送入单片机A/D输入口；该电压信号被送到单片机内部的A/D转换模块，由 A/D转换模块对输入的模拟电压进行采样量化，转换为数字量；采样得到的数据再分别送往步进电和D/A输出部分，用于步进电机的指示和输出D/A转换和 4-20mA输出部分。采样得到的数据通过软件算法转化为步进电机的驱动波形，步进电机带动 指针旋转，在线性刻度盘上指示相应的转速值。采样得到的数据同时通过单片机的SPI接口输出IO位数字信号，通过IO 位D/A转换器U7(TLC5615)转化为0. 4V-2. OV的电压信号，由变换电路，输出 4-20mA恒流源，/人而实现了 V-I的线性转换。本技术可用于出口的船舶控制系统上，实现发动机传来的4-20mA的信 号采集和数据的线性显示，符合传统习惯的线性指示，并一次性通过相应的可 靠性试验，满足船舶控制系统在恶劣的环境下的高可靠性要求。当然，本技术还可有其他实施例，在不背离本技术之精神及实质 的情况下，所属
的技术人员当可根据本技术作出各种相应的改变， 但这些相应的改变都应属于本技术权利要求的保护范围。权利要求1.一种信号传输仪表的输入信号电路，包括电源，其特征在于电源的两个输出端之间并联电容C15和电阻R18，电容C15的一端与电源的一个输出端连接，另一端接地；电源的一个输出端与电阻R14串联后在运算放大器1的同相输入端连接，运算放大器1的反相输入端和输出端之间并联电阻R20和电容C17，运算放大器1的4脚接地，8脚通过电容C16接地；电源的另一个输出端与电阻R19串联后再与运算放大器的反相输入端连接，电阻R15、R16串联在运算放大器1的输出端和运算放大器2的同相输入端之间，运算放大器2的反相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号传输仪表的输入信号电路，包括电源，其特征在于：电源的两个输出端之间并联电容Ｃ１５和电阻Ｒ１８，电容Ｃ１５的一端与电源的一个输出端连接，另一端接地；电源的一个输出端与电阻Ｒ１４串联后在运算放大器１的同相输入端连接，运算放大器１的反相输入端和输出端之间并联电阻Ｒ２０和电容Ｃ１７，运算放大器１的４脚接地，８脚通过电容Ｃ１６接地；电源的另一个输出端与电阻Ｒ１９串联后再与运算放大器的反相输入端连接，电阻Ｒ１５、Ｒ１６串联在运算放大器１的输出端和运算放大器２的同相输入端之间，运算放大器２的反相输入端与输出端之间并联有电阻Ｒ２１和电容Ｃ１８，电阻Ｒ２２的一端与电阻Ｒ２１连接，另一端接地；电阻Ｒ１６与运算放大器２的输出端之间串联有电容Ｃ１３，运算放大器２的反相输入端通过电容Ｃ１４接地。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁强，刘进，
申请(专利权)人：重庆川仪自动化股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：85[中国|重庆]