一种数字定位器电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电路控制领域，特别是一种数字定位器电路。包括，给定信号接口，用于接收4?20mA给定电流信号；给定模块，同时与给定信号接口及处理器模块连接，所述给定模块包含电流电压转换电路，其用于将接收到的给定电流信号转换为给定电压信号后传输至处理器模块；反馈模块，同时与处理器模块及调节阀连接，其用于接收调节阀的反馈信号，并将该反馈信号反馈至处理器模块；处理器模块，用于根据接收到的给定信号及反馈信号控制调节阀开度；电源模块，包括一与所述给定信号接口串接在一起的稳压管；所述电源模块还与所述反馈模块、处理器模块连接，其用于根据所述给定电流信号产生稳定电压，并给所述反馈模块及处理器模块供电。
【专利说明】
一种数字定位器电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及电路控制领域，特别是一种数字定位器电路。
【背景技术】
[0002]气动调节阀是一种工业过程控制系统中的常用装置，尤其是在电厂、石化、冶金等工业流体流量控制中发挥着不可替代的作用。而阀门定位器是气动调节阀的主要部件之一，通过改进定位器的性能，可以起到改善阀门特性、提高阀门控制精度、增加阀门控制灵活性的重要作用。目前气动调节阀中的定位器电路大多以进口压电式控制为主，价格昂贵，主控芯片以单片机为控制功能扩展能力有限。本定位器以模拟式执行元件取代压电式控制，以低功耗ARM芯片做主控芯片，运算处理能力强，满足现有的工业控制现场对气动调节阀控制需求。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的实用新型目的在于针对现有的以进口压电式控制为主的定位器电路价格昂贵，扩展能力有限的问题，提供一种功耗低，运算能力强的定位器电路。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为:
[0005]—种数字定位器电路，包括，
[0006]给定信号接口，用于接收4_20mA给定电流信号；
[0007]给定模块，同时与给定信号接口及处理器模块连接，所述给定模块包含电流电压转换电路，其用于将接收到的给定电流信号转换为给定电压信号后传输至处理器模块；
[0008]反馈模块，同时与处理器模块及调节阀连接，其用于接收调节阀的反馈信号，并将该反馈信号反馈至处理器模块；
[0009]处理器模块，用于根据接收到的给定信号及反馈信号控制定位器；
[0010]电源模块，同时与所述给定信号接口、反馈模块及处理器模块连接，其用于根据所述给定电流信号产生稳定电压，并给所述反馈模块及处理器模块供电。
[0011]进一步的，所述电流电压转换电路包括采样电阻，所述采样电阻与所述稳压管串接;所述稳压管用于为电源模块提供稳定输入电压，所述采样电阻用于将给定电流信号转换为给定电压信号；
[0012]所述给定模块还包括第一运放模块;所述第一运放模块用所述给定电压信号放大后传输至处理器模块。
[0013]进一步的，所述反馈模块包含与调节阀连接的第二运放模块;所述第二运放模块用于将调节阀的反馈信号放大后输出至处理器模块。
[0014]优选的，所述第一运放模块、第二运放模块采用MAX4042芯片。
[0015]进一步的，所述电源模块为DC-DC电路。
[0016]优选的，所述DC-DC电路采用LTC1474芯片及其周边电路。
[0017]进一步的，所述稳压管为8.2V稳压管，其用于为所述LTC1474芯片的输入端提供稳定的8.2V电压。
[0018]优选的，所述处理器模块采用STM32L152CBT6芯片。
[0019]进一步的，所述智能控制电路还包括显示模块，所述显示模块与所述处理器模块连接，其用于显示调节阀的给定开度和/或实际开度。
[0020]优选的，所述显示模块采用N0KIA5110显示屏。
[0021]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0022]本实用新型中，所述给定电流信号不仅用于控制所述启动调节阀的开度，还通过和一稳压管串接的方式，为电源模块提供8.2V的温度输入电压;本实用新型可实现在最小电流3.5mA时，整个定位器电路正常工作以使气动调节阀能完成自整定、自检测等功能。气动调节阀定位器电路从历史产生到现在为止，国内外所有定位器电路在最小电流时功耗为30-35mW，最低为30mW，而本设计各个模块均采用低功耗电路设计，最小电流功耗为25mW，甚至在电流为3mA时仍能正常完成自检测、自整定等功能。
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型的结构不意图。
[0024]图2为本实用新型电源模块及电流电压转换电路的电路图。
[0025]图3为本实用新型反馈模块及第一运放电路的电路图。
[0026]图4为本实用新型处理器模块电路图。
[0027]图5为2.5v电压产生电路。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0029]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0030]实施例1:如图1所示，本实施例提供一种数字定位器电路，包括，
[0031 ]给定信号接口 5，用于接收4_20mA给定电流信号；
[0032]给定模块2，同时与给定信号接口5及处理器模块I连接，所述给定模块2包含电流电压转换电路，其用于将接收到的给定电流信号转换为给定电压信号后传输至处理器模块I;
[0033]反馈模块3，同时与处理器模块I及调节阀连接，其用于接收调节阀的反馈信号，并将该反馈信号反馈至处理器模块I;
[0034]处理器模块I，用于根据接收到的给定信号及反馈信号控制定位器；
[0035]电源模块4，同时与所述给定信号接口5、反馈模块3及处理器模块I连接，其用于根据所述给定电流信号产生稳定电压，并给所述反馈模块3及处理器模块I供电。
[0036]进一步的，所述电流电压转换电路包括采样电阻，所述采样电阻与所述稳压管串接;所述稳压管用于为电源模块4提供稳定输入电压，所述采样电阻用于将给定电流信号转换为给定电压信号；
[0037]所述给定模块2还包括第一运放模块;所述第一运放模块用所述给定电压信号放大后传输至处理器模块I。
[0038]进一步的，所述反馈模块3包含与调节阀连接的第二运放模块;所述第二运放模块用于将调节阀的反馈信号放大后输出至处理器模块I。
[0039]优选的，所述第一运放模块、第二运放模块采用MAX4042芯片。
[0040]进一步的，所述电源模块4为DC-DC电路。优选的，所述DC-DC电路采用LTC1474芯片及其周边电路。
[0041]众所周知的，定位器首先要完成的功能就是用4_20mA的控制信号经定位器处理以控制气动调节阀的开度为0-100%之间。如图2所示，本实用新型通过将给定信号接口 5接收自给定信号产生装置产生的4_20mA的给定电流信号经一稳压管Dl后，为电源芯片LTC1474提供稳定的8.2V输入电压，在经LTC1474转换为3.3V电压为反馈模块3及处理器模块I提供驱动电压，具体过程为，8.2V稳压管Dl与40Ω电阻Rl串联后接入给定电流信号接口Jl的端口 I及端口2;应注意的是，本实用新型中，还有一正向保护二极管D3与所述稳压管Dl及采样电阻Rl串联，其用于保证稳压管Dl工作在反向状态(在所述给定电流信号如图2从上到下时正常工作，从下到上时停止工作，从而避免电路损坏)。4-20!!^的给定电流信号经电阻Rl转换为给定电压信号后由进入下方CA引脚待下一步处理;应注意的是，为保证电路的工业防爆要求，如图2所示，本电路中所述稳压管(D1、D2)及所述采样电阻(R1、R2)均为两个并接组成。电源模块4还包括芯片LTC1474典型外围电路电阻R3、R4、R5、R6、电容C5、电感L1、电容C6、电容C7及二极管D4。
[0042]如图3所示，本实施例中，所述第一运放模块、第二运放模块共用一±夬]似乂4042芯片实现，电阻R8、R7同时接运放2引脚(A-引脚)，组成1:1的运算放大电路，与电阻R7并接的电容C17为给定电压信号的滤波电容;所述给定电压信号自CA端进入第一运放模块后经电阻R8进入MAX4042的引脚2 (A-引脚)，并经MAX4042的引脚I (OA引脚)输出至PA I (与处理器模块I连接)，此时，4-20mA的给定信号已转换成处理器模块I能够接受的电压信号；
[0043]同时，如图3所示，所述反馈模块3包括与气动调节阀阀位反馈端连接的接口J7以及实现第二运放模块功能的MAX4042芯片；所述接口 J7的引脚2与MAX4042芯片的引脚5(B+弓I脚)连接;接口 J7的引脚I与电源模块4连接;MAX4042芯片的的引脚6(B-)、引脚7(OB)直接连接，从而与电阻RlO共同构成跟随比较器；阀位反馈信号经J7的2引脚经过电阻RlO进入MAX4042芯片的，并由MAX4042芯片的引脚7(0B引脚)输出至PA2(与处理器模块I连接)；因注意的是，接口 J7的I引脚接2.5V电压以供气动调节阀阀位反馈电路工作，使其能够正常产生反馈信号。如图5所示，2.5V电压由电源模块4产生的3.3V电压经MAX6002转换芯片转换生成，图5中电容C15、C18、C16为滤波电容以使转换电压更稳定。
[0044]进一步的，所述智能控制电路还包括显示模块，所述显示模块与所述处理器模块I连接，其用于显示调节阀的给定开度和/或实际开度。优选的，本实施例中所述显示模块采用N0KIA5110显示屏，其为84x48的点阵IXD，7个引脚中，VCC、GND为其提供驱动电压，另外CLK、DIN、D/C、CS、OSC引脚为显示屏的显示信息输入引脚，分别与核心处理模块PA3、PA4、PA5、PA6、PA7连接，工作时将气动调节阀的信息显示在本屏上，由于气动调节阀的开度为0-100%，正常工作时，本显示屏将给定开度实际开度显示在本屏上。如前所述，给定、反馈信息经核心处理模块处理后转换为能够表示气动调节阀的开度信息，本显示屏第一行显示:“给定，第二行显示:“开度“**.*%”，第一行表示气动调节阀的给定开度，第二行表示气动调节阀的实际开度。
[0045]所述处理器模块I采用STM32L152CBT6芯片，主要功能为:1接受给定信号(本实施例中，为给定电压信号)、反馈信号并输出控制信息至气动调节阀；2驱动显示模块并在显示模块上显示气动调节阀的工作信息;3根据气动调节阀的现场环境调整出适应环境的控制信息。图4即为本实施例提供的处理器模块I。它的PA1、PA2引脚分别接收给定信号及反馈信号，PB6引脚将运算得到的气动调节阀控制信息输出至气动调节阀。VCC、GND及Β00Τ0、B00T1为芯片电源及复位引脚，PA13、PA14为芯片与上位机串口通信的发送、接收引脚，PA3、PA4、PA5、PA6、PA7、为连接人机对话模块的引脚，它将气动调节阀的工作信息输出至人机对话模块。
[0046]本实用新型具有如下优点:
[0047](一)超低功耗电路的设计。如前所述，4_20mA的给定电流信号不仅为气动调节阀开度的控制信号，而且为整个定位器电路提供驱动电压(电流)，8.2V稳压管Dl为电源模块4保证稳定电压，若要求留存剩余添加其他功能，则最小电流3.5mA时，要求整个定位器电路能正常工作以使气动调节阀能完成自整定、自检测等功能。众所周知的是，国内外现有定位器电路在最小电流时功耗大多为30-35mW，而本实用新型电路可实现最小电流功耗25mW;本实用新型电路在给定电流信号为3mA时仍能保证正常供电。
[0048]本实用新型采用32位低功耗STM32L152CBT6芯片，支持最高频率为32MHz，由于高频率导致高功耗，本设计采用内部RC产生16MHz作为系统频率，大幅降低芯片功耗。工作时由于ADC在一个周期内转换时间非常短，不超过1/4周期，那么ADC在非转换时就处于空闲状态。常规ADC均为常开ADC，即在一个周期内，无论是否转换，ADC均处于打开状态，因此在一个周期内，ADC至少有3/4的时间不转换数据，而由STM32说明书可知，ADC的功耗占到了很大比重，则降低ADC功耗为本定位器电路一个特点。本实用新型采用ADC低功耗转换处理软设置，一个工作周期内，ADC在空闲时关闭，转换时打开，那么ADC就有超过3/4的周期不产生消耗，大大降低了芯片功耗。电源模块4块采用以低功耗1474芯片为主的典型DC-DC转换电路，输入电压最低为8.2V，输出电压稳定在3.3V，转换效率高达92%，使模块的自身损耗大幅减低。
[0049]同时本实用新型采用低功耗运放MAX4042芯片为给定模块2、反馈模块3提供运放电路，可实现给定电压信号经1:1放大输入至处理器模块I，反馈信号经跟随运放输入至处理器模块I。
[0050]同时，本实用新型显示模块采用采用低功耗N0KIA5110显示屏，为84x48点阵，可以显示4行汉字，低电压供电，正常显示时的工作电流在200μΑ以下。
[0051 ] (二)高精度、快相应的处理。本实用新型采用的STM32L152CBT6芯片为32位芯片，同样的浮点数运算，数据在小数点后的精度位数比常规8位处理芯片更高，一个周期内，在8位处理芯片上的一组数据，在本芯片上只需1/4周期。同时由于本芯片的浮点数据位数多，使运算精度更高，数据运算产生的误差大大减小。对比实验显示，同样给定开度，常规8位芯片定位器的控制时间超过10s，而本设计定位器控制时间最长为2s，由此证明本实用新型计算精度更高、响应更快。
[0052]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种数字定位器电路，其特征在于，包括， 给定信号接口，用于接收4-20mA给定电流信号； 给定模块，同时与给定信号接口及处理器模块连接，所述给定模块包含电流电压转换电路，其用于将接收到的给定电流信号转换为给定电压信号后传输至处理器模块； 反馈模块，同时与处理器模块及调节阀连接，其用于接收调节阀的反馈信号，并将该反馈信号反馈至处理器模块； 处理器模块，用于根据接收到的给定信号及反馈信号控制调节阀开度； 电源模块，包括一与所述给定信号接口串接在一起的稳压管;所述电源模块还与所述反馈模块、处理器模块连接，其用于根据所述给定电流信号产生稳定电压，并给所述反馈模块及处理器模块供电。2.根据权利要求1所述的定位器电路，其特征在于， 所述电流电压转换电路包括采样电阻，所述采样电阻与所述稳压管串接;所述稳压管用于为电源模块提供稳定输入电压，所述采样电阻用于将给定电流信号转换为给定电压信号； 所述给定模块还包括第一运放模块;所述第一运放模块将所述给定电压信号放大后传输至处理器模块。3.根据权利要求2所述的定位器电路，其特征在于，所述反馈模块包含与调节阀连接的第二运放模块;所述第二运放模块用于将调节阀的反馈信号放大后输出至处理器模块。4.根据权利要求3所述的定位器电路，其特征在于，所述第一运放模块、第二运放模块采用MAX4042芯片实现。5.根据权利要求1所述的定位器电路，其特征在于，所述电源模块为DC-DC电路。6.根据权利要求5所述的定位器电路，其特征在于，所述DC-DC电路采用LTC1474芯片。7.根据权利要求6所述的定位器电路，其特征在于，所述稳压管为8.2V稳压管，其用于为所述LTC1474芯片的输入端提供稳定的8.2V电压。8.根据权利要求1所述的定位器电路，其特征在于，所述处理器模块采用STM32L152CBT6 芯片。9.根据权利要求1所述的定位器电路，其特征在于，所述定位器电路还包括显示模块，所述显示模块与所述处理器模块连接，其用于显示调节阀的给定开度和/或实际开度。10.根据权利要求9所述的定位器电路，其特征在于，所述显示模块采用N0KIA5110显示屏。
【文档编号】F16K37/00GK205424026SQ201620228057
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】鲍鹤, 虎恩典, 周朋, 赵文贤
【申请人】宁夏吴忠吴仪自控技术有限公司, 北方民族大学