专利名称：电动机保护设备的模拟量输出装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动机保护设备的模拟量输出装置，属于电动机保护领域。
背景技术：
目前电动机保护设备的模拟量输出装置中，通常采用D/A芯片与单片机的八个I/O端口连接从而取得数字信号，再经过该芯片完成单片机数字信号到模拟信号的转换。D/A芯片的精度分为多个等级，其等级的划分按照精度不同而定，精度越高，D/A芯片的等级越高，其价格的也越贵。当前D/A芯片的最高精度可达千分之二，它虽然能够满足电动机保护领域内模拟量输出的精度需要，但是昂贵的D/A芯片提高了装置的成本。
发明内容
本实用新型的目的，就是为了解决现有技术的上述缺陷，而提供的一种测量精度高、成本低的电动机保护设备的模拟量输出装置。
本实用新型的目的可通过以下技术解决方案来实现一种电动机保护设备的模拟量输出装置，组成包括单片机、电压/电流转换电路，其特征在于它还包括数模转换电路，所述的数模转换电路由信号隔离模块、RC滤波模块依次电连接组成，单片机的脉宽调制信号输出端与数模转换电路的信号输入端电连接，数模转换电路的信号输出端与电压/电流转换电路的信号输入端电连接。
实用新型的目的还可通过以下技术措施来进一步实现前述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其中所述信号隔离模块组成包括一个三极管Q1、一个光藕D1，单片机的脉宽调制信号输出端通过一个串联的固定电阻R1接入所述三极管Q1的基极，该三极管Q1的集电极通过一个固定电阻R2与一个固定电压U1电连接，三极管Q1的发射极接入光藕D1的2号信号输入端，所述的光藕D1的3号信号输入地接地，光藕D1的8号供电电源输入端子电连接一精密电压U2，光藕D1的6号信号输出端通过一个串联的固定电阻R3与上述精密电压U2电连接，光藕D1的5号信号输出地接地。
前述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其中所述的RC滤波模块为两级RC滤波电路，所述的两级RC滤波电路包括一个模拟开关D2，该模拟开关D2的信号输入通道控制管脚与信号隔离模块的信号输出端电连接，模拟开关的工作电源输入管脚分别与正负固定电压U4、U3电连接，模拟开关D2的工作地接地，模拟开关D2的信号输出管脚与两个固定电阻R4、R5串联，电路中还具有两个电容C1、C2，所述两个电容C1、C2的一端分别与这两个串联电阻R1、R2的信号输出端电连接，另一端接地。RC滤波电路也可采用一级RC滤波，即撤去电路中的固定电阻R5、电容C2，固定电阻R4的信号输出端作为数模转换电路的电压输出端Vout。
前述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其中所述的RC滤波模块为两级RC滤波电路，所述的两级RC滤波电路包括一个三极管Q2，该三极管Q2的基极与信号隔离模块的信号输出端电连接，该三极管Q2的发射极接地，该三极管Q2的集电极通过一个串联电阻R6与一个固定电压U5电连接，同时该三极管Q2的集电极与两个固定电阻R1、R2串联，电路中还具有两个电容C1、C2，所述两个电容C1、C2的一端分别与这两个串联电阻R1、R2的信号输出端电连接，另一端接地。RC滤波电路也可采用一级RC滤波，即撤去电路中的固定电阻R5、电容C2，固定电阻R4的信号输出端作为数模转换电路的电压输出端Vout。
前述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其中电压/电流转换电路的电压输入端串联接入一电压调节电路，所述的电压调节电路包含满度调节滑动电阻器SPAN和零点调节滑动电阻器ZERO，以及一个运算放大器D3A，电压调节电路的电压输入端通过满度调节滑动电阻器SPAN与运算放大器D3A的2号负输入端子电连接，零点调节滑动电阻器ZERO两端分别施加正负固定电压U6、U7，零点调节滑动电阻器ZERO的抽头通过固定电阻R8与满度调节滑动电阻器SPAN的信号输出端电连接，所述的正固定电压U6通过一固定电阻R7与满度调节滑动电阻器SPAN的信号输出端电连接，所述的运算放大器D3A的2号负输入端子和1号输出端子之间连接一固定电阻R9，该固定电阻R9两端并联接入一电容C3，运算放大器D3A的3号正输入端子接地，运算放大器D3A的8号、4号端子分别施加正负固定电压U8、U9，运算放大器D3A的1号信号输出端与传统电压/电流转换电路的电压输入端电连接。
本实用新型的有益效果如下改变了传统的将单片机I/O端口输出的数字信号通过D/A芯片转换，获得模拟信号的信号采集方式，而是利用单片机的脉宽调制信号输出功能，对脉宽调制信号进行信号隔离和RC滤波从而获得模拟信号，再对其进行电压/电流转换，实现4-20mA的电流输出。装置电路结构简单，测量精度高，总体精度可达到千分之二；由于电路中没有采用D/A芯片，从而使得装置的成本大大降低。
下面参照附图并结合实施例对本实用新型作进一步详细描述。但是本实用新型不限于所给出的例子。
图1为本实用新型电动机保护设备的模拟量输出装置电原理框图。
图2为本实用新型实施例1的数模转换电路原理示意图。
图3为本实用新型电动机保护设备的模拟量输出装置电压/电流转换电路原理示意图。
图4为本实用新型实施例2的数模转换电路原理示意图。
具体实施方式
例1如图1所示，本实用新型电动机保护设备的模拟量输出装置，组成包括单片机、电压/电流转换电路，其特征在于它还包括数模转换电路，所述的数模转换电路由信号隔离模块、RC滤波模块依次电连接组成，单片机的脉宽调制(PWM)信号输出端与数模转换电路的信号输入端电连接，数模转换电路的信号输出端与电压/电流转换电路的信号输入端电连接。
如图2所示，信号隔离模块组成包括一个三极管Q1(型号1815)、一个光藕D1(型号6N137)，单片机的脉宽调制(PWM)信号输出端通过一个串联的固定电阻R1(10KΩ)接入所述三极管Q1的基极，该三极管Q1的集电极通过一个固定电阻R2(499Ω)与一个固定电压U1(+3.6V)电连接，三极管Q1的发射极接入光藕D1的2号信号输入端(ANODE)，所述的光藕D1的3号信号输入地(CATHODE)接地，光藕D1的8号供电电源输入端子(VCC)电连接一精密电压U2(+5V)，光藕D1的6号信号输出端(OUTPUT)通过一个串联的固定电阻R3(20KΩ)与上述精密电压U2电连接，光藕D1的5号信号输出地(GND)接地；RC滤波模块为两级RC滤波电路，两级RC滤波电路包括一个模拟开关D2(型号CD4051)，该模拟开关D2的11号信号输入通道控制管脚与光藕D1的6号信号输出端(OUTPUT)电连接，模拟开关D2的16、13号管脚并接后与电压U4(+5V)电连接，模拟开关D2的7号管脚与电压U3(-5V)电连接，模拟开关D2的6、8、9、10、14号管脚接地，模拟开关D2的3号管脚作为信号输出端与两个固定电阻R4(10KΩ)、R5(10KΩ)串联，电路中还具有两个电容C1(105pF)、C2(105pF)，所述两个电容C1、C2的一端分别与这两个串联电阻R4、R5的信号输出端电连接，另一端接地。信号从单片机的脉宽调制(PWM)端口，通过固定电阻R1进入三极管Q1，当信号满足一定激发条件时，电流信号从三极管Q1的发射极流出，进入光藕D1的2号信号输入端(ANODE)，经过光藕D1的信号隔离，信号进入模拟开关D2，当信号为低电平时，RC滤波电路的信号输入端与固定电压U4电连接，电容C1、C2充电；反之当信号为高电平时RC滤波电路的信号输入端接地，电容C1、C2放电，这样完成了对信号的滤波，并将信号作为电压信号输出。RC滤波电路也可采用一级RC滤波，即撤去电路中的固定电阻R5、电容C2，固定电阻R4的信号输出端作为数模转换电路的电压输出端Vout。
如图3所示，电动机保护设备的模拟量输出装置的电压/电流转换电路的电压输入端Vin与传统的电压/电流转换电路(图3中R10左侧部分)之间串联接入一电压调节电路，该电路包含满度调节滑动电阻器SPAN(2KΩ)和零点调节滑动电阻器ZERO(1000KΩ)，以及一个运算放大器D3A(型号LM358)，电压调节电路的电压输入端通过Vin满度调节滑动电阻器SPAN与运算放大器D3A的2号负输入端子电连接，零点调节滑动电阻器ZERO两端分别施加正负固定电压U6(+5V)、U7(-5V)，零点调节滑动电阻器ZERO的抽头通过固定电阻R8(1000KΩ)与满度调节滑动电阻器SPAN的信号输出端电连接，所述的正固定电压U6通过一固定电阻R7(100KΩ)与满度调节滑动电阻器SPAN的信号输出端电连接，所述的运算放大器D3A的2号负输入端子和1号输出端子之间连接一固定电阻R9(8.22KΩ)，该固定电阻R9两端并联接入一电容C3(104pF)，运算放大器D3A的3号正输入端子接地，运算放大器D3A的8号、4号端子分别施加正负固定电压U8(+15V)、U9(-5V)，运算放大器D3A的1号信号输出端与传统电压/电流转换电路的电压输入端电连接。数模转换电路输出的电压信号进入电压/电流转换电路，经过电压调节电路调节，输出0-220V的标准电压，再进入传统的电压/电流转换电路进行电压电流转换，实现4-20mA的电流输出。
图3中的传统的电压/电流转换电路(R10右侧部分，包括R10)，固定电阻R10(20KΩ)、R11(10KΩ)、R12(49.9Ω)、R13(1.5KΩ)、R14(49.9Ω)，固定电压U10(+24V)、U11(+15V)、U12(-5V)，电容C4(104pF)、C5(104pF)、C6(104pF)、C7(103pF)，运算放大器D3B(型号LM358)，三极管Q3(型号1815)，二极管D3(型号1N4148)。
例2如图4所示实施例中，RC滤波模块为两级RC滤波电路，两级RC滤波电路包括一个三极管Q2(型号1815)，该三极管Q2的基极与光藕D1的6号信号输出端(OUTPUT)电连接，该三极管Q2的发射极接地，该三极管Q2的集电极通过一个串联电阻R6(10KΩ)与一个固定电压U5(+5V)电连接，同时该三极管的集电极与两个固定电阻R4(10KΩ)、R5(10KΩ)串联，电路中还具有两个电容C1(105pF)、C2(105pF)，所述两个电容C1、C2的一端分别与这两个串联电阻R4、R5的信号输出端电连接，另一端接地。本实施例与例1的差别仅在于，实施例1中的模拟开关被替换成三极管，同时电路作了适当的调整，例1中的模拟开关和本实施例RC滤波电路中的三极管具有相同的功能。信号从单片机的脉宽调制(PWM)端口，通过固定电阻R1进入三极管Q1，当信号满足一定激发条件的是，电流信号从三极管Q1的发射极流出，进入光藕D1的2号信号输入端(ANODE)，经过光藕D1的信号隔离，信号进入三极管Q2的基极，当信号为低电平时三极管Q2输出为高电平，反之当信号为高电平时三极管Q2输出为低电平、该电压信号经过RC滤波电路滤波后，作为电压信号输出。RC滤波电路也可采用一级RC滤波，即撤去电路中的固定电阻R5、电容C2，固定电阻R4的信号输出端作为数模转换电路的电压输出端Vout。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
权利要求1.电动机保护设备的模拟量输出装置，组成包括单片机、电压/电流转换电路，其特征在于它还包括数模转换电路，所述的数模转换电路由信号隔离模块、RC滤波模块依次电连接组成，单片机的脉宽调制信号输出端与数模转换电路的信号输入端电连接，数模转换电路的信号输出端与电压/电流转换电路的信号输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其特征是所述信号隔离模块组成包括一个三极管Q1、一个光藕D1，单片机的脉宽调制信号输出端通过一个串联的固定电阻R1接入所述三极管Q1的基极，该三极管Q1的集电极通过一个固定电阻R2与一个固定电压U1电连接，三极管Q1的发射极接入光藕D1的2号信号输入端，所述的光藕D1的3号信号输入地接地，光藕D1的8号供电电源输入端子电连接一精密电压U2，光藕D1的6号信号输出端通过一个串联的固定电阻R3与上述精密电压U2电连接，光藕D1的5号信号输出地接地。
3.根据权利要求1所述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其特征是所述的RC滤波模块为两级RC滤波电路，所述的两级RC滤波电路包括一个模拟开关D2，该模拟开关D2的信号输入通道控制管脚与信号隔离模块的信号输出端电连接，模拟开关的工作电源输入管脚分别与正负固定电压U4、U3电连接，模拟开关D2的工作地接地，模拟开关D2的信号输出管脚与两个固定电阻R4、R5串联，电路中还具有两个电容C1、C2，所述两个电容C1、C2的一端分别与这两个串联电阻R1、R2的信号输出端电连接，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其特征是所述的RC滤波模块为两级RC滤波电路，所述的两级RC滤波电路包括一个三极管Q2，该三极管Q2的基极与信号隔离模块的信号输出端电连接，该三极管Q2的发射极接地，该三极管Q2的集电极通过一个串联电阻R6与一个固定电压U5电连接，同时该三极管Q2的集电极与两个固定电阻R1、R2串联，电路中还具有两个电容C1、C2，所述两个电容C1、C2的一端分别与这两个串联电阻R1、R2的信号输出端电连接，另一端接地。
5.根据权利要求1所述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其特征是所述的RC滤波模块为一级RC滤波电路，所述的一级RC滤波电路包括一个模拟开关，该模拟开关的信号输入通道控制管脚与信号隔离模块的信号输出端电连接，模拟开关的工作电源输入管脚分别与正负固定电压U4、U3电连接，模拟开关D2的工作地接地，模拟开关D2的信号输出管脚与一个固定电阻R4串联，电路中还具有一个电容C1，所述电容C1的一端与该固定电阻R4的信号输出端电连接，另一端接地。
6.根据权利要求1所述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其特征是所述的RC滤波模块为一级RC滤波电路，所述的一级RC滤波电路包括一个三极管Q2，该三极管Q2的基极与信号隔离模块的信号输出端电连接，该三极管Q2的发射极接地，该三极管Q2的集电极通过一个串联电阻R6与一个固定电压U5电连接，同时该三极管Q2的集电极与另一个固定电阻R4串联，电路中还具有一个电容C1，所述电容C1的一端与该固定电阻R4的信号输出端电连接，另一端接地。
7.根据权利要求1所述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其特征是所述的电压/电流转换电路的电压输入端串联接入一电压调节电路。
8.根据权利要求7所述的电动机保护设备的模拟量输出装置，其特征是所述的电压调节电路包含满度调节滑动电阻器SPAN和零点调节滑动电阻器ZERO，以及一个运算放大器D3A，电压调节电路的电压输入端通过满度调节滑动电阻器SPAN与运算放大器D3A的2号负输入端子电连接，零点调节滑动电阻器ZERO两端分别施加正负固定电压U6、U7，零点调节滑动电阻器ZERO的抽头通过固定电阻R8与满度调节滑动电阻器SPAN的信号输出端电连接，所述的正固定电压U6通过一固定电阻R7与满度调节滑动电阻器SPAN的信号输出端电连接，所述的运算放大器D3A的2号负输入端子和1号输出端子之间连接一固定电阻R9，该固定电阻R9两端并联接入一电容C3，运算放大器D3A的3号正输入端子接地，运算放大器D3A的8号、4号端子分别施加正负固定电压U8、U9，运算放大器D3A的1号信号输出端与传统电压/电流转换电路的电压输入端电连接。
专利摘要电动机保护设备的模拟量输出装置，组成包括单片机、电压/电流转换电路，它还包括数模转换电路，数模转换电路由信号隔离模块、RC滤波模块依次电连接组成，单片机的脉宽调制信号输出端与数模转换电路的信号输入端电连接，数模转换电路的信号输出端与电压/电流转换电路的信号输入端电连接。利用单片机的脉宽调制信号输出功能，对脉宽调制信号进行数模转换和RC滤波从而获得模拟信号，再对其进行电压/电流转换，实现4－20mA的电流输出。装置电路结构简单，测量精度高，总体精度可达到千分之二；由于电路中没有采用D/A芯片，从而使得装置的成本大大降低。
文档编号G01R31/34GK2912065SQ20062007414
公开日2007年6月13日 申请日期2006年6月19日 优先权日2006年6月19日
发明者唐建, 王恒强, 张连红 申请人:南京南自电力仪表有限公司