专利名称：回路供电型数显智能变送器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种回路供电型变送器。
背景技术：
目前市场上所出售的回路供电型变送器大多为带有单片机的智能型变 送器，由于单片机和外围电路要消耗部分电流，使得单片机难以再提供足
够的电流来直接驱动LED显示器，实现数显功能。现有的回路供电型变送 器通常采用以下方法来实现数字显示(一)用单片机驱动低功耗的LCD 液晶显示器；(二)用回路供电型的LED电流表头串联在回路中显示，如 图6所示，LED电流表头92与变送器91串联在电路回路中。上述两种方法 存在以下的缺点LCD液晶显示器在昏暗的环境下显示很模糊，加背光又会 功耗过大，而且环境温度、光照、视角也限制了 LCD液晶显示器的应用； 而用回路供电型的LED电流表头显示，因为回路供电型的LED电流表头内 部也有放大器、A/D转换和LED驱动等电路，既增加了成本，又增大了体积， 工作电压也提高了很多。因为变送器和LED电流表头各具有一个单片机， 所以修改量程等数据时也必须分别对变送器和电流表头设置参数，甚为不 便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种用变 送器的单片机直接驱动LED显示器、并且能够方便地设置参数的回路供电型数 显智能变送器。
本发明的技术方案是 一种回路供电型数显智能变送器，工作时与回路 供电及传感器相连接，所述变送器包括单片机、D/A转换单元、DC/DC转换单元和信号变送单元，其中单片机，接收传感器送出的模拟信号，对 所接收的模拟信号进行放大、A/D转换及数字信号处理，输出与经数字信 号处理后的数字信号成正比的脉冲调宽信号；D/A转换单元，与单片机相 连接，用于接收单片机输出的脉冲调宽信号并将脉冲调宽信号转换成模拟 电平信号；DC/DC转换单元，与单片机相连接，用于接收信号变送单元供 给的直流稳压电压，对直流稳压电压进行隔离后，将隔离后的电压供给单 片机；信号变送单元，分别与回路供电、D/A转换单元和DC/DC转换单元 相连接，用于从回路供电中分离出直流稳压电压，并将直流稳压电压供给 DC/DC转换单元，另外，接收D/A转换单元输出的模拟电平信号，并将该 模拟电平信号转换成标准电流信号；其特点是所述变送器还包括LED显 示器，LED显示器与单片机相连；DC/DC转换单元还对从信号变送单元接 收的直流稳压电压进行降压，将降压后的电压供给单片机；单片机用经过 所述数字信号处理后的数字信号直接驱动LED显示器，LED显示器显示传 感器的测量结果。
上述回路供电型数显智能变送器，其中，LED显示器的法线亮度大于 200mcd。
上述回路供电型数显智能变送器，其中，DC/DC转换单元包括触发 器，接收信号变送单元提供的直流稳压电压；多谐振荡器，其输出端与触 发器的时钟信号端相连接；降压隔离变压器，其初级线圈与触发器的输出 端相连接；全波整流电路，其输入端与降压隔离变压器的次级线圈相连接； 滤波电容，与所述全波整流电路的输出端并联。
上述回路供电型数显智能变送器，其中，D/A转换单元包括微分电 路，其输入端与单片机相连，接收单片机输出的脉冲调宽信号；隔离变压 器，其初级线圈与微分电路的输出端相连；正向反馈电路，其输入端与隔 离变压器的次级线圈相连；低通滤波电路，其输入端与正向反馈电路的输 出端相连，输出端与信号变送单元相连。
本发明的有益效果是本发明通过降低单片机及其外围电路的功耗，并通 过DC/DC转换单元将降压后的电压提供给单片机，使单片机得到更多的工作电流，实现了用变送器的单片机直接驱动LED显示器，从而省却了现有技术中LED 电流表头的A/D转换、LED驱动、稳压等电路，具有低成本、微功耗、小型化、 低电压的优点；在单片机内设有16位A/D转换电路，能实现高精度显示。另 外，由于整个变送器由单个单片机管理，所以参数设置很方便，并且高亮度的 LED昼夜均能清晰显示。
图1为本发明的回路供电型数显智能变送器的电路图； 图2为本发明单片机的主程序的流程图3为本发明单片机的LED显示器分时扫描中断服务程序的流程图; 图4为本发明单片机的脉冲调宽输出中断服务程序的流程图； 图5为本发明的单片机的模拟量采集中断服务程序的流程图； 图6为现有的变送器与LED的连接方式示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的回路供电型数显智能变送器做进一步详细描述。
图1为本发明的回路供电型数显智能变送器的电路图。如图所示，本发明 的回路供电型数显智能变送器包括单片机1、 LED显示器2、 D/A转换单元3、 信号变送单元4和DC/DC转换单元5。在工作时，变送器需要与传感器6和回 路供电7相连接。如图所示，单片机1的八个I/O 口 PI. 1 P1.7、 P3.2为 段码口，分别通过八个限流电阻R7 R14与LED显示器2连接，而单片机1 上的四个I/0口P3.3 P3.6为位置口，与LED显示器2直接连接。本实施 例所示出的LED显示器为四位LED显示器，但不限于此，也可以是三位、 五位等LED显示器。LED显示器应选择法线亮度大于200mcd的高亮度显示 器，以便于低电流驱动，并且高亮度的LED显示器昼夜均能清晰显示。电阻 Rl为测量恒流源的限流电阻，电阻R6为测量基准电阻，传感器6的模拟量 信号通过R2 R5电阻输入到单片机1的模拟量输入端AIN0 AIN3，然后由单片机内部的可编程增益放大器缓冲放大。可编程增益放大器的放大倍数
是智能的，根据输入信号的大小调整放大倍数。放大后的信号经过16位A/D
模数转换、数字滤波、量化和线性化处理后，单片机1将经过上述处理后
的数字信号用分时扫描驱动LED显示器的方法显示出来，同时在单片机1 的Pl. 1端输出正比于经上述数字信号处理后的数字信号的脉冲调宽信号。 所输出的脉冲调宽信号输入D/A转换单元3，由D/A转换单元3进行隔离方 式的D/A转换。D/A转换单元3包括由电容C2和电阻R15组成的微分电路 31、隔离变压器32、由两个同相器IC4组成的正反馈电路33以及由电阻 R16与电容C4组成的低通滤波电路34。 IC4可以是74HC系列的同相器。从 单片机1的P1.0输出的脉冲调宽信号通过微分电路31后，变为尖脉冲， 驱动隔离变压器32的初级线圈。由于隔离变压器32的次级线圈与由两个 同相器IC4组成的正反馈电路33相连接，只要输入一个正尖脉冲，正反馈 电路33的输出就能维持正电平输出，反之，只要输入一个负尖脉冲，正反 馈电路33的输出就能维持零电平输出，这样的方法使隔离变压器32的信 号隔离传送损耗的能量极少，而同相器组成正反馈电路又使脉冲调宽信号 的沿口变得很陡。由正反馈电路33输出的电平信号，经过低通滤波电路34 后变得平滑，再输入信号变送单元4，由信号变送单元4转换成4 20raA标 准电流输出。
单片机1的输入电压由信号变送单元4从24V的回路供电中分离出直 流稳压电压VCC，经DC/DC转换单元降压、隔离后，提供给单片机1。 DC/DC 转换单元5包括由两个反相器IC3、电容C3、两个电阻R17,R18组成的多 谐振荡器51、触发器52、降压隔离变压器53、由两个二极管D1， D2组成 的全波整流电路54以及滤波电容55。其中，触发器52接收信号变送单元 4提供的直流稳压电压VCC，在本实施例中，触发器52采用双D触发器； 多谐振荡器51的输出端与触发器52的时钟信号端CLK相连接；降压隔离 变压器53的初级线圈与触发器52的输出端相连接，次级线圈与全波整流 电路54的输入端相连接；而滤波电容55与全波整流电路54的输出端并联， 经过滤波电容55滤波后，全波整流电路54的输出与单片机的VCC脚和GND脚相连。多谐振荡器51可选择74HC系列芯片。选择合适的振荡频率 可有效降低功耗，经过触发器52的整形，得到占空比相等的方波，然后用 触发器52的正负Q端直接驱动降压隔离变压器53，使降压隔离变压器53 降压输出。根据变压器初、次级功率相等的原理(忽略损耗)，输出电压 降低，输出电流必然增大，这意味着DC/DC转换电路5可提供给单片机1 更多的工作电流，从而有助于单片机1驱动LED显示器2。 二极管D1，D2 采用肖特基二极管，以降低二极管的压降，而用全波整流的方法也是为了 减少二极管的压降。本发明的回路供电型数显智能变送器在D/A转换单元3 和DC/DC转换单元5中采用变压器隔离方式是为了消除现场传感器与控制 系统因两地相距较远，由接地环路所引起的信号传输失真。
图2至5分别示出了本发明的单片机工作的主程序以及三个中断服务 程序的流程图。图2为本发明的单片机的主程序的流程图，具体为步骤Sll， 判断模拟量采集完成标志位是否为1，如果不为1，则返回步骤Sll，继续进行模 拟量的采集；步骤S12，如果判断模拟量采集完成标志位为1，则单片机进行 数据滤波处理；步骤S13，对数据进行线性化处理；步骤S14，对数据进行量 化处理；步骤S15，将量化处理后的数字量送显示数据缓冲器；步骤S16，将数 字量转换成模拟量；步骤S17，将模拟量输出高电平时间参数送模拟量缓冲器 1,将模拟量输出低电平时间参数送模拟量缓冲器O;步骤S18，将模拟量采集 标志位清零，返回步骤Sll。图3为本发明的单片机的LED分时扫描中断服务 程序的流程图，示出了单片机1如何驱动LED显示器2，具体为步骤S21， 设置LED显示器的扫描时间常数；步骤S22，将显示位置缓冲器中的内容送入累 加器A中；步骤S23，判断A是否等于4 步骤S24，如A为4，则将A清零； 步骤S25，如A不为4，则使A为A的当前值加1;步骤S26，将A的当前值送入 显示位置缓冲器，把显示数据缓冲器中该位置的内容处理后从P1.1 P1.7、 P3. 2输出；步骤S27,把显示位置缓冲器的内容处理后从P3. 3 P3. 6输出； 步骤S28，中断返回。图4为本发明的单片机的脉冲调宽输出中断服务程序的 流程图，具体为步骤S31，判断Pl. l的输出是否为高电平？步骤S32，如果 Pl.l的输出为高电平，则使Pl. 1的输出变成低电平；步骤S33，将模拟量缓冲器0的内容送定时器；步骤S34，如果Pl. 1的输出不是高电平，则使Pl. 1 的输出变成高电平；步骤S35，将模拟量缓冲器l的内容送定时器；步骤S36， 中断返回。图5为本发明的单片机的模拟量采集中断服务程序的流程图，具体 为步骤S41，将传感器输入的模拟量读入缓冲器；步骤S42，将模拟量采集完
成标志位置1;步骤S43，中断返回。通过对上述程序进行优化编程，可进一步 降低单片机的工作频率，从而降低功耗。
本发明的回路供电型数显智能变送器能够用单片机直接驱动LED显示 器，是基于本发明的变送器具有极低的功耗。除了以上所述的降低功耗的 措施外，本发明还进一步采取了以下措施在A/D、 D/A等电路工作周期许 可的情况下，尽可能降低单片机的工作电压和工作频率，电压和频率降低 的比例几乎是功耗的比例；选用高集成度、微功耗的系统级单片机，单片 机的外围电路采用CMOS电路，变压器磁芯选用低损耗系列的变压器磁芯。
本发明在小于4mA回路供电的限制下，用极小的功耗实现了单片机在 完成模拟量采集和输出模拟信号后，分时直接驱动超高亮度LED显示器， 显示数字量。由于本发明是采用变送器的单片机直接驱动LED显示器，从而 省却了现有技术中LED电流表头的A/D转换、LED驱动、稳压等电路，具有低 成本、微功耗、小型化、低电压的优点；在单片机内的A/D转换电路采用16 位的高精度转换，能实现高精度显示。另外，由于整个变送器由单个单片机管 理，所以参数设置也很方便。
权利要求
1.一种回路供电型数显智能变送器，工作时与回路供电及传感器相连接，所述变送器包括单片机、D/A转换单元、DC/DC转换单元和信号变送单元，其中单片机，接收所述传感器送出的模拟信号，对所接收的模拟信号进行放大、A/D转换及数字信号处理，输出与经数字信号处理后的数字信号成正比的脉冲调宽信号；D/A转换单元，与所述单片机相连接，用于接收单片机输出的脉冲调宽信号并将所述脉冲调宽信号转换成模拟电平信号；DC/DC转换单元，与所述单片机相连接，用于接收所述信号变送单元供给的直流稳压电压，对所述直流稳压电压进行隔离后，将隔离后的电压供给单片机；信号变送单元，分别与回路供电、D/A转换单元和DC/DC转换单元相连接，用于从回路供电中分离出直流稳压电压，并将所述直流稳压电压供给DC/DC转换单元；另外，接收所述D/A转换单元输出的模拟电平信号，并将所述模拟电平信号转换成标准电流信号；其特征在于所述变送器还包括LED显示器，所述LED显示器与所述单片机相连；所述DC/DC转换单元还对从所述信号变送单元接收的直流稳压电压进行降压，将降压后的电压供给单片机；单片机用经过所述数字信号处理后的数字信号直接驱动LED显示器，所述LED显示器显示传感器的测量结果。
2. 如权利要求1所述的回路供电型数显智能变送器，其特征在于，所 述LED显示器的法线亮度大于200mcd。
3. 如权利要求l所述的回路供电型数显智能变送器，其特征在于，所 述DC/DC转换单元包括触发器，接收所述信号变送单元提供的直流稳压电压； 多谐振荡器，其输出端与所述触发器的时钟信号端相连接；降压隔离变压器，其初级线圈与所述触发器的输出端相连接； 全波整流电路，其输入端与所述降压隔离变压器的次级线圈相连接； 滤波电容，与所述全波整流电路的输出端并联。
4. 如权利要求3所述的回路供电型数显智能变送器，其特征在于，所 述全波整流电路包括两个肖特基二极管。
5. 如权利要求1所述的回路供电型数显智能变送器，其特征在于，所 述单片机包括16位A/D转换电路。
6. 如权利要求l所述的回路供电型数显智能变送器，其特征在于，所 述D/A转换单元包括微分电路，所述微分电路的输入端与单片机相连，接收单片机输出的脉冲调宽信号；隔离变压器，其初级线圈与所述微分电路的输出端相连； 正向反馈电路，其输入端与所述隔离变压器的次级线圈相连； 低通滤波电路，所述低通滤波器的输入端与所述正向反馈电路的输出端相连，输出端与所述信号变送单元相连。
全文摘要
本发明公开了一种回路供电型数显智能变送器，包括单片机、D/A转换单元、DC/DC转换单元、信号变送单元和LED显示器。本发明通过降低单片机及其外围电路的功耗，并通过DC/DC转换单元将降压后的电压提供给单片机，使单片机得到更多的工作电流，实现了用变送器的单片机直接驱动LED显示器，从而省却了现有技术中LED电流表头的A/D转换、LED驱动、稳压等电路，具有低成本、微功耗、小型化、低电压等优点。另外，由于整个变送器由单个单片机管理，所以参数设置很方便，并且高亮度的LED昼夜均能清晰显示。
文档编号G08C19/16GK101295428SQ200710040289
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月29日 优先权日2007年4月29日
发明者金建民 申请人:上海模数仪表有限公司