专利名称：一种四路模拟量输出控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及模拟量控制技术领域，具体的说是一种四路模拟量输出控制装置。
背景技术：
模拟量输出控制主要用于工业自动化设备和智能建筑设备的模拟量通信控制等应用。模拟量输出控制主要包括电压输出和电流输出，电压输出主要包括0-5V电压输出和0-10V电压输出；电流输出主要包括0-20mA电流输出和4_20mA电流输出。目前市面上的模拟量输出装置普遍存在着功能单一、兼容差、成本高的问题。
发明内容本实用新型的目的是提供一种四路模拟量输出控制装置，该装置上行与上位机通过CAN总线或RS485总线通信，下行输出4路模拟量，每路模拟量可选择0-20mA/4-20mA电流输出(AIO)模式或0-5V/0-10V电压输出(AVO)模式，两种模式可以通过跳槽选通的方式或者上位机下达指令的方式进行选择。本实用新型一种四路模拟量输出控制装置，包括:电源单元、核心单元、通信单元、D/A转换单元、AO输出单元；电源单元分别与核心单元、通信单元、D/A转换单元通过5V和
3.3V电源线构成电连接，电源单元与AO输出单元通过±15V电源线构成电连接；核心单元与通信单元通过串口信号线bus构成电连接，核心单元与D/A转换单元通过SPI总线构成电连接，核心单元与AO单元通过IO信号线构成电连接；D/A转换单元与AO输出单元通过模拟量信号线构成电连接。所述电源单元由全桥整流电路、隔离电源电路和电压转换电路组成。装置外部接入24V模拟电压源，全桥整流后产生24V直流电压源，24V直流电压源经过隔离电源电路转换产生±15V电压源，与AO输出单元构成电连接；24V直流电压源经过电压转换电路转换后产生5V/3.3V电压源，与其他单元分别构成电连接。所述核心单元由单片机主控电路及外围电路组成。外围电路由晶振电路、编程接口电路、复位电路、LED指示电路、地址拨码电路、AO输出模式电路组成。外围电路与单片机主控电路之间通过信号线构成电连接；单片机主控电路采用NXP公司的内部集成(:_ CAN控制器的LPC11C12/4F型号单片机。所述通信单元由CAN收发电路和RS485收发电路组成。CAN收发电路和RS485收发电路用于装置与上位机之间的远距离通信。所述D/A转换单元由信号电平转换电路、D/A转换电路、2.5V基准电路组成。信号电平转换电路与D/A转换电路通过信号线构成电连接；D/A转换电路与2.5V基准电路通过
2.5V电源线构成电连接。D/A转换 电路采用支持4路12bit精度D/A输出的DAC7615芯片，2.5V基准电路采用2.5V/1%精度的基准电平芯片RER)1。[0010]所述AO输出单元由SPDT (单刀双掷)开关电路、4路电压运放电路、4路电流运放电路组成。SPDT开关电路分别与电压运放电路和电流运放电路通过模拟信号线构成电连接。电压运放电路将D/A转换电路产生的0-2.5V电压信号线性放大到0-5V或0-10V电压信号；电流运放电路将D/A转换电路产生的0-2.5V电压信号线性转换成0-20mA或4_20mA恒流源电流信号。本实用新型一种四路模拟量输出控制装置的优点是:装置的上行数字量通信兼容CAN通信接口和RS485通信接口，下行模拟量输出兼容0-5V/0-10V电压输出和0-20mA/4-20mA电流输出四种输出模式，模式的选择兼容指令方式和物理方式，设计合理、兼容性高、可靠性高、成本低。
图1四路模拟量输出控制装置结构框图。图2四路模拟量输出控制装置原理框图。图3模拟量输出模式选通原理框图。图4电压输出原理图。图5电流输出原理 图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所述四路模拟量输出控制装置，包括:电源单元1、核心单元2、通信单元3、D/A转换单元4、AO输出单元5 ；电源单元I分别与核心单元2、通信单元
3、D/A转换单元4通过5V和3.3V电源线构成电连接，电源单元I与AO输出单元5通过土 15V电源线构成电连接；核心单元2与通信单元3通过UART和C_CAN串口信号线bus构成电连接，核心单元2与D/A转换单元4通过SPI信号线构成电连接，核心单元2与AO输出单元5通过IO控制信号线构成电连接；D/A转换单元4与AO输出单元5通过模拟量信号线构成电连接。所述电源单元I由全桥整流电路A、隔离电源电路B和电压转换电路C组成。装置外部接入24V模拟电压源，全桥整流后经过隔离电源转换产生土 15V电压源，经过电压转换电路后产生5V/3.3V电压源。全桥整流电路A由四个整流二极管组成；隔离电源电路B采用2只M0RNSUN公司的A241OT-2W隔离器，将经过全桥整流后的直流24V电压源转换成±15V电压源给AO输出单元供电；电压转换电路C采用LM7805将经过全桥整流后的直流24V电压源转换成5V电压源给D/A转换单元和AO输出单元供电，采用LMl117-3.3V将5V电压源转换成3.3V电压源给核心单元和通信单元供电。所述核心单元2由单片机主控电路D及外围电路E组成。单片机主控电路D采用NXP公司的内部集成(:_ CAN控制器的LPC11C12/4F型号单片机。外围电路E由晶振电路、编程接口电路、复位电路、LED指示电路、地址拨码电路、AO输出模式电路组成。晶振电路采用12M的晶体振荡器；编程接口采用单片机自带的SWI串行编程接口 ；复位电路用于硬件复位；LED指示电路采用5只LED灯，用于上电指示以及4路AO输出状态指示；地址拨码电路采用8位拨码器与单片机的8个GPIO端口构成电连接，用于设置装置的物理地址；A0输出模式电路采用4只跳线槽与单片机4个GPIO端口构成电连接，用于选择4路AO输出模式。所述通信单元3由CAN收发电路F和RS485收发电路G组成。CAN收发电路F和RS485收发电路G用于装置与上位机之间的远距离通信。CAN收发电路采用TJA1051T/3收发器，RS485收发电路采用SP3485芯片。所述D/A转换单元4由信号电平转换电路H、D/A转换电路1、2.5V基准电路J组成。信号电平转换电路H将单片机输出的3.3V信号电平转换成D/A转换器电路需要的5V信号驱动电平；D/A转换电路将数字量信号转换成对应的模拟量信号；2.5V基准电路为D/A转换电路提供转换所需要的高精度2.5V基准电平。信号电平转换电路采用CMOS三态缓冲门74HCT245芯片，D/A转换器电路采用支持4路12bit精度D/A输出的DAC7615芯片，
2.5V基准电路采用2.5V/1%精度的基准电平芯片RER)1。所述AO输出单元5由SPDT (单刀双掷)开关电路K、4路电压运放电路L、4路电流运放电路M组成，SPDT开关电路用于电压或电流两种模拟量输出模式的选通；电压运放电路由运放和电阻、可调电阻组成，将D/A转换器产生的0-2.5V电压信号线性放大到0-5V或0-10V电压信号；电流运放电路由运放和电阻、可调电阻、扩流三极管组成，将D/A转换器产生的0-2.5V电压信号线性转换成0-20mA或者4_20mA恒流源电流信号。四路模拟量输出控制装置的模拟量输出模式的选通原理如图3所示，其实现方式是核心单元2的单片机经过解析上位机下达的配置指令或者AO输出模式电路的跳槽选通配置参数，通过单片机的IO信号控制SPDT开关来选择模拟量输出模式为电压输出或者电流输出。SPDT开关电路采用ADG333A芯片。四路模拟量·输出控制装置的电压输出原理如图4所示，D/A转换单元将单片机通过SPI接口传输的12·bit数字信号转换成对应的0-2.5V电压信号VI，经过两级反向运算放大器UlB和UlA后线性转换成0-5V/0-10V电压信号，0-5V或0-10V量程电压信号输出通过RWl可调电阻可配置。电压运放电路运放采用低成本运算放大器TL082。四路模拟量输出控制装置的电流输出原理如图5所示，D/A转换单元将单片机通过SPI接口传输的12bit数字信号转换成对应的0-2.5V电压信号VI，经过电阻R7、电压跟随器U2B和运放U2A和扩流三极管Ql后线性转换成0-20mA/4-20mA电流信号，0_20mA或4-20mA量程电流信号输出通过调整零点调节电阻RW2和量程调整电阻RW3进行配置。电流运放电路采用低成本运算放大器TL082和耐高压三极管2N5410。
权利要求1.一种四路模拟量输出控制装置，包括:电源单元(I)、核心单元(2)、通信单元(3)、D/A转换单元(4)、A0输出单元(5);其特征在于:电源单元(I)分别与核心单元(2)、通信单元(3)、D/A转换单元(4)通过5V和3.3V电源线构成电连接，电源单元(2)与AO输出单元(5)通过±15V电源线构成电连接；核心单元(2)与通信单元(3)通过串口信号线bus构成电连接，核心单元(2 )与D/A转换单元(4)通过SPI总线构成电连接，核心单元(2 )与AO输出单元(5)通过IO控制信号线构成电连接；D/A转换单元(4)与AO输出单元(5)通过模拟量信号线构成电连接。
2.根据权利要求1所述的一种四路模拟量输出控制装置，其特征在于:所述核心单元(2 )由单片机主控电路D及外围电路E组成，单片机主控电路D采用NXP公司的内部集成C_ CAN控制器的LPC11C12/4F型号单片机。
3.根据权利要求1所述的一种四路模拟量输出控制装置，其特征在于:四路模拟量输出控制装置的模拟量输出模式的选通其实现方式是核心单元的单片机经过解析上位机下达的配置指令或者AO输出模式电路的跳槽选通配置参数，通过单片机的IO信号控制SPDT开关来选择模拟量输出模式为电压输出或者电流输出。
4.根据权利要求1所述的一种四路模拟量输出控制装置，其特征在于:四路模拟量输出控制装置的电流输出原理是D/A转换单元将单片机通过SPI接口传输的12bit数字信号转换成对应的0-2.5V电压信号VI，经过电阻、电压跟随器U2B和运放U2A和扩流三极管Ql后线性转换成0-20mA/4-20mA电流信号，0_20mA或4_20mA量程电流信号输出通过调整零点调节电阻RW2和量程调整电阻RW3进行配置，电流运放电路采用低成本运算放大器TL082和耐高压三极管2N5410。`
专利摘要一种四路模拟量输出控制装置，包括电源单元(1),核心单元(2)，通信单元(3)，D/A转换单元(4)，AO输出单元(5)。其优点是装置的上行数字量通信兼容CAN通信接口和RS485通信接口，下行模拟量输出兼容0-5V/0-10V电压输出和0-20mA/4-20mA电流输出四种输出模式，模式的选择兼容指令方式和物理方式，设计合理、兼容性高、可靠性高、成本低。
文档编号G05B19/418GK203149379SQ201320136970
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者郑贤忠, 李文, 皮文博 申请人:中船重工(武汉)凌久高科有限公司