一种电流信号发生器的制作方法

1.本发明涉及工业仪器仪表技术领域，尤其涉及一种电流信号发生器。


背景技术：

2.工业上最广泛采用的是用4～20ma电流来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20ma是因为防爆的要求：20ma的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0ma的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4ma，当传输线因故障断路，环路电流降为0。因此，如何设计安全、可靠且干扰程度低的电流信号发生器是亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，有必要提供及一种电流信号发生器，用以克服现有技术中电流信号发生器易收到干扰的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种电流信号发生器，包括：通信隔离模块、隔离电源模块、单片机、转换模块，其中：所述通信隔离模块与所述单片机电连接，用于进行串口通信，并实现通信隔离；所述隔离电源模块与所述单片机电连接，用于提供电流信号，并实现供电隔离；所述单片机，用于接收所述隔离电源模块的电流信号，并输出pwm信号；所述转换模块与所述单片机电连接，用于将所述pwm信号转换成预设电流信号输出。
5.进一步地，所述单片机通过所述通信隔离模块实时检测与终端设备的通信状态，当与终端设备通信断开后，所述单片机停止输出pwm信号。
6.进一步地，所述隔离电源模块与电源电连接，实现对所述单片机的供电隔离。
7.进一步地，所述转换模块包括光耦装置和至少一个pac芯片，其中，所述光耦装置与所述单片机电连接，所述至少一个pac芯片分别电连接至所述光耦装置。
8.进一步地，所述至少一个pac芯片靠近所述光耦装置的一端电连接至电源正极，所述至少一个pac芯片远离所述光耦装置的一端接地。
9.进一步地，所述至少一个pac芯片包括模拟信号转换单元、电流信号发生单元和负载输出单元，其中，所述模拟信号转换单元将所述pwm信号转换为模拟信号，所述电流信号发生单元电连接至所述模拟信号转换单元，所述负载输出单元分别与所述模拟信号转换单元、所述电流信号发生单元电连接。
10.进一步地，所述模拟信号转换单元包括转换芯片、第一三极管、若干电阻和若干电容，其中，所述转换芯片的pwm端口用于输入所述pwm信号，所述转换芯片的vcc端口电连接至供电电压信号，所述转换芯片的gnd端口接地，所述转换芯片的v5v端口通过电容接地，所述转换芯片的iout端口电连接至所述第一三极管，所述转换芯片的iout端口还通过电阻接地，所述转换芯片的iout端口还通过电容接地，所述转换芯片的iout2端口电连接至所述电流信号发生单元，所述第一三极管的集电极电连接至供电电压信号，所述第一三极管的发
射极电连接至所述电流信号发生单元、所述负载输出单元。
11.进一步地，所述电流信号发生单元包括运算器和若干电阻，其中，所述运算器的第一端口通过第七电阻电连接至第一三极管的发射极，所述运算器的第二端口接地，所述运算器的第三端口通过第十电阻电连接至所述负载输出单元，所述运算器的第四端口通过并联的第十一电阻和第四电容电连接至所述第十电阻，所述第七电阻还通过第八电阻接地，所述第七电阻和所述第十电阻之间设置有第九电阻。
12.进一步地，所述负载输出单元包括二极管、第五电容和若干电阻，其中，所述并联的tvs管和第五电容形成并联电路，所述并联电路电连接至所述电流信号发生单元，并通过依次串联的第十二电阻、第十三电阻接地。
13.进一步地，所述第九电阻为采样电阻，用于实现对所述pwm信号的采样；所述tvs管单向15v，用于电流输出端口保护。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过设置通信隔离模块，有效对单片机进行通信隔离，进行串口通信传递；通过设置隔离电源模块，有效向单片机提供电流信号，达到供电隔离的目的；通过设置单片机，对接收到的电流信号转换成pwm信号；通过设置转换模块，将接收到的pwm信号转换为预设电流信号输出。综上，本发明采用隔离电源模块供电、隔离通信、隔离信号传输，这使得信号发生器可在高压、强干扰等恶劣工况下稳定运行。终端设备通过rs-485接口控制电流信号发生器，stm32单片机收到指令后相应管脚输出对应占空比的pwm号，再经过pac芯片将其转换为电流输出。
附图说明
15.图1为本发明提供的电流信号发生器一实施例的流程示意图；
16.图2为本发明提供的pwm转换电路一实施例的流程示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
18.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
19.在本发明的描述中，提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
20.本发明提供了一种电流信号发生器，内部采用隔离电源模块供电、隔离通信、隔离信号传输，适应于适用各种4～20ma电流信号输入的仪器仪表，为进一步提高电流转换的可靠性提供了新思路。
21.在实施例描述之前，对相关词语进行释义：
22.电流信号发生器：是一种能产生标准信号的电子仪器，是工业生产和电工、电子实
验室中经常使用的电子仪器之一。现代信号发生器的结构非常复杂，与早期的简易信号发生器天差地别，但总体基本结构功能单元还是类似的。早期的信号发生器都采用模拟电路，现代信号发生器越来越多地使用数字电路或单片机控制，内部电路结构上有了很大的变化。后来，人们发现采用石英晶体构成振荡电路，产生的频率稳定，但是石英晶体的频率是固定的，在没有频率合成的技术条件下，只能做成固定频率信号发生器。之后也出现过压控振荡器，虽然频率稳定度比lc振荡器好些，但依然不够理想，不过压控振荡器摆脱了lc振荡器的机械结构，可以大大缩减仪器的体积，同时电路不太复杂，成本也不高。现在一些低端的函数信号发生器依然采用这种方式。电流信号发生器按照工作频段分类可以分为超低频信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器、微波信号发生器。
23.基于上述技术名词的描述，现有的电流信号发生器，由于结构缺陷，存在易受干扰、传输距离短的缺点。本发明因而，本发明旨在提出一种更为准确可靠的电流信号发生器。
24.以下分别对具体实施例进行详细说明：
25.本发明实施例提供了一种电流信号发生器，结合图1来看，图1为本发明提供的电流信号发生器一实施例的流程示意图，包括：通信隔离模块1、隔离电源模块2、单片机3、转换模块4，其中：所述通信隔离模块1与所述单片机3电连接，用于进行串口通信，并实现通信隔离；所述隔离电源模块2与所述单片机3电连接，用于提供电流信号，并实现供电隔离；所述单片机3，用于接收所述隔离电源模块2的电流信号，并输出pwm信号；所述转换模块4与所述单片机3电连接，用于将所述pwm信号转换成预设电流信号输出。
26.在本发明实施例中，通过设置通信隔离模块，有效对单片机进行通信隔离，进行串口通信传递；通过设置隔离电源模块，有效向单片机提供电流信号，达到供电隔离的目的；通过设置单片机，对接收到的电流信号转换成pwm信号；通过设置转换模块，将接收到的pwm信号转换为预设电流信号输出。在本发明一个具体的实施例中，上述电流发生器将数字信号转换为4～20ma的模拟量电流信号。
27.作为更具体的实施例，终端设备可以通过rs-485接口控制4～20ma电流信号发生器同时输出4路4～20ma的模拟电流信号。
28.作为优选的实施例，所述单片机3通过所述通信隔离模块1实时检测与终端设备的通信状态，当与终端设备通信断开后，所述单片机3停止输出pwm信号。
29.在本发明实施例中，4～20ma电流信号发生器采用stm32单片机接收终端设备发来的指令，配置管脚为pwm输出模式，通过pwm信号的占空比控制pac芯片的电流量输出。
30.作为优选的实施例，所述隔离电源模块2与电源电连接，实现对所述单片机3的供电隔离。
31.在本发明实施例中，使用电源隔离模块和rs-485通信隔离模块及光耦实现了供电、数字信号输入、模拟信号输出的三端隔离，运行稳定，适合在高压及运行环境恶劣的工业环境使用。
32.在本发明一个具体的实施例中，提供一种4～20ma电流信号发生器，其控制单元为stm32单片机，单片机通过rs-485接收电流输出和输出大小指令，通过pwm信号转模拟信号转换器输出指定大小的电流量。stm32单片机会实时检测与终端设备的通信状态，当与终端设备通信断开后，单片机会停止pwm信号输出，此时电流信号发生器将不会有电流输出。
33.在本发明一个具体的实施例中，4～20ma电流信号发生器核心器件包含隔离电源模块、通信隔离模块、stm32单片机、光耦以及pac(pwm转模拟量)芯片组成。供电、通信以及电流输出三端隔离确保4～20ma电流信号发生器在恶劣工况下稳定运行。通信接口采用rs-485，抗干扰能力强传输距离远。
34.作为优选的实施例，所述转换模块4包括光耦装置和至少一个pac芯片，其中，所述光耦装置与所述单片机电连接，所述至少一个pac芯片分别电连接至所述光耦装置。
35.在本发明实施例中，芯片内部的pac电路对pwm信号进行有效的转换处理。
36.作为优选的实施例，所述至少一个pac芯片靠近所述光耦装置的一端电连接至电源正极，所述至少一个pac芯片远离所述光耦装置的一端接地。
37.在本发明实施例中，有效对至少一个pac芯片进行供电。其中，所述至少一个pac芯片优选为4个pac芯片。
38.作为优选的实施例，结合图2来看，图2为本发明提供的pwm转换电路一实施例的流程示意图，所述至少一个pac芯片包括模拟信号转换单元、电流信号发生单元和负载输出单元，其中，所述模拟信号转换单元将所述pwm信号转换为模拟信号，所述电流信号发生单元电连接至所述模拟信号转换单元，所述负载输出单元分别与所述模拟信号转换单元、所述电流信号发生单元电连接。
39.在本发明实施例中，通过设置模拟信号转换单元、电流信号发生单元和负载输出单元，有效对所述pwm信号进行处理转换。
40.作为优选的实施例，所述模拟信号转换单元包括转换芯片u1、第一三极管q1、若干电阻和若干电容，其中，所述转换芯片u1的pwm端口用于输入所述pwm信号，所述转换芯片u1的vcc端口电连接至供电电压信号，所述转换芯片u1的gnd端口接地，所述转换芯片u1的v5v端口通过电容接地，所述转换芯片u1的iout端口电连接至所述第一三极管，所述转换芯片u1的iout端口还通过电阻接地，所述转换芯片u1的iout端口还通过电容接地，所述转换芯片u1的iout2端口电连接至所述电流信号发生单元，所述第一三极管q1的集电极电连接至供电电压信号，所述第一三极管q1的发射极电连接至所述电流信号发生单元、所述负载输出单元。
41.在本发明实施例中，通过设置模拟信号转换单元实现dac信号的有效输出。
42.作为优选的实施例，所述电流信号发生单元包括运算器u2和若干电阻，其中，所述运算器u2的第一端口通过第七电阻r7电连接至第一三极管q1的发射极，所述运算器u2的第二端口接地，所述运算器u2的第三端口通过第十电阻r10电连接至所述负载输出单元，所述运算器u2的第四端口通过并联的第十一电阻r11和第四电容c4电连接至所述第十电阻r10，所述第七电阻r7还通过第八电阻r8接地，所述第七电阻r7和所述第十电阻r10之间设置有第九电阻r9。
43.在本发明实施例中，设置电流信号发生单元有效输出预设电流信号。
44.作为优选的实施例，所述负载输出单元包括二极管d1、第五电容c5和若干电阻，其中，所述并联的tvs管和第五电容c5形成并联电路，所述并联电路电连接至所述电流信号发生单元，并通过依次串联的第十二电阻r12、第十三电阻r13接地。
45.在本发明实施例中，设置负载输出单元有效向负载输出预设电流信号。
46.作为优选的实施例，所述第九电阻r9为采样电阻，用于实现对所述输出电流信号
的采样；所述tvs管单向15v，用于电流输出端口保护。
47.在本发明实施例中，设置第九电阻进行信号的采样，设置tvs管实现电流的端口保护。
48.在本发明一个具体的实施例中，u1是一个pwm信号转模拟信号转换器，相当于一个pwm信号输入，模拟信号输出的dac。并且输出电流线性度达到0.1％。电流信号发生器采用共地方式，其输出电流iout＝5v*dpwm/r9。r9采样电阻，dpwm为stm32单片机输出的pwm信号的占空比。iout2为芯片的反馈点，在系统工作时，芯片内部的pac电路可以将0-100％pwm信号转换成0-5v电压，用于调节输出电流的大小。d1为单向15v的tvs管，用于电流输出端口保护。
49.本发明公开了一种电流信号发生器，通过设置通信隔离模块，有效对单片机进行通信隔离，进行串口通信传递；通过设置隔离电源模块，有效向单片机提供电流信号，达到供电隔离的目的；通过设置单片机，对接收到的电流信号转换成pwm信号；通过设置转换模块，将接收到的pwm信号转换为预设电流信号输出。
50.本发明技术方案，采用隔离电源模块供电、隔离通信、隔离信号传输，这使得信号发生器可在高压、强干扰等恶劣工况下稳定运行。终端设备通过rs-485接口控制电流信号发生器，stm32单片机收到指令后相应管脚输出对应占空比的pwm号，再经过pac芯片将其转换为电流输出。
51.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。