專利名稱：數(shù)字式0～20mA閥位反饋裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種閥位反饋裝置，尤其涉及一種數(shù)字式0 20mA閥位反饋裝置。
背景技術(shù)：
閥位反饋輸出，是智能閥門定位器重要附屬功能之一，越來越多的高性能智能閥 門定位器，都帶有4 20mA閥位反饋輸出功能。實(shí)現(xiàn)智能閥門定位器閥位反饋輸出功能的 裝置(包括軟、硬件)，稱為閥位反饋裝置，原理框圖如圖1所示。閥位反饋裝置按照單片機(jī)與反饋裝置之間信號(hào)的傳輸模式，分為PWM模擬式輸出 和D/A數(shù)字式輸出兩種。現(xiàn)有技術(shù)一，如圖2所示，在PWM模擬輸出方式中，其實(shí)現(xiàn)原理及技術(shù)方案如下單片機(jī)輸出PWM波脈沖信號(hào)，該脈沖與定位器閥位信號(hào)具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過開關(guān) 式光電耦合器的光電隔離，變換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)經(jīng)過雙D觸發(fā)器，又變換 成相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)。再經(jīng)過一級(jí)放大，最后輸入4 20mA電流環(huán)流發(fā)生器，產(chǎn)生相應(yīng) 大小的電流輸出。上述現(xiàn)有技術(shù)一的缺點(diǎn)單片機(jī)輸出的PWM波，并非直接的閥位采樣數(shù)字信號(hào)，給軟件編程增加了難度；在 光耦與放大器之間，增加了雙D觸發(fā)器電路環(huán)節(jié)；整個(gè)電路中，所有的關(guān)鍵變換環(huán)節(jié)，均無 負(fù)反饋電路，因此輸出信號(hào)的穩(wěn)定性、抗干擾能力較差?，F(xiàn)有技術(shù)二，如圖3所示，在D/A數(shù)字式輸出方式中，單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器之間，也 采用了同步通信技術(shù)，但是在4 20mA電流轉(zhuǎn)換及輸出部分，采用分離電子元器件。上述現(xiàn)有技術(shù)二的缺點(diǎn)在4 20mA電流輸出變換部分，由于采用了分離元器件設(shè)計(jì)，使元器件參數(shù)匹配 和電路調(diào)試難度增加，閥位反饋裝置的集成度降低，輸出信號(hào)在穩(wěn)定性和抗干擾等性能降 低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種集成度高，輸出信號(hào)的穩(wěn)定性和抗干擾性高的數(shù)字 式0 20mA閥位反饋裝置。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的數(shù)字式0 20mA閥位反饋裝置，包括單片機(jī)，所述單片機(jī)通過并行 通信端口與D/A轉(zhuǎn)換器連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器通過一級(jí)線性放大器與線性光電耦合器連接， 所述線性光電耦合器通過二級(jí)運(yùn)算放大器與Γ20πιΑ環(huán)流發(fā)生器連接，所述單片機(jī)設(shè)有閥 位信號(hào)采集端口，所述Γ20πιΑ環(huán)流發(fā)生器設(shè)有Γ20πιΑ電流反饋信號(hào)輸出端口。由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型所述的數(shù)字式0 20mA 閥位反饋裝置，由于單片機(jī)通過并行通信端口與D/A轉(zhuǎn)換器連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器通過一級(jí)線性放大器與線性光電耦合器連接，所述線性光電耦合器通過二級(jí)運(yùn)算放大器與壙20mA 環(huán)流發(fā)生器連接。提高了電路的集成度，提高了閥位反饋信號(hào)變換后輸出電流的穩(wěn)定性和 可靠性。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中閥位反饋裝置的原理框圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中PWM模擬式輸出式閥位反饋裝置的原理框圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中D/A數(shù)字式輸出式閥位反饋裝置的原理框圖；圖4為本實(shí)用新型數(shù)字式0 20mA閥位反饋裝置；圖5為本實(shí)用新型數(shù)字式0 20mA閥位反饋裝置。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的數(shù)字式0 20mA閥位反饋裝置，其較佳的具體實(shí)施方式
如圖4所 示，包括單片機(jī)，所述單片機(jī)通過并行通信端口與D/A轉(zhuǎn)換器連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器通過一 級(jí)線性放大器與線性光電耦合器連接，所述線性光電耦合器通過二級(jí)運(yùn)算放大器與壙20mA 環(huán)流發(fā)生器連接，所述單片機(jī)設(shè)有閥位信號(hào)采集端口，所述Γ20πιΑ環(huán)流發(fā)生器設(shè)有Γ20πιΑ 電流反饋信號(hào)輸出端口。所述的一級(jí)線性放大器與線性光電耦合器之間可以設(shè)有負(fù)反饋連接。本實(shí)用新型采用D/A數(shù)字式輸出方式，其基本工作原理如下將定位器閥位值采樣處理后的數(shù)字信號(hào)，直接由單片機(jī)同步通信端口輸出，經(jīng)過 并行D/A轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓值。再經(jīng)過線性光電耦合器，使輸入與輸出信進(jìn) 行隔離，同時(shí)使輸出電流與輸入模擬電壓成線性比例關(guān)系。經(jīng)過光電隔離后的閥位輸出信 號(hào)，經(jīng)過調(diào)整電路和專用4 20mA環(huán)流發(fā)生器電路，最終形成4 20mA環(huán)路電流輸出。本實(shí)用新型解決和優(yōu)化了如下技術(shù)問題其一，單片機(jī)閥位信號(hào)的直接輸出與編程實(shí)現(xiàn)問題在4 20mA反饋電路輸入信號(hào)端，采用了同步通信技術(shù)，并利用了高性能D/A轉(zhuǎn) 換芯片，從而使得閥位采樣數(shù)字信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)直接輸出，提高了閥位反饋信號(hào)的傳輸距離 和抗干擾能力，同時(shí)也為軟件編程實(shí)現(xiàn)閥位反饋信號(hào)輸出，創(chuàng)造了便利條件；其二，信號(hào)變換過程中的穩(wěn)定性問題利用了高性能線性光耦作為輸入/輸出信號(hào)隔離器件，并組成負(fù)反饋環(huán)路，減小 了信號(hào)變換過程中的信號(hào)失真，提高了閥位輸出信號(hào)在變換與傳輸中的穩(wěn)定性；其三，反饋裝置的集成度與可靠性在反饋電路的輸出端，采用了專用高性能4 20mA環(huán)流發(fā)生器集成芯片，提高了 電路的集成度，提高了閥位反饋信號(hào)變換后輸出電流的穩(wěn)定性和可靠性。下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述，再參見圖4 閥位反饋信號(hào)數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)并行通信端口，輸出到D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字型信號(hào) 轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)。此模擬信號(hào)經(jīng)過一級(jí)線性放大，輸出至線性光電耦合器，線性光 電耦合器與前面的放大器之間組成閉環(huán)負(fù)反饋回路。通過調(diào)整工作點(diǎn)，使信號(hào)變換發(fā)生在 光耦的線性段，保證了信號(hào)的線性耦合和變換。構(gòu)成負(fù)反饋回路，也提高了信號(hào)在光電耦合
4過程中的高度穩(wěn)定性。光電耦合后產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)過二級(jí)運(yùn)算放大，輸出到壙20mA環(huán)流發(fā) 生器，最終產(chǎn)生與輸入信號(hào)大小相對(duì)應(yīng)的Γ20πιΑ電流信號(hào)輸出。從而完成了由閥位信號(hào)到 4^20mA電流反饋信號(hào)的輸出。具體電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。本實(shí)用新型具有很強(qiáng)的實(shí)用性和創(chuàng)新性，可以大幅提高智能閥門定位器位置反饋 裝置的性能，對(duì)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)高性能智能閥門定位器的發(fā)展，具有非常重要的意義。前端的數(shù)字型電路設(shè)計(jì)，可以使數(shù)字型閥位反饋信號(hào)無失真?zhèn)鬏斴^長(zhǎng)的距離，因 此，反饋裝置和主控電路之間，可以做成分離模式，在產(chǎn)品配置中，靈活選用。輸出端由于采用了專用集成芯片，不僅使分離元器件參數(shù)配置非常容易實(shí)現(xiàn)，光 電隔離后的電路所需電源，也很容易經(jīng)過變換獲得，穩(wěn)定性得以顯著提高，整個(gè)反饋裝置的 集成度也大幅提升。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到 的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字式O 20mA閥位反饋裝置，包括單片機(jī)，其特征在于，所述單片機(jī)通過并 行通信端口與D/A轉(zhuǎn)換器連接，所述D/A轉(zhuǎn)換器通過一級(jí)線性放大器與線性光電耦合器連 接，所述線性光電耦合器通過二級(jí)運(yùn)算放大器與壙20mA環(huán)流發(fā)生器連接，所述單片機(jī)設(shè)有 閥位信號(hào)采集端口，所述Γ20πιΑ環(huán)流發(fā)生器設(shè)有Γ20πιΑ電流反饋信號(hào)輸出端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式0 20mA閥位反饋裝置，其特征在于，所述的一級(jí)線 性放大器與線性光電耦合器之間設(shè)有負(fù)反饋連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種數(shù)字式0～20mA閥位反饋裝置，包括依次連接的單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、一級(jí)線性放大器、線性光電耦合器、二級(jí)運(yùn)算放大器、4~20mA環(huán)流發(fā)生器，一級(jí)線性放大器與線性光電耦合器之間設(shè)有負(fù)反饋連接。將定位器閥位值采樣處理后的數(shù)字信號(hào)，直接由單片機(jī)同步通信端口輸出，經(jīng)過并行D/A轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓值。再經(jīng)過線性光電耦合器，使輸入與輸出信進(jìn)行隔離，同時(shí)使輸出電流與輸入模擬電壓成線性比例關(guān)系。經(jīng)過光電隔離后的閥位輸出信號(hào)，經(jīng)過調(diào)整電路和4～20mA環(huán)流發(fā)生器電路，最終形成4～20mA環(huán)路電流輸出。提高了電路的集成度，提高了閥位反饋信號(hào)變換后輸出電流的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)F16K37/00GK201851774SQ20102060252
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者劉兆, 白雪連, 章英, 蔡明 申請(qǐng)人:北京京儀海福爾自動(dòng)化儀表有限公司