[實用新型]基于PWM的環流傳輸點測量參數輸出裝置

有效

• 申請號: 201220350812.5
• 申請日: 2012-07-19
• 公開（公告）號: CN202710718U
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 任家愛;熊皓
• 申請（專利權）人: 深圳市亞特爾科技有限公司
• 主分類號: G01R31/317
• 分類號: G01R31/317
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司 11015
• 代理人: 齊永紅;常 春

技術領域

本實用新型涉及環流傳輸點測量參數的生成方法和裝置。

背景技術

環流傳輸電測量參數，尤其是4～20mA環流傳輸電測量參數在電力監控系統中還是有一定的應用，其具有長距離傳輸可靠，抗干擾強等優勢，通常傳統的用電量變送器將現場電測量信號變換為4～20mA，傳送給PLC（可編程邏輯）或DCS（分散控制系統）系統，實現遠程監控；隨著微機技術的發展，單片機和DAC(數模轉換器)是經常需要同時使用的,然而許多單片機內部并沒有集成DAC,即使有些單片機內部集成了DAC（數模轉換器）,DAC的精度也往往不高,在高精度的應用中還是需要外接DAC,這樣增加了成本。但是,幾乎所有的單片機都提供定時器或者PWM（脈寬調制）輸出功能。如果能應用單片機的PWM輸出(或者通過定時器和軟件一起來實現PWM輸出),經過簡單的變換電路就可以實現DAC,這將大量降低成本電子設備的成本、減少體積,并容易提高精度。

尤其是，諸如STM32系列等ARM具有多路獨立16Bit的PWM輸出，且還具有強大的外設功能和運算能力，為4～20mA輸出方案提供了硬件基礎。因此，現有技術中存在這樣的一種需求，即實現基于PWM輸出的環流傳輸點測量參數的輸出電路，尤其是4～20mA電流、0至20m電流，以及0至5V電壓的輸出電路。

實用新型內容

本實用新型的目的，在于解決上述問題，提供一種基于PWM輸出的環流傳輸點測量參數的輸出電路，從而充分利用現有的ARM資源，避免使用額外的DAC，從而節省降低產品成本以及片上面積。

為實現上述目的本實用新型提供的基于PWM輸出的環流傳輸點測量參數的輸出裝置包括PWM信號發生器，用于產生PWM信號；PWM信號整形隔離電路，用于對PWM信號發生器產生的信號進行隔離整形；低通濾波器，用于濾掉經整形的信號的直流分量，驅動放大電路，用于將經濾波的信號放大為具有預設范圍的標準信號，以及，基準電壓發生電路，用于為PWM信號整形隔離電路提供穩定的基準電壓。

優選的是，在輸出部分的輸出端口有大電流或浪涌時從而保護放大電路中的運放器件，使其免遭破壞。

具體而言，所述預設范圍的標準信號包括4至20mA的電流信號，或0至5V的電壓信號。

本實用新型在對PWM波形組成進行理論分析的基礎上，提出了可以通過一個低通濾波器把PWM中的DAC調制信號解調出來，實現對環流傳輸點測量參數的輸出，尤其是4～20mA輸出。本實用新型設計的4～20mA電路實現方式，可以適合于各種顯示儀表上，實現4～20mA模擬輸出數字化，為降低成本和模塊化生產創造條件。

附圖說明

圖1的PWM波形示意圖；

圖2為整形隔離電路的一種實現的示意圖；

圖3為濾波電路、放大電路以及保護電路的一種實現的示意圖；

圖4為基準電壓發生電路的一種實現的示意圖。

圖5為依據本實用新型的基于PWM的環流傳輸點測量參數輸出裝置的一種實施例的原理框圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本實用新型的可能的具體實施方式做詳細說明。

PWM是一種周期固定不變，而高低電平的占空比可以調制的方波信號,如果PWM信號的占空比隨時間變化，那么通過濾波之后的輸出信號將是幅度變化的模擬信號，因此通過控制PWM信號的占空比就可以產生不同的模擬4～20mA輸出信號，這樣將4～20mA輸出信號對應到電測量參數，如電流，電壓，頻率，功率，或功率因素等電參數，輸入信號和輸出的4～20mA信號成線性關系變化，通過4～20mA輸出信號很容易的測量參數上傳給計算機中心，實現遠程測量和控制。

在諸如ARM（STM32F103RC）中內置了PWM信號發生器，即脈沖寬度調制信號發生器，1個TIM可以產生四路獨立的PWM信號，采用TIM1_ARR寄存器確定脈沖寬度調制PWM信號頻率、由TIM1_CCRx寄存器確定PWM信號的占空比，占空比變化，經過整形濾波放大的4～20mA輸出信號也會成線性變化，進而實現數模DAC轉換。

圖1是一種在電路中經常遇到的PWM信號波形。該PWM的高低電平分別為VH和VL,理想的情況VL等于0,VH等于ARM的工作電壓VCC，但是實際中一般VL不等于0,VH也不等于VCC，這往往是應用中產生誤差的一個主要原因，在電路設計中要充分考慮VL和VH的穩定性，從而要引入基準電壓源，充分考慮VL和VH不要受環境溫度變化而改變，這是保證輸出精度的一個關鍵參數。