[發(fā)明專利]智能電氣轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410054378.X
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103777655A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁斌;陳云;劉亮;崔善超;張生華
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇紅光儀表廠有限公司
• 主分類號: G05D16/20
• 分類號: G05D16/20
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標(biāo)事務(wù)所 32110
• 代理人: 韓曉斌

1.智能電氣轉(zhuǎn)換器，其特征在于：該電氣轉(zhuǎn)換器的電路包括電源電路部分、壓力處理電路部分和微處理器電路部分，依電回路方式連接構(gòu)成電氣轉(zhuǎn)換器的電路；

電源電路部分：4-20mA既作為電源輸入，又作為控制信號輸入，采用LM385作為轉(zhuǎn)換器件，4-20mA輸入電流通過LM385的調(diào)控輸出穩(wěn)定的5V電壓，它又相繼轉(zhuǎn)換成壓電閥需要的±12V直流電壓和微處理器的3.3V直流電壓，壓電閥需要的±12V是通過MAX1771把5V電壓轉(zhuǎn)換為12V直流電壓，再用ICL7660把12V直流電壓轉(zhuǎn)換為-12V直流電壓，±12V雙電源給四運算放大器LM324，由5V電壓通過CAT6219-3.3轉(zhuǎn)換成微處理器的3.3V直流電壓；

壓力處理電路部分：先導(dǎo)式壓電閥的進口和出口分別接進氣端和出口端，進氣端進氣壓力的范圍為0.14-0.8MPa，在氣路部分的出口處安裝壓力傳感器，差分信號輸出測量出口的壓力，四運算放大器LM324分為4部分：1)第一個運放是壓力傳感器差分信號的放大部分；2)電流信號與壓力信號復(fù)合部分，電流信號反串在LM385-ADJ電源負(fù)端，隨著電流的增加，產(chǎn)生出增加的負(fù)電壓，此負(fù)電壓與放大后壓力信號一同進入第二個運放，進行比例運算；3)第三個運放是對第二個運放輸出的信號進行比例積分微分運算，一是輸出給壓電閥的負(fù)極，二是輸出給第四個運放；4)第四個運放是對第三個運放的極性進行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生相反極性的電壓，給壓電閥的正極，壓電閥上的電壓就是電路處理電壓信號的兩倍；

微處理器電路部分：微處理器采用TI公司的16位MSP430F425，它有3路差分信號輸入的16位ADC和128段液晶，電流通過串接在4-20mA回路電阻上取得，電阻兩端的電壓經(jīng)過電位遷移后直接給MSP430F425的ADC進行AD轉(zhuǎn)換，壓力通過壓力傳感器的差分信號再分一路經(jīng)過OPA2349進行儀用放大后的差分信號直接給MSP430F425的ADC對壓力信號進行AD轉(zhuǎn)換，根據(jù)壓力控制信號和壓力采集信號MSP430F425做出模糊控制PID算法，經(jīng)過DAC6311進行數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出模擬電壓。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電氣轉(zhuǎn)換器，其特征在于：4~20mA電流從J1接口進入電路，?R25與R26的阻值分別是100R，并聯(lián)；R17與R18的阻值分別是25R，并聯(lián)；4~20mA電流信號流經(jīng)兩組并聯(lián)的電阻和D2，在它們上面產(chǎn)生的壓降為0.2~1V，0.05~0.25V和5V；D2(LM385)的陽極作為整個電路的基準(zhǔn)地信號；疊加后并聯(lián)的兩組電阻上電壓分別為5.2~6V，-0.05~-0.25V和5V；5.2~6V經(jīng)過R1，R2，R28，R27分壓后輸出給單片機U7(MSP430F425)的ADC0通道進行轉(zhuǎn)換，測出4~20mA的電流值；-0.05~-0.25V負(fù)電壓起控制信號的作用；D2的5V電壓給整個系統(tǒng)供電；

壓電閥的供電范圍-24V~+24V，?U8(MAX1771)及附屬電路把5V電壓升至12V，U2(ICL7660)及附屬電路把12V轉(zhuǎn)換為-12V；±12V電壓給U4(LM324)四運放提供電源；

壓力傳感器經(jīng)過J3接入電路，壓力傳感器是差分信號，分為兩路信號，其中一路差分信號經(jīng)過U1(OPA2349)?雙運放及附屬電路組成的儀表放大電路放大后，輸出給單片機U7(MSP430F425)的ADC1通道進行轉(zhuǎn)換，測出出口的壓力值；R8、C19與R11、C20是ADC的輸入阻抗變換；另一路差分信號經(jīng)過U4(LM324)四運放的單元1進行放大，放大信號從1腳輸出，通過一系列阻容變換進入U4(LM324)的單元3的9腳；3296封裝的R60電位器對5V電壓分壓后經(jīng)過R61，進入1腳調(diào)零；阻容變換的R38是3296封裝的電位器，與R23串聯(lián)調(diào)節(jié)量程；R37也是3296封裝的電位器，與C7、R39結(jié)合調(diào)節(jié)控制；-0.05~-0.25V負(fù)電壓也在此與上述兩種信號匯合，調(diào)節(jié)壓電閥的電壓輸出；3296封裝的R43電位器與R33串聯(lián)調(diào)節(jié)整個放大電路放大倍數(shù)；組合后的信號經(jīng)8腳輸出，進入U4(LM324)的單元4的13腳，在這里進行比例積分微分運算，14腳為輸出信號，一方面提供壓電閥的負(fù)信號，另一方面給U4(LM324)的單元2的6腳完成極性轉(zhuǎn)換，經(jīng)7腳輸出提供壓電閥的正信號，壓電閥的輸出接口是J2；

U7(MSP430F425)是TI公司的超低功耗的16位單片機，自帶液晶驅(qū)動和3通道16位ADC，Y1的32.768KHZ晶振提供基準(zhǔn)時鐘，U7內(nèi)部經(jīng)過倍頻后給單片機的各個模塊使用；單片機還有4位鍵盤電路，按鍵按下低電平有效，通過按鍵實現(xiàn)輸入指令；U10(DAC6311)是10位DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器，與U7是SPI接口方式，起數(shù)字PID運算作用，運算后模擬信號經(jīng)U10的6腳串聯(lián)R62后輸出到U4(LM324)的13腳，與模擬PID運算混合后驅(qū)動壓電閥；U7(MSP430F425)是3.3V供電，D1產(chǎn)生的5V電壓電容濾波后經(jīng)過U6(AS1360-3.3)輸出3.3V的直流電壓，給U7供電；U9是定制的LCD段碼液晶，顯示電流、壓力的參數(shù)。