[發明專利]一種電流轉電壓的高精度轉換器及方法

在審

• 申請號: 202010101498.6
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111124027A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 賴義漢;鄧翠萍;涂橋花;王宇松
• 申請（專利權）人: 龍巖學院
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56;G01R1/28;G01R19/25;G05B19/042
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

1.一種電流轉電壓的高精度轉換器，其特征在于：其包括I/V轉換電路、單片機和串行通信接口，I/V轉換電路的輸入端接入前端傳感器的4-20mA標準電流，I/V轉換電路的輸出端連接單片機IO口，I/V轉換電路將4-20mA標準電流對應線性轉換為1-5V的電壓信號輸出；單片機測量其內部的帶隙電壓，并計算得到外部1-5V的電壓信號的當前精確值并線性轉換為對應的0-5V的數字電壓信號輸出至串行通信接口。

2.根據權利要求1所述的一種電流轉電壓的高精度轉換器，其特征在于：I/V轉換電路包括250Ω精密電阻R1、電阻R2、電容C1、電容C2和穩壓二極管VD1，前端傳感器接入電路輸入端，電路輸入端分別連接電容C1、250Ω精密電阻R1和電阻R2的一端，電容C1和250Ω精密電阻R1另一端分別接地，電阻R2的另一端、電容C2的一端和穩壓二極管的陰極分別連接電路輸出端，電容C2的另一端和穩壓二極管的陽極分別接地，電路輸出端輸出1-5V的電壓信號。

3.根據權利要求1所述的一種電流轉電壓的高精度轉換器，其特征在于：單片機采用STC15F2K60S2單片機，單片機內部集成復位電路和時鐘電路，同時集成有8路的10位ADC轉換器。

4.根據權利要求1所述的一種電流轉電壓的高精度轉換器，其特征在于：電阻R2取值為10KΩ，電容C1和電容C2均為100nF，穩壓二極管的穩壓值為5.1V。

5.根據權利要求1所述的一種電流轉電壓的高精度轉換器，其特征在于：串行通信接口為RS232/RS485通信接口。

6.一種電流轉電壓的高精度轉換方法，其特征在于：其包括以下步驟：

步驟1，獲取前端傳感器輸入的4-20mA標準電流并對應線性轉換為1-5V的電壓信號并輸出至單片機；

步驟2，單片機讀取其內部的帶隙基準電壓并進行AD轉換，通過計算得到當前連接的外部精確電壓，計算公式如下：

其中：ADC_bg為Bandgap電壓的ADC測量值，V_bg為實際Bandgap的電壓值,單位均為毫伏(mV)；ADCx為外部輸入電壓的ADC測量值，Vx為外部輸入電壓的實際電壓值,單位均為毫伏(mV)；

步驟3，單片機將外部輸入電壓換算得到轉換電壓V_o,轉換公式如下：

V_o＝1.25V_x-1.25――――(2)

其中，V_o為轉換電壓，Vx為外部輸入電壓的實際電壓值。

步驟4，單片機基于轉換電壓V_o向串行通信接口輸出對應的數字電壓信號。

7.根據權利要求6所述的一種電流轉電壓的高精度轉換方法，其特征在于：步驟1中由I/V轉換電路將4-20mA標準電流對應線性轉換為1-5V的電壓信號并輸出至單片機。

8.根據權利要求6所述的一種電流轉電壓的高精度轉換方法，其特征在于：步驟2中單片機通過讀取內部的帶隙基準電壓經兩次測量及AD轉換和一次計算得到外部輸入電壓的實際電壓值。