專利名稱：回路供電型數(shù)顯智能變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種回路供電型變送器。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上所出售的回路供電型變送器大多為帶有單片機(jī)的智能型變 送器，由于單片機(jī)和外圍電路要消耗部分電流，使得單片機(jī)難以再提供足
夠的電流來直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，實(shí)現(xiàn)數(shù)顯功能?，F(xiàn)有的回路供電型變送 器通常采用以下方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示(一)用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)低功耗的LCD 液晶顯示器；(二)用回路供電型的LED電流表頭串聯(lián)在回路中顯示，如 圖6所示，LED電流表頭92與變送器91串聯(lián)在電路回路中。上述兩種方法 存在以下的缺點(diǎn)LCD液晶顯示器在昏暗的環(huán)境下顯示很模糊，加背光又會(huì) 功耗過大，而且環(huán)境溫度、光照、視角也限制了 LCD液晶顯示器的應(yīng)用； 而用回路供電型的LED電流表頭顯示，因?yàn)榛芈饭╇娦偷腖ED電流表頭內(nèi) 部也有放大器、A/D轉(zhuǎn)換和LED驅(qū)動(dòng)等電路，既增加了成本，又增大了體積， 工作電壓也提高了很多。因?yàn)樽兯推骱蚅ED電流表頭各具有一個(gè)單片機(jī)， 所以修改量程等數(shù)據(jù)時(shí)也必須分別對(duì)變送器和電流表頭設(shè)置參數(shù)，甚為不 便。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種用變 送器的單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器、并且能夠方便地設(shè)置參數(shù)的回路供電型數(shù) 顯智能變送器。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種回路供電型數(shù)顯智能變送器，工作時(shí)與回路 供電及傳感器相連接，所述變送器包括單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換單元、DC/DC轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)變送單元，其中單片機(jī)，接收傳感器送出的模擬信號(hào)，對(duì) 所接收的模擬信號(hào)進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字信號(hào)處理，輸出與經(jīng)數(shù)字信 號(hào)處理后的數(shù)字信號(hào)成正比的脈沖調(diào)寬信號(hào)；D/A轉(zhuǎn)換單元，與單片機(jī)相 連接，用于接收單片機(jī)輸出的脈沖調(diào)寬信號(hào)并將脈沖調(diào)寬信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬 電平信號(hào)；DC/DC轉(zhuǎn)換單元，與單片機(jī)相連接，用于接收信號(hào)變送單元供 給的直流穩(wěn)壓電壓，對(duì)直流穩(wěn)壓電壓進(jìn)行隔離后，將隔離后的電壓供給單 片機(jī)；信號(hào)變送單元，分別與回路供電、D/A轉(zhuǎn)換單元和DC/DC轉(zhuǎn)換單元 相連接，用于從回路供電中分離出直流穩(wěn)壓電壓，并將直流穩(wěn)壓電壓供給 DC/DC轉(zhuǎn)換單元，另外，接收D/A轉(zhuǎn)換單元輸出的模擬電平信號(hào)，并將該 模擬電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)；其特點(diǎn)是所述變送器還包括LED顯 示器，LED顯示器與單片機(jī)相連；DC/DC轉(zhuǎn)換單元還對(duì)從信號(hào)變送單元接 收的直流穩(wěn)壓電壓進(jìn)行降壓，將降壓后的電壓供給單片機(jī)；單片機(jī)用經(jīng)過 所述數(shù)字信號(hào)處理后的數(shù)字信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，LED顯示器顯示傳 感器的測(cè)量結(jié)果。
上述回路供電型數(shù)顯智能變送器，其中，LED顯示器的法線亮度大于 200mcd。
上述回路供電型數(shù)顯智能變送器，其中，DC/DC轉(zhuǎn)換單元包括觸發(fā) 器，接收信號(hào)變送單元提供的直流穩(wěn)壓電壓；多諧振蕩器，其輸出端與觸 發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)端相連接；降壓隔離變壓器，其初級(jí)線圈與觸發(fā)器的輸出 端相連接；全波整流電路，其輸入端與降壓隔離變壓器的次級(jí)線圈相連接； 濾波電容，與所述全波整流電路的輸出端并聯(lián)。
上述回路供電型數(shù)顯智能變送器，其中，D/A轉(zhuǎn)換單元包括微分電 路，其輸入端與單片機(jī)相連，接收單片機(jī)輸出的脈沖調(diào)寬信號(hào)；隔離變壓 器，其初級(jí)線圈與微分電路的輸出端相連；正向反饋電路，其輸入端與隔 離變壓器的次級(jí)線圈相連；低通濾波電路，其輸入端與正向反饋電路的輸 出端相連，輸出端與信號(hào)變送單元相連。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過降低單片機(jī)及其外圍電路的功耗，并通 過DC/DC轉(zhuǎn)換單元將降壓后的電壓提供給單片機(jī)，使單片機(jī)得到更多的工作電流，實(shí)現(xiàn)了用變送器的單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，從而省卻了現(xiàn)有技術(shù)中LED 電流表頭的A/D轉(zhuǎn)換、LED驅(qū)動(dòng)、穩(wěn)壓等電路，具有低成本、微功耗、小型化、 低電壓的優(yōu)點(diǎn)；在單片機(jī)內(nèi)設(shè)有16位A/D轉(zhuǎn)換電路，能實(shí)現(xiàn)高精度顯示。另 外，由于整個(gè)變送器由單個(gè)單片機(jī)管理，所以參數(shù)設(shè)置很方便，并且高亮度的 LED晝夜均能清晰顯示。
圖1為本發(fā)明的回路供電型數(shù)顯智能變送器的電路圖； 圖2為本發(fā)明單片機(jī)的主程序的流程圖3為本發(fā)明單片機(jī)的LED顯示器分時(shí)掃描中斷服務(wù)程序的流程圖; 圖4為本發(fā)明單片機(jī)的脈沖調(diào)寬輸出中斷服務(wù)程序的流程圖； 圖5為本發(fā)明的單片機(jī)的模擬量采集中斷服務(wù)程序的流程圖； 圖6為現(xiàn)有的變送器與LED的連接方式示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的回路供電型數(shù)顯智能變送器做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1為本發(fā)明的回路供電型數(shù)顯智能變送器的電路圖。如圖所示，本發(fā)明 的回路供電型數(shù)顯智能變送器包括單片機(jī)1、 LED顯示器2、 D/A轉(zhuǎn)換單元3、 信號(hào)變送單元4和DC/DC轉(zhuǎn)換單元5。在工作時(shí)，變送器需要與傳感器6和回 路供電7相連接。如圖所示，單片機(jī)1的八個(gè)I/O 口 PI. 1 P1.7、 P3.2為 段碼口，分別通過八個(gè)限流電阻R7 R14與LED顯示器2連接，而單片機(jī)1 上的四個(gè)I/0口P3.3 P3.6為位置口，與LED顯示器2直接連接。本實(shí)施 例所示出的LED顯示器為四位LED顯示器，但不限于此，也可以是三位、 五位等LED顯示器。LED顯示器應(yīng)選擇法線亮度大于200mcd的高亮度顯示 器，以便于低電流驅(qū)動(dòng)，并且高亮度的LED顯示器晝夜均能清晰顯示。電阻 Rl為測(cè)量恒流源的限流電阻，電阻R6為測(cè)量基準(zhǔn)電阻，傳感器6的模擬量 信號(hào)通過R2 R5電阻輸入到單片機(jī)1的模擬量輸入端AIN0 AIN3，然后由單片機(jī)內(nèi)部的可編程增益放大器緩沖放大?？删幊淘鲆娣糯笃鞯姆糯蟊稊?shù)
是智能的，根據(jù)輸入信號(hào)的大小調(diào)整放大倍數(shù)。放大后的信號(hào)經(jīng)過16位A/D
模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、量化和線性化處理后，單片機(jī)1將經(jīng)過上述處理后
的數(shù)字信號(hào)用分時(shí)掃描驅(qū)動(dòng)LED顯示器的方法顯示出來，同時(shí)在單片機(jī)1 的Pl. 1端輸出正比于經(jīng)上述數(shù)字信號(hào)處理后的數(shù)字信號(hào)的脈沖調(diào)寬信號(hào)。 所輸出的脈沖調(diào)寬信號(hào)輸入D/A轉(zhuǎn)換單元3，由D/A轉(zhuǎn)換單元3進(jìn)行隔離方 式的D/A轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換單元3包括由電容C2和電阻R15組成的微分電路 31、隔離變壓器32、由兩個(gè)同相器IC4組成的正反饋電路33以及由電阻 R16與電容C4組成的低通濾波電路34。 IC4可以是74HC系列的同相器。從 單片機(jī)1的P1.0輸出的脈沖調(diào)寬信號(hào)通過微分電路31后，變?yōu)榧饷}沖， 驅(qū)動(dòng)隔離變壓器32的初級(jí)線圈。由于隔離變壓器32的次級(jí)線圈與由兩個(gè) 同相器IC4組成的正反饋電路33相連接，只要輸入一個(gè)正尖脈沖，正反饋 電路33的輸出就能維持正電平輸出，反之，只要輸入一個(gè)負(fù)尖脈沖，正反 饋電路33的輸出就能維持零電平輸出，這樣的方法使隔離變壓器32的信 號(hào)隔離傳送損耗的能量極少，而同相器組成正反饋電路又使脈沖調(diào)寬信號(hào) 的沿口變得很陡。由正反饋電路33輸出的電平信號(hào)，經(jīng)過低通濾波電路34 后變得平滑，再輸入信號(hào)變送單元4，由信號(hào)變送單元4轉(zhuǎn)換成4 20raA標(biāo) 準(zhǔn)電流輸出。
單片機(jī)1的輸入電壓由信號(hào)變送單元4從24V的回路供電中分離出直 流穩(wěn)壓電壓VCC，經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換單元降壓、隔離后，提供給單片機(jī)1。 DC/DC 轉(zhuǎn)換單元5包括由兩個(gè)反相器IC3、電容C3、兩個(gè)電阻R17,R18組成的多 諧振蕩器51、觸發(fā)器52、降壓隔離變壓器53、由兩個(gè)二極管D1， D2組成 的全波整流電路54以及濾波電容55。其中，觸發(fā)器52接收信號(hào)變送單元 4提供的直流穩(wěn)壓電壓VCC，在本實(shí)施例中，觸發(fā)器52采用雙D觸發(fā)器； 多諧振蕩器51的輸出端與觸發(fā)器52的時(shí)鐘信號(hào)端CLK相連接；降壓隔離 變壓器53的初級(jí)線圈與觸發(fā)器52的輸出端相連接，次級(jí)線圈與全波整流 電路54的輸入端相連接；而濾波電容55與全波整流電路54的輸出端并聯(lián)， 經(jīng)過濾波電容55濾波后，全波整流電路54的輸出與單片機(jī)的VCC腳和GND腳相連。多諧振蕩器51可選擇74HC系列芯片。選擇合適的振蕩頻率 可有效降低功耗，經(jīng)過觸發(fā)器52的整形，得到占空比相等的方波，然后用 觸發(fā)器52的正負(fù)Q端直接驅(qū)動(dòng)降壓隔離變壓器53，使降壓隔離變壓器53 降壓輸出。根據(jù)變壓器初、次級(jí)功率相等的原理(忽略損耗)，輸出電壓 降低，輸出電流必然增大，這意味著DC/DC轉(zhuǎn)換電路5可提供給單片機(jī)1 更多的工作電流，從而有助于單片機(jī)1驅(qū)動(dòng)LED顯示器2。 二極管D1，D2 采用肖特基二極管，以降低二極管的壓降，而用全波整流的方法也是為了 減少二極管的壓降。本發(fā)明的回路供電型數(shù)顯智能變送器在D/A轉(zhuǎn)換單元3 和DC/DC轉(zhuǎn)換單元5中采用變壓器隔離方式是為了消除現(xiàn)場(chǎng)傳感器與控制 系統(tǒng)因兩地相距較遠(yuǎn)，由接地環(huán)路所引起的信號(hào)傳輸失真。
圖2至5分別示出了本發(fā)明的單片機(jī)工作的主程序以及三個(gè)中斷服務(wù) 程序的流程圖。圖2為本發(fā)明的單片機(jī)的主程序的流程圖，具體為步驟Sll， 判斷模擬量采集完成標(biāo)志位是否為1，如果不為1，則返回步驟Sll，繼續(xù)進(jìn)行模 擬量的采集；步驟S12，如果判斷模擬量采集完成標(biāo)志位為1，則單片機(jī)進(jìn)行 數(shù)據(jù)濾波處理；步驟S13，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理；步驟S14，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行量 化處理；步驟S15，將量化處理后的數(shù)字量送顯示數(shù)據(jù)緩沖器；步驟S16，將數(shù) 字量轉(zhuǎn)換成模擬量；步驟S17，將模擬量輸出高電平時(shí)間參數(shù)送模擬量緩沖器 1,將模擬量輸出低電平時(shí)間參數(shù)送模擬量緩沖器O;步驟S18，將模擬量采集 標(biāo)志位清零，返回步驟Sll。圖3為本發(fā)明的單片機(jī)的LED分時(shí)掃描中斷服務(wù) 程序的流程圖，示出了單片機(jī)1如何驅(qū)動(dòng)LED顯示器2，具體為步驟S21， 設(shè)置LED顯示器的掃描時(shí)間常數(shù)；步驟S22，將顯示位置緩沖器中的內(nèi)容送入累 加器A中；步驟S23，判斷A是否等于4 步驟S24，如A為4，則將A清零； 步驟S25，如A不為4，則使A為A的當(dāng)前值加1;步驟S26，將A的當(dāng)前值送入 顯示位置緩沖器，把顯示數(shù)據(jù)緩沖器中該位置的內(nèi)容處理后從P1.1 P1.7、 P3. 2輸出；步驟S27,把顯示位置緩沖器的內(nèi)容處理后從P3. 3 P3. 6輸出； 步驟S28，中斷返回。圖4為本發(fā)明的單片機(jī)的脈沖調(diào)寬輸出中斷服務(wù)程序的 流程圖，具體為步驟S31，判斷Pl. l的輸出是否為高電平？步驟S32，如果 Pl.l的輸出為高電平，則使Pl. 1的輸出變成低電平；步驟S33，將模擬量緩沖器0的內(nèi)容送定時(shí)器；步驟S34，如果Pl. 1的輸出不是高電平，則使Pl. 1 的輸出變成高電平；步驟S35，將模擬量緩沖器l的內(nèi)容送定時(shí)器；步驟S36， 中斷返回。圖5為本發(fā)明的單片機(jī)的模擬量采集中斷服務(wù)程序的流程圖，具體 為步驟S41，將傳感器輸入的模擬量讀入緩沖器；步驟S42，將模擬量采集完
成標(biāo)志位置1;步驟S43，中斷返回。通過對(duì)上述程序進(jìn)行優(yōu)化編程，可進(jìn)一步 降低單片機(jī)的工作頻率，從而降低功耗。
本發(fā)明的回路供電型數(shù)顯智能變送器能夠用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)LED顯示 器，是基于本發(fā)明的變送器具有極低的功耗。除了以上所述的降低功耗的 措施外，本發(fā)明還進(jìn)一步采取了以下措施在A/D、 D/A等電路工作周期許 可的情況下，盡可能降低單片機(jī)的工作電壓和工作頻率，電壓和頻率降低 的比例幾乎是功耗的比例；選用高集成度、微功耗的系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，單片 機(jī)的外圍電路采用CMOS電路，變壓器磁芯選用低損耗系列的變壓器磁芯。
本發(fā)明在小于4mA回路供電的限制下，用極小的功耗實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)在 完成模擬量采集和輸出模擬信號(hào)后，分時(shí)直接驅(qū)動(dòng)超高亮度LED顯示器， 顯示數(shù)字量。由于本發(fā)明是采用變送器的單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，從而 省卻了現(xiàn)有技術(shù)中LED電流表頭的A/D轉(zhuǎn)換、LED驅(qū)動(dòng)、穩(wěn)壓等電路，具有低 成本、微功耗、小型化、低電壓的優(yōu)點(diǎn)；在單片機(jī)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換電路采用16 位的高精度轉(zhuǎn)換，能實(shí)現(xiàn)高精度顯示。另外，由于整個(gè)變送器由單個(gè)單片機(jī)管 理，所以參數(shù)設(shè)置也很方便。
權(quán)利要求
1.一種回路供電型數(shù)顯智能變送器，工作時(shí)與回路供電及傳感器相連接，所述變送器包括單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換單元、DC/DC轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)變送單元，其中單片機(jī)，接收所述傳感器送出的模擬信號(hào)，對(duì)所接收的模擬信號(hào)進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字信號(hào)處理，輸出與經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理后的數(shù)字信號(hào)成正比的脈沖調(diào)寬信號(hào)；D/A轉(zhuǎn)換單元，與所述單片機(jī)相連接，用于接收單片機(jī)輸出的脈沖調(diào)寬信號(hào)并將所述脈沖調(diào)寬信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電平信號(hào)；DC/DC轉(zhuǎn)換單元，與所述單片機(jī)相連接，用于接收所述信號(hào)變送單元供給的直流穩(wěn)壓電壓，對(duì)所述直流穩(wěn)壓電壓進(jìn)行隔離后，將隔離后的電壓供給單片機(jī)；信號(hào)變送單元，分別與回路供電、D/A轉(zhuǎn)換單元和DC/DC轉(zhuǎn)換單元相連接，用于從回路供電中分離出直流穩(wěn)壓電壓，并將所述直流穩(wěn)壓電壓供給DC/DC轉(zhuǎn)換單元；另外，接收所述D/A轉(zhuǎn)換單元輸出的模擬電平信號(hào)，并將所述模擬電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)；其特征在于所述變送器還包括LED顯示器，所述LED顯示器與所述單片機(jī)相連；所述DC/DC轉(zhuǎn)換單元還對(duì)從所述信號(hào)變送單元接收的直流穩(wěn)壓電壓進(jìn)行降壓，將降壓后的電壓供給單片機(jī)；單片機(jī)用經(jīng)過所述數(shù)字信號(hào)處理后的數(shù)字信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，所述LED顯示器顯示傳感器的測(cè)量結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求1所述的回路供電型數(shù)顯智能變送器，其特征在于，所 述LED顯示器的法線亮度大于200mcd。
3. 如權(quán)利要求l所述的回路供電型數(shù)顯智能變送器，其特征在于，所 述DC/DC轉(zhuǎn)換單元包括觸發(fā)器，接收所述信號(hào)變送單元提供的直流穩(wěn)壓電壓； 多諧振蕩器，其輸出端與所述觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)端相連接；降壓隔離變壓器，其初級(jí)線圈與所述觸發(fā)器的輸出端相連接； 全波整流電路，其輸入端與所述降壓隔離變壓器的次級(jí)線圈相連接； 濾波電容，與所述全波整流電路的輸出端并聯(lián)。
4. 如權(quán)利要求3所述的回路供電型數(shù)顯智能變送器，其特征在于，所 述全波整流電路包括兩個(gè)肖特基二極管。
5. 如權(quán)利要求1所述的回路供電型數(shù)顯智能變送器，其特征在于，所 述單片機(jī)包括16位A/D轉(zhuǎn)換電路。
6. 如權(quán)利要求l所述的回路供電型數(shù)顯智能變送器，其特征在于，所 述D/A轉(zhuǎn)換單元包括微分電路，所述微分電路的輸入端與單片機(jī)相連，接收單片機(jī)輸出的脈沖調(diào)寬信號(hào)；隔離變壓器，其初級(jí)線圈與所述微分電路的輸出端相連； 正向反饋電路，其輸入端與所述隔離變壓器的次級(jí)線圈相連； 低通濾波電路，所述低通濾波器的輸入端與所述正向反饋電路的輸出端相連，輸出端與所述信號(hào)變送單元相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種回路供電型數(shù)顯智能變送器，包括單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換單元、DC/DC轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)變送單元和LED顯示器。本發(fā)明通過降低單片機(jī)及其外圍電路的功耗，并通過DC/DC轉(zhuǎn)換單元將降壓后的電壓提供給單片機(jī)，使單片機(jī)得到更多的工作電流，實(shí)現(xiàn)了用變送器的單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，從而省卻了現(xiàn)有技術(shù)中LED電流表頭的A/D轉(zhuǎn)換、LED驅(qū)動(dòng)、穩(wěn)壓等電路，具有低成本、微功耗、小型化、低電壓等優(yōu)點(diǎn)。另外，由于整個(gè)變送器由單個(gè)單片機(jī)管理，所以參數(shù)設(shè)置很方便，并且高亮度的LED晝夜均能清晰顯示。
文檔編號(hào)G08C19/16GK101295428SQ200710040289
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者金建民 申請(qǐng)人:上海模數(shù)儀表有限公司