专利名称：一种与现场传感器隔离的回路供电型智能变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变送器，尤其涉及一种与现场传感器隔离的回路供电型智能 变送器。
背景技术：
变送器是一种将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出，或者以通讯 协议方式输出的设备。目前市场上所出售的回路供电型变送器大多为带有单片机的智能型 变送器，一般包括A/D (模拟数字)变换信号采集单元、单片机、一个DC/DC (直流/直流)变 换供电单元等；传感器供电回路与A/D变换信号采集单元间直接连接，从而传感器供电回 路对A/D变换信号采集单元产生干扰。A/D变换信号采集单元与单片机间也为直接连接，传 感器与A/D变换信号采集单元均对单片机的接收信号产生干扰。
发明内容本实用新型针对现有技术中存在的问题，提供一种变化信号采集单元和单片机不 受干扰的与现场传感器隔离的回路供电型智能变送器。为实现上述目的，本实用新型与现场传感器隔离的回路供电型智能变送器，其分 别与回路供电和传感器相连接，所述变送器包括两组DC/DC变换供电单元、A/D变换信号采 集单元、单片机、信号隔离单元、D/A变送单元和LED显示单元。其中，所述两组DC/DC变换 供电单元的输入端均与回路供电连接，其中一组DC/DC变换供电单元的输出端与A/D变换 信号采集单元的输入端相连接，另一组DC/DC变换供电单元的输出端与LED显示单元相连 接；A/D变换信号采集单元另一输入端连接传感器，其输出端与信号隔离单元输入端相连 接，信号隔离单元的输出端与单片机的输入端连接；单片机一输出端连接LED显示单元；单 片机另一输出端与D/A变送单元输入端相连接，并向D/A变送单元发送PWM信号；D/A变送 单元将接收的PWM信号转换成对应的标准电流信号输出。所述信号隔离单元的输出端与单片机的输入端由光耦或磁耦组成双向电气隔离 电路连接通讯。本实用新型中，所述DC/DC转换供电单元包括触发器、隔离变压器、桥式整流电 路、滤波电容，触发器构成多谐振荡器与隔离变压器初级线圈相连接，隔离变压器次级线圈 与二极管组成的桥式整流电路相连接，滤波电容与桥式整流电路并联。本实用新型中，所述D/A变送单元包括低通滤波电路和负反馈电路，低通滤波电 路输入端与单片机输出端相连，接收单片机的PWM信号，低通滤波电路输出端与负反馈电 路输入端连接；通过低通滤波电路、负反馈电路将PWM信号转换成模拟电平信号，再将模拟 电平信号进一步转换成所对应的标准电流信号输出。本实用新型采用上述的结构，对A/D变换信号采集单元隔离供电，有效消除传感 器供电回路带来的现场干扰；对LED显示单元单独隔离供电，有效利用电源功率，提高LED 显示亮度；采用信号隔离单元解决了 A/D变换信号采集单元与单片机相互通信的问题，信
3号隔离单位中的光耦或磁耦组成的双向电气隔离电路使单片机与现场传感器采集线路电 气隔离，又有效抑制传感器和A/D变换信号采集单元带来的现场干扰。
以下结合附图对本实用新型做进一步的详述。

图1为本实用新型与现场传感器隔离的回路供电型智能变送器的电路图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型与现场传感器隔离的回路供电型智能变送器，其分别与 回路供电和传感器相连接，所述变送器包括两组DC/DC变换供电单元1和7、A/D变换信号 采集单元2、信号隔离单元3、单片机4、D/A变送单元5和LED显示单元6。DC/DC变换供电单元1或7 两组DC/DC变换供电单元从回路供电中分离出直流稳 压电压进行隔离整流稳压后分别提供给A/D变换信号采集单元2和LED显示单元6使用。A/D变换信号采集单元2 接收传感器输出的模拟信号，对模拟信号进行滤波、放 大、A/D模数转换，将转换后的数字信号隔离后送入信号隔离单元3。信号隔离单元3 通过光耦或磁耦将传感器采集线路、A/D转换线路与单片机4控 制线路完全电气隔离。单片机4 接收信号隔离单元3送入的数字信号，进行线性化处理，然后将处理后 的数字信号送入LED显示单元显示6，并将数字信号处理成正比的PWM信号向D/A变送单元 5输出。D/A变送单元5 与单片机4相连接，接收单片机4发出的PWM信号并将此信号转 换成模拟电平信号，再将模拟电平信号进一步转换成所对应的标准电流信号。LED显示单元6 由DC/DC变换供电单元7供电，与单片机4相连，接收单片机4送 出的显示扫描信号。所述两组DC/DC变换供电单元1、7的输入端均与回路供电连接并从其分离出直流 稳压电压，其中一组DC/DC变换供电单元1的输出端与A/D变换信号采集单元2的输入端 相连接，另一组DC/DC变换供电单元7的输出端与LED显示单元6相连接，DC/DC变换供电 单元1、7将分离出的直流稳压电压进行隔离整流稳压后分别提供给A/D变换信号采集单元 2和LED显示单元6使用；A/D变换信号采集单元2另一输入端连接传感器，接收传感器的 模拟信号，并将模拟信号转为数字信号，其输出端与信号隔离单元3输入端相连接；单片机 4的输入端与信号隔离单元3的输出端连接并接收信号隔离单元3发出的数字信号；单片 机4 一输出端连接LED显示单元6，将处理后的数字信号送入LED显示单元6显示；单片机 4另一输出端与D/A变送单元5输入端相连接，单片机4将数字信号处理与其成正比的PWM 信号向D/A变送单元5输出；D/A变送单元5接收单片机4发出的PWM信号并将此信号转 换成模拟电平信号，再将模拟电平信号进一步转换成所对应的标准电流信号输出。所述信号隔离单元3的输出端与单片机4的输入端由光耦或磁耦组成双向电气隔 离电路连接通讯。24V的供电回路的直流电源经DC/DC变换供电单元1分离出直流电源提供给A/D 变换信号采集单元2使用。DC/DC转换单元1包括由5个反相器U1A-U1E、电容C6、两个电阻Rl，R2组成的多谐振荡器、隔离变压器Tl、四个二极管Dl、D3组成的桥式整流电路以及 两个滤波电容C1、C5。其中多谐振荡器与隔离变压器Tl初级线圈连接，次级线圈与桥式整 流电路输入相连接；而滤波电容C1、C5与桥式整流电路并联，经过滤波电容C1、C5滤波后， 桥式整流电路与A/D变换信号采集单元2相连接。多谐振荡器选择74HC系列芯片，选择合 适的振荡频率可有效降低功耗，得到占空比相等的方波，然后利用反相器直接驱动隔离变 压器。采用四个肖特基二极管组成桥式整流电路，肖特基二极管降低二极管压降，桥式整流 的方法为了有效利用功率减小损耗。给A/D变换信号采集单元2隔离供电是为了有效消除 传感器供电回路带来的现场干扰。 24V的供电回路的直流电源经DC/DC变换供电单元7分离出的直流电源提供给 LED显示单元6使用。DC/DC变换供电单元7包括由5个反相器U2A-U2E、电容C7、两个电 阻R3，R4组成的多谐振荡器、隔离变压器T2、四个二极管D2、D4组成的桥式整流电路以及 一个滤波电容C2。其中多谐振荡器与隔离变压器T2初级线圈连接，次级线圈与桥式整流电 路输入相连接；而滤波电容C2与桥式整流电路并联，经过滤波电容C2滤波后，桥式整流电 路与LED显示单元6相连接。多谐振荡器选择74HC系列芯片，选择合适的振荡频率可有效 降低功耗，得到占空比相等的方波，然后利用反相器直接驱动隔离变压器。采用四个肖特基 二极管组成桥式整流电路，肖特基二极管降低二极管压降，桥式整流的方法为了有效利用 功率减小损耗。A/D变换信号采集单元2与单片机4间通讯采用信号隔离单元3进行完全电气隔 离。单片机I/O端口 P5. 5与信号隔离单元3中的2个光耦U4、TO，4个三极管Ql、Q2、Q3、 Q4，8个电阻Rll、R17、R18、R25、R13、R20、R2UR26的双向通信隔离电路的一侧相连接，另 外一侧与A/D变换信号采集单元2的数据I/O端口相连接。单片机41/0端口 P5. 4与信号 隔离单元3中的1个光耦U3、2个电阻R12、R19的单向通信隔离电路的原边相连接，另外一 侧与A/D变换信号采集单元2的时钟I/O (时钟控制)端口相连接。采用信号隔离单元3解 决了 A/D变换信号采集单元2与单片机4相互通信的问题，信号隔离单元3中的光耦组成 的双向电气隔离电路使单片机4与现场传感器采集线路电气隔离，又有效抑制传感器和A/ D变换信号采集单元2带来的现场干扰。A/D变换信号采集单元2采用高速度，高精度A/D转换器、高精度低功耗运放和低 通滤波器组成的模数转换线路。将模拟信号通过低通滤波器和放大电路滤波放大后送入A/ D转换器，量化变成数字信号输出。单片机4将接收的量化的数字信号进行线性化处理成与 其成正比的PWM信号(脉冲调宽信号)，并通过单片机4的I/O端口 Pl. 6向D/A变送单元5 输出。0/^变送单元5包括3个电阻1 5、1 8、1 40、1个电容C4，1个运放U9A，组成的一阶 低通滤波电路，6个电阻R6、R7、R9、R10、R39、R41，1个电容C3、l个三极管，1个运放U9B组 成的4 20mA标准电流输出转换电路。电阻R5、R8组成分压网络与单片机41/0端口 Pl. 6 相连接；电阻R40、电容C4、构成RC低通滤波器与运放U9A构成的电压跟随器相连接组成一 个一阶滤波电路。一阶滤波电路出口连接一级由R6、C3组成的RC滤波器后再接入由电阻 尺7、1 9、1 41、1 40、1 39、运放冊8、三极管09组成的电压控制电流负反馈线路。D/A变送单元 5接收单片机4发送的脉冲调宽信号，该信号通过低通滤波电路转换为与其成正比的模拟 电平信号，该模拟电平信号通过4 20 mA标准电流输出转换电路将其转换为标准电流信
5号输出。 LED显示单元6采用高亮LED显示器，单片机4的8个I/O 口 P4. 0-P4. 7为段码 口，分别通过8个限流电阻R27-R34与LED显示器相连，单片机4的4个I/O 口 P5. 0-P5. 3 为位控口，通过4个限流电阻R35-R38、4个三极管Q5-Q8与LED显示单元6相连。选择高 亮度LED便于低电流驱动，且任何环境显示均能清晰。
权利要求一种与现场传感器隔离的回路供电型智能变送器，其分别与回路供电和传感器相连接，其特征在于所述变送器包括两组DC/DC变换供电单元、A/D变换信号采集单元、单片机、信号隔离单元、D/A变送单元和LED显示单元，其中，所述两组DC/DC变换供电单元的输入端均与回路供电连接，其中一组DC/DC变换供电单元的输出端与A/D变换信号采集单元的输入端相连接，另一组DC/DC变换供电单元的输出端与LED显示单元相连接；A/D变换信号采集单元另一输入端连接传感器，其输出端与信号隔离单元输入端相连接，信号隔离单元的输出端与单片机的输入端连接；单片机一输出端连接LED显示单元；单片机另一输出端与D/A变送单元输入端相连接，并向D/A变送单元发送PWM信号；D/A变送单元将接收的PWM信号转换成对应的标准电流信号输出。
2.根据权利要求1所述的与现场传感器隔离的回路供电型智能变送器，其特征在于 所述信号隔离单元的输出端与单片机的输入端由光耦或磁耦组成双向电气隔离电路连接 通讯。
3.根据权利要求1所述的与现场传感器隔离的回路供电型智能变送器，其特征在于 所述DC/DC转换供电单元包括触发器、隔离变压器、桥式整流电路、滤波电容，触发器构成 多谐振荡器与隔离变压器初级线圈相连接，隔离变压器次级线圈与二极管组成的桥式整流 电路相连接，滤波电容与桥式整流电路并联。
4.根据权利要求1所述的与现场传感器隔离的回路供电型智能变送器，其特征在于 所述D/A变送单元包括低通滤波电路和负反馈电路，低通滤波电路输入端与单片机输出端 相连，接收单片机的PWM信号，低通滤波电路输出端与负反馈电路输入端连接；通过低通滤 波电路、负反馈电路将PWM信号转换成模拟电平信号，再将模拟电平信号进一步转换成所 对应的标准电流信号输出。
专利摘要本实用新型公开一种与现场传感器隔离的回路供电型智能变送器，其分别与回路供电和传感器相连接，所述变送器包括两组DC/DC变换供电单元、A/D变换信号采集单元、单片机、信号隔离单元、D/A变送单元和LED显示单元；所述DC/DC变换供电单元将隔离整流后的稳压电源分别提供给A/D变换信号采集单元和LED显示单元使用；A/D变换信号采集单元输出端与信号隔离单元输入端相连接，信号隔离单元的输出端与单片机的输入端连接通讯；单片机一输出端连接LED显示单元，另一输出端连接D/A变送单元。本实用新型中信号隔离单位使单片机与现场传感器采集线路电气隔离，有效抑制传感器和A/D变换信号采集单元带来的现场干扰。
文档编号G01D3/036GK201764976SQ20102052494
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者林瑞忠, 林航 申请人:福州昌晖自动化系统有限公司