基於can總線控制自變雙極性可調電流源的製作方法
2024-02-11 10:25:15 1
專利名稱：基於can總線控制自變雙極性可調電流源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種通用可調電流源，特別涉及一種基於CAN總線控制自變雙極 性可調電流源。
背景技術：
現在的控制小電流的液壓閥及泵的比例控制器都是適應於大電流的控制，控制小 電流的有一定的局限，機械換向也容易引發故障，配套的控制器性價比也不高，因而極需要 具有一種輸出電流不受負載電阻變化的影響，最小調節解析度可達0. 05mA，控制精度高，安 全性可靠性高，通用性強，可擴展性好控制器。
發明內容本實用新型的目的正是針對上述現有技術中所存在的不足之處而提供一種可用 CAN總線控制的結構簡單的自變雙極性可調電流源，該電流源無機械換向觸點，輸出電流不 受負載電阻變化的影響，最小調節解析度可達0. 05mA，控制精度高，安全性可靠性高，通用 性強，可擴展性好基於CAN總線控制自變雙極性可調電流源。本實用新型的目的是通過下述方案實現的。本實用新型的CAN總線控制自變雙極性可調電流源所述可調電流源包括CAN通 訊模塊、單片機AT89C52、D/A轉換晶片、V/I轉換電路、輸出擴流電路、電流取樣電阻、取樣 放大調理電路和A/D轉換晶片；其中CAN通訊模塊的輸出埠與單片機的相應輸入埠相 連接，當採用開環控制方式時，單片機把來自上位機的CAN總線數據轉換成D/A轉換的數據 直接送D/A轉換晶片，然後再由V/I轉換電路把電壓信號轉換為電流，再經擴流電路輸出給 負載，提高裝置的輸出電流能力；當負載電阻實時變化較大時，採用閉環控制方式，以保證 理想的輸出電流，輸出電流反饋通道中的電流取樣電阻經取樣放大調理電路後由A/D轉換 晶片反饋給單片機，程序將輸出電流的反饋值與給定值比較後實時調整送D/A轉換晶片的 數字量，以保證在一定給定輸入的情況下輸出電流的恆定，而不受負載電阻變化的影響。本實用新型中所述D/A轉換晶片和A/D轉換晶片均為12位的，在輸出電流可調範 圍是-100mA 100mA時，輸出電流調節的最小解析度可達0. 05mA ；所述V/I轉換電路的設 計可在不使用任何機械換向器情況下實現裝置輸出電流的正反兩種輸出方向，並且裝置的 輸出電流在一定範圍內不受負載電阻大小變化的影響；所述輸出擴流電路是一種電晶體互 補型擴流電路，電路中兩個電晶體選擇對稱性較好的對管，並確保電晶體處於合適的靜態 工作點，這樣可保證對正反向輸出電流控制的線性度和對稱性好；所述電流取樣電阻選用 精密的毫歐電阻，使其在不影響外接負載的情況下實現精確取樣；所述取樣放大調理電路 對取樣差分信號經差分放大後再由絕對值電路變換為相對於系統的參考地的正電壓信號， 再經普通運放構成的後級放大電路放大一定倍數，然後再經過濾波和平滑轉換為直流信 號，再經電壓跟隨器後送A/D轉換晶片，把電流的輸出值實時地反饋給單片機。本實用新型中所述的CAN通訊模塊實現把上位機的控制命令或修改參數命令傳送給單片機，並且把本節點的狀態或故障信息上傳給上位機。在本實用新型中可由上位機通過CAN總線發送數據修改單片機程序的某標誌位， 實現開環控制和閉環控制程序的選擇。另外，以同樣方式還可以修改其它參數，如CAN報文 標識符、通訊波特率、震顫電流參數(頻率和幅值)等。本實用新型相比現有技術具有以下三大技術特點和有益效果(1)裝置的輸出電流可調範圍大、調節解析度高、控制精度高。(2)裝置獨特的V/I轉換電路的設計使其無需機械換向器即可實現電流的正反兩 個方向輸出，且輸出電流在一定範圍內不受負載電阻大小的影響，即使在負載變化較大的 情況下仍可由閉環控制方式實現輸出電流的恆定。因此，裝置的故障率小，運行的穩定性和 可靠性高。(3)裝置有CAN總線接口，CAN總線是目前工業現場普遍使用的一種現場總線，可 實現較遠距離的控制，方便與其它功能的CAN總線節點配合構成一定空間範圍內的分布式 系統。因此，裝置的通用行強，可擴展性好。
圖1是本實用新型的原理框圖。圖2是V/I轉換電路圖。圖3是輸出擴流電路圖。圖4是CAN通訊模塊的電路示意圖圖5是負載電流的取樣反饋電路的原理框圖。圖6是CAN總線數據與電流輸入輸出曲線。圖7是閉環控制的單片機程序流程圖。
具體實施方式
本實用新型以下將結合實施例(附圖)作進一步描述 如圖1所示，本實用新型的CAN總線控制自變雙極性可調電流源所述可調電流源 包括CAN通訊模塊、單片機AT89C52、D/A轉換晶片、V/I轉換電路、輸出擴流電路、電流取 樣電阻、取樣放大調理電路和A/D轉換晶片；其中CAN通訊模塊的輸出埠與單片機的相應 輸入埠相連接，當採用開環控制方式時，單片機把來自上位機的CAN總線數據轉換成D/A 轉換的數據直接送D/A轉換晶片，然後再由V/I轉換電路把電壓信號轉換為電流，再經擴流 電路輸出給負載，提高裝置的輸出電流能力；當負載電阻實時變化較大時，採用閉環控制方 式，以保證理想的輸出電流，輸出電流反饋通道中的電流取樣電阻Rs經取樣放大調理電路 後由A/D轉換晶片反饋給單片機，程序將輸出電流的反饋值與給定值比較後實時調整送D/ A轉換晶片的數字量，以保證在一定給定輸入的情況下輸出電流的恆定，而不受負載電阻變 化的影響。 本實用新型中所述D/A轉換晶片和A/D轉換晶片均為12位的，在輸出電流可調範 圍是-100mA 100mA時，輸出電流調節的最小解析度可達0. 05mA ；所述V/I轉換電路的設 計可在不使用任何機械換向器情況下實現裝置輸出電流的正反兩種輸出方向，並且裝置的 輸出電流在一定範圍內不受負載電阻大小變化的影響；所述輸出擴流電路是一種電晶體互
4補型擴流電路，電路中兩個電晶體選擇對稱性較好的對管，並確保電晶體處於合適的靜態 工作點，這樣可保證對正反向輸出電流控制的線性度和對稱性好；所述電流取樣電阻選用 精密的毫歐電阻，使其在不影響外接負載的情況下實現精確取樣；所述取樣放大調理電路 對取樣差分信號經差分放大後再由絕對值電路變換為相對於系統的參考地的正電壓信號， 再經普通運放構成的後級放大電路放大一定倍數，然後再經過濾波和平滑轉換為直流信 號，再經電壓跟隨器後送A/D轉換晶片，把電流的輸出值實時地反饋給單片機。本實用新型中所述的CAN通訊模塊實現把上位機的控制命令或修改參數命令傳 送給單片機，並且把本節點的狀態或故障信息上傳給上位機。在本實用新型中可由上位機通過CAN總線發送數據修改單片機程序的某標誌位， 實現開環控制和閉環控制程序的選擇。另外，以同樣方式還可以修改其它參數，如CAN報文 標識符、通訊波特率、震顫電流參數(頻率和幅值)等。
1 Rf如圖2所示，當Ri、Rf遠遠大於禮和&時，流過負載&的電流由式忍d ^
Ki ^o
確定，Rf是可調精密電阻器，用以調節運算放大器的放大倍數，以達到調整負載電流控制範 圍的目的。由込的計算公式可知，在一定範圍內，込的大小與外接負載本身的電阻大小無 關。但由於運放的輸出驅動電流的能力有限(一般20 40mA)，所以設計了如圖3所示的 輸出擴流電路，此電路是互補型輸出電路，電路中各電阻必需選擇合適的阻值，以保證晶體 管合適的靜態工作點，並且兩個電晶體要選擇對稱性較好的對管，以保證對正反向輸出電 流控制的線性度和對稱性好。本電流源電路的各參數設置為合適值後，在負載電阻在70Q 以內時，負載電流可在-100mA 100mA範圍內調節，大大提高了裝置的輸出電流能力，並且 有很好的控制線性度。電流的輸出曲線如圖6。如圖4所示，圖中AN82527是CAN控制器，其與單片機連接，實現CAN總線數據的 收發控制，82C250是收發器，其作用是增強CAN總線信號的驅動能力。如圖5所示，電流取樣信號來自圖1中的電流取樣電阻Rs，Rs是一個330m Q的精 密電阻，取樣信號是一差分信號，經差分運算放大器AD620進行一定放大後，再經運放構成 的絕對值電路變換為正電壓信號(相對於系統的參考地)，之後，再經普通運放構成的後級 放大電路進行放大，然後再經由電感和電容構成的濾波電路進行濾波和平滑轉換為直流信 號，再經電壓跟隨後送A/D轉換器轉換為數位訊號送給單片機。此反饋電路放大和整形的 目的是使單片機得到相當於負載平均電流物理意義的數位訊號。另外，本實用新型用的D/A和A/D轉換器均為雙通道的，可同時實現兩路的電流輸 出並可分別控制，必要時還可進行更多通道的擴展。本實用新型的具體工作原理如下所述由圖2的電路分析可知，負載電流的大小在一定範圍內與負載電阻的變化無關， 因此，在負載電阻變化較小的情況下直接用開環方式即可實現對輸出電流的控制，此種情 況下圖5所示的反饋電路不是必需的。因此，單片機的控制程序可分為兩種方式，即開環控 制方式和閉環控制方式。開環方式比較簡單，輸出電流的控制信號來自上位機發的CAN總 線數據，單片機把收到的CAN報文數據轉換成D/A轉換的數字量然後直接送D/A轉換器即 可。當負載電阻實時變化較大時，必需用閉環控制方式才能保證輸出電流的恆定。閉環控制的單片機程序流程如圖7，圖中的A (k+1)取正比於|lg(k+l)-If(k+l)的合適值，最小為單片機的數字量1。當外接負載需求的不是恆定的直流電流，而是一定頻 率的小幅震顫電流時，還可以通過單片機程序實現這樣的電流輸出。可由上位機通過CAN 總線發送數據修改單片機程序的某標誌位，實現開環控制和閉環控制程序的選擇。另外，以 同樣方式還可以修改其它參數，如CAN報文標識符、通訊波特率、震顫電流參數(頻率和幅 值)等。
權利要求一種基於CAN總線控制自變雙極性可調電流源，其特徵在於所述可調電流源包括CAN通訊模塊、單片機、D/A轉換晶片、V/I轉換電路、輸出擴流電路、電流取樣電阻、取樣放大調理電路和A/D轉換晶片；其中所述CAN通訊模塊的輸出埠與單片機的相應輸入埠相連接，單片機把來自上位機的CAN總線數據轉換成D/A轉換的數據直接送D/A轉換晶片，然後再由V/I轉換電路把電壓信號轉換為電流，再經擴流電路輸出給負載；用於輸出電流反饋通道中的電流取樣電阻經取樣放大調理電路後由A/D轉換晶片反饋給單片機，程序將輸出電流的反饋值與給定值比較後實時調整送D/A轉換晶片的數字量。
2.根據權利要求1所述的基於CAN總線控制自變雙極性可調電流源，其特徵在於所 述D/A轉換晶片和A/D轉換晶片均為12位的，在輸出電流可調範圍是-100mA 100mA時， 輸出電流調節的最小解析度可達0. 05mA。
3.根據權利要求1所述的基於CAN總線控制自變雙極性可調電流源，其特徵在於所 述輸出擴流電路是一種電晶體互補型擴流電路。
4.根據權利要求1所述的基於CAN總線控制自變雙極性可調電流源，其特徵在於所 述電流取樣電阻選用毫歐電阻。
專利摘要一種基於CAN總線控制自變雙極性可調電流源，其特徵在於所述可調電流源包括CAN通訊模塊、單片機、D/A轉換晶片、V/I轉換電路、輸出擴流電路、電流取樣電阻、取樣放大調理電路和A/D轉換晶片；其中所述CAN通訊模塊的輸出埠與單片機的相應輸入埠相連接，單片機把來自上位機的CAN總線數據轉換成D/A轉換的數據直接送D/A轉換晶片，然後再由V/I轉換電路把電壓信號轉換為電流，再經擴流電路輸出給負載；用於輸出電流反饋通道中的電流取樣電阻經取樣放大調理電路後由A/D轉換晶片反饋給單片機，程序將輸出電流的反饋值與給定值比較後實時調整送D/A轉換晶片的數字量，以保證在一定給定輸入的情況下輸出電流的恆定，而不受負載電阻變化的影響。
文檔編號G05F1/565GK201583858SQ20092025797
公開日2010年9月15日 申請日期2009年11月10日 優先權日2009年11月10日
發明者呂應明, 袁海文, 邢軍偉 申請人:鄭州大方橋梁機械有限公司