一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置的製作方法

2023-06-05 19:34:16

專利名稱：一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及對使用終端產品應用電壓進行保護的裝置。更特別地說，是指一 種能夠對輸入的4~20mJ的模擬電流/屯流進行轉換成0~ 5 r的模擬電壓&壓輸出，
且對不滿足條件輸出的模擬電壓F電壓進行報警的監控裝置。
背景技術：
對於使用終端產品來講，使用一種性能穩定的電源裝置能夠充分的保護其使用壽 命。使用終端可以是便攜設備(如行動電話，PDAS, GPRS，遊戲機)、電信/網絡 設備(如路由器，伺服器，VOIP系統)、消費電子、醫療系統、導航系統等。這些 工業設備大多以0 5V電壓為標準，其電路內部含有大量的4 20rnA電流信號。 這些微小信號在使用過程中極易受外界環境(如電磁場、溫度等)的影響，而造成內 部器件的損壞或輸出信號較低的信噪比，給使用終端產品的應用帶來巨大隱患。因此， 一種穩定、可靠、靈敏度高、易操作的電壓電流監控裝置對工業生產和應用來說意義 巨大。
目前，市場上的類似電流轉電壓產品一般採用如下三種方法(1)用電流信號 處理代替電壓信號處理，與電壓信號相比，MOS電晶體更適合處理電流信號，因為 放大結構中的共源和共門輸出信號均為電流信號。(2)根據運算放大器及電流傳輸 器(ccn)的原理設計等價電流傳輸器結構，由運算放大器及其等價電流傳輸器結 構的替換並結合伴隨網絡定理，可將電壓型電路轉換為電壓操作信號和電流操作信號 的電流型電路。(3)採用標準電容、運算放大器、反饋電阻、電池和充電電路通過 具體器件的選擇和計算來設計電壓和電流互轉的電路。 發明 內 容
為了能夠保護使用終端不至於因電壓超過適用範圍而造成的使用終端損壞，本實 用新型提供一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置，該監控裝置採用在中央處理器中對 接收的數字電壓信號^進行差分解調獲得一個12位二進位數值的工作電壓F。w,;該 工作電壓F。w —方面作為模擬電壓轉換的輸入數字電壓信號，另一方面將工作電壓 乙與電壓閾值i^進行比較得到報警電壓，從而實現對使用終端過壓造成的損壞起到 預警與保護的作用。本實用新型的一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置，該監控裝置包括有一殼體，
以及安裝在殼體內的電路板；在殼體的上面板上設有電流接口 (J3)、電壓接口 (J2) 和報警接口 (J6)，殼體的右面板上設有電源接口 (Jl)，殼體的前面板上設有LCD 顯示屏和鍵盤；
電源接口 (Jl)用於與220V的直流電連接；
電流接口 (J3)用於與能夠輸出4 20mJ模擬電流信號/^^的設備連接； 電壓接口 (J2)用於與使用終端產品連接； 報警接口 (J6)用於提供聲音報警； 電路板包括有
一中央處理器，該中央處理器對接收到的指令信息/iVF中所設定的量程S和比例 《與數字電壓信號^進行差分處理獲得12位二進位數值的工作電壓^ ,;該工作電 壓乙,一方面輸出至液晶顯示模塊上進行數字形式的顯示；另一方面該工作電壓Kw 皮輸出至報警輸出模塊;在報警輸出模塊中，該工作電壓K。w與電壓閾值^進行比較， 當Kw^^時，報警輸出模塊產生報警信號進行報警提示；當^ ,<&時，將12位二 進位數值的工作電壓L輸出給數模轉換模塊；
一模數轉換模塊，該模數轉換模塊用於將外部輸入的4 20mX模擬電流信號
轉換成數字電壓信號Ku提供給中央處理器進行處理；
一數模轉換模塊，該數模轉換模塊將接收到的12位二進位數值工作電壓^,進 行數模轉換後輸出0 5F的模擬電壓信號r電壓；
一報警輸出模塊，該報警輸出模塊用於報警信息的輸出；
一鍵盤，通過該鍵盤向中央處理器下發指令信息/iVF,該令信息/JVF包括有量
程S、比例尺和電壓閾值^;
一液晶顯示模塊，該液晶顯示模塊用於進行數字形式顯示各輸入、輸出的信息。 本實用新型的一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置的優點在於
(1) 對外部輸入的4 20m^模擬電流信號4流進行模數轉換後為中央處理器提供
了數字電壓信號^。
(2) 在中央處理器中應用C語言編寫的差分算法對接收到的數字電壓信號^進行 處理，提高了對輸入電壓監控的精度。(3) 通過鍵盤操作來下發指令信息/WF (指令信息/WF包括有量程S、比例K和 電壓閾值i^ )，該指令信息/iVF可以根據使用終端的實際需求進行自行更改、
設定，提高了本實用新型監控裝置的操作靈活性。
(4) 4 20"模擬電流信號/電流的輸入，以及0 5r模擬電壓信號r電壓的輸出，
為現今工業應用中常見的模擬信號，解決了使用終端對電流需要的穩定性和精 度要求，從而有效地保護了使用終端。


圖1是應用本實用新型監控裝置的結構示意圖。
圖1A是本實用新型監控裝置的外部結構簡示圖。
圖2是本實用新型監控裝置的結構框圖。
圖3A是本實用新型監控裝置中的中央處理器的電路原理圖。
圖3B是本實用新型監控裝置中的220V電源模塊的電路原理圖。
圖3C是本實用新型監控裝置中的鍵盤接口 。
圖3D是本實用新型監控裝置中的液晶接口 。
圖3E是本實用新型監控裝置中的模數轉換模塊的電路原理圖。
圖3F是本實用新型監控裝置中的數模轉換模塊的電路原理圖。
圖3G是本實用新型監控裝置中的報警輸出模塊的電路原理圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。
參見圖1所示，本實用新型的電流輸入電壓輸出的監控裝置是安裝在使用終端 與能夠輸出4 20^模擬電流信號/喊的設備之間。該監控裝置能夠保護使用終端
不至於因電壓超過適用範圍而造成損壞。
參見圖1A所示，本實用新型的電流輸入電壓輸出的監控裝置包括有一殼體，以 及安裝在殼體內的電路板。在殼體的上面板上設有電流接口 J3、電壓接口 J2和報 警接口J6，殼體的右面板上設有電源接口 Jl，殼體的前面板上設有LCD顯示屏和 鍵盤(該鍵盤上有0 — 9個數字，以及常用的如確定、取消等鍵)。LCD顯示屏用於 顯示通過鍵盤下發的指令信息/^,(指令信息/iVF包括有量程S、比例K和電壓閾 值4)，易於操作者對使用終端產品的實際需求進行自行更改、設定時的可視化。電源接口 Jl用於與220V的直流電連接。電流接口 J3用於與能夠輸出4 20wj模 擬信號/電流的設備連接。電壓接口 J2用於與使用終端產品連接。報警接口 J6用於 與如喇叭連接，提供聲音報警。
參見圖2所示，本實用新型的一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置的電路板結 構圖，該電路板上包括有
一中央處理器，該中央處理器對接收到的指令信息/A^中所設定的量程S和比例 K與數字電壓信號^進行差分處理獲得12位二進位數值的工作電壓^ ,;該工作電 壓F。w—方面輸出至液晶顯示模塊(LCD)上進行數字形式的顯示；另一方面該工作 電壓4,被輸出至報警輸出模塊;在報警輸出模塊中，該工作電壓匕與電壓閾值&進 行比較，當P^^A時，報警輸出模塊產生報警信號進行報警提示；當7。 ,<^時， 將12位二進位數值的工作電壓^輸出給數模轉換模塊；
一模數轉換模塊，該模數轉換模塊用於將外部輸入的4~20 ^4模擬電流信號 / t轉換成數字電壓信號K 提供給中央處理器進行處理；
一數模轉換模塊，該數模轉換模塊將接收到的12位二進位數值工作電壓F。w進 行數模轉換後輸出0 5K的模擬電壓信號K電壓；
一報警輸出模塊，該報警輸出模塊用於報警信息的輸出；
一鍵盤，通過該鍵盤向中央處理器下發指令信息/iVF，該令信息/7VF包括有量 程S、比例K和電壓閾值^;
一液晶顯示模塊，該液晶顯示模塊用於進行數字形式顯示各輸入、輸出的信息。
本實用新型的一種電流輸入電壓輸出的監控裝置，其中央處理器選取 ATmegal28晶片，模數轉換模塊中的模數轉換晶片選取MAX187晶片，數模轉換
模塊中的數模轉換晶片選取MAX5712晶片。該監控裝置在選取的各晶片組合下的
電路聯接為
參見圖3A、圖3B、圖3C所示，中央處理器U1的10端 17端的8個端子 分別與鍵盤的接口 J4的1端 8端相接，實現鍵盤連接在中央處理器U1上；鍵盤 與中央處理器的連接，實現了由鍵盤操作向中央處理器下發指令信息/AW 。在本實用 新型中，所述指令信息/i^至少包括有報警時的電壓閾值&、由鍵盤操作設置輸入 電壓的量程S (0~9999)、在報警狀態下當模數轉換模塊輸出的數字電壓信號^低於電壓閾值&時通過操作鍵盤來解除警報(即復位)、通過鍵盤設置輸出電壓的 比例K (0<K《9.9)。在本實用新型中，220V的電壓經電源接口 Jl進入交流轉直 流晶片U5中，經該交流轉直流晶片U5轉換成5V電壓作為VCC供整個本實用新 型的電流輸入電壓輸出的監控裝置使用。
參見圖3D所示，中央處理器Ul的25端~32端的8個端子分別與液晶顯示 模塊的接口 J5的7端 14端相接，中央處理器U1的36端、37端、38端分別與 液晶顯示接口 J5的4端、5端、6端相接，液晶顯示模塊的接口 J5的2端接5V 電源，3端連接到可調電阻R27的2端上，可調電阻R27的1端接5V電源，可調 電阻R27的3端接地，液晶顯示模塊的接口 J5的1端連接到可調電阻R27的3端 上，液晶顯示模塊的接口 J5的16端接地，液晶顯示模塊的接口 J5的15端經電阻 R32後接5V電源；液晶顯示模塊與中央處理器的連接，實現了由液晶顯示模塊進行 數字形式顯示各輸入、輸出的信息。
參見圖3E所示，在模數轉換模塊中，模數轉換模塊接收由外部輸入的4~20m」 模擬電流/電流，該電流/電.流首先經一個濾波電路濾除紋波後，經電阻R2將該電流/電流 轉換為對應的電壓，該電壓再經一個電阻R3連接到模數轉換晶片U2的2端上，濾 波電路由二極體D1和電容C5組成，二極體Dl與電容C5並聯在電流/電流(電流
接口 J3)與數字地之間；為了將電流轉換成電壓，在電流接口 J3的1端與2端之 間串聯有電阻R2;模數轉換晶片U2的8端、7端、6端分別與中央處理器Ul的 47端、49端、48端相接，模數轉換晶片U2的5端接地，模數轉換晶片U2的1 端接5V電源，模數轉換晶片U2的3端接5V電源，且3端與數字地之間接有另一 個濾波電路，該濾波電路由電容C6和電容C7構成，該電容C6和電容C7並聯在 3端與數字地之間，4端經電容C8接地。
參見圖3F所示，在本實用新型中，數模轉換晶片U3的1端接5V電源，2端 接地，3端、4端、5端分別與中央處理器U1的61端、60端、59端相接，6端與 電壓接口 J2的1端連接，電壓接口 J2的2端接地。通過電壓接口 J2與使用終端 的連接，實現將穩定的具有0 5r的電壓供給使用終端。數模轉換晶片U3上的三 個端子與中央處理器U1上的三個端子的連接，實現了數+莫轉換模塊接收到從中央處 理器輸出的可供工作電壓4,。參見圖3G所示，報警輸出模塊首先接收到從中央處理器Ul的40端輸出的高 低電平信號PC5，該高低電頻信號PC5經電阻R34後接5V電源，且該高低電平信 號PC5再經電阻R35後連接到三極體Q9的基極上；三極體Q9的發射極連接在繼 電器Kl的2端上，三極體Q9的集電極接地；繼電器Kl的2端與1端之間並聯有 二極體Dl 1 ，且1端接5V電源，繼電器Kl的3端、4端和5端作為報警信號輸 出的開關，報警信號輸出接口 J6可以與喇叭相接，實現報警聲音的播放。在本實用 新型中，三極體Q9選取型號為8550，繼電器K1選取型號為TQ2-5V。
本實用新型的一種電流輸入電壓輸出的監控裝置，能夠將4 20mJ糹莫擬電流信 號/,的輸入，以及0 5V模擬電壓信號P^的輸出，為現今工業應用中常見的模
擬信號，解決了使用終端對電流需要的穩定性和精度要求，從而有效地保護了使用終端。
權利要求1、一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置，其特徵在於該監控裝置包括有一殼體，以及安裝在殼體內的電路板；在殼體的上面板上設有電流接口(J3)、電壓接口(J2)和報警接口(J6)，殼體的右面板上設有電源接口(J1)，殼體的前面板上設有LCD顯示屏和鍵盤；電源接口(J1)用於與220V的直流電連接；電流接口(J3)用於與能夠輸出4～20mA的模擬電流信號I電流的設備連接；電壓接口(J2)用於與使用終端產品連接；報警接口(J6)用於提供聲音報警；電路板包括有一中央處理器，該中央處理器對接收到的指令信息INF中所設定的量程S和比例K與數字電壓信號Vin進行差分處理獲得12位二進位數值的工作電壓Vout；該工作電壓Vout一方面輸出至液晶顯示模塊上進行數字形式的顯示；另一方面該工作電壓Vout被輸出至報警輸出模塊；在報警輸出模塊中，該工作電壓Vout與電壓閾值Pin進行比較，當Vout≥Pin時，報警輸出模塊產生報警信號進行報警提示；當Vout＜Pin時，將12位二進位數值的工作電壓Vout輸出給數模轉換模塊；一模數轉換模塊，該模數轉換模塊用於將外部輸入的4～20mA模擬電流信號I電流轉換成數字電壓信號Vin提供給中央處理器進行處理；一數模轉換模塊，該數模轉換模塊將接收到的12位二進位數值工作電壓Vout進行數模轉換後輸出0～5V模擬電壓信號V電壓；一報警輸出模塊，該報警輸出模塊用於報警信息的輸出；一鍵盤，通過該鍵盤向中央處理器下發指令信息INF，該令信息INF包括有量程S、比例K和電壓閾值Pin；一液晶顯示模塊，該液晶顯示模塊用於進行數字形式顯示各輸入、輸出的信息。
2、 根據權利要求1所述的一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置，其特徵在於鍵盤 操作設置輸入電壓的量程S為0 9999。
3、 根據權利要求l所述的一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置，其特徵在於鍵盤 設置輸出電壓F電壓的比例尺為0 <夂S 9.9 。
4、 根據權利要求l所述的一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置，其特徵在於中央 處理器選取ATmegal28晶片，模數轉換模塊中的模數轉換晶片選取MAX187 晶片，數模轉換模塊中的數模轉換晶片選取MAX5712晶片。
5、根據權利要求1所述的一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置，其特徵在於監控裝 置中的電路板的電路聯接為 中央處理器(Ul)的10端 17端的8個端子分別與鍵盤的接口 (J4)的1 端 8端相接；中央處理器(Ul)的25端 32端的8個端子分別與液晶顯示模塊的接口 (J5) 的7端 14端相接，中央處理器(Ul)的36端、37端、38端分別與液晶顯示接 口 J5的4端、5端、6端相接，液晶顯示模塊的接口 (J5)的2端接5V電源，3 端連接到可調電阻R27的2端上，可調電阻R27的1端接5V電源，可調電阻R27 的3端接地，液晶顯示模塊的接口 (J5)的1端連接到可調電阻R27的3端上，液 晶顯示模塊的接口 (J5)的16端接地，液晶顯示模塊的接口 (J5)的15端經電阻 R32後接5V電源；模數轉換模塊接收由外部輸入的4 20^模擬電流信號/^^,該電流4^首先 經一個濾波電路濾除紋波後，經電阻R2將該電流轉換為對應的電壓,該電壓&ffi 再經一個電阻R3連接到模數轉換晶片(U2)的2端上，濾波電路由二極體D1和 電容C5組成，二極體D1與電容C5並聯在電壓^^與數字地之間；禾莫數轉換晶片 (U2)的8端、7端、6端分別與中央處理器(Ul)的47端、49端、48端相接， 模數轉換晶片(U2)的5端接地，模數轉換晶片(U2)的1端接5V電源，模數轉 換晶片(U2)的3端接5V電源，且3端與數字地之間接有另一個濾波電路，該濾 波電路由電容C6和電容C7構成，該電容C6和電容C7並聯在3端與數字地之間， 4端經電容C8接地；數模轉換模塊的數模轉換晶片(U3)的1端接5V電源，2端接地，3端、4端、 5端分別與中央處理器(Ul)的61端、60端、59端相接，6端與電壓接口 (J2) 的1端連接，電壓接口 (J2)的2端接地；電壓接口 (J2)與使用終端連接，實現 將穩定的具有0~5F的電壓供給使用終端；報警輸出模塊首先接收到從中央處理器(U1)的40端輸出的高低電頻信號PC5， 該高低電平信號PC5經電阻R34後接5V電源，且該高低電平信號PC5再經電阻 R35後連接到三極體Q9的基極上；三極體Q9的發射極連接在繼電器(Kl)的2 端上，三極體Q9的集電極接地；繼電器(K1)的2端與1端之間並聯有二極體Dll， 且1端接5V電源，繼電器(Kl)的3端、4端和5端作為報警信號輸出的開關， 報警信號輸出接口 (J6)與喇叭相接，實現報警聲音的播放。
專利摘要本實用新型公開了一種對電流輸入電壓輸出的監控裝置，該監控裝置包括有一殼體，以及安裝在殼體內的電路板；在殼體的上面板上設有電流接口(J3)、電壓接口(J2)和報警接口(J6)，殼體的右面板上設有電源接口(J1)，殼體的前面板上設有LCD顯示屏和鍵盤；電路板包括有中央處理器、模數轉換模塊、數模轉換模塊、報警輸出模塊、鍵盤和報警輸出模塊。該監控裝置採用在中央處理器中對接收的數字電壓信號Vin進行差分解調獲得一個12位二進位數值的工作電壓Vout；該工作電壓Vout一方面作為電流轉換的輸入電壓，另一方面將工作電壓Vout與電壓閾值Pin進行比較得到報警電壓，從而實現對使用終端過壓造成的損壞起到預警與保護的作用。
文檔編號G05B19/048GK201378269SQ20092010672
公開日2010年1月6日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者劍 龍 申請人:北京華視通廣科技有限公司