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一、概述 4-20mA.DC信號制是國際電工委員會（IEC）---過程控制系統用模擬信號標準。 現在，工業現場大量采用4～20mA 電流來傳輸信號，由于電流源內容無窮大，導線（長數百米） 電阻串聯在回路中不影響精度，且不易受干擾，避免了 電壓作為信號，易受噪聲干擾、產生壓降帶來的影響。 4～20mA產品的典型應用是傳感和測量應用。在工業現場有許多種類的 傳感器可以被轉換成4～20mA的電流信號。各類變送器、電機保護器和變頻器等也都具有4～20mA輸出信號，用于遠程測控。 由于經常接觸遠距離傳送4～20mA信號測控，正值試用 PSoC 4 開發套件，于是，就以4～20mA信號測控為題材設計一個小案例， 來深化了解開發套件及性能。
二、原理敘述 首先，將送來的4～20mA信號線性地轉換成為0～5V的輸出電壓，R2為采樣電阻，運用了 PSoC 4兩個運算 放大器，在4mA 時，R7調節出0電壓輸出；在20mA時，R5調節出5V電壓輸出。變化的電壓，再經跟隨器、電阻分壓成ADC SAR 能夠接受的電壓，進行A/D 轉換。轉換的值經過軟件處理，通過 UART 和the P SoC 5LP USB-UART bridge傳送 ，顯示在電腦的putty上。 在試用過程中， RGB LED的藍燈一直閃爍，表明ADC SAR 在進行轉換工作。 由于在工業現場調試比較困難，采用了+24V 穩壓電源，串接毫安表、電阻R13、R14和采樣電阻R2，組成4～20mA產生 電路，通過調節R13、毫安表監視，就有4～20mA變化的電流，流過采樣電阻R2，起到了外來4～20mA信號的作用。 電氣原理圖如下：
三、組件 本案例采用本套件以下組件，組件的配置見附件：Sensor_4_20mA_Project圖片.zip · OpAmp · ADC SAR · UART · CyPins
四、軟件 軟件main.c包括本例軟件設計流程，詳情見附件：Sensor_4_20mA_Project.zip。
五、硬件連接 1 、UART 的P0.5 聯接到the PSoC 5LP UART bridge 的P12.6 。 2、搭接的簡易電路板一組線，須聯接到套件的3.3V、GND、P1.0、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P2.0和聯接4～20mA信號的兩根線。
六、調試與試用 1、將電源跳帽插入+5V端，系統由+5V供電。 2、在PSoC Creator 2.2中，經Build和Program后，接通+24V電源，使采樣電阻R2流過4～20mA，調節電阻R7、R5, 運算放大器OpAmp_1、OpAmp都能夠有0～5V電壓輸出，電阻R7、R5就固定下來。開通電腦的putty，調節R13 ，觀看毫安表在4～20mA之間變化，在putty顯示如下變化：
3、試用 試用是接入變頻器的4～20mA信號，觀看putty顯示的頻率與變頻器顯示基本一致。 根據4～20mA信號表現的物理意義的不同，確定物理量（電壓、電流、頻率、壓力、轉速、溫度和光度等），修改軟件，體現它的實際意義。比如這次試用的是 電動機變頻器，頻率在50Hz 以內變化，于是，在軟件里就設定了頻率（Hz）與線性倍率。這樣，看到 變化的4～20mA信號，線性體現了頻率0~50Hz之間的變化。 由于時間有限，對分時顯現（顯示時間）、對發送信號對象的調控和故障處理，待以后完善，力求實用。 對發送信號對象的調控，對象不同處理的方式也不同，有的只需要監視，有的還需要對對象進行遠程調控。比如：電動機變頻器可以根據輸出4～20mA信號的監控，來進行信號遠程調控、修正。本來想用 PSoC 4 開發套件的容性觸摸感應CapSense組件和脈沖寬度調制器PWM組件，來模擬變化的信號輸出，發現 觸摸條與主芯片的大部分物理管腳，已被運算放大器 (Opamp)所指定（不可更改），不能再用；若采用其它辦法，還需要外在的器件支持和不少的工程量，待到實際應用時再完成。
七、心得體會 在PSoC Creator 2.2平臺里，即能作圖，又能編程，顯得圖文并茂，新穎別致；套件里的組件，可以獨力使用，顯得與其它 單片機不同的地方，體現了所要介紹的卓越的性能。 在使用過程中，發現本套件提供用戶使用的電壓為3.3V、+5V，沒有負壓（-V），這給電路設計帶來了限制；也發現容性觸摸感應CapSense組件（觸摸條）和運算放大器 (Opamp) 組件映射的物理管腳的部分相同，不能同時來用。 在編程過程中，總覺得指令、函數和參數（值）名稱太長，不容易記。
八、視頻：
九、附件
（河南 薛） | 
發表于 2013-11-12 01:25:17
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發表于 2013-11-12 11:17:07