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一、概述 4-20mA.DC信號制是國際電工委員會(huì)（IEC）---過程控制系統(tǒng)用模擬信號標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)在，工業(yè)現(xiàn)場大量采用4～20mA 電流來傳輸信號，由于電流源內(nèi)容無窮大，導(dǎo)線（長數(shù)百米） 電阻串聯(lián)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(chǎn)生壓降帶來的影響。 4～20mA產(chǎn)品的典型應(yīng)用是傳感和測量應(yīng)用。在工業(yè)現(xiàn)場有許多種類的 傳感器可以被轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流信號。各類變送器、電機(jī)保護(hù)器和變頻器等也都具有4～20mA輸出信號，用于遠(yuǎn)程測控。 由于經(jīng)常接觸遠(yuǎn)距離傳送4～20mA信號測控，正值試用 PSoC 4 開發(fā)套件，于是，就以4～20mA信號測控為題材設(shè)計(jì)一個(gè)小案例， 來深化了解開發(fā)套件及性能。
二、原理敘述 首先，將送來的4～20mA信號線性地轉(zhuǎn)換成為0～5V的輸出電壓，R2為采樣電阻，運(yùn)用了 PSoC 4兩個(gè)運(yùn)算 放大器，在4mA 時(shí)，R7調(diào)節(jié)出0電壓輸出；在20mA時(shí)，R5調(diào)節(jié)出5V電壓輸出。變化的電壓，再經(jīng)跟隨器、電阻分壓成ADC SAR 能夠接受的電壓，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的值經(jīng)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(lán)燈一直閃爍，表明ADC SAR 在進(jìn)行轉(zhuǎn)換工作。 由于在工業(yè)現(xiàn)場調(diào)試比較困難，采用了+24V 穩(wěn)壓電源，串接毫安表、電阻R13、R14和采樣電阻R2，組成4～20mA產(chǎn)生 電路，通過調(diào)節(jié)R13、毫安表監(jiān)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(shè)計(jì)流程，詳情見附件：Sensor_4_20mA_Project.zip。
五、硬件連接 1 、UART 的P0.5 聯(lián)接到the PSoC 5LP UART bridge 的P12.6 。 2、搭接的簡易電路板一組線，須聯(lián)接到套件的3.3V、GND、P1.0、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P2.0和聯(lián)接4～20mA信號的兩根線。
六、調(diào)試與試用 1、將電源跳帽插入+5V端，系統(tǒng)由+5V供電。 2、在PSoC Creator 2.2中，經(jīng)Build和Program后，接通+24V電源，使采樣電阻R2流過4～20mA，調(diào)節(jié)電阻R7、R5, 運(yùn)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(diào)節(jié)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(jù)4～20mA信號表現(xiàn)的物理意義的不同，確定物理量（電壓、電流、頻率、壓力、轉(zhuǎn)速、溫度和光度等），修改軟件，體現(xiàn)它的實(shí)際意義。比如這次試用的是 電動(dòng)機(jī)變頻器，頻率在50Hz 以內(nèi)變化，于是，在軟件里就設(shè)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(xiàn)了頻率0~50Hz之間的變化。 由于時(shí)間有限，對分時(shí)顯現(xiàn)（顯示時(shí)間）、對發(fā)送信號對象的調(diào)控和故障處理，待以后完善，力求實(shí)用。 對發(fā)送信號對象的調(diào)控，對象不同處理的方式也不同，有的只需要監(jiān)視，有的還需要對對象進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。比如：電動(dòng)機(jī)變頻器可以根據(jù)輸出4～20mA信號的監(jiān)控，來進(jìn)行信號遠(yuǎn)程調(diào)控、修正。本來想用 PSoC 4 開發(fā)套件的容性觸摸感應(yīng)CapSense組件和脈沖寬度調(diào)制器PWM組件，來模擬變化的信號輸出，發(fā)現(xiàn) 觸摸條與主芯片的大部分物理管腳，已被運(yùn)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(shí)際應(yīng)用時(shí)再完成。
七、心得體會(huì) 在PSoC Creator 2.2平臺(tái)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(dú)力使用，顯得與其它 單片機(jī)不同的地方，體現(xiàn)了所要介紹的卓越的性能。 在使用過程中，發(fā)現(xiàn)本套件提供用戶使用的電壓為3.3V、+5V，沒有負(fù)壓（-V），這給電路設(shè)計(jì)帶來了限制；也發(fā)現(xiàn)容性觸摸感應(yīng)CapSense組件（觸摸條）和運(yùn)算放大器 (Opamp) 組件映射的物理管腳的部分相同，不能同時(shí)來用。 在編程過程中，總覺得指令、函數(shù)和參數(shù)（值）名稱太長，不容易記。
八、視頻：
九、附件
（河南 薛） | 
發(fā)表于 2013-11-12 01:25:17
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發(fā)表于 2013-11-12 11:17:07