专利名称：基于pwm的环流传输点测量参数输出装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及环流传输点测量参数的生成方法和装置。
背景技术：
环流传输电测量参数,尤其是4 20mA环流传输电测量参数在电力监控系统中还是有一定的应用，其具有长距离传输可靠，抗干扰强等优势，通常传统的用电量变送器将现场电测量信号变换为4 20mA，传送给PLC (可编程逻辑)或DCS (分散控制系统)系统，实现远程监控；随着微机技术的发展，单片机和DAC (数模转换器)是经常需要同时使用的，然而许多单片机内部并没有集成DAC，即使有些单片机内部集成了 DAC (数模转换器)，DAC的精度也往往不高，在高精度的应用中还是需要外接DAC，这样增加了成本。但是，几乎所有的单片机都提供定时器或者PWM (脉宽调制)输出功能。如果能应用单片机的PWM输出(或者通过定时器和软件一起来实现PWM输出)，经过简单的变换电路就可以实现DAC， 这将大量降低成本电子设备的成本、减少体积，并容易提高精度。尤其是，诸如STM32系列等ARM具有多路独立16Bit的PWM输出，且还具有强大的外设功能和运算能力，为4 20mA输出方案提供了硬件基础。因此，现有技术中存在这样的一种需求，即实现基于PWM输出的环流传输点测量参数的输出电路，尤其是4 20mA电流、O至20m电流，以及O至5V电压的输出电路。
实用新型内容本实用新型的目的，在于解决上述问题，提供一种基于PWM输出的环流传输点测量参数的输出电路，从而充分利用现有的ARM资源，避免使用额外的DAC，从而节省降低产品成本以及片上面积。为实现上述目的本实用新型提供的基于PWM输出的环流传输点测量参数的输出装置包括PWM信号发生器，用于产生PWM信号；PWM信号整形隔离电路，用于对PWM信号发生器产生的信号进行隔离整形；低通滤波器，用于滤掉经整形的信号的直流分量，驱动放大电路，用于将经滤波的信号放大为具有预设范围的标准信号，以及，基准电压发生电路，用于为PWM信号整形隔离电路提供稳定的基准电压。优选的是，在输出部分的输出端口有大电流或浪涌时从而保护放大电路中的运放器件，使其免遭破坏。具体而言，所述预设范围的标准信号包括4至20mA的电流信号，或O至5V的电压信号。本实用新型在对PWM波形组成进行理论分析的基础上，提出了可以通过一个低通滤波器把PWM中的DAC调制信号解调出来，实现对环流传输点测量参数的输出，尤其是4 20mA输出。本实用新型设计的4 20mA电路实现方式，可以适合于各种显示仪表上，实现4 20mA模拟输出数字化，为降低成本和模块化生产创造条件。
图I的PWM波形示意图；图2为整形隔离电路的一种实现的示意图；图3为滤波电路、放大电路以及保护电路的一种实现的示意图；图4为基准电压发生电路的一种实现的示意图。图5为依据本实用新型的基于PWM的环流传输点测量参数输出装置的一种实施例的原理框图。
具体实施方式
下面参照附图对本实用新型的可能的具体实施方式
做详细说明。·PWM是一种周期固定不变，而高低电平的占空比可以调制的方波信号，如果PWM信号的占空比随时间变化，那么通过滤波之后的输出信号将是幅度变化的模拟信号，因此通过控制PWM信号的占空比就可以产生不同的模拟4 20mA输出信号,这样将4 20mA输出信号对应到电测量参数，如电流，电压，频率，功率，或功率因素等电参数，输入信号和输出的4 20mA信号成线性关系变化，通过4 20mA输出信号很容易的测量参数上传给计算机中心，实现远程测量和控制。在诸如ARM (STM32F103RC)中内置了 PWM信号发生器，即脉冲宽度调制信号发生器，I个 Μ可以产生四路独立的PWM信号，采用TM1_ARR寄存器确定脉冲宽度调制PWM信号频率、由TMl_CCRx寄存器确定PWM信号的占空比，占空比变化，经过整形滤波放大的4 20mA输出信号也会成线性变化，进而实现数模DAC转换。图I是一种在电路中经常遇到的PWM信号波形。该PWM的高低电平分别为VH和VL,理想的情况VL等于0，VH等于ARM的工作电压VCC，但是实际中一般VL不等于0，VH也不等于VCC，这往往是应用中产生误差的一个主要原因，在电路设计中要充分考虑VL和VH的稳定性，从而要引入基准电压源，充分考虑VL和VH不要受环境温度变化而改变，这是保证输出精度的一个关键参数。在HMl_CCMRx寄存器中的OCxM位写入“110 " (PWM模式I)或“ 111'(PWM模式2)，能够独立地设置每个通道工作在PWM模式，每个OCx输出一路PWM必须通过设置HMl_CCMRx寄存器OCxPE位使能相应的预装载寄存器，最后还要设置TM1_CR1寄存器的ARPE位使能自动重装载的预装载寄存器，用HM1_ARR产生IOOOHz的脉冲调制频率，TIM1_CCR0最小改变良为1，最大65536范围内变化；图I的PWM波形可以用分段函数表示为式⑴
fFH kNT < f < nT + kNT/Cf) =一 m ,一 Cl)
Ifl kNT + Γ C t ^ NT + kNT其中T是STM32F103RC中计数脉冲的基本周期，即ARM每隔T时间记一次数(计数器的值增加或者减少I)，N是PWM波一个周期的计数脉冲个数，η是PWM波一个周期中高电平的计数脉冲个数，VH和VL分别是PWM波中高低电平的电压值，k为谐波次数，t为时间。把式(I)所表示的函数展开成傅里叶级数[1]，得到式(2):
权利要求1.基于PWM的环流传输点测量参数输出装置，其特征在于包括 PWM信号发生器，用于产生PWM信号； PWM信号整形隔离电路，用于对PWM信号发生器产生的PWM信号进行隔离整形； 低通滤波器，用于滤掉经整形的PWM信号的直流分量， 驱动放大电路，用于将经滤波的PWM信号放大为具有预设范围的标准信号，以及 基准电压发生电路，用于为PWM信号整形隔离电路提供稳定的基准电压。
2.根据权利要求I所述的基于PWM的环流传输点测量参数输出装置，其特征在于在驱动放大电路的输出部分的输出端口有大电流或浪涌时从而保护放大电路中的运放器件的保护电路。
3.根据权利要求I所述的基于PWM的环流传输点测量参数输出装置，其特征在于所述预设范围的标准信号包括4至20mA的电流信号，或O至5V的电压信号。
4.根据权利要求I所述的基于PWM的环流传输点测量参数输出装置，其特征在于所述PWM信号发生器是实现在一 ARM上的。
4、根据权利要求4所述的基于PWM的环流传输点测量参数输出装置，其特征在于PWM信号整形隔离电路可以为基于光耦U2和模拟开关U3的电路，其中，PWM波直接从该ARM的PWM引脚输出，产生的PWM信号经Ql驱动光耦U2，由U2的VO脚输出，经模拟开关U3整形，从U3的COM脚输出整形过的方波PWM信号。
5.根据权利要求I所述的基于PWM的环流传输点测量参数输出装置，其特征在于低通滤波器采用RC滤波器，其中滤波器的截至频率大于信号带宽边沿，但是远小于PWM信号的频率。
专利摘要本实用新型公开了基于PWM的环流传输点测量参数输出装置，其包括PWM信号发生器，用于产生PWM信号；PWM信号整形隔离电路，用于对PWM信号发生器产生的PWM信号进行隔离整形；低通滤波器，用于滤掉经整形的PWM信号的直流分量，驱动放大电路，用于将经滤波的PWM信号放大为具有预设范围的标准信号，以及基准电压发生电路，用于为PWM信号整形隔离电路提供稳定的基准电压。本实用新型在对PWM波形组成进行理论分析的基础上，提出了可以通过一个低通滤波器把PWM中的DAC调制信号解调出来，实现对环流传输点测量参数的输出。
文档编号G01R31/317GK202710718SQ20122035081
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者任家爱, 熊皓 申请人:深圳市亚特尔科技有限公司