專利名稱：一種智能仿真儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于工業(yè)仿真技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種智能仿真儀表。
背景技術(shù)：
隨著全球化和信息化的進(jìn)程，仿真技術(shù)已廣泛引用于各行各業(yè)，特別在流程工業(yè)發(fā)揮著重要作用。流程工業(yè)具有流程復(fù)雜、高度集成化、操作控制自動(dòng)化水平高等特點(diǎn)，只有長(zhǎng)期安全的運(yùn)行才能取得滿意的經(jīng)濟(jì)效益，因此要求生產(chǎn)操作員具有較高的技術(shù)水平和操作技能。由于實(shí)際生產(chǎn)線一般運(yùn)行在正常的工況下，誤操作會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，一般的操作培訓(xùn)很難達(dá)到實(shí)際目的。仿真培訓(xùn)是一種現(xiàn)代化的，高效率的培訓(xùn)手段，是提高操作工技能的一種有效途徑?！?duì)于只是讓技工熟悉操作環(huán)境、熟練操作為目的的培訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)，使用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)才會(huì)用到的儀器儀表裝置，無(wú)疑是一種浪費(fèi)，而制作方一時(shí)又找不出合適的替代方案，智能型現(xiàn)場(chǎng)仿真儀表的開(kāi)發(fā)正是應(yīng)對(duì)這一應(yīng)用而出現(xiàn)。以智能現(xiàn)場(chǎng)仿真儀表代替真正的傳感器、變送器以及執(zhí)行器，可以在成本上得到大大的降低，并且不需要真正在管道中流動(dòng)溶液，一方面節(jié)約了化工材料，另一方面可以避免技工由于誤操作而導(dǎo)致的嚴(yán)重事故。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種智能仿真儀表。本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案智能仿真儀表，包括電源模塊電路、I/V變換電路、V/I變換電路、串口接口電路、微處理器模塊電路、液晶顯示模塊電路和外部接口電路。I/V變換電路與微處理器模塊電路I/O 口信號(hào)連接，V/I變換電路與微處理器模塊電路I/O 口信號(hào)連接，液晶顯示模塊電路與微處理器模塊電路I/O 口信號(hào)連接，串口接口電路與微處理器模塊電路的串口相接，Ι/v變換電路與外部接口電路連接，V/I變換電路與外部接口電路連接，電源模塊電路為微處理器模塊電路、Ι/v變換電路、V/I變換電路、液晶顯示模塊電路和外部接口電路供電。所述電源模塊電路包括+15V電壓轉(zhuǎn)換電路和+5V電壓轉(zhuǎn)換電路，+15V電壓轉(zhuǎn)換電路包括極性電容(12、(11、電容06乂7、08乂9、(10、電源芯片VR1，+5V電壓轉(zhuǎn)換電路包括電容C1、C2、C3、C4、C5和電源芯片VR2 ；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路中極性電容C12的正極與+24V的外接直流電源和電源芯片VRl的Vin端相接，極性電容C12的負(fù)極接地；電容C6、C7、C8的一端均與電源芯片VRl的Vin端相接，另一端均接地；電源芯片VRl的GND端接地；電容C9、ClO的一端均與電源芯片VRl的Vout端相接，另一端均接地；極性電容Cll的正極與VRl的Vout端相接，極性電容Cll的負(fù)極接地；電源芯片VRl的Vout端輸出+15V ；+5V電壓轉(zhuǎn)換電路中電容C1、C2的一端均與+24V的外接直流電源和電源芯片VR2的Vin端相接，另一端均接地；電源芯片VR2的GND端接地；電容C3、C4、C5的一端均與電源芯片VR2的Vout端相接，另一端均接地；電源芯片VR2的Vout端輸出+5V ;所述的電源芯片VRl的型號(hào)為78L15，電源芯片VR2的型號(hào)為78L05。所述I/V變換電路包括放大器U1A、電阻Rl、R2、R3、R5、R6、電容C13、C14、C15 ；放大器UlA的4引腳接+15V電源，11引腳接地，電阻R5、R6的一端均與電阻R3的一端相接，另一端均與地相接；電阻R3的一端與電容C14的一端相接，另一端與UlA的3引腳、電容C15的一端相接，電容C14和C15的另一端均接地；U1A的2引腳與電阻Rl的一端、電容C13的一端相接，UlA的I引腳與電阻Rl的另一端、電容C13的另一端相接，輸出電壓Vi接微處理器芯片U4的18引腳。所述V/1 變換電路包括放大器 U1B、U1C、U1D、電阻 R12、R13、R14、R15、R16、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R26、R27、電容 C29、C30 和三極管 Q2 ；電阻 R14 的一端接電阻 R24的一端，電阻R14的另一端接放大器UlC的10引腳；電阻R21和電容C30的一端均與放大器UlC的9引腳相接，另一端接放大器UlC的8引腳；電阻R16的一端接放大器UlC的8引腳，另一端接放大器UlB的5引腳；電阻R12的一端接放大器UlB的6引腳，另一端接地； 電阻R13的一端接放大器UlB的6引腳，另一端與三極管Q2的發(fā)射極及電阻R20的一端相接，電阻R20的另一端接地；三極管Q2的集電極接+24V ；電阻R15的一端接放大器UlB的7引腳，另一端接三極管Q2的基極；電阻R18的一端接放大器UlB的5引腳，另一端與電阻R19的一端、電容C29的一端及放大器UlD的14引腳相接，電阻R19的另一端、電容C29的另一端接放大器UlD的13引腳；電阻R26的一端接放大器UlD的12引腳，另一端與電阻R22的一端、電阻R23的一端、電阻R27的一端相接，電阻R22的另一端、電阻R23的另一端接三極管Q2的發(fā)射極，電阻R27的另一端輸出4 20mA的電流，接插件Pl的5引腳，所述的放大器U1A、放大器U1B、放大器UlC和放大器UlD集成在一塊芯片中，該芯片的型號(hào)為L(zhǎng)M224AD。所述串口接口電路包括電容 C18、C19、C20、C21、C23、C24、電阻 R8、R9、R30、R31、插件JPl和電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2 ;電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的16引腳接+5V，15引腳接地；電容C20的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的I引腳，另一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的3引腳，電容C23的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的4引腳，另一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的5引腳；電容C18、C19的一端均與+5V相接，另一端均接地，電容C21的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的2引腳，另一端接地，電容C24的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的6引腳，另一端接地；電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的10引腳接微處理器芯片U4的5引腳，電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的8引腳接插件JPl的I引腳，電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的7引腳接插件JPl的3引腳，電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的9引腳接微處理器芯片U4的4引腳；電阻R8的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的8引腳，另一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的9引腳，電阻R9的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的10引腳，另一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的7引腳；電阻R30的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的8引腳，另一端接地，電阻R31的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的7引腳，另一端接地；插件JPl的2引腳接地；電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的其余引腳均懸空，所述電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的型號(hào)為MAX232D。所述微處理器模塊電路包括微處理器芯片U4、電容C25、C26、C27、C28、C31、C32、電阻R25、R17、R24 ;微處理器芯片U4的28引腳接+5V，14引腳接地；電容C25的一端接+5V，另一端與微處理器芯片U4的3引腳和電阻R17的一端相接，電阻R17的另一端接地；電容C26、C27、C28的一端均與微處理器芯片U4的28引腳相接，另一端均接地；電阻R25的一端接微處理器芯片U4的11引腳，另一端與電阻R24的一端以及電容C32的一端相接，電阻R24的另一端接電容C31的一端，電容C31和電容C32的另一端均接地；微處理器芯片U4的2引腳接液晶顯示芯片U3的2引腳，微處理器芯片U4的12引腳接液晶顯示芯片U3的3引腳，微處理器芯片U4的13引腳接中液晶顯示芯片U3的4引腳，微處理器芯片U4的15引腳接液晶顯示芯片U3的5引腳，微處理器芯片U4的16引腳接液晶顯示芯片U3的9引腳，微處理器芯片U4的17引腳接電阻Rll的一端；微處理器芯片U4的其余引腳均懸空，所述的微處理器芯片U4的型號(hào)為STC12C5628AD。所述液晶顯示模塊電路包括液晶顯示芯片U3、電容C22、電阻RIO、R11、三極管Ql和發(fā)光二級(jí)管LI、L2、L3、L4 ;液晶顯示芯片U3的I引腳和6引腳均接+5V，液晶顯示芯片U3的7引腳接地，電容C22的一端接液晶顯示芯片U3的8引腳，另一端接地；三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的基極接電阻Rll的另一端，三極管Ql的集電極與發(fā)光二級(jí) 管LI、L2、L3、L4的陰極相接，電阻RlO的一端與發(fā)光二級(jí)管LI、L2、L3、L4的陽(yáng)極相接，另一端接+5V，所述的液晶顯示芯片U3的型號(hào)為N0KIA5110。所述外部接口電路包括電阻R28、R29、R32和插件Pl ;插件Pl的I引腳接+24V，P1的2引腳和4引腳均接地，Pl的3引腳接4 20mA的輸入電流，Pl的5引腳接4 20mA的輸出電流；電阻R32的一端接+24V，另一端接地，電阻R28的一端接Pl的3引腳，另一端接地，電阻R29的一端接Pl的5引腳，另一端接地。該智能仿真儀表能夠模擬出壓力、溫度和流量等信號(hào)的變送，以及執(zhí)行閥門(mén)動(dòng)作等。和現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)I.節(jié)省能源和原材料?，F(xiàn)場(chǎng)智能仿真儀表再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)情況時(shí)省去了傳感器測(cè)量設(shè)備，而代之以現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置模擬出測(cè)量信號(hào)輸出給工業(yè)PC或者DCS，使得在不需要溶液的情況下做出準(zhǔn)確的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)模擬再現(xiàn)，節(jié)省了化工原料。在實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)模擬時(shí)，系統(tǒng)中不需要真正存在電動(dòng)閥等執(zhí)行元件，只需將控制信號(hào)輸入，智能現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置便可以模擬出一個(gè)控制量的輸出，同時(shí)影響模擬系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，模擬一個(gè)完整的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。2.模擬逼真、實(shí)用。智能仿真儀表能夠逼真的模擬出現(xiàn)場(chǎng)中一些控制量的輸出。3.安全可靠。在技工培訓(xùn)期間，由于操作不夠熟練可能造成誤操作，嚴(yán)重時(shí)對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的影響將會(huì)是致命的，而現(xiàn)場(chǎng)智能仿真儀表由于避開(kāi)了真正的現(xiàn)場(chǎng)，可將這種影響降低到最小，從而保證了培訓(xùn)過(guò)程的安全。

圖I是本實(shí)用新型適用場(chǎng)合的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的電路原理框圖；圖3是圖2中的電源模塊電路原理圖；圖4是圖2中的I/V變換電路原理圖；圖5是圖2中的V/1變換電路原理圖；圖6是圖2中的串口接口電路原理圖；圖7是圖2中的微處理器模塊電路原理圖；圖8是圖2中的液晶顯示模塊電路原理圖；[0028]圖9是圖2中的外部接口電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖I所示，在仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中，當(dāng)學(xué)員進(jìn)行仿真培訓(xùn)時(shí)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)在學(xué)員站、OTS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)、DCS控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)智能仿真儀表間傳遞；現(xiàn)場(chǎng)智能仿真儀表實(shí)現(xiàn)控制量和標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，并顯示仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的運(yùn)算結(jié)果。如圖2所示，智能仿真儀表包括電源模塊電路、I/V變換電路、V/I變換電路、串口接口電路、微處理器模塊電路、液晶顯示模塊電路和外部接口電路。I/V變換電路與微處理器模塊電路I/o 口信號(hào)連接，V/I變換電路與微處理器模塊電路I/O 口信號(hào)連接，液晶顯示模塊電路與微處理器模塊電路I/o 口信號(hào)連接，串口接口電路與微處理器模塊電路的串口相接，Ι/ν變換電路與外部接口電路連接，V/1變換電路與外部接口電路連接，電源模塊為微處理器模塊電路、液晶顯示模塊電路、Ι/v變換電路、V/I變換電路和外部接口電路供電?！う?v變換電路和V/I變換電路實(shí)現(xiàn)電流與電壓之間的相互轉(zhuǎn)換。串口接口電路主要用于程序的下載，解決單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間通信時(shí)的電平匹配問(wèn)題；外部接口電路用于智能仿真儀表與外部電路連接；液晶顯示模塊用于顯示被模擬的物理量。如圖3所示，電源模塊包括+15V電壓轉(zhuǎn)換電路和+5V電壓轉(zhuǎn)換電路，+15V電壓轉(zhuǎn)換電路包括極性電容C12、C11、電容C6、C7、C8、C9、C10、電源芯片VRl，+5V電壓轉(zhuǎn)換電路包括電容C1、C2、C3、C4、C5和電源芯片VR2 ；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路中極性電容C12的正極與+24V的外接直流電源和電源芯片VRl的Vin端相接，極性電容C12的負(fù)極接地；電容C6、C7、C8的一端均與電源芯片VRl的Vin端相接，另一端均接地；電源芯片VRl的GND端接地；電容C9、C10的一端均與電源芯片VRl的Vout端相接，另一端均接地；極性電容Cll的正極與VRl的Vout端相接，極性電容Cll的負(fù)極接地；VR1的Vout端輸出+15V。+5V電壓轉(zhuǎn)換電路中電容C1、C2的一端均與+24V的外接直流電源和電源芯片VR2的Vin端相接，另一端均接地；電源芯片VR2的的GND端接地；電容C3、C4、C5的一端均與電源芯片VR2的Vout端相接，另一端均接地；VR2的Vout端輸出+5V。仿真儀表對(duì)外接口電壓為+24V，而整個(gè)系統(tǒng)中各部分電路的工作需要不同的電壓，需要針對(duì)不同的需求設(shè)計(jì)不同的電源模塊。+24V直流電源為+15V電壓轉(zhuǎn)換電路和+5V電壓轉(zhuǎn)換電路以及電流輸出通道的V/I變換電路提供電源；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路的核心是固定電壓三端集成穩(wěn)壓電源芯片78L15，其輸出作為電流輸入通道的I/V變換電路的電源；+5V電壓轉(zhuǎn)換電路的核心是固定電壓三端集成穩(wěn)壓電源芯片78L05，其輸出給微處理器模塊、N0KIA5110顯示模塊以及串口接口電路供電。電源部分為整個(gè)系統(tǒng)的電路提供電源，為系統(tǒng)可靠工作實(shí)現(xiàn)電路功能提供保障。如圖4所示，1八變換電路包括放大器譏4、電阻1 1、1 2、1 3、1 5、1 6、電容(13、(14、C15 ;放大器UlA的4引腳接+15V電源，11引腳接地，電阻R5、R6的一端均與電阻R3的一端相接，另一端均與地相接；電阻R3的一端與電容C14的一端相接，另一端與UlA的3引腳和電容C15的一端相接，電容C14和C15的另一端均接地；U1A的2引腳與電阻Rl和電容C13的一端相接，I引腳與電阻Rl和電容C13的另一端相接，輸出電壓Vi接圖7中微處理器芯片U4的18引腳。由于模擬器外部的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)為4 20mA的電流信號(hào)，I/V轉(zhuǎn)換電路的作用是將4 20mA的輸入電流轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識(shí)別的電壓信號(hào)，以便單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換。電路設(shè)計(jì)中使用的運(yùn)算放大器是LM224AD，其中R5，R6采用的是精密電阻以提聞電路精度。如圖5所示，V/I變換電路包括放大器U1B、U1C、U1D、電阻R12、R13、R14、R15、R16、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R26、R27、電容 C29、C30 和三極管 Q2 ; I 5V 是微處理器模塊的輸出電壓信號(hào)，電阻R14的一端接圖7中電阻R24的一端，電阻R14的另一端接UlC的10引腳；電阻R21和電容C30的一端均與UlC的9引腳相接，另一端接UlC的8引腳；電阻R16的一端接UlC的8引腳，另一端接UlB的5引腳；電阻R12的一端接UlB的6引腳，另一端接地；電阻R13的一端接UlB的6引腳，另一端與三極管Q2的發(fā)射極及電阻R20的一端相接，電阻R20的另一端接地；三極管Q2的集電極接+24V ；電阻R15的一端接UlB的7引腳，另一端接三極管Q2的基極；電阻R18的一端接UlB的5引腳，另一端與電阻R19和電容C29的一端及UlD的14引腳相接，電阻R19和電容C29的另一端接UlD的13引腳；電阻R26的一端接UlD的12引腳，另一端與電阻R22、R23及R27的一端相接，電阻R22、R23的另一端接三極管Q2的發(fā)射極，電阻R27的另一端輸出4 20mA的電流，接圖9中插件Pl的5引腳。V/I變換電路主要是使用分壓和負(fù)反饋將單片機(jī)的PWM模塊輸出的I 5V的電壓信號(hào)·轉(zhuǎn)換為4 20mA電流信號(hào)，以滿足流程工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)模擬器輸出信號(hào)的要求。如圖6 所示，串口接口電路包括電容 C18、C19、C20、C21、C23、C24、電阻 R8、R9、R30、R31、插件JPl和電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2 ；U2的16引腳接+5V，15引腳接地。電容C20的一端接U2的I引腳，另一端接U2的3引腳，電容C23的一端接U2的4引腳，另一端接U2的5引腳；電容C18、C19的一端均與+5V相接，另一端均接地，電容C21的一端接U2的2引腳，另一端接地，電容C24的一端接U2的6引腳，另一端接地；U2的10引腳接U4的5引腳，U2的8引腳接插件JPl的I引腳，U2的7引腳接插件JPl的3引腳，U2的9引腳接U4的4引腳；電阻R8的一端接U2的8引腳，另一端接U2的9引腳，電阻R9的一端接U2的10引腳，另一端接U2的7引腳；電阻R30的一端接U2的8引腳，另一端接地，電阻R31的一端接U2的7引腳，另一端接地；插件JPl的2引腳接地；U2的其余引腳均懸空。當(dāng)計(jì)算機(jī)使用USB轉(zhuǎn)串口時(shí)，這時(shí)候TTL的輸出可以直接與單片機(jī)通信。零電阻R8、R9是考慮到器件的兼容性，在單片機(jī)直接與TTL電平通信時(shí)才焊接。在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)使用串口進(jìn)行程序下載，STC12C5628AD還允許用戶使用串口作為通信接口，通過(guò)這些可以進(jìn)行程序的調(diào)試與功能驗(yàn)證。同時(shí)系統(tǒng)使用串口作為后期程序功能升級(jí)與故障診斷接口。由于單片機(jī)上的串口使用TTL電平而計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)使用RS232電平，因此兩者不能直接進(jìn)行通信，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，故使用MAX232D進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)。如圖7所示，微處理器模塊電路包括微處理器芯片U4、電容C25、C26、C27、C28、C31、C32、電阻R25、R17、R24 ;微處理器芯片U4的28引腳接+5V，14引腳接地。復(fù)位電路中，電容C25的一端接+5V，另一端與U4的3引腳和電阻R17的一端相接，電阻R17的另一端接地；電容C26、C27、C28的一端均與U4的28引腳相接，另一端均接地；電阻R25的一端接U4的11引腳，另一端與電阻R24的一端以及電容C32的一端相接，電阻R24的另一端接電容C31的一端，電容C31和電容C32的另一端均接地；U4的2引腳接圖8中U3的2引腳，U4的12引腳接圖8中U3的3引腳，U4的13引腳接圖8中U3的4引腳，U4的15引腳接圖8中U3的5引腳，U4的16引腳接圖8中U3的9引腳，U4的17引腳接圖8中電阻Rll的一端；U4的其余引腳均懸空。微處理器模塊以宏晶半導(dǎo)體的STC12C5628AD為核心，在其外圍分別搭建了復(fù)位電路、時(shí)鐘電路。并且對(duì)處理器的電源引引腳進(jìn)行了退藕處理。STC12C5628AD時(shí)鐘源可以選擇外部時(shí)鐘源或者內(nèi)部R/C振蕩器，為減少成本，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)中STC12C5628AD時(shí)鐘電路選用其內(nèi)部R/C振蕩器。微處理器的串口與MAX232D連接；微處理器的數(shù)據(jù)端口與N0KIA5110液晶顯示模塊連接；處理器電源端與+5V電壓轉(zhuǎn)換電路連接。如圖8所示，液晶顯示模塊電路包括液晶顯示芯片U3、電容C22、電阻R10、R11、三極管Ql和發(fā)光二級(jí)管L1、L2、L3、L4 ；U3的I引腳和6引腳均接+5V，U3的7引腳接地，電容C22的一端接U3的8引腳，另一端接地；IXD背光電路中，三極管Ql的發(fā)射極接地，Ql的基極接電阻Rll的另一端，Ql的集電極與發(fā)光二級(jí)管L1、L2、L3、L4的陰極相接，電阻RlO的一端與發(fā)光二級(jí)管L1、L2、L3、L4的陽(yáng)極相接，另一端接+5V。在不使用IXD的時(shí)候還可以通過(guò)三極管Ql關(guān)掉IXD背光，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。液晶顯示模塊采用N0KIA5110IXD，N0KIA5110IXD使用SPI信號(hào)通信，而在設(shè)計(jì)中單片機(jī)使用I/O接口模擬SPI時(shí)序信號(hào)，進(jìn)行通信。此外，N0KIA5110液晶工作需要配置背光電路。在不使用IXD的時(shí)候還可以同過(guò)三極管關(guān)掉IXD背光，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。如圖9所示，外部接口電路包括電阻R28、R29、R32和插件Pl ;插件Pl的I引腳接+24V，Pl的2引腳和4引腳均接地，Pl的3引腳接4 20mA的輸入電流，Pl的5引腳接4 20mA的輸出電流；電阻R32的一端接+24V，另一端接地，電阻R28的一端接Pl的3引腳，另一端接地，阻R29的一端接Pl的5引腳，另一端接地。外部接口采用五線接口，三根線提供+24V電源，其中包括一根電源線兩根地線。另外兩根線中一根為電流信號(hào)輸入線，還有一根為電流信號(hào)輸出線。本實(shí)用新型的工作過(guò)程為外部+24V的接口電壓通過(guò)+5V電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換，為微處理器、液晶顯示模塊、以及串口接口電路提供電源。外部+24V的接口電壓通過(guò)+15V電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換，作為I/V轉(zhuǎn)換電路的電源，外部+24V直接作為V/I轉(zhuǎn)換電路的電源。當(dāng)DCS給定4 20mA的電流控制信號(hào)時(shí)，智能仿真儀表會(huì)將其轉(zhuǎn)換為I +5V的電壓信號(hào)，然后通過(guò)單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行控制信號(hào)識(shí)別，之后做出相應(yīng)的控制，再通過(guò)單片機(jī)的PWM模塊加上低通濾波輸出I +5V的模擬信號(hào)輸出，然后通過(guò)電路變換，將模擬測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成4 20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)反饋給上層DCS。與此同時(shí)在N0KIA5110IXD液晶模塊中顯示設(shè)定參數(shù)與過(guò)程變量數(shù)值，過(guò)程變量數(shù)值是通過(guò)微處理器中相應(yīng)的算法運(yùn)算得出的物理量(如溫度、壓力、流量等)。當(dāng)微處理器中下載不同的程序算法時(shí)，液晶顯示模塊的顯示結(jié)果將隨著算法的不同而變化。智能仿真儀表的外殼使用過(guò)程控制儀表中的差壓變送器的外殼模型，因此可以使智能仿真儀表適用于標(biāo)準(zhǔn)的管道，以盡量模擬流程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表，組成培訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種智能仿真儀表，包括電源模塊電路、Ι/v變換電路、V/I變換電路、串口接口電路、微處理器模塊電路、液晶顯示模塊電路和外部接口電路，其特征在于 Ι/v變換電路與微處理器模塊電路I/o 口信號(hào)連接，V/I變換電路與微處理器模塊電路I/o 口信號(hào)連接，液晶顯示模塊電路與微處理器模塊電路I/O 口信號(hào)連接，串口接口電路與微處理器模塊電路的串口相接，Ι/v變換電路與外部接口電路連接，V/I變換電路與外部接口電路連接，電源模塊電路為微處理器模塊電路、Ι/v變換電路、V/I變換電路、液晶顯示模塊電路和外部接口電路供電； 所述電源模塊電路包括+15V電壓轉(zhuǎn)換電路和+5V電壓轉(zhuǎn)換電路，+15V電壓轉(zhuǎn)換電路包括極性電容C12、C11、電容C6、C7、C8、C9、C10、電源芯片VR1，+5V電壓轉(zhuǎn)換電路包括電容C1、C2、C3、C4、C5和電源芯片VR2 ；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路中極性電容C12的正極與+24V的外接直流電源和電源芯片VRl的Vin端相接，極性電容C12的負(fù)極接地；電容C6、C7、C8的一端均與電源芯片VRl的Vin端相接，另一端均接地；電源芯片VRl的GND端接地；電容C9、ClO的一端均與電源芯片VRl的Vout端相接，另一端均接地；極性電容Cll的正極與VRl的Vout端相接，極性電容Cl I的負(fù)極接地；電源芯片VRl的Vout端輸出+15V ；+5V電壓轉(zhuǎn)換電路中電容C1、C2的一端均與+24V的外接直流電源和電源芯片VR2的Vin端相接，另一端均接地；電源芯片VR2的GND端接地；電容C3、C4、C5的一端均與電源芯片VR2的Vout端相接，另一端均接地；電源芯片VR2的Vout端輸出+5V ;所述的電源芯片VRl的型號(hào)為78L15，電源芯片VR2的型號(hào)為78L05 ； 所述I/V變換電路包括放大器仍八、電阻1 1、1 2、1 、1 5、1 6、電容(13、(14、(15 ;放大器UlA的4引腳接+15V電源，11引腳接地，電阻R5、R6的一端均與電阻R3的一端相接，另一端均與地相接；電阻R3的一端與電容C14的一端相接，另一端與UlA的3引腳、電容C15的一端相接，電容C14和C15的另一端均接地；U1A的2引腳與電阻Rl的一端、電容C13的一端相接，UlA的I引腳與電阻Rl的另一端、電容C13的另一端相接，輸出電壓Vi接微處理器芯片U4的18引腳; 所述 V/I 變換電路包括放大器 U1B、U1C、U1D、電阻 R12、R13、R14、R15、R16、R18、R19、尺20、1 21、1 22、1 23、1 26、1 27、電容029、030 和三極管 Q2 ;電阻 R14 的一端接電阻 R24 的一端，電阻R14的另一端接放大器UlC的10引腳；電阻R21和電容C30的一端均與放大器UlC的9引腳相接，另一端接放大器UlC的8引腳；電阻R16的一端接放大器UlC的8引腳，另一端接放大器UlB的5引腳；電阻R12的一端接放大器UlB的6引腳，另一端接地；電阻R13的一端接放大器UlB的6引腳，另一端與三極管Q2的發(fā)射極及電阻R20的一端相接，電阻R20的另一端接地；三極管Q2的集電極接+24V ；電阻R15的一端接放大器UlB的7引腳，另一端接三極管Q2的基極；電阻R18的一端接放大器UlB的5引腳，另一端與電阻R19的一端、電容C29的一端及放大器UlD的14引腳相接，電阻R19的另一端、電容C29的另一端接放大器UlD的13引腳；電阻R26的一端接放大器UlD的12引腳，另一端與電阻R22的一端、電阻R23的一端、電阻R27的一端相接，電阻R22的另一端、電阻R23的另一端接三極管Q2的發(fā)射極，電阻R27的另一端輸出4 20mA的電流，接插件Pl的5引腳，所述的放大器U1A、放大器U1B、放大器UlC和放大器UlD集成在一塊芯片中，該芯片的型號(hào)為L(zhǎng)M224AD ；所述串口接口電路包括電容C18、C19、C20、C21、C23、C24、電阻R8、R9、R30、R31、插件JPl和電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2 ；電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的16引腳接+5V，15引腳接地；電容C20的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的I引腳，另一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的3引腳，電容C23的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的4引腳，另一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的5引腳；電容C18、C19的一端均與+5V相接，另一端均接地，電容C21的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的2引腳，另一端接地，電容C24的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的6引腳，另一端接地；電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的10引腳接微處理器芯片U4的5引腳，電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的8引腳接插件JPl的I引腳，電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的7引腳接插件JPl的3引腳，電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的9引腳接微處理器芯片U4的4引腳；電阻R8的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的8引腳，另一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的9引腳，電阻R9的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的10引腳，另一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的7引腳；電阻R30的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的8引腳，另一端接地，電阻R31的一端接電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的7引腳，另一端接地；插件JPl的2引腳接地；電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的其余引腳均懸空，所述電源電平轉(zhuǎn)換芯片U2的型號(hào)為MAX232D ； 所述微處理器模塊電路包括微處理器芯片U4、電容C25、C26、C27、C28、C31、C32、電阻R25、R17、R24 ;微處理器芯片U4的28引腳接+5V，14引腳接地；電容C25的一端接+5V，另一端與微處理器芯片U4的3引腳和電阻R17的一端相接，電阻R17的另一端接地；電容C26、C27、C28的一端均與微處理器芯片U4的28引腳相接，另一端均接地；電阻R25的一端接微處理器芯片U4的11引腳，另一端與電阻R24的一端以及電容C32的一端相接，電阻R24的另一端接電容C31的一端，電容C31和電容C32的另一端均接地；微處理器芯片U4的2引腳接液晶顯示芯片U3的2引腳，微處理器芯片U4的12引腳接液晶顯示芯片U3的3引腳，微處理器芯片U4的13引腳接中液晶顯示芯片U3的4引腳，微處理器芯片U4的15引腳接液晶顯示芯片U3的5引腳，微處理器芯片U4的16引腳接液晶顯示芯片U3的9引腳，微處理器芯片U4的17引腳接電阻Rll的一端；微處理器芯片U4的其余引腳均懸空，所述的微處理器芯片U4的型號(hào)為STC12C5628AD ； 所述液晶顯示模塊電路包括液晶顯示芯片U3、電容C22、電阻R10、R11、三極管Ql和發(fā)光二級(jí)管L1、L2、L3、L4 ;液晶顯示芯片U3的I引腳和6引腳均接+5V，液晶顯示芯片U3的7引腳接地，電容C22的一端接液晶顯示芯片U3的8引腳，另一端接地；三極管Ql的發(fā)射極接地，三極管Ql的基極接電阻Rll的另一端，三極管Ql的集電極與發(fā)光二級(jí)管L1、L2、L3、L4的陰極相接，電阻RlO的一端與發(fā)光二級(jí)管L1、L2、L3、L4的陽(yáng)極相接，另一端接+5V，所述的液晶顯示芯片U3的型號(hào)為N0KIA5110 ； 所述外部接口電路包括電阻R28、R29、R32和插件Pl ;插件Pl的I引腳接+24V, Pl的2引腳和4引腳均接地，Pl的3引腳接4 20mA的輸入電流，Pl的5引腳接4 20mA的·輸出電流；電阻R32的一端接+24V，另一端接地，電阻R28的一端接Pl的3引腳，另一端接地，電阻R29的一端接Pl的5引腳，另一端接地。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種智能仿真儀表。本實(shí)用新型包括電源模塊電路、I/V變換電路、V/I變換電路、串口接口電路、微處理器模塊電路、液晶顯示模塊電路和外部接口電路。I/V變換電路與微處理器模塊電路I/O口信號(hào)連接，V/I變換電路與微處理器模塊電路I/O口信號(hào)連接，液晶顯示模塊電路與微處理器模塊電路I/O口信號(hào)連接，串口接口電路與微處理器模塊電路的串口相接，I/V變換電路與外部接口電路連接，V/I變換電路與外部接口電路連接，電源模塊電路為微處理器模塊電路、I/V變換電路、V/I變換電路、液晶顯示模塊電路和外部接口電路供電。本實(shí)用新型節(jié)省能源和原材料、模擬逼真、實(shí)用、安全可靠。
文檔編號(hào)G05B17/02GK202694024SQ20122030558
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者孔亞廣, 鄒洪波, 史興盛, 徐哲, 陳張平 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)