專利名稱：一種對電流輸入電壓輸出的監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及對使用終端產(chǎn)品應(yīng)用電壓進行保護的裝置。更特別地說，是指一 種能夠?qū)斎氲?~20mJ的模擬電流/屯流進行轉(zhuǎn)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(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
對于使用終端產(chǎn)品來講，使用一種性能穩(wěn)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(shè)備(如移動電話，PDAS, GPRS，游戲機)、電信/網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備(如路由器，服務(wù)器，VOIP系統(tǒng))、消費電子、醫(yī)療系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等。這些 工業(yè)設(shè)備大多以0 5V電壓為標(biāo)準(zhǔn)，其電路內(nèi)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(huán)境(如電磁場、溫度等)的影響，而造成內(nèi) 部器件的損壞或輸出信號較低的信噪比，給使用終端產(chǎn)品的應(yīng)用帶來巨大隱患。因此， 一種穩(wěn)定、可靠、靈敏度高、易操作的電壓電流監(jiān)控裝置對工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用來說意義 巨大。
目前，市場上的類似電流轉(zhuǎn)電壓產(chǎn)品一般采用如下三種方法(1)用電流信號 處理代替電壓信號處理，與電壓信號相比，MOS晶體管更適合處理電流信號，因為 放大結(jié)構(gòu)中的共源和共門輸出信號均為電流信號。(2)根據(jù)運算放大器及電流傳輸 器(ccn)的原理設(shè)計等價電流傳輸器結(jié)構(gòu)，由運算放大器及其等價電流傳輸器結(jié) 構(gòu)的替換并結(jié)合伴隨網(wǎng)絡(luò)定理，可將電壓型電路轉(zhuǎn)換為電壓操作信號和電流操作信號 的電流型電路。(3)采用標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計電壓和電流互轉(zhuǎn)的電路。 發(fā)明 內(nèi) 容
為了能夠保護使用終端不至于因電壓超過適用范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(jiān)控裝置，該監(jiān)控裝置采用在中央處理器中對 接收的數(shù)字電壓信號^進行差分解調(diào)獲得一個12位二進制數(shù)值的工作電壓F。w,;該 工作電壓F。w —方面作為模擬電壓轉(zhuǎn)換的輸入數(shù)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(xiàn)對使用終端過壓造成的損壞起到 預(yù)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(jiān)控裝置，該監(jiān)控裝置包括有一殼體，
以及安裝在殼體內(nèi)的電路板；在殼體的上面板上設(shè)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(shè)有電源接口 (Jl)，殼體的前面板上設(shè)有LCD 顯示屏和鍵盤；
電源接口 (Jl)用于與220V的直流電連接；
電流接口 (J3)用于與能夠輸出4 20mJ模擬電流信號/^^的設(shè)備連接； 電壓接口 (J2)用于與使用終端產(chǎn)品連接； 報警接口 (J6)用于提供聲音報警； 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(shè)定的量程S和比例 《與數(shù)字電壓信號^進行差分處理獲得12位二進制數(shù)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(shù)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(dāng)Kw^^時，報警輸出模塊產(chǎn)生報警信號進行報警提示；當(dāng)^ ,<&時，將12位二 進制數(shù)值的工作電壓L輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；
一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將外部輸入的4 20mX模擬電流信號
轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號Ku提供給中央處理器進行處理；
一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，該數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將接收到的12位二進制數(shù)值工作電壓^,進 行數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出0 5F的模擬電壓信號r電壓；
一報警輸出模塊，該報警輸出模塊用于報警信息的輸出；
一鍵盤，通過該鍵盤向中央處理器下發(fā)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，該液晶顯示模塊用于進行數(shù)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(jiān)控裝置的優(yōu)點在于
(1) 對外部輸入的4 20m^模擬電流信號4流進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后為中央處理器提供
了數(shù)字電壓信號^。
(2) 在中央處理器中應(yīng)用C語言編寫的差分算法對接收到的數(shù)字電壓信號^進行 處理，提高了對輸入電壓監(jiān)控的精度。(3) 通過鍵盤操作來下發(fā)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(jù)使用終端的實際需求進行自行更改、
設(shè)定，提高了本實用新型監(jiān)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(xiàn)今工業(yè)應(yīng)用中常見的模擬信號，解決了使用終端對電流需要的穩(wěn)定性和精 度要求，從而有效地保護了使用終端。


圖1是應(yīng)用本實用新型監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1A是本實用新型監(jiān)控裝置的外部結(jié)構(gòu)簡示圖。
圖2是本實用新型監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3A是本實用新型監(jiān)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(jiān)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(jiān)控裝置中的鍵盤接口 。
圖3D是本實用新型監(jiān)控裝置中的液晶接口 。
圖3E是本實用新型監(jiān)控裝置中的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖。
圖3F是本實用新型監(jiān)控裝置中的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖。
圖3G是本實用新型監(jiān)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(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細(xì)說明。
參見圖1所示，本實用新型的電流輸入電壓輸出的監(jiān)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(shè)備之間。該監(jiān)控裝置能夠保護使用終端
不至于因電壓超過適用范圍而造成損壞。
參見圖1A所示，本實用新型的電流輸入電壓輸出的監(jiān)控裝置包括有一殼體，以 及安裝在殼體內(nèi)的電路板。在殼體的上面板上設(shè)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(shè)有電源接口 Jl，殼體的前面板上設(shè)有LCD顯示屏和 鍵盤(該鍵盤上有0 — 9個數(shù)字，以及常用的如確定、取消等鍵)。LCD顯示屏用于 顯示通過鍵盤下發(fā)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)，易于操作者對使用終端產(chǎn)品的實際需求進行自行更改、設(shè)定時的可視化。電源接口 Jl用于與220V的直流電連接。電流接口 J3用于與能夠輸出4 20wj模 擬信號/電流的設(shè)備連接。電壓接口 J2用于與使用終端產(chǎn)品連接。報警接口 J6用于 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(jiān)控裝置的電路板結(jié) 構(gòu)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(shè)定的量程S和比例 K與數(shù)字電壓信號^進行差分處理獲得12位二進制數(shù)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(shù)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(dāng)P^^A時，報警輸出模塊產(chǎn)生報警信號進行報警提示；當(dāng)7。 ,<^時， 將12位二進制數(shù)值的工作電壓^輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；
一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將外部輸入的4~20 ^4模擬電流信號 / t轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號K 提供給中央處理器進行處理；
一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，該數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將接收到的12位二進制數(shù)值工作電壓F。w進 行數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出0 5K的模擬電壓信號K電壓；
一報警輸出模塊，該報警輸出模塊用于報警信息的輸出；
一鍵盤，通過該鍵盤向中央處理器下發(fā)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，該液晶顯示模塊用于進行數(shù)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(jiān)控裝置，其中央處理器選取 ATmegal28芯片，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片選取MAX187芯片，數(shù)模轉(zhuǎn)換
模塊中的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片選取MAX5712芯片。該監(jiān)控裝置在選取的各芯片組合下的
電路聯(lián)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(xiàn)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(xiàn)了由鍵盤操作向中央處理器下發(fā)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(shè)置輸入 電壓的量程S (0~9999)、在報警狀態(tài)下當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字電壓信號^低于電壓閾值&時通過操作鍵盤來解除警報(即復(fù)位)、通過鍵盤設(shè)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(jīng)電源接口 Jl進入交流轉(zhuǎn)直 流芯片U5中，經(jīng)該交流轉(zhuǎn)直流芯片U5轉(zhuǎn)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(jiān)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(diào)電阻R27的2端上，可調(diào)電阻R27的1端接5V電源，可調(diào) 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(diào)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(jīng)電阻 R32后接5V電源；液晶顯示模塊與中央處理器的連接，實現(xiàn)了由液晶顯示模塊進行 數(shù)字形式顯示各輸入、輸出的信息。
參見圖3E所示，在模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中，模數(shù)轉(zhuǎn)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(jīng)一個濾波電路濾除紋波后，經(jīng)電阻R2將該電流/電流 轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓，該電壓再經(jīng)一個電阻R3連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的2端上，濾 波電路由二極管D1和電容C5組成，二極管Dl與電容C5并聯(lián)在電流/電流(電流
接口 J3)與數(shù)字地之間；為了將電流轉(zhuǎn)換成電壓，在電流接口 J3的1端與2端之 間串聯(lián)有電阻R2;模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片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(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的5端接地，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的1 端接5V電源，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U2的3端接5V電源，且3端與數(shù)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(gòu)成，該電容C6和電容C7并聯(lián)在 3端與數(shù)字地之間，4端經(jīng)電容C8接地。
參見圖3F所示，在本實用新型中，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片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(xiàn)將穩(wěn)定的具有0 5r的電壓供給使用終端。數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片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(xiàn)了數(shù)+莫轉(zhuǎn)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(jīng)電阻R34后接5V電源，且該高低電平信 號PC5再經(jīng)電阻R35后連接到三極管Q9的基極上；三極管Q9的發(fā)射極連接在繼 電器Kl的2端上，三極管Q9的集電極接地；繼電器Kl的2端與1端之間并聯(lián)有 二極管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(guān)，報警信號輸出接口 J6可以與喇叭相接，實現(xiàn)報警聲音的播放。在本實用 新型中，三極管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(jiān)控裝置，能夠?qū)? 20mJ纟莫擬電流信 號/,的輸入，以及0 5V模擬電壓信號P^的輸出，為現(xiàn)今工業(yè)應(yīng)用中常見的模
擬信號，解決了使用終端對電流需要的穩(wěn)定性和精度要求，從而有效地保護了使用終端。
權(quán)利要求1、一種對電流輸入電壓輸出的監(jiān)控裝置，其特征在于該監(jiān)控裝置包括有一殼體，以及安裝在殼體內(nèi)的電路板；在殼體的上面板上設(shè)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(shè)有電源接口(J1)，殼體的前面板上設(shè)有LCD顯示屏和鍵盤；電源接口(J1)用于與220V的直流電連接；電流接口(J3)用于與能夠輸出4～20mA的模擬電流信號I電流的設(shè)備連接；電壓接口(J2)用于與使用終端產(chǎn)品連接；報警接口(J6)用于提供聲音報警；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(shè)定的量程S和比例K與數(shù)字電壓信號Vin進行差分處理獲得12位二進制數(shù)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(shù)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(dāng)Vout≥Pin時，報警輸出模塊產(chǎn)生報警信號進行報警提示；當(dāng)Vout＜Pin時，將12位二進制數(shù)值的工作電壓Vout輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將外部輸入的4～20mA模擬電流信號I電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號Vin提供給中央處理器進行處理；一數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，該數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將接收到的12位二進制數(shù)值工作電壓Vout進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出0～5V模擬電壓信號V電壓；一報警輸出模塊，該報警輸出模塊用于報警信息的輸出；一鍵盤，通過該鍵盤向中央處理器下發(fā)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，該液晶顯示模塊用于進行數(shù)字形式顯示各輸入、輸出的信息。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對電流輸入電壓輸出的監(jiān)控裝置，其特征在于鍵盤 操作設(shè)置輸入電壓的量程S為0 9999。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種對電流輸入電壓輸出的監(jiān)控裝置，其特征在于鍵盤 設(shè)置輸出電壓F電壓的比例尺為0 <夂S 9.9 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種對電流輸入電壓輸出的監(jiān)控裝置，其特征在于中央 處理器選取ATmegal28芯片，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片選取MAX187 芯片，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊中的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片選取MAX5712芯片。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對電流輸入電壓輸出的監(jiān)控裝置，其特征在于監(jiān)控裝 置中的電路板的電路聯(lián)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(diào)電阻R27的2端上，可調(diào)電阻R27的1端接5V電源，可調(diào)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(diào)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(jīng)電阻 R32后接5V電源；模數(shù)轉(zhuǎn)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(jīng)一個濾波電路濾除紋波后，經(jīng)電阻R2將該電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓,該電壓&ffi 再經(jīng)一個電阻R3連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(U2)的2端上，濾波電路由二極管D1和 電容C5組成，二極管D1與電容C5并聯(lián)在電壓^^與數(shù)字地之間；禾莫數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 (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(shù)轉(zhuǎn)換芯片(U2)的5端接地，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(U2)的1端接5V電源，模數(shù)轉(zhuǎn) 換芯片(U2)的3端接5V電源，且3端與數(shù)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(gòu)成，該電容C6和電容C7并聯(lián)在3端與數(shù)字地之間， 4端經(jīng)電容C8接地；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(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(xiàn) 將穩(wěn)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(jīng)電阻R34后接5V電源，且該高低電平信號PC5再經(jīng)電阻 R35后連接到三極管Q9的基極上；三極管Q9的發(fā)射極連接在繼電器(Kl)的2 端上，三極管Q9的集電極接地；繼電器(K1)的2端與1端之間并聯(lián)有二極管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(guān)， 報警信號輸出接口 (J6)與喇叭相接，實現(xiàn)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(jiān)控裝置，該監(jiān)控裝置包括有一殼體，以及安裝在殼體內(nèi)的電路板；在殼體的上面板上設(shè)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(shè)有電源接口(J1)，殼體的前面板上設(shè)有LCD顯示屏和鍵盤；電路板包括有中央處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、報警輸出模塊、鍵盤和報警輸出模塊。該監(jiān)控裝置采用在中央處理器中對接收的數(shù)字電壓信號V_in進行差分解調(diào)獲得一個12位二進制數(shù)值的工作電壓V_out；該工作電壓V_out一方面作為電流轉(zhuǎn)換的輸入電壓，另一方面將工作電壓V_out與電壓閾值P_in進行比較得到報警電壓，從而實現(xiàn)對使用終端過壓造成的損壞起到預(yù)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(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
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