專利名稱：一種應(yīng)用于工程機械的控制器的模擬量輸出電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種模擬量輸出電路，尤其涉及一種應(yīng)用于工程機械的控制器的模擬量輸出電路。
背景技術(shù)：
目前我國工程機械行業(yè)自動化領(lǐng)域控制設(shè)備中，為了方便遠程監(jiān)視和控制，很多電參量需要通過模擬量傳輸。傳統(tǒng)的模擬量輸出電路研究主要集中在D/A轉(zhuǎn)換模塊、光I禹隔離傳輸模塊以及輸出保護等方面的研究。對模擬量輸出電路設(shè)計，在電路傳輸方面大多采用光耦隔離方式，當用光電耦合器來隔離輸入輸出通道時，必須對所有的信號(包括數(shù)字信號、控制信號、狀態(tài)
信號)全部隔離，使得被隔離的兩邊沒有任何電器上的聯(lián)系，否則這種隔離是沒有任何意義的。在本發(fā)明之前，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)模擬量輸出的驅(qū)動能力有限，帶負載的能力差，還缺少相應(yīng)的保護電路。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種高精度、高可靠性的應(yīng)用于工程機械的控制器的模擬量輸出電路。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)提供一種應(yīng)用于工程機械的控制器的模擬量輸出電路，通過由施密特比較器構(gòu)成的PWM (Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)整形電路和二階有源濾波器電路，實現(xiàn)較為理想化的輸入與輸出關(guān)系，進一步實現(xiàn)了零點線性輸出。具體技術(shù)方案如下
一種應(yīng)用于工程機械的控制器的模擬量輸出電路，包括整形電路、一階有源濾波器電路、二階有源濾波器電路和電壓轉(zhuǎn)換電路，所述整形電路上設(shè)有信號輸入端，所述整形電路依次與一階有源濾波器電路、二階有源濾波器電路連接，所述二階有源濾波器電路上設(shè)有輸出端，所述電壓轉(zhuǎn)換電路的電壓輸出端與所述一階有源濾波器電路、二階有源濾波器電路相連。優(yōu)選的，所述整形電路包括電阻(R4)、電阻(R5)和電阻(R7)構(gòu)成的滯回比較器。優(yōu)選的，所述一階有源濾波器電路包括第一放大器(U1-1)，所述第一放大器(Ul-I)的輸出端內(nèi)部接有下拉電阻(R2)。優(yōu)選的，所述二階有源濾波器電路包括第二放大器(U1-2)，
優(yōu)選的，還包括輸出保護電路，所述輸出保護電路與所述二階有源濾波器電路的輸出端相連。優(yōu)選的，所述輸出保護電路包括自恢復保險絲(Fl )。優(yōu)選的，所述電壓轉(zhuǎn)換電路包括電壓轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選的，所述電壓轉(zhuǎn)換電路的電壓輸出端的輸出電壓為5.(T7.0V。優(yōu)選的，所述電壓轉(zhuǎn)換電路的電壓輸出端的輸出電壓為6. 67V。優(yōu)選的，所述信號輸入端用于輸入脈沖寬度調(diào)制信號。
上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點或有益效果
通過控制脈寬調(diào)制信號占空比調(diào)節(jié)模擬量電壓輸出大??；
由施密特比較器構(gòu)成的PWM整形電路和二階有源濾波器電路，實現(xiàn)較為理想化的輸入與輸出關(guān)系，進一步實現(xiàn)了零點線性輸出；
帶有低阻保護的輸出電路可以有效的防止由于輸出短路，過載對電路造成的損害；整體電路裝置結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，總體精度可達到千分之二，具有應(yīng)用靈活，使用方便，成本低廉的特點。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)框 圖2是本發(fā)明的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I為整形電路、2為一階有源濾波器電路、3為二階有源濾波器電路、4為電壓轉(zhuǎn)換電路、41為電壓轉(zhuǎn)換器、5為輸出保護電路。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做具體闡釋。如圖I中所示的本發(fā)明的實施例的一種應(yīng)用于工程機械的控制器的模擬量輸出電路，包括整形電路I、一階有源濾波器電路2、二階有源濾波器電路3和電壓轉(zhuǎn)換電路4。整形電路I上設(shè)有信號輸入端，由單片機(MCU)產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號由信號輸入端輸入模擬量輸出電路中。整形電路I依次與一階有源濾波器電路2、二階有源濾波器電路3連接。二階有源濾波器電路3上設(shè)有輸出端，PWM信號經(jīng)由濾波器電路的放大器后完成模擬量輸出。電壓轉(zhuǎn)換電路4的電壓輸出端與一階有源濾波器電路2、二階有源濾波器電路3相連，提供電壓。本發(fā)明的實施例通過PWM整形電路和二階有源濾波器電路，實現(xiàn)了較為理想化的輸入與輸出關(guān)系，進一步實現(xiàn)了零點線性輸出。在本發(fā)明的實施例中，本電路MCU采用TI生產(chǎn)的高性能的32位中央處理器TMS320F2812,該微處理芯片具有12位A/D轉(zhuǎn)換精度，可以實現(xiàn)高精度的PWM輸出，經(jīng)濾波器電路后，輸出端通過運算放大器完成模擬量輸出，輸出范圍內(nèi)的精度可達到O. 2%。如圖2中所示，在本發(fā)明的實施例中，電壓轉(zhuǎn)換電路4包括電壓轉(zhuǎn)換器41，并將24V輸入經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換器41轉(zhuǎn)換成6. 67V的電壓給一階有源濾波器電路2的運算放大器提供電壓，第一放大器Ul-I為單電源運算放大器，放大器輸出端內(nèi)部帶下拉電阻R2，通過R4和R5確定比較器(比較器供電電源穩(wěn)定)狀態(tài)反轉(zhuǎn)參考電壓，和R7 —起構(gòu)成滯回比較器(施密特)，可以使得當一個靠近參考電壓的變化緩慢的信號出現(xiàn)時，不會出現(xiàn)輸出端在高低電平間跳躍。在沒有固定狀態(tài)輸出時，R2為第一放大器Ul-I同相輸入端提供固定狀態(tài)。由第一放大器U1-2構(gòu)成的二階有源濾波器電路3相對于一階有源濾波器電路的濾波效果更接近于實際情況。同時，有源濾波相對于無源濾波可以解決電路中的負載效應(yīng)，實現(xiàn)較為理想化的輸入與輸出關(guān)系，進一步實現(xiàn)了零點線性輸出。電壓轉(zhuǎn)換電路4的供電電壓為5. (Γ7. 0V，優(yōu)選為6. 67V，由于電路中運算放大器采用的單電源供電，集成運算放大器輸出最大電壓值為6. 67-1. 5V即5V左右，通過控制脈寬調(diào)制信號的占空比可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，所以本實施例模擬量電壓輸出范圍為0-5V。如圖I中所示，在本發(fā)明的實施例中，還包括輸出保護電路5。輸出保護電路5與二階有源濾波器電路3的輸出端相連。并如圖2中所示，由穩(wěn)壓二極管Zl和自恢復保險絲Fl構(gòu)成一個低阻保護電路，在輸出端有瞬間高壓或者大電流反串到電路中時，自恢復保險絲Fl會自動切斷，保護整個電路不受外部干擾?？梢杂行У姆乐褂捎谳敵龆搪罚^載對電路造成的損害。并具有自恢復功能。如圖I中所示，在本發(fā)明的實施例中，
比較電壓V1=6. 7*R4/(R4+R5+R6) =6. 7V*10K/(10K+30K+22 Ω ) =1. 67V。PWM低電平變?yōu)楦唠娖綍r，
上門限電壓VT+=V1*(R3+R7)/R7=1. 67V(499K+10K)/*499K =1. 70V ；
V2 (ON) =V0H=6. 7-1. 5V=6. 7V-1. 5V=5. 2V。PWM由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，下門限電壓
VT-=Vl* (R3+R7)/R7-(6. 7-1. 5)*R3/R7=1. 67V* (499K+10K) /499K- (6. 7V-1. 5V)*10K/499K =1. 60V ；
V2 (OFF)=VOL=OV0輸出電壓設(shè)D為PWM信號占空比，
當 D=O 時V3=V2 (ON)*D+V2(OFF)* (I-D)=5. 2V*0=0V ;Vout=V3=0V。當D=I 時V3=V2(ON)*D+V2(OFF)* (I-D)=5. 2V*1=5.2V ；
此時Vout經(jīng)過二階濾波電路，而二階濾波經(jīng)典誤差值在O. 2%以下，所以Vout的誤差理論值也會在O. 2%以內(nèi)。而實測Vout =5. 19V。誤差 d= (V3-Vout)/V3= (5. 2-5. 19)/5. 2=0. 19%
本發(fā)明的實施例的結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，總體精度可達到千分之二；電路中沒有采用D/A轉(zhuǎn)換芯片，使得裝置成本大大降低。由于本發(fā)明的都是工業(yè)級元器件，可適應(yīng)的穩(wěn)定范圍為-30 70°C，現(xiàn)場實際應(yīng)用表明，本發(fā)明實施例的模擬量輸出電路具有抗干擾能力強、可靠性高、應(yīng)用靈活、操作方便等特點，能夠適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，適用于工程機械設(shè)備的控制電路中。 以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于工程機械的控制器的模擬量輸出電路，其特征在于，包括整形電路(I)、一階有源濾波器電路(2)、二階有源濾波器電路(3)和電壓轉(zhuǎn)換電路(4)，所述整形電路(I)上設(shè)有信號輸入端，所述整形電路(I)依次與一階有源濾波器電路(2)、二階有源濾波器電路(3)連接，所述二階有源濾波器電路(3)上設(shè)有輸出端，所述電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的電壓輸出端與所述一階有源濾波器電路(2)、二階有源濾波器電路(3)相連。
2.如權(quán)利要求I所述的模擬量輸出電路，其特征在于，所述整形電路(I)包括電阻(R4)、電阻(R5)和電阻(R7)構(gòu)成的滯回比較器。
3.如權(quán)利要求I所述的模擬量輸出電路，其特征在于，所述一階有源濾波器電路(2)包括第一放大器(U1-1),所述第一放大器(Ul-I)的輸出端接有下拉電阻(R2)。
4.如權(quán)利要求I所述的模擬量輸出電路，其特征在于，所述二階有源濾波器電路(3)包括第二放大器(U1-2)。
5.如權(quán)利要求I所述的模擬量輸出電路，其特征在于，還包括輸出保護電路(5)，所述輸出保護電路(5)與所述二階有源濾波器電路(3)的輸出端相連。
6.如權(quán)利要求5所述的模擬量輸出電路，其特征在于，所述輸出保護電路(5)包括自恢復保險絲(Fl)。
7.如權(quán)利要求I所述的模擬量輸出電路，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路(4)包括電壓轉(zhuǎn)換器(41)。
8.如權(quán)利要求7所述的模擬量輸出電路，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的電壓輸出端的輸出電壓為5. (Γ7. 0V。
9.如權(quán)利要求8所述的模擬量輸出電路，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的電壓輸出端的輸出電壓為6. 67V。
10.如權(quán)利要求I所述的模擬量輸出電路，其特征在于，所述信號輸入端用于輸入脈沖寬度調(diào)制 目號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于工程機械的控制器的模擬量輸出電路，屬于工程機械技術(shù)領(lǐng)域，包括整形電路1、一階有源濾波器電路2、二階有源濾波器電路3和電壓轉(zhuǎn)換電路4。整形電路1上設(shè)有信號輸入端，整形電路1依次與一階有源濾波器電路2、二階有源濾波器電路3連接。二階有源濾波器電路3上設(shè)有輸出端，電壓轉(zhuǎn)換電路4的電壓輸出端與一階有源濾波器電路2、二階有源濾波器電路3相連。本發(fā)明通過由施密特比較器構(gòu)成的PWM整形電路和二階有源濾波器電路，實現(xiàn)了較為理想化的輸入與輸出關(guān)系，進一步實現(xiàn)了零點線性輸出。
文檔編號H03M1/66GK102938648SQ201210426830
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者袁愛進, 楊亮亮, 楊國勛 申請人:上海華興數(shù)字科技有限公司