嵌入式程控電流電壓源設備開發

黑龍江 洪學銀 姬紅旭

引言

目前自動化系統的調試還基于實際設備的實際連接，做不到仿真，特別是傳感器變送器比較多而且分散的情況就更加困難，往往需要很多人配合才能完成，因此，基于現狀，特別需要能全量程模擬傳感器特性的仿真替代品。國外用于自動化系統的調試是用大型的仿真設備，比較昂貴，所以研究設計一款便攜式程控電流電壓源很有必要。

1 產品優勢

1.1 同傳統的電流源相比，雖然都能輸出所需要的電流值，但傳統電流源的電流值對應傳感器過程值（對應物理量的量值）是通過人工計算得到的，而我們的智能型電流電壓源可以直接得到對應值，無需計算，而且完全能滿足精度要求，特別是需要不斷變化數值的場合下顯示出極大的優越感。

1.2 同傳統的電壓源相比，雖然都能輸出電壓值，但傳統的電壓源對電壓的輸出調整很不方便，對應的傳感器的過程值也需要計算才能得到。而且體積大，不便于攜帶。而我們的智能型電流電壓源不但可以全量程的的電壓輸出，而且全數字調節，一步到位，非常方便。

1.3 該程控電流電壓源是集電流源、電壓源、傳感器（變送器）于一身的多功能的專業設備。

2 便攜式程控電流電壓源應用場合

該產品廣泛適用于自動化生產領域及自動控制、自動監測領域。完全模擬具有標準信號輸出（4MA～20MA）的各種變送器的特性。主要應用對象是自動化設備的維修人員、自動化設備的設計人員、自動化設備的調試人員以及自動控制系統及自動測量系統的系統調試仿真。服務范圍非常廣，有石油、化工、天然氣生產的自動化，電力系統的自動監測，煤礦、冶金的自動化生產和管理，環保領域的自動監測，市政供水、供熱系統等自動監測。

3 硬件電路及軟件設計

3.1 各功能模塊

3.1.1 微控制器模塊：采用STC5410AD單片機為核心，接受鍵盤按鍵信息，根據其數值的設定,控制模轉換模塊產生相應的電流或電壓輸出，并在液晶顯示屏上顯示出來。

3.1.2 直流穩壓電源模塊：將交流220V電壓變換成直流12V電壓，并向系統各部分供電。

3.1.3 后備電源（電池）：在沒有交流電的情況下，可以用電池供電使用，便于攜帶。

3.1.4 液晶顯示模塊：采用128×64點陣液晶塊，顯示屏幕大，字體清晰。

3.1.5 數模轉換模塊：采用12位的串行數模轉換器，轉換精度高，接口簡單。

3.1.6 模數轉換模塊：及時測量負載電流電壓的大小，并能完成過載保護。

3.1.7 鍵盤模塊：標準的4×4鍵盤，能直接輸入0～9數字，以及各種功能鍵，使用特別方便。

3.1.8 電流輸出、電壓輸出：能按屏幕上顯示的數據直接輸出電流和電壓，供給外部設備使用。

3.2 軟件采用C語言編程，用C語言來編寫目標系統軟件,會大大縮短開發周期,且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規模更大、性能更完備的系統。

4 主要性能指標

4.1 標準電流源：產生0MA～200mA任意恒流值，誤差不超過±1mA，要求負載電阻不大于500歐姆。

4.2 標準電壓源：產生0V～8V任意電壓值，誤差不超過±1mV，要求負載電流不大于500mA。

4.3 模擬變送器：可以模擬壓力、差壓、流量、液位、溫度、電壓、電流等常用物理量的變送，以標準的電流（4mA～20mA）或電壓（1V～5V）輸出。

4.4 使用交流電源：交流180V～220V輸入，內有穩壓電源，給系統供電及給電池浮充電。

4.5 直流備用電源：本儀器內部嵌入6節5#充電電池，在充滿電的情況下，可連續正常供電3小時左右。特別注意，切記不要把堿性等一次性非充電電池放入機器內使用，以免發生意外。

5 結論

本次設計的便攜式程控電流電壓源適用于電子、電氣、自動化、科研及教學等諸多領域。它采用單片機控制芯片為核心，高精度數模轉換器及液晶顯示器，4×4薄膜鍵盤，便攜式塑料機殼，備有充電電池，便于攜帶，使用非常方便，是從事與電類有關行業必備的、理想的輔助設備。