一种多路带断线检测功能的电压转电流模拟输出电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种多路带断线检测功能的电压转电流模拟输出电路，属于仪器仪表技术领域。


背景技术：

2.在工业应用中，变送器测量各种非电物理量，如温度、压力、流量、湿度等时，都需要将所测量的非电物理量远距离传输到中控室，这就需要将其转换成符合工业传输标准的电信号，如0
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5v、0
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20ma或4
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20ma。电流信号在传输线路上抗干扰能力强，也不会在传输线路上产生电压降。鉴于此，4
‑
20ma的电流信号成为了工业现场主流的信号传输方式。
3.将电流输出作为控制信号，除了精确性和稳定性要求外，在安全性上也有较高的要求。当电流信号中断时，所控制的单元可能会有很大的变化，对生产生活造成一定的影响。然而及时检测电流信号的消失，并通过一定手段阻止信号的误动作常常被忽略。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种多路带断线检测功能的电压转电流模拟输出电路，以采用单da（数模，digital
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to
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analog）转换芯片实现多路电流信号的输出，同时保证电流信号输出的可控性，并能够实现断线检测功能。
5.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种多路带断线检测功能的电压转电流模拟输出电路，包括：da转换芯片、多个电压转电流信号电路、多个控制开关和多个断线检测电路，da转换芯片设有多个独立的输出端，每个电压转电流信号电路的输入端与da转换芯片的一个输出端连接，每个电压转电流信号电路的输出端经过一个控制开关与一个断线检测电路连接，同时一个所述控制开关经过一负载接地，所述断线检测电路包括比较器和两个分压电阻，两个分压电阻串联后接入电源，所述比较器的负输入端经过一个所述控制开关与电压转电流信号电路的输出端连接，所述比较器的正输入端连接在两个分压电阻之间，所述比较器的输出端用于输出断线检测信号。
7.进一步地，电压转电流信号电路包括第一级运放和第二级运放，第一级运放的正输入端与da转换芯片的一个输出端连接，第一级运放的输出端经过第三电阻与n沟道型mosfet管的栅极相连，第一级运放的负输入端与n沟道型mosefet管的漏极连接后经过第四电阻接地，第一级运放的输出端和负输入端之间连接有第一电容，n沟道型mosefet管的源极经过第二电阻上拉至电源，同时n沟道型mosefet管的源极连接到第二级运放的正输入端，第二级运放的输出端经过第五电阻与p沟道型mosfet管的栅极相连，第二级运放的负输入端经过第一电阻上拉至电源，第二级运放的输出端和负输入端之间连接有第二电容，p沟道型mosfet管的源极连接到第二级运放的负输入端，p沟道型mosfet管的漏极经过一个所述控制开关与所述一个断线检测电路连接。
8.进一步地，所述第二电阻与第四电阻的阻值相等。
9.进一步地，两个分压电阻中靠近电源一侧的电阻阻值至少是靠近接地一侧的电阻阻值的100倍。
10.进一步地，所述da转换芯片的引脚vdd与 5v电压相连接、引脚gnd与接地端相连接。
11.进一步地，所述da转换芯片的引脚din、引脚clk、引脚sync用于分别与单片机的引脚d_out、引脚clk、引脚sync一一对应连接。
12.进一步地，所述控制开关具有两个触点，其中一个触点连接 5v控制电压，另一个触点连接一控制端，所述控制端通过高低电平的变化控制所述控制开关的通断。
13.相比于现有技术，本实用新型具有以下有益技术效果：
14.本实用新型提供的一种多路带断线检测功能的电压转电流模拟输出电路，可实现多路电流输出公用一个da转换芯片，降低了硬件成本，同时采用控制开关保证了电流信号输出的可控性，采用断线检测电路实现了断线检测功能，可以及时反映模件的故障，提高了使用安全性。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例的一种多路带断线检测功能的电压转电流模拟输出电路的结构示意图；
16.其中：1 da转换芯片；2第一电压转电流信号电路；3控制开关；4断线检测电路。
具体实施方式
17.下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
19.本实用新型采用单da转换芯片实现多个电流信号的输出，现以4通道电流信号为例，如图1所示，一种多路带断线检测功能的电压转电流模拟输出电路，包括：da转换芯片1、4个电压转电流信号电路2、4个控制开关3和4个断线检测电路4。
20.da转换芯片1具有4个独立的输出端vouta、voutb、voutc、voutd。
21.对于第一通道channel 1，第一电压转电流信号电路2的输入端与da转换芯片1的输出端vouta连接，第一电压转电流信号电路2的输出端连接第一控制开关3，当第一控制开关闭合时，回路导通，电流信号可以输出，当第一控制开关断开时，电流输出中断。第一控制开关3后接入第一断线检测电路4，当回路中无电流时，第一断线检测电路通过过零比较可以输出断线信号。第一控制开关3还与负载rl1连接后接地，电流信号经过第一控制开关3、负载rl1流入大地。
22.其中，第一电压转电流信号电路2包括一个二级运算放大器，即第一级运放u1a和第二级运放u1b，第一级运放u1a的正输入端与da转换芯片1的输出端vouta连接，第一级运放u1a的输出端经过第三电阻r3与n沟道型mosfet（n
‑
mosefet）管的栅极相连，第一级运放u1a的负输入端与n
‑
mosefet管的漏极连接后经过第四电阻r4接地，第一级运放u1a的输出端和负输入端之间连接有第一电容c1，n
‑
mosefet管的源极经过第二电阻r2上拉至24v，同时n
‑
mosefet管的源极连接到第二级运放u1b的正输入端，第二级运放u1b的输出端经过第
五电阻r5与p沟道型mosfet（p
‑
mosfet）管的栅极相连，第二级运放u1b的负输入端经过第一电阻r1上拉至24v，第二级运放u1b的输出端和负输入端之间连接有第二电容c2，p
‑
mosfet管的源极连接到第二级运放u1b的负输入端，p
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mosfet管的漏极连接第一控制开关3，电流从p
‑
mosfet管的漏极流出，通过负载rl1流入大地。
23.根据一实施方式，第一电压转电流信号电路2中，第二电阻r2与第四电阻r4的阻值相等。当da转换芯片1开始工作时，根据运放的特性，r4两端的电压等于vouta端口电压，当第二电阻r2与第四电阻r4阻值相等时，第一电阻r1两端的电压与第二电阻r2两端的电压相等，所以第一电压转电流信号电路2输出的电流值只与da转换芯片1 vouta输出电压和第一电阻r1有关。因为r1的阻值是确定的，在vouta输出电压不变时，输出的电流就不随负载的变化而变化。
24.第一断线检测电路4包括比较器、分压电阻r6、分压电阻r7，两个分压电阻r6、r7串联后接入24v电源，比较器的负输入端经过第一控制开关3与p
‑
mosfet管的漏极连接，比较器的正输入端连接在两个分压电阻r6、r7之间，比较器的输出端用于输出断线检测信号。
25.根据一实施方式，第一断线检测电路4中，分压电阻r7的电阻阻值至少是分压电阻r6的电阻阻值的100倍。因为r7>>r6，所以r6分压很小，当回路中出现断路或者因为通讯及其他原因造成电流无法输出时，接在电流输出回路上的电压为0，小于r6的分压，比较器输出变化信号，从而实现断线检测的功能。
26.第一控制开关3还具有两个触点，其中一个触点连接 5v控制电压，另一个触点连接一控制端，控制端通过高低电平的变化控制第一控制开关3的通断。在正常情况下，控制端处于低电平，与 5v端形成电势差，控制第一控制开关3闭合，回路中形成电流。当回路中出现故障状态时，电流信号中断，在故障恢复前，为防止电流信号异常输出，控制端处于高电平，触点两端电压相等，使第一控制开关3断开，待回路中故障消除后，第一控制开关3闭合，重新实现电流信号的输出功能。
27.当第一控制开关3闭合时，回路导通，电流信号可以输出，当第一控制开关3断开时，电流输出中断。第一控制开关3后接入第一断线检测电路4，当回路中无电流时，第一断线检测电路4通过过零比较可以输出断线信号，电流信号则经过负载rl1后接地。
28.在一具体实施方式中，da转换芯片1的输出电压为0
‑
5v，第四电阻r4两端的分压也为5v，当第二电阻r2的阻值与第四电r4相等时，第一电阻r1上的分压也为5v，选r1的阻值为250欧姆，可使输出电流的范围在4
‑
20ma之间，在正常工作模式下，第一控制开关3处于闭合状态，可以实现电流信号的输出。
29.对于第二通道channel 2，如图1所示，第二电压转电流信号电路2的输入端与da转换芯片1的输出端voutb连接，第二电压转电流信号电路2的输出端经过第二控制开关3与第二断线检测电路4连接，同时第二控制开关3经过负载rl2接地。
30.具体的，第二电压转电流信号电路2包括第一级运放u2a和第二级运放u2b，第一级运放u2a的正输入端与da转换芯片1的输出端voutb连接，第一级运放u2a的输出端经过第三电阻r13与n
‑
mosefet管的栅极相连，第一级运放u2a的负输入端与n
‑
mosefet管的漏极连接后经过第四电阻r14接地，第一级运放u2a的输出端和负输入端之间连接有第一电容c11，n
‑
mosefet管的源极经过第二电阻r12上拉至24v，同时n
‑
mosefet管的源极连接到第二级运放u2b的正输入端，第二级运放u2b的输出端经过第五电阻r15与p
‑
mosfet管的栅极相连，第二
级运放u2b的负输入端经过第一电阻r11上拉至24v，第二级运放u2b的输出端和负输入端之间连接有第二电容c12，p
‑
mosfet管的源极连接到第二级运放u2b的负输入端，p
‑
mosfet管的漏极连接第二控制开关3，第二控制开关3与第二断线检测电路4连接，第二控制开关3还与负载rl2连接后接地。
31.第二断线检测电路4包括比较器、分压电阻r16、分压电阻r17，两个分压电阻r16、r17串联后接入24v电源，比较器的负输入端经过第二控制开关3与p
‑
mosfet管的漏极连接，比较器的正输入端连接在两个分压电阻r16、r17之间，比较器的输出端用于输出检测信号。
32.对于第三通道channel 3，如图1所示，第三电压转电流信号电路2的输入端与da转换芯片1的输出端voutc连接，第三电压转电流信号电路2的输出端经过第三控制开关3与第三断线检测电路4连接，同时第三控制开关3经过一负载rl3接地。
33.第三电压转电流信号电路2包括第一级运放u3a和第二级运放u3b，第一级运放u3a的正输入端与da转换芯片1的输出端voutc连接，第一级运放u3a的输出端经过第三电阻r23与n
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mosefet管的栅极相连，第一级运放u3a的负输入端与n
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mosefet管的漏极连接后经过第四电阻r24接地，第一级运放u3a的输出端和负输入端之间连接有第一电容c21，n
‑
mosefet管的源极经过第二电阻r22上拉至24v，同时n
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mosefet管的源极连接到第二级运放u3b的正输入端，第二级运放u3b的输出端经过第五电阻r25与p
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mosfet管的栅极相连，第二级运放u3b的负输入端经过第一电阻r21上拉至24v，第二级运放u3b的输出端和负输入端之间连接有第二电容c22，p
‑
mosfet管的源极连接到第二级运放u3b的负输入端，p
‑
mosfet管的漏极连接第三控制开关3，第三控制开关3与第三断线检测电路4连接，第三控制开关3还与负载rl3连接后接地。
34.第三断线检测电路4包括比较器、分压电阻r26、分压电阻r27，两个分压电阻r26、r27串联后接入24v电源，比较器的负输入端经过第二控制开关3与p
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mosfet管的漏极连接，比较器的正输入端连接在两个分压电阻r26、r27之间，比较器的输出端用于输出检测信号。
35.对于第四通道channel 4，如图1所示，第四电压转电流信号电路2的输入端与da转换芯片1的输出端voutd连接，第四电压转电流信号电路2的输出端经过第四控制开关3与第四断线检测电路4连接，同时第四控制开关3经过一负载rl4接地。
36.第四电压转电流信号电路2包括第一级运放u4a和第二级运放u4b，第一级运放u4a的正输入端与da转换芯片1的输出端voutd连接，第一级运放u4a的输出端经过第三电阻r33与n
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mosefet管的栅极相连，第一级运放u4a的负输入端与n
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mosefet管的漏极连接后经过第四电阻r34接地，第一级运放u4a的输出端和负输入端之间连接有第一电容c31，n
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mosefet管的源极经过第二电阻r32上拉至24v，同时n
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mosefet管的源极连接到第二级运放u4b的正输入端，第二级运放u4b的输出端经过第五电阻r35与p
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mosfet管的栅极相连，第二级运放u4b的负输入端经过第一电阻r31上拉至24v，第二级运放u4b的输出端和负输入端之间连接有第二电容c32，p
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mosfet管的源极连接到第二级运放u4b的负输入端，p
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mosfet管的漏极连接第二控制开关3，第二控制开关3与第二断线检测电路4连接，第二控制开关3还与负载rl4连接后接地。
37.第四断线检测电路4包括比较器、分压电阻r36、分压电阻r37，两个分压电阻r36、r37串联后接入24v电源，比较器的负输入端经过第二控制开关3与p
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mosfet管的漏极连接，比较器的正输入端连接在两个分压电阻r36、r37之间，比较器的输出端用于输出检测信号。
38.第二、第三、第四电压转电流信号电路2的工作原理与第一电压转电流信号电路2相同，第二、第三、第四断线检测电路4的工作原理与第一断线检测电路4相同。
39.da转换芯片1的每个电压输出端口都是独立的，所以其他三路可同样实现电流信号的输出的功能。
40.如图1所示，第一至第四控制开关3分别由控制信号ctrl1、ctrl2 、ctrl3、 ctrl4进行控制。在正常情况下，第一控制开关闭合，回路中形成电流。当回路中出现故障状态时，电流信号中断，在故障恢复前，为防止电流信号异常输出，控制信号ctrl1控制第一控制开关断开，待回路中故障消除后，第一控制开关闭合，重新实现电流信号的输出功能。ctrl2 、ctrl3、 ctrl4的控制原理与ctrl1相同
41.第一至第四控制开关3采用高低电平的方式控制通断，低电平导通，高电平断开。
42.此外，da转换芯片1还包括引脚vdd、引脚gnd、引脚din、引脚clk和引脚sync。其中，引脚vdd与 5v电源相连接、引脚gnd与接地端相连接；引脚din、引脚clk、引脚sync用于分别与单片机的引脚d_out、引脚clk、引脚sync一一对应连接。
43.通过以上实施例可以看出，本实用新型的一种多路带断线检测功能的电压转电流模拟输出电路，可实现多路电流输出公用一个da转换芯片，降低了硬件成本，同时采用控制开关保证了电流信号输出的可控性，采用断线检测电路实现了断线检测功能，可以及时反映模件的故障，提高了使用安全性。
44.以上已以较佳实施例公布了本实用新型，然其并非用以限制本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。