电流频率转换装置的制作方法

1.本发明涉及嵌入式技术领域，具体地，涉及一种电流频率转换装置，尤其一种涉及一种与mcu程序相结合的电流信号处理的硬件电路以及可用于把电流实时转换成频率输出可控的设备。


背景技术：

2.电流信号输出是传感器常用的信号输出方式，对电流信号处理的方法有电流电压转换和电流频率转换。输出电流信号引入采样电阻后转换为电压信号，电阻直接采样抗干扰能力差，抑制干扰的做法是采用电流差分采样电路，消除共模干扰。而电流差分采样后存在零点漂移现象，引入电位补偿电路可以很好的调节零点位置。同相比例放大电路可以将前级信号放大到我们所需要的采样范围中。mcu中采用的积分算法可很好的消去电压抖动带来的误差，提供很好的滤波效果。目前，很多电流频率转换器采用vco压控振荡电路输入电压控制，vco压控振荡电路电压频率转换线性度较差，频率转换精度不高，响应速度慢，而所述电流信号处理的硬件电路与mcu程序相结合使用可以很好的解决这个问题。
3.专利文献cn110125527a公开了一种点焊机电流信号处理技术领域，尤其涉及次高频阻焊电流信号处理系统，其包括罗氏线圈及电流检测系统，电流检测系统包括工作电源及电压转换模块、系统工作状态指示灯、电流采集处理滤波模块、单片机及lcd显示模块，罗氏线圈与电流采集处理滤波模块的输入端连接，电流采集处理滤波模块的输出端与单片机的电流采集处理滤波模块接口连接，单片机的电源接口与工作电源及电压转换模块连接，单片机的指示灯接口与系统工作状态指示灯连接，单片机的显示接口与lcd显示模块连接，电流采集处理滤波模块包括滤波、放大及积分电路。该专利在结构和性能上仍然有待提高的空间。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电流频率转换装置。
5.根据本发明提供的一种电流频率转换装置，包括：通讯单元、光电隔离电路、驱动电路、mcu控制单元、稳压电路以及运算放大电路单元；稳压电路、运算放大电路单元与mcu控制单元相连；所述通讯单元、光电隔离电路与mcu控制单元相连；所述通讯单元与mcu控制单元、运算放大电路单元交叉相连；所述驱动电路与光电隔离电路相连；所述电流输入信号输入至运算放大电路单元；所述驱动电路能够输出频率输出信号。
6.优选地，还包括：电源单元；所述电源单元包括：第一电源单元；所述第一电源单元与光电隔离单元、驱动单元相连；所述通讯单元与mcu控制单元、运算放大电路单元交叉相连；所述第二电源单元、第四电源单元、第五电源单元、运算放大电路单元交叉相连。
7.优选地，还包括：模数电路隔离单元、模拟电路以及数字电路；
8.所述模数电路隔离单元连接模拟电路与数字电路。
9.优选地，所述第一电源单元包括：第一直流部件、第一滤波电容、第一电源指示器；
10.所述第一直流部件的功率为2w；
11.所述第一直流部件能够将24v电压转化为5v电压。
12.优选地，所述第二电源单元包括：第二直流部件、第二滤波电容、第二电源指示器；
13.所述第二直流部件能够将24v电压转化为12v电压。
14.优选地，所述第三电源单元包括：第三直流部件、第三滤波电容、第三电源指示器；
15.所述第三直流部件的功率为6w；
16.所述第三直流部件能够将24v电压转化为5v电压。
17.优选地，所述第四电源单元包括：第四直流部件、第四滤波电容、第四电源指示器；
18.所述第四直流部件能够将12v电压转化为5v电压。
19.优选地，所述第五电源单元包括：第五直流部件、第五滤波电容、第五电源指示器；
20.所述第五直流部件能够将5v电压转化为-5v电压。
21.优选地，所述通讯单元包括3232协议芯片、滤波电容、d-sub模块；
22.所述光电隔离电路包括：高速光耦、限流保护装置、上拉电阻以及滤波电容；
23.驱动单元包括：驱动芯片、滤波电容以及输出指示器；
24.优选地，所述mcu控制单元包括单片机、复位芯片、复位开关、输入输出硬件接口；稳压电路包括：稳压芯片、限流保护装置、分压电阻、滤波电容；模数电路隔离单元包括：电感。
25.优选地，所述运算放大电路单元：电流差分采样芯片、电位补偿芯片、运算放大芯片、采样电阻、输入电阻、电位补偿电位器以及比例放大电位器；
26.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
27.1、本发明结构合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷；
28.2、本发明能够满足更多的工业需求，减少开发成本；
29.3、本发明能够将硬件电路与程序相结合使用，可取消一些不必要的电路部分，比如控制电压产生电路、vco振荡电路等，而代替的是输出可调节的程序部分，有着实时响应、适用较高频场合等特点。
附图说明
30.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
31.图1为本发明实施例中的整体结构示意图。
32.图2为本发明实施例中的电压和周期关系示意图。
具体实施方式
33.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
34.如图1-2所示，根据本发明提供的一种电流频率转换装置，包括：通讯单元、光电隔离电路、驱动电路、mcu控制单元、稳压电路以及运算放大电路单元；稳压电路、运算放大电
路单元与mcu控制单元相连；所述通讯单元、光电隔离电路与mcu控制单元相连；所述通讯单元与mcu控制单元、运算放大电路单元交叉相连；所述驱动电路与光电隔离电路相连；所述电流输入信号输入至运算放大电路单元；所述驱动电路能够输出频率输出信号。
35.工业产品电流频率转换装置是现代工业生产线上的重要辅助设备之一。普遍需要测量各类非电物理量，通常由传感器来测量，在有些钢铁工业生产线上使用的编码器中，电流信号作为现场采集信号的对应输出，当用于钢铁产品统计长度时，需要对电流信号作转换为频率。市场上更多的是纯硬件电路所转换的产品，输入输出不可控，而当众多工业现场需求不完全统一，输出可控时，可满足更多的工业需求，减少开发成本。硬件电路与程序相结合使用，可取消一些不必要的电路部分，比如控制电压产生电路、vco振荡电路等，而代替的是输出可调节的程序部分，有着实时响应、适用较高频场合等特点。
36.优选地，还包括：电源单元；所述电源单元包括：第一电源单元；所述第一电源单元与光电隔离单元、驱动单元相连；所述通讯单元与mcu控制单元、运算放大电路单元交叉相连；所述第二电源单元、第四电源单元、第五电源单元、运算放大电路单元交叉相连。
37.优选地，还包括：模数电路隔离单元、模拟电路以及数字电路；
38.所述模数电路隔离单元连接模拟电路与数字电路。
39.优选地，所述第一电源单元包括：第一直流部件、第一滤波电容、第一电源指示器；
40.所述第一直流部件的功率为2w；
41.所述第一直流部件能够将24v电压转化为5v电压。
42.优选地，所述第二电源单元包括：第二直流部件、第二滤波电容、第二电源指示器；
43.所述第二直流部件能够将24v电压转化为12v电压。
44.优选地，所述第三电源单元包括：第三直流部件、第三滤波电容、第三电源指示器；
45.所述第三直流部件的功率为6w；
46.所述第三直流部件能够将24v电压转化为5v电压。
47.优选地，所述第四电源单元包括：第四直流部件、第四滤波电容、第四电源指示器；
48.所述第四直流部件能够将12v电压转化为5v电压。
49.优选地，所述第五电源单元包括：第五直流部件、第五滤波电容、第五电源指示器；
50.所述第五直流部件能够将5v电压转化为-5v电压。
51.优选地，所述通讯单元包括3232协议芯片、滤波电容、d-sub模块；
52.所述光电隔离电路包括：高速光耦、限流保护装置、上拉电阻以及滤波电容；
53.驱动单元包括：驱动芯片、滤波电容以及输出指示器；
54.优选地，所述mcu控制单元包括单片机、复位芯片、复位开关、输入输出硬件接口；稳压电路包括：稳压芯片、限流保护装置、分压电阻、滤波电容；模数电路隔离单元包括：电感。
55.优选地，所述运算放大电路单元：电流差分采样芯片、电位补偿芯片、运算放大芯片、采样电阻、输入电阻、电位补偿电位器以及比例放大电位器；
56.具体地，在一个实施例中，一种实时响应电流频率转换装置硬件电路部分，主要包括5个电源单元、通讯单元、光电隔离电路、驱动模块电路、mcu控制单元、稳压电路、模数电路隔离单元、运算放大电路单元。
57.其中第一电源单元包括功率为2w的24v直流转5v直流模块、滤波电容、电源指示
器；第二电源单元包括24v直流转12v直流模块、滤波电容、电源指示器；第三电源单元包括功率为6w的24v直流转5v直流模块、滤波电容、电源指示器；第四电源单元包括12v直流转5v直流模块、滤波电容、电源指示器；
58.第五电源单元包括5v直流转-5v直流模块、滤波电容、电源指示器；通讯单元包括3232协议芯片、滤波电容、d-sub模块；光电隔离电路包括高速光耦、限流保护装置、上拉电阻、滤波电容；驱动模块单元包括驱动芯片、滤波电容、输出指示器；mcu控制单元包括单片机、复位芯片、复位开关、输入输出硬件接口；
59.稳压电路包括稳压芯片、限流保护装置、分压电阻、滤波电容；
60.模数电路隔离单元包括电感；运算放大电路单元电流差分采样芯片、电位补偿芯片、运算放大芯片、采样电阻、输入电阻、电位补偿电位器、比例放大电位器；所述第一电源单元与光电隔离单元、驱动模块单元相连；通讯单元与mcu控制单元、运算放大电路单元交叉相连；第二电源单元、第四电源单元、第五电源单元、运算放大电路单元交叉相连；模数电路隔离单元连接模拟电路与数字电路；
61.本发明实时响应电流频率转换装置程序算法部分核心是积分算法。在输出不同频率波形过程中，以电压为y轴与以周期为x轴的乘积是不变的，也就是总面积s不变。
[0062][0063]
所述v
max
为电压最大阈值，所述v
min
为电压最小阈值，t1为对应于v
max
的周期。
[0064]
根据被积分区域面积不变原则，参考图2所示，可得下列等式：
[0065][0066]
所述v
x
为电压最大阈值、电压最小阈值之间的数值，t
x
为v
x
对应的v
x
。
[0067]
在任意一个电压v
x
输入时都有t
x
与之对应，因此在程序中设定采样周期δt，积分次数n为n＝t
x
/δt；
[0068]
本方式是单片机作为信号处理的控制模块，光电隔离电路与驱动模块电路作为输出与应用接口的驱动电路，运算放大电路系统作为采集信号的核心转换电路。通讯系统通过232协议芯片与上位机通讯，对参数进行设置，电流信号经过运算放大电路系统转换成可被单片机处理的电压信号输入单片机，片上adc采集电压信号，单片机对信号处理后，经由光电隔离电路与驱动模块电路组成的驱动电路输出。
[0069]
本发明结构合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷；本发明能够满足更多的工业需求，减少开发成本；本发明能够将硬件电路与程序相结合使用，可取消一些不必要的电路部分，比如控制电压产生电路、vco振荡电路等，而代替的是输出可调节的程序部分，有着实时响应、适用较高频场合等特点。
[0070]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0071]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影
响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。