單片機(jī)測(cè)交流電流

　　電流傳感器的4-20ma輸出如何轉(zhuǎn)換?
　　兩線制電流傳感器的輸出為4～20 ma，通過(guò)250ω的精密電阻轉(zhuǎn)換成1～5v或2-10v的模擬電壓信號(hào).轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)有多種方法，如果系統(tǒng)是在環(huán)境較為惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期使用，因此需考慮硬件系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。系統(tǒng)的輸入模塊采用壓頻轉(zhuǎn)換器件lm231將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，用光電耦合器件tl117進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的隔離。
　　同時(shí)模擬信號(hào)處理電路與數(shù)字信號(hào)處理電路分別使用兩組獨(dú)立的電源，模擬地與數(shù)字地相互分開(kāi)，這樣可提高系統(tǒng)工作的安全性。利用壓頻轉(zhuǎn)換器件lm231也有一定的抗高頻干擾的作用。
　　電流輸出型與電壓輸出型有哪些優(yōu)劣比較?
　　在單片機(jī)控制的許多應(yīng)用場(chǎng)合,都要使用變送器來(lái)將單片機(jī)不能直接測(cè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的電模擬信號(hào)，如電流變送器,壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。
　　早期的變送器大多為電壓輸出型，即將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-5v電壓輸出，這是運(yùn)放直接輸出,信號(hào)功率0.05w,通過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)讀取、控制。但在信號(hào)需要遠(yuǎn)距離傳輸或使用環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場(chǎng)合，電壓輸出型傳感器的使用受到了極大限制，暴露了抗干擾能力較差,線路損耗破壞了精度等等等缺點(diǎn)，而兩線制電流輸出型變送器以其具有極高的抗干擾能力得到了廣泛應(yīng)用。
　　電壓輸出型變送器抗干擾能力極差，線路損耗的破壞,談不上精度有多高,有時(shí)輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使單片機(jī)產(chǎn)生誤判斷，控制出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞設(shè)備，輸出0-5v絕對(duì)不能遠(yuǎn)傳，遠(yuǎn)傳后線路壓降大，精確度大打折扣。現(xiàn)在很多的adc,plc,dcs的輸入信號(hào)端口都作成兩線制電流輸出型變送器4-20ma的,證明了電壓輸出型變送器被淘汰的必然趨勢(shì)。
　　4～20ma電流輸出型到接口一般有哪些處理方法?
　　電流輸出型變送器的輸出范圍常用的有0～20ma及4～20ma兩種，電流變送器輸出最小電流及最大電流時(shí)，分別代表電流變
　 送器所標(biāo)定的最小及最大額定輸出值。
　　下面以測(cè)量范圍為以0～100a的電流變送器為例進(jìn)行敘述。對(duì)于輸出0～20ma的變送器0ma電流對(duì)應(yīng)輸入0a值，輸出4～20ma的變送器4ma電流對(duì)應(yīng)輸入0a值，兩類(lèi)傳感器的20ma電流都對(duì)應(yīng)100a值。
　　對(duì)于輸出0～20ma的變送器，在電路設(shè)計(jì)上我們只需選擇合適的降壓電阻，在a/d轉(zhuǎn)換器輸入接口直接將電阻上的0-5v或0-10v電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)即可，電路調(diào)試及數(shù)據(jù)處理都比較簡(jiǎn)單。但劣勢(shì)是無(wú)法判別變送器的損壞,無(wú)法辨別變送器輸出開(kāi)路和短路。
　　對(duì)于輸出4～20ma的變送器，電路調(diào)試及數(shù)據(jù)處理上都比較煩瑣。但這種變送器能夠在變送器線路不通時(shí),短路時(shí)或損壞時(shí)通過(guò)能否檢測(cè)到正常范圍內(nèi)的電流(正常時(shí)最小值也有4ma)，來(lái)判斷電路是否出現(xiàn)故障，變送器是否損壞,因此得到更為廣泛普遍的使用。
　　由于4～20ma變送器輸出4ma時(shí)，在取樣電阻上的電壓不等于0，直接經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量也不為0，單片機(jī)無(wú)法直接利用，通過(guò)公式計(jì)算過(guò)于復(fù)雜。因此一般的處理方法是通過(guò)硬件電路將4ma在取樣電阻上產(chǎn)生的電壓降消除，再進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。這類(lèi)硬件電路首推rcv420,是一種精密的i/v轉(zhuǎn)換電路,
　　還有應(yīng)用lm258自搭的i/v轉(zhuǎn)換電路,這個(gè)電路由兩線制電流變送器產(chǎn)生的4～20ma電流與24v以及取樣電阻形成電流回路，從而在取樣電阻上產(chǎn)生一個(gè)1-5v壓降，并將此電壓值輸入到放大器lm258的3腳。電阻分壓電路用來(lái)在集成電路lm258的2腳產(chǎn)生一個(gè)固定的電壓值，用于抵消在取樣電阻上4ma電流產(chǎn)生的壓降。所以當(dāng)兩線制電流變送器為最小值4ma時(shí)，lm258的3腳與2腳電壓差基本為0v。lm258與其相連接的電阻構(gòu)成可調(diào)整電壓放大電路，將兩線制電流變送器電流在取樣電阻上的電壓值進(jìn)行放大并通過(guò)lm258的1腳輸出至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，供單片機(jī)cpu讀入，通過(guò)數(shù)據(jù)處理方法將兩線制電流變送器的4-20ma電流在lcd/led屏幕上以0-100a值的形式顯示出來(lái)。