嵌入式程控电流电压源设备开发

黑龙江 洪学银 姬红旭

引言

目前自动化系统的调试还基于实际设备的实际连接，做不到仿真，特别是传感器变送器比较多而且分散的情况就更加困难，往往需要很多人配合才能完成，因此，基于现状，特别需要能全量程模拟传感器特性的仿真替代品。国外用于自动化系统的调试是用大型的仿真设备，比较昂贵，所以研究设计一款便携式程控电流电压源很有必要。

1 产品优势

1.1 同传统的电流源相比，虽然都能输出所需要的电流值，但传统电流源的电流值对应传感器过程值（对应物理量的量值）是通过人工计算得到的，而我们的智能型电流电压源可以直接得到对应值，无需计算，而且完全能满足精度要求，特别是需要不断变化数值的场合下显示出极大的优越感。

1.2 同传统的电压源相比，虽然都能输出电压值，但传统的电压源对电压的输出调整很不方便，对应的传感器的过程值也需要计算才能得到。而且体积大，不便于携带。而我们的智能型电流电压源不但可以全量程的的电压输出，而且全数字调节，一步到位，非常方便。

1.3 该程控电流电压源是集电流源、电压源、传感器（变送器）于一身的多功能的专业设备。

2 便携式程控电流电压源应用场合

该产品广泛适用于自动化生产领域及自动控制、自动监测领域。完全模拟具有标准信号输出（4MA～20MA）的各种变送器的特性。主要应用对象是自动化设备的维修人员、自动化设备的设计人员、自动化设备的调试人员以及自动控制系统及自动测量系统的系统调试仿真。服务范围非常广，有石油、化工、天然气生产的自动化，电力系统的自动监测，煤矿、冶金的自动化生产和管理，环保领域的自动监测，市政供水、供热系统等自动监测。

3 硬件电路及软件设计

3.1 各功能模块

3.1.1 微控制器模块：采用STC5410AD单片机为核心，接受键盘按键信息，根据其数值的设定,控制模转换模块产生相应的电流或电压输出，并在液晶显示屏上显示出来。

3.1.2 直流稳压电源模块：将交流220V电压变换成直流12V电压，并向系统各部分供电。

3.1.3 后备电源（电池）：在没有交流电的情况下，可以用电池供电使用，便于携带。

3.1.4 液晶显示模块：采用128×64点阵液晶块，显示屏幕大，字体清晰。

3.1.5 数模转换模块：采用12位的串行数模转换器，转换精度高，接口简单。

3.1.6 模数转换模块：及时测量负载电流电压的大小，并能完成过载保护。

3.1.7 键盘模块：标准的4×4键盘，能直接输入0～9数字，以及各种功能键，使用特别方便。

3.1.8 电流输出、电压输出：能按屏幕上显示的数据直接输出电流和电压，供给外部设备使用。

3.2 软件采用C语言编程，用C语言来编写目标系统软件,会大大缩短开发周期,且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大、性能更完备的系统。

4 主要性能指标

4.1 标准电流源：产生0MA～200mA任意恒流值，误差不超过±1mA，要求负载电阻不大于500欧姆。

4.2 标准电压源：产生0V～8V任意电压值，误差不超过±1mV，要求负载电流不大于500mA。

4.3 模拟变送器：可以模拟压力、差压、流量、液位、温度、电压、电流等常用物理量的变送，以标准的电流（4mA～20mA）或电压（1V～5V）输出。

4.4 使用交流电源：交流180V～220V输入，内有稳压电源，给系统供电及给电池浮充电。

4.5 直流备用电源：本仪器内部嵌入6节5#充电电池，在充满电的情况下，可连续正常供电3小时左右。特别注意，切记不要把碱性等一次性非充电电池放入机器内使用，以免发生意外。

5 结论

本次设计的便携式程控电流电压源适用于电子、电气、自动化、科研及教学等诸多领域。它采用单片机控制芯片为核心，高精度数模转换器及液晶显示器，4×4薄膜键盘，便携式塑料机壳，备有充电电池，便于携带，使用非常方便，是从事与电类有关行业必备的、理想的辅助设备。