傳感器接口電路中的電流輸出型應用分析
2014-11-20
在單片機控制的許多應用場合，都要使用傳感器來將單片機不能直接測量的信號轉換成單片機可以處理的電模擬信號，如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器等。早期的傳感器大多為電壓輸出型，即將測量信號轉換為0-5V電壓輸出，通過模擬數字轉換電路轉換為數字信號供單片機讀取、控制。但在信號需要遠距離傳輸或使用環境中電網干擾較大的場合，電壓輸出型傳感器的使用受到了限制，暴露了抗干擾能力較差等缺點，而電流輸出型傳感器以其具有較高的抗干擾能力得到了廣泛應用。
電壓輸出型壓力傳感器抗干擾能力差，有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使單片機產生誤判斷，控制出現錯誤，嚴重時還會損壞設備。
電流輸出型傳感器的輸出范圍常用的有0～20mA及4～20mA兩種，傳感器輸出最小電流及最大電流時，分別代表傳感器所標定的最小及最大額定輸出值。
如測壓范圍為以0～35Mpa的輸出壓力傳感器為例進行敘述。對于輸出0～20mA的傳感器0mA電流對應0MPa壓力值，輸出4～20mA的傳感器4mA電流對應0MPa壓力值，兩類傳感器的20mA電流都對應35MPa壓力值。
對于輸出0～20mA的傳感器，在電路設計上我們只需選擇合適的降壓電阻，通過A/D轉換器直接將電阻上的電壓轉換為數字信號即可，電路調試及數據處理都比較簡單。
對于輸出4～20mA的傳感器，電路調試及數據處理上都比較煩瑣。但這種傳感器能夠在傳感器線路不通時，通過是否能檢測到正常范圍內的電流，判斷電路是否出現故障，因此使用更為普遍。
4～20mA傳感器的一般處理方法
由于4～20mA傳感器輸出4mA時，在取樣電阻上的電壓不等于0，直接經模擬數字轉換電路轉換后的數字量也不為0，單片機無法直接利用，通過公式計算過于復雜。因此一般的處理方法是通過硬件電路將4mA在取樣電阻上產生的電壓降消除，再進行A/D轉換。
由壓力傳感器產生的4～20mA電流與13VG形成電流回路，從而在取樣電阻上產生一定壓降，并將此電壓值輸入到放大器LM358的3腳。電阻分壓電路用來在集成電路LM358的2腳產生一個固定的電壓值，用于抵消在取樣電阻上4mA電流產生的壓降。所以當壓力傳感器為最小值4mA時，LM358的3腳與2腳電壓差基本為0V。LM358與其相連接的電阻構成可調整電壓放大電路，將壓力傳感器電流在取樣電阻上的電壓值進行放大并通過LM358的1腳輸出至模擬數字轉換電路，供單片機CPU讀入，通過查表法或其它的數據處理方法將壓力傳感器的4-20mA電流在屏幕上以壓力值的形式顯示出來。
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