4-20 mA 电流采集系统设计

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了4-20 mA 电流采集系统设计。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

https://github.com/AntiFailsafe/4-20mA_Acquisition_System
https://gitee.com/chinghsien/4-20mA_Acquisition_System

Words from author

This system was developed during my time in UESTC (University of Electronic Science and Technology of China) robotic team-LIMITI for Robocon 2022 of mainland China and Team China for ABU Robocon 2022. My future research will be no longer focusing on board level circuits. As a commemoration of the past year, I open source this circuit and it is suitable for majority of 4-20mA sensors, not just DT35. I hope it will be helpful to you. Good luck!

Introduction

This system incorporates ADS8864 and STM32F302C8T6 to processes 4 mA to 20 mA input signals using a single 24V DC supply. The total error before room temperature calibration is ±4 LSBs, namely ±0.06% FSR at the room temperature (27°C).
The sensor employed in this system is Sick’s DT35, but input terminal could be modified to meet a wide variety of industrial measurements.

Circuit description

4-20ma采集电路,stm32,嵌入式硬件,mcu,arm开发,c语言
The circuit is comprised of a level shifting circuit, an input current-to-voltage converter, an ADC stage, and an output digital signal processing stage. Resistor R 25 R_{25} R25 converts the 4 mA to 20 mA input signal into a voltage. The level shifting circuit’s input voltage ranges from 0.48 V to 2.4 V when R 25 = 120   Ω R_{25} = 120 \ \Omega R25=120 Ω and the input current is between 4 and 20 mA. While diode D1 is used to limit the input voltage for incorrect input of voltage instead of current, diode D2 is used to protect against an inadvertent reverse connection of the input current source.

The U5A op amp, which is 1 2 {\frac 1 2} 21 of the dual AD8606, level shifts and attenuates the voltage across R25. With 100 mV headroom to ensure linearity, the op amp’s output range of 0.1 V to 2.4 V matches the input range of the ADC (0 V to 2.5 V). The necessary offset is produced using the remaining AD1582’s buffered voltage reference (VREF = 2.5 V).

The minimum output voltage (low limit of the range) is set to 100 mV to provide a safety margin while taking into account the tolerances of the parts. To provide 100 mV of headroom for the positive swing at the ADC input, the maximum limit of the output range is set at 2.4 V. As a result, the op amp’s nominal output voltage range is 0.1 V to 2.4 V. The second half of the AD8606 (U5B) is used to buffer the 2.5 V voltage reference of the ADS8864 (U6) ADC.

Due to its low offset voltage (65 μV maximum), low bias current (1 pA maximum), and low noise (12 nV/√Hz maximum), the AD8606 is selected for this application. With a 3.3 V supply, there is just 9.2 mW of power dissipation. Additionally, other opamps can be used. The replacements could be OPA2320, OPA2376, and other options, as shown in the Figure above.

The op amp output stage is followed by a single-pole RC filter (R21/C26) to help reduce out-of-band noise. The RC filter’s cutoff frequency is set to 339 kHz. To further lower the filter cutoff frequency in the occurrence of low frequency industrial noise, an extra filter (R20/C24) can be installed. In this situation, the ADS8864’s sampling rate might be lowered due to the narrower signal bandwidth.

Its ultralow power of 0.65mW at 100-kSPS led to the selection of the ADS8864 (U6) 16-bit 400-kSPS SAR ADC. SPI is compatible with its high-speed serial interface. The DSP core, STM32F302C8T6, which is the system’s sampling rate limiter, has set the Nyquist rate to 66.6 KHz.

Circuit Design

4-20ma采集电路,stm32,嵌入式硬件,mcu,arm开发,c语言
The low-frequency transfer function is obtained from the superposition principle.

V o u t = I i n R 25 ( 1 + R 28 R 19 ∣ ∣ R 29 ) − V r e f R 28 R 19 V_{out}=I_{in} R_{25} (1+ \frac {R_{28}} {R_{19} ||R_{29}} )-V_{ref} \frac {R_{28}} {R_{19}} Vout=IinR25(1+R19∣∣R29R28)VrefR19R28

where,

I i n = 4   m A   t o   20   m A I_{in} = 4\ mA\ to\ 20\ mA Iin=4 mA to 20 mA

R 19 ∣ ∣ R 29 = R 19 R 29 R 19 + R 29 R_{19} ||R_{29}= \frac {R_{19} R_{29}} {R_{19}+R_{29}} R19∣∣R29=R19+R29R19R29

The low-frequency gain of the circuit is:

G = Δ V o u t Δ I i n = R 25 ( 1 + R 28 R 19 ∣ ∣ R 29 ) = ( 2.4 − 0.1 ) V ( 20 − 4 ) m A G= \frac {ΔV_{out}} {ΔI_{in}} = R_{25} (1+ \frac {R_{28}} {R_{19} ||R_{29}} )= \frac {(2.4-0.1)V} {(20-4 )mA } G=ΔIinΔVout=R25(1+R19∣∣R29文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-816604.html

到了这里,关于4-20 mA 电流采集系统设计的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • 4-20mA/0-5V转RJ45网络采集模块、TCP数据采集器

    16路4-20mA转 Modbus TCP 网络 数据 采集 模块   WJ 89 产品特点 : ● 16路4-20mA输入Modbus TCP 通讯协议 ● 信号输入可以选型 0-5V或0-10V ● 内置网页功能,可以通过网页查询数据 ● 支持socket通讯使用字符通信协议 ● 4-20mA信号输入与电源之间3000V隔离  ●  宽电源供电范围:8 ~ 32VDC

    2024年02月21日
    浏览(28)
  • STM32存储左右互搏 I2C总线FATS读写EEPROM ZD24C1MA

    在较低容量存储领域,EEPROM是常用的存储介质,可以通过直接或者文件操作方式进行读写。不同容量的EEPROM的地址对应位数不同,在发送字节的格式上有所区别。EEPROM是非快速访问存储,因为EEPROM按页进行组织,在连续操作模式,当跨页时访问地址不是跳到下一页到开始,而

    2024年02月12日
    浏览(49)
  • 【硬件设计】INA282电流采集电路

    电路原理图和PCB提取方式(立创EDA文件): 关注微信公众号:码上芯路人 私信:硬件设计 电流采集电路是一种用于检测电路中电流的电路。它通常由电流传感器、信号调理电路和模数转换器(ADC)组成。其主要功能是将输入电流转换为电压信号,并对信号进行放大、滤波和

    2024年02月12日
    浏览(71)
  • 4-20mA模拟量信号如何区别有源还是无源?

    无源信号和有源信号定义? 对于电流信号而言,若设备有独立的工作电源线,那它提供的信号输出(比如4-20mA)为有源信号;若设备本身无独立工作电源,它提供的信号为无源信号。三线制仪表、四线制仪表的输出信号为有源信号,二线制仪表输出为无源信号。 如何采集无源信

    2024年02月06日
    浏览(28)
  • STM32采集电流互感器(电流互感器模块)数据

    1. 电流互感器简介 在发电、变电、输电、配电和用电的线路中电流大小悬殊,从几安到几万安都有。为便于测量、保护和控制需要转换为比较统一的电流,另外线路上的电压一般都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到电流变换和电气隔离作用。 2. 电流互感器

    2024年02月12日
    浏览(28)
  • XC6206P332MR(0.25V低压差线性LDO稳压器,稳压输出3.3V,最大电压输入6V,输出电流250mA)

    目 录 一、芯片介绍(丝印662K) 二、芯片特性 三、与ams1117稳压3.3V芯片的区别 四、典型使用电路 五、其他使用电路          XC6206P332MR是一款固定输出正压低压差 (LDO)稳压器, 采用3引脚SOT-23封装。 它是一款高精密, 高电压正电压稳压器, 使用CMOS与激光微调技术所制造。 该设

    2024年02月08日
    浏览(31)
  • stm32_acs712电流采集计算思路

    Acs712数据手册地址 :https://item.szlcsc.com/45473.html 需要测量的参数 0 实际电流值 : ACS712_A 1  acs712供电电压 : Vin    2  ACS 输出电压 : 712_OUT_V 3  ACS 输出电压, 经过分压电阻后送到ADC引脚的电压 : R_OUT_V 4 单片机12位ADC读出的原始值 :adc_data 5 分压低端电阻: R1  (10k ) 高端电阻 :R2   

    2024年01月20日
    浏览(25)
  • 用STM32单片机ADC+NTC热敏电阻采集温度的设计思路 | 附参考电路

    目录 前言 一、热敏电阻NTC 二、参考电路  三、激励电压选择 记录一些我在工作和学习过程中遇到的问题 NTC:在淘宝随便买的 单片机型号:STM32G030C8T6 目的:用单片机采集NTC温度 本文主要是介绍关于NTC激励电压的选择        热敏电阻 NTC(Negative Temperature Coefficient) , 直

    2024年02月02日
    浏览(34)
  • 【STM32 开发】| INA219采集电压、电流值

    INA219 是一款具备 I2C 或 SMBUS 兼容接口的分流器和功率监测计。该器件监测分流器电压降和总线电源电压,转换次数和滤波选项可通过编程设定。可编程校准值与内部乘法器相结合,支持直接读取电流值(单位:安培)。通过附加乘法寄存器可计算功率(单位:瓦)。I2C 或

    2024年02月04日
    浏览(24)
  • STM32—ADC和DMA的应用之电流检测(第二部分:电流检测电路与数据处理)

    前一部分介绍了如何配置ADC和DMA,这一部分介绍在硬件部分如何实现电流检测以及检测到电流后的数据处理。 在半导体上外加与电流方向垂直的磁场,会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集,在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场,电场

    2024年01月20日
    浏览(39)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包