一、概述

         4-20mA.DC信號制是國際電工委員會(huì )（IEC）---過(guò)程控制系統用模擬信號標準。

         現在，工業(yè)現場(chǎng)大量采用4～20mA電流來(lái)傳輸信號，由于電流源內容無(wú)窮大，導線(xiàn)（長(cháng)數百米）電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，且不易受干擾，避免了電壓作為信號，易受噪聲干擾、產(chǎn)生壓降帶來(lái)的影響。

        4～20mA產(chǎn)品的典型應用是傳感和測量應用。在工業(yè)現場(chǎng)有許多種類(lèi)的傳感器可以被轉換成4～20mA的電流信號。各類(lèi)變送器、電機保護器和變頻器等也都具有4～20mA輸出信號，用于遠程測控。

       由于經(jīng)常接觸遠距離傳送4～20mA信號測控，正值試用PSoC 4開(kāi)發(fā)套件，于是，就以4～20mA信號測控為題材設計一個(gè)小案例， 來(lái)深化了解開(kāi)發(fā)套件及性能。

                                      

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        二、原理敘述

       首先，將送來(lái)的4～20mA信號線(xiàn)性地轉換成為0～5V的輸出電壓，R2為采樣電阻，運用了PSoC 4兩個(gè)運算放大器，在4mA時(shí)，R7調節出0電壓輸出；在20mA時(shí)，R5調節出5V電壓輸出。變化的電壓，再經(jīng)跟隨器、電阻分壓成ADC SAR 能夠接受的電壓，進(jìn)行A/D轉換。轉換的值經(jīng)過(guò)軟件處理，通過(guò) UART 和the PSoC 5LP USB-UART bridge傳送 ，顯示在電腦的putty上。

       在試用過(guò)程中，RGB LED的藍燈一直閃爍，表明ADC SAR 在進(jìn)行轉換工作。

       由于在工業(yè)現場(chǎng)調試比較困難，采用了+24V穩壓電源，串接毫安表、電阻R13、R14和采樣電阻R2，組成4～20mA產(chǎn)生電路，通過(guò)調節R13、毫安表監視，就有4～20mA變化的電流，流過(guò)采樣電阻R2，起到了外來(lái)4～20mA信號的作用。

       電氣原理圖如下：

                  

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        三、組件

       本案例采用本套件以下組件，組件的配置見(jiàn)附件：Sensor_4_20mA_Project圖片.zip

       · OpAmp

       · ADC SAR

       · UART

      · CyPins

        四、軟件

       軟件main.c包括本例軟件設計流程，詳情見(jiàn)附件：Sensor_4_20mA_Project.zip。

       五、硬件連接

       1、UART 的P0.5聯(lián)接到the PSoC 5LP UART bridge 的P12.6 。

       2、搭接的簡(jiǎn)易電路板一組線(xiàn)，須聯(lián)接到套件的3.3V、GND、P1.0、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P2.0和聯(lián)接4～20mA信號的兩根線(xiàn)。

                       

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       六、調試與試用

       1、將電源跳帽插入+5V端，系統由+5V供電。

       2、在PSoC Creator 2.2中，經(jīng)Build和Program后，接通+24V電源，使采樣電阻R2流過(guò)4～20mA，調節電阻R7、R5,運算放大器OpAmp_1、OpAmp都能夠有0～5V電壓輸出，電阻R7、R5就固定下來(lái)。開(kāi)通電腦的putty，調節R13，觀(guān)看毫安表在4～20mA之間變化，在putty顯示如下變化：

                                   

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       3、試用

       試用是接入變頻器的4～20mA信號，觀(guān)看putty顯示的頻率與變頻器顯示基本一致。

      根據4～20mA信號表現的物理意義的不同，確定物理量（電壓、電流、頻率、壓力、轉速、溫度和光度等），修改軟件，體現它的實(shí)際意義。比如這次試用的是電動(dòng)機變頻器，頻率在50Hz以?xún)茸兓��?/font>于是，在軟件里就設定了頻率（Hz）與線(xiàn)性倍率。這樣，看到變化的4～20mA信號，線(xiàn)性體現了頻率0~50Hz之間的變化。