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现场总线应用技术-通道模拟量板卡输出算法设计

【摘要】:4通道模拟量输出板卡程序的核心是通过调整PWM的占空比来改变输出电流的大小。如果算法设计占空比为100%时对应的电流为20mA,那么由于不同板卡之间的差异,输出的电流也存在差别,有的可能大于20mA,有的可能小于20mA,因此就需要在大于20mA的范围内对板卡进行校正。在该板卡中,V-I电路中设计为占空比为100%,电压为2.5V时,产生的电流大于20mA。因此Ⅱ型或Ⅲ型电流的输出通过软件相应算法实现。

4通道模拟量输出板卡程序的核心是通过调整PWM的占空比来改变输出电流的大小。PWM信号通过控制光耦合器U1产生反相的幅值为2.5V的PWM信号,由于占空比为0~100%可调,因此PWM经滤波后的电压为0~2.5V,然后经V-I电路产生电流。电流的大小正比于光耦合器后端的PWM波形的占空比,而电流的精度与PWM信号的位数有关,位数越高,占空比的精度越高,电流的精度也就越高。

在程序设计中,还要考虑对信号的零点和满量程点进行校正。由于恒流源电路的存在,系统的零点被抬高,对应的PWM信号的占空比大于0。因此在占空比为0时,通过反馈电路读取恒流源电路产生的电压值,它对应的占空比即为系统的零点。对于满量程信号也要有一定的裕量。如果算法设计占空比为100%时对应的电流为20mA,那么由于不同板卡之间的差异,输出的电流也存在差别,有的可能大于20mA,有的可能小于20mA,因此就需要在大于20mA的范围内对板卡进行校正。在该板卡中,V-I电路中设计为占空比为100%,电压为2.5V时,产生的电流大于20mA。然后利用上位机的校正程序,在输出20mA时记下当前的占空比,并将其写入铁电存储器中,随后程序在零点与满量程点之间采用线性算法处理,即可得到0~20mA电流的准确输出。

由于电路统一输出0~20mA的电流,板卡通过接收主控制卡的组态命令以确定Ⅱ型(0~10mA)或Ⅲ型(4~20mA)的电流输出。因此Ⅱ型或Ⅲ型电流的输出通过软件相应算法实现。Ⅱ(0~10mA)型电流信号的具体计算公式如下:

其中,I为输出电流值;Value为主控制卡下传的中间值。(www.chuimin.cn)

其中,PWMout为输出I时ARM控制器输出的PWM值,PWM0和PWM10为校正后写入铁电存储器的0mA和10mA时的PWM值。

Ⅲ(4~20mA)型电流信号的具体计算公式与Ⅱ型相似:

其中,Im为输出电流值;PWMout为输出I时ARM控制器输出的PWM值;PWM4和PWM20为校正后写入铁电存储器的4mA和20mA时的PWM值。