[发明专利]一种工业计量用工况校准装置

权利要求书

1.一种工业计量用工况校准装置，包括电源部分、工况校准信号采集电路、信号处理部分、数据存储部分和信号输出部分，其特征在于工况校准信号采集电路的检测信号输出端口与信号处理部分的检测信号输入端口相连；电源部分的电能输出端口分别与工况校准信号采集电路的电能输入端口、信号处理部分的电能输入端口和信号输出部分的电能输入端口、数据存储部分的电能输入端口相连；数据存储部分的信号传输端口与信号处理部分的信号传输端口相连，信号处理部分的信号输出端口与信号输出部分的信号输入端口相连；

所述工况校准信号采集电路，包括第一TL431芯片、第二TL431芯片、第三TL431芯片、第四TL431芯片和第五TL431芯片；第一TL431芯片的1脚分别与保险丝F1、第一TL431芯片的3脚、电阻Rc1一端、电容C01一端、TLV2372芯片U1的3脚相连，第一TL431芯片的2脚分别与DGND端、电阻Rc1另一端、电容C01另一端相连，U1的2脚分别与U1的1脚、信号处理部分的检测信号输入端口相连；第二TL431芯片的1脚分别与保险丝F2、第二TL431芯片的3脚、电阻Rc2一端、电容C02一端、U1的5脚相连，第二TL431芯片的2脚分别与DGND端、电阻Rc2另一端、电容C02另一端相连，U1的6脚分别与U1的7脚、信号处理部分的检测信号输入端口相连；U1的8脚接3.3v端，U1的4脚接DGND端；第三TL431芯片的1脚分别与保险丝F3、第三TL431芯片的3脚、电阻Rc3一端、电容C03一端、U2的3脚相连，第三TL431芯片的2脚分别与DGND端、电阻Rc3另一端、电容C03另一端相连，U2的2脚分别与U2的1脚、信号处理部分的检测信号输入端口相连；第四TL431芯片的1脚分别与保险丝F4、第四TL431芯片的3脚、电阻Rc4一端、电容C04一端、U2的5脚相连，第四TL431芯片的2脚分别与DGND端、电阻Rc4另一端、电容C04另一端相连，U2的6脚分别与U2的7脚、信号处理部分的检测信号输入端口相连；U2的8脚接3.3v端，U2的4脚接DGND端；第五TL431芯片的1脚分别与保险丝F5、第五TL431芯片的3脚、电阻Rc5一端、电容C05一端、U3的5脚相连，第五TL431芯片的2脚分别与DGND端、电阻Rc5另一端、电容C05另一端相连，U3的6脚分别与U3的7脚、信号处理部分的检测信号输入端口相连；

有5路4～20mA信号采集电路，用于外部差压、压力、温度、湿度、液位变送器信号的输入采集，当电流流过本电路中的采样电阻Rc时，在Rc上产生一个电压信号，将采集到的这个电压信号通过运算放大电路再传递给信号处理部分进行信号处理；

每一路采集电路都有一个自恢复保险电阻保护电路的过流问题，防止大电流对电路的破坏，每一个精密采样电阻上都并联一个TL431和一个100nF的电容，用于防止采样电阻上产生过高的电压，超出信号处理部分所能接收的信号范围，破坏信号处理电路；

所述信号处理部分包括EFM32LG380F256芯片U1，U1的24脚分别与电容Cp3一端、32.768KHz晶振Y3一端相连，电容Cp3另一端接DGND端，晶振Y3另一端分别与电容Cp4一端、U1的25脚相连，电容Cp4另一端接DGND端；U1的46～50脚为信号处理部分的检测信号输入端口，U1的60脚接RTC_SCLK端，U1的61脚接RTC_DAT端，U1的62脚接RTC_RST端，U1的99脚接CEX0端；U1的76～78脚分别与SWCLK端、SWDIO端、SWO端对应相连，U1的81、84、85脚分别与CTRL端、RX0端、TX0端对应相连；U1的74脚分别与RX1端、触摸屏8脚接插件Header 8的3、4脚相连，Header 8的1、2脚接5v端，Header 8的5脚分别与TX1端、U1的75脚相连，Header 8的6脚分别与BUSY端、U1的80脚相连，Header 8的7、8脚接DGND端；U1的16、32、58、83脚分别与电容C7一端、C8一端、C9一端、C10一端、C11一端、电容Cv一端、DGND端相连，U1的82、44、31、17、8、57脚分别与电容C7另一端、C8另一端、C9另一端、C10另一端、C11另一端、电容Cv另一端、3.3v端相连；U1的59通过电容Cu-1接DGND端，U1的36脚分别与rest端、电容Cu-2一端、reset两脚接插件Header 2的1脚相连，电容Cu-2另一端接DGND端，Header 2的2脚通过电阻R22接DGND端；U1的41、45脚分别与电感L0一端、电容C14一端、电容C15一端、电容C16一端相连，电容C14另一端、电容C15另一端、电容C16另一端接DGND端，电感L0另一端接3.3v端；

信号处理部分，该部分EFM32LG380F256为核心处理元件，信号处理方式、流量计量的算法、公式在该部分完成；

将EFM32LG380F256分为A、B、C、D四个部分；

U1A部分连接晶振用于该部分工作的时钟信号来源；U1B部分对信号采集电路传递过来的信号进行AD转换，将模拟信号转换成数字信号进行后续处理；U1C部分主要用于对EFM32LG380F256的程序编写下载和输出信号的接口，RX0、TX0这两个接口用于485输出信号的数据传输，CEX0用于4～20mA信号的控制输出，DBG部分是程序下载端口，LCD TOUCH是显示屏连接端口；U1D部分主要是该部分电路提供电源；

URTC部分用于计算数据的存储，并通过BT1额外供电防止工况校准仪在掉电的情况下数据出现丢失问题；

所述数据存储部分采用DS1302S芯片URTC，URTC的1脚分别与电容C12一端、电容C13一端、3.3v端相连，电容C12另一端分别与电容C13另一端、DGND端相连；URTC的8脚与充电电池BT1正极相连，电池BT1的负极通过电阻R23接DGND端，URTC的6脚接RTC_DAT端；URTC的7脚接RTC_SCLK端，URTC的5脚接RTC_RST端，URTC的2脚分别与32.768KHz晶振Y2一端、电容Cp1一端相连，电容Cp1另一端分别与电容Cp2一端、DGND端、URTC的4脚相连，晶振Y2另一端分别与Cp2另一端、URTC的3脚相连；

4～20mA信号输出电路包括TIL113芯片1，OP1的1脚通过电阻R12接CEX0端，OP1的2脚接DGND端，OP1的6脚通过电阻R14分别与OP1的4脚、NPN三极管Q1的集电极相连，NPN三极管Q1的发射极通过电阻R18分别与电容C6.2一端、NPN三极管Q2的发射极、lm358芯片U5的4脚、4-20 down端、稳压管D8阳极、电容Cc负极相连；NPN三极管Q1的基极分别与电容C6.2另一端、稳压管D6阴极、电阻R17一端相连，稳压管D6阳极分别与NPN三极管Q2的集电极、NPN三极管Q2的基极相连；电阻R17另一端分别与电阻R16一端、电容Cu-3正极、电阻R21一端、稳压管D7阳极相连，电阻R16另一端分别与OP1的5脚、U5的5脚相连，U5的8脚分别与稳压管D7阴极、稳压管D8阴极、电容Cc正极、24v os端相连；U5的6脚分别与U5的7脚、电阻R19一端相连，电阻R19另一端分别与电容Cu-3负极、U5的3脚相连，U5的2脚分别与电阻R21另一端、PNP三极管Q3发射极、NPN三极管Q4集电极相连，PNP三极管Q3基极通过电阻R20与U5的1脚相连，PNP三极管Q3集电极接NPN三极管Q4基极，NPN三极管Q4发射极接4-20 up端；485信号输出电路包括TLP521芯片U100、U101和U102，U102的4脚分别与电阻R1一端、TX0端相连，电阻R1另一端分别与3.3v端、U101的1脚、U100的1脚相连，U102的3脚接DGND端， U102的1脚通过电阻R4分别与485-5V端、U101的4脚、电阻R6一端相连，U102的2脚接MAX485芯片IC17的1脚；U101的2脚通过电阻R2接CTRL端，U101的3脚分别与电阻R5一端、IC17的2脚、IC17的3脚，电阻R5另一端接485_GND端；U100的2脚通过电阻R3接RX0端，U100的4脚分别与电阻R6另一端、IC17的4脚相连，U100的3脚接485_GND端；IC17的8脚分别与485-5V端、电阻R7一端相连，电阻R7另一端分别与IC17的6脚、电阻R10一端相连，IC17的7脚分别与电阻R9一端、电阻R8一端相连，电阻R8另一端分别与IC17的5脚、485_GND端相连；电阻R9另一端分别与电阻R11一端、二极管D9阳极、485 up端相连，电阻R10另一端分别与电阻R11另一端、二极管D10阳极、485 down端相连，二极管D10阴极接二极管D9阴极；

信号输出部分，包括2路信号输出，4～20mA电流模拟输出和485数字信号输出；

4～20mA电流模拟输出是通过单片机将需要输出的参数信号通过CEX0信号线以PWM波的形式传递过来，再通过光耦隔离，电路放大将PWM信号转换成4～20mA模拟信号传递出去，用于下一个单元的接收；485数字信号输出是通过单片机的串口将信号传递过来，再通过光耦隔离，将信号传递出去，并在出口放置两个二极管用于电路保护。