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目前智能二线制设备中的低功耗设计

发布时间:2021-07-14 05:44:30 阅读: 来源:生物质颗粒机厂家

智能二线制设备中的低功耗设计

符合工业标准的4~20mA电流信号用于非智能型设备的控制已有数十年的历史。由于微控制器(MCU)技术的飞速发展,出现了符合4~20mA工业标准、不使用额外电源供电的智能型设备,被称作智能型二级制设备。

所谓二线制,是指整个设备与外界之间只有两根导线相关联,电源和信号线共用这两根导线,设备的供电完全从控制信号中取出。这种智能二线制设备除了布线简单的优点外,更主要的是它易于达到"本质安全"的防火防爆要求,在石油、化工等工控领域有广泛的应用前景。由于此类设备应能在低于4mA的电流下正常可靠地工作,就对系统的低功耗设计提出了严格的要求,给系统设计增加了一定难度。

控制电路的构成

智能二线制电-气阀门定位器有两路输入信号:一路是4~20mA的电流信号,表示阀门的开度(0~100%);另一路是由旋转电位器给出的阀为各种管道项目提供定制化的技术解决方案门实际开度反馈信号。当二者不一致时,经MCU进行误差运算给出两路控制信号,打开或关闭相关的进气或排气控制阀,实现对气动阀门的自动调节功能。

由压电陶瓷片组成的控制阀的驱动需要24V的高压,记录控制参数需要EEPROM,要有LCD(液晶显示器)和按键来提供人机接口,信号采集需要两路12位A/D变换,单片机作为系统控制的核心。所有这些器件及其外围电路的总体供电电流应小于4mA。

电-气阀门定位器的输入只是一个4~20mA的电流信号,因此我们首先精心设计了电源变换器部分,济南新时期试金仪器有限公司严格的告知您把输入的电流变换成3.3V和24V两组电压,供微控制器和其他外围器件使用。这部分电路相当于一个简单的开关电源,其基本思想是先将输入电流转化为一个较低的电压,再通过振荡器产生振荡,最后通过整流、滤波以及线性稳压得到所需的电压值,从而起到一个直流变压(DC/DC变换)的作用。在实现时,需要自己绕制变压器。

低功耗设计

对于二线制系统,尽量低的功耗是系统设计中所追求的目标,也是设计的主要任务之一。系统所允许的最大功耗可以这样估算:若允许输入电流有10%的波动,信号线上的最小电流实际上只有3.6mA。假定在输入端能取出10V电压,则整个系统的功耗不应大于36mW。如此低的功耗,我国塑机行业取患改性塑料了长足的进步要供给MCU、ADC、LCD、EEPROM运放等外围器件,以及产生高电压驱动压电陶瓷阀,就要求在器件选择上和系统设计上多下功夫。在系统实现上,采取了多种措施来降低功耗。

·在电路设计上,尽量减少功率消耗,提高各部分的供电效率。

·在电路的实现上,选用低功耗或微功耗器件。在电路中使用的12位串行模数转换器LTC1594L、运放LT1178、线性稳压器LT1521、EEPROM93LC46A等,均为低功耗或微功耗器件。

·降低器件的工作电压。MCU及其外围器件的工作电压降低到3.3V。

·降低MCU的工作频率。微控制器的总线频率降低到1.0MHz。

·充分利用器件的省电方式或空闲方式。很多器件都具有这样的工作方式,很多器件都具有这样的工作方式,如Motorola MC68HC05L16在WAIT方式下功耗降低60^,LTC1594L在空新生坚持走集约、节能、生态的可延续发展道路俨然成为1项重大而紧急的任务方式下的静态电流可降低为1nA。在设计系统软件时进行必要的处理,不用器件时令其进入省电方式或空闲方式,就可以大大降低系统的平均功耗。

下面简单介绍一下电路中使用的低功耗或微功耗器件,它们主要是Motorola公司、Linear Technology公司和Microchip公司的产品。

(1)微控制器-MC68HC05L16

Motorola公司的MC68HC05L16 8位微控制器,为80引脚QFP封装。它的工作电压可低至2.2V,具有16K字节ROM和512字节片上RAM、39条并口线、中断输入端、定时器、简单串行外设接口SSPI等。并且具有低功耗的WAIT和STOP工作方式。

MC68HC05L16是为带有LCD的应用而设计的,主要用来驱动段式LCD,驱动方式为动态扫描。它可支持多达4个背极和39个前极,总段数156段。

为降低功耗,在MCU的功耗和速度之间取了某种折衷。我们把MCU的总线频率降低到1MHz,同时把它的工作电压降低到3.3V。这样,MCU在正常状态下的供电电紧缩实验在主机的台板与移动横梁之间进行流典型值1.8mA,WAIT节电方式下供电电流典型值0.8mA。

(2)微功耗串行ADC-TC1594L

LTC1594HRB500 6⑵5L 是Linear Techonlogy公司的四通道12位微功耗串行ADC。其转换方式为开关电容、逐次浙进式转换,带有采样保持。LTC1594L工作电压可低至2.7V,在转换状态时供电电流典型值0.16mA,空闲状态时仅1nA。在使用时需外加参考电压源。

LTC1594L的串行接口线可与支持QSPI、SPI、MICROWIRE等标准的多种微控制器或微处理器进行有效地通信。另外,LTC1594模拟输入端的高输入阻抗允许在许多应用中直接连接传感器,而不需要加额外的隔离级。

(3)低压差性性稳压器-LT1521

LT.3是Linear Technology公司的一种低压差、微功耗线性稳压器。它可以在稳压压差0.5V时提供300mA的输出电流。它的工作状态电流12μA,备用状态下6μA,并且耗电电流不会随着压差的增大而改变,因此在许多电流供电和低功耗系统中得到

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