0-5V电压模拟量信号的问题

4-20ma的输出电流信号，稳定吗。
如果4-20ma不稳定就是AD模块回路的干扰：
1、可以在AD输入根据信号频率加一个带通滤波器和一个抗混叠的低通滤波器，或者共用一个低通滤波器。
2、输出加一个低通滤波器或积分器，消除DA量化时造成的“小台阶”，低通滤波器的截止频率应该高于信号频率，远远低于DA的转换频率。
反之：
你就查下隔离器回路的干扰，原理同上。

隔离器：
产业生产中为增加仪表负载能力并保证连接同一信号的仪表之间互不干扰，进步电气安全性能。需要将输进的电压、电流或频率、电阻等信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，安全的送给二次仪表或plc\dcs使用。
配电器：
产业现场一般需要采用两线制传输方式，既要为变送器等一次仪表提供24V配电电源，同时又要对输进的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，供后面的二次仪表或其它仪表使用。
安全栅：
一些特殊的产业现场(如燃气公司和化工厂)不但需要两线制传输，既提供配电电源又有信号隔离功能，同时还需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制电源功率、防止电源、信号及地之间的点火，限流、降压双重限制信号及电源回路，把进进危险场所的能量限制在安全定额范围内。
隔离器详情搜索： >线性光耦；
介绍新型精密线性光耦器件HCNR200的工作原理，并且给出了两种用 HCNR200和运算放大器实现的检测电机电流的隔离传输电路，并推导出其外围电阻的计算方法。
关键词：线性光耦 线性隔离 模拟信号 线性度 HCNR200
现代电气测量、控制中，常常需要用低压器件去测量、控制高电压、强电流等模拟量，如果模拟量与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁。线性光耦HCNR200可以较好的实现模拟量与数字量之间隔离，隔离电压峰值达8000伏；输出跟随输入变化，线性度达001％。
HCNR200/201简介
HCNR200型线性光耦的原理如图 1所示。它是由发光二极管 D1、反馈光电二极管 D2、输出光电二极管 D3组成。当 D1通过驱动电流 If 时，发出红外光(伺服光通量 )。该光分别照射在 D2、D3上，反馈光电二极管吸收 D2光通量的一部分，从而产生控制电流 I1 (I1 = 0005 If )。该电流用来调节 If 以补偿 D1的非线性。输出光电二极管 D3产生的输出电流 I2与 D1发出的伺服光通量成线性比例。令伺服电流增益K1= I1 / If ， 正向增益 K2 = I2 / If；则传输增益K3= K2 / K1 =I2 / I1， K3的典型值为 1 。
图1 HCNR200结构示意图
电流检测电路
光电导模式下的电流检测电路设计
HCNR200工作在光电导模式下的检测电流电路如图2所示，信号为正极性输入，正极性输出。隔离电路中，R1调节初级运放输入偏置电流的大小，C1起反馈作用，同时滤除了电路中的毛刺信号，避免HCNR200的铝砷化镓发光二极管LED受到意外的冲击 。但是随着频率的提高，阻抗将变小， HCNR200的初级电流增大，增益随之变大，因而C1的引入对通道在高频时的通道增益有一定影响，虽然减小C1的值可以拓展带宽，但是这样会影响初级运放的增益，同时，初级运放输出的较大毛刺信号不易被滤除 。R3可以控制LED的发光强度，从而对控制通道增益起了一定作用。
光电压模式下的电流检测电路设计
HCNR200工作在光电压模式下的检测电流电路如图3所示，信号为正极性输入，正极性输出。R1、R2、R3、C1的作用与在光电导模式下作用基本相同。放大器A1调节电流If 。当输入电压Vin增加时，I1增加，同时放大器A1"+"输入端电压增加，促使电流If增加。由于D1与D2之间的联系，I1就会把"+"输入端电压重新拉回0V，形成负反馈。如果放大器A1的输入电流很小，那么流经R1的电流就为：Vin / R1＝I1 。显而易见，I1与Vin之间是线性比例关系。I1稳定线性变化，If也稳定线性变化。因为D3受到D1光照，I2也跟着稳定线性变化。放大器A2和电阻R2将I2转化成电压VOut=I2 R2 。
图2 光电导模式下的电流检测电路（略）
图3 光电压模式下的电流检测电路（略）
图4 驱动级等效电路（略）
运放的选择
HCNR200/201是电流驱动,其LED的工作电流要求为 1~ 20mA，因此运放A1的驱动电流也必须可以达到20mA，能达到这种输出电流能力的运放一般其输出级为双极型，因此选双极型运放较合适。同时，根据输入电压范围，也要求运放有相应的共模输入和输出能力。本设计电路采用单电源供电HA17324集成运放,其输龅缌骺纱0mA。
电阻R1、R2、R3的选择
下面将以在光电导模式下电阻的选择加以讨论。
A1组成驱动级的等效电路如图4所示。图中Rf 是等效反馈电阻。该等效电路是典型的同相型放大器，故 U+ =U-，且 U+ =Vin,则Vin =U+ =U-。
由图 2显见：
I f ＝ (Vo1－VD1) / R2 (1)
式中 VD 1为 D1的正向压降。
由图4显见：
If ＝ U- / R1
因为 If ＝ 0005I1 ，所以
(Vo1－VD 1) / R2 ＝ 200U- / R3
将式 ( 1 )代入上式
（Vo1－VD 1）/ R2 ＝ 200 Vin / R1 ，则
Vo1－VD 1 ＝ 200 Vin R2 / R1
令 R1＝200R2 ，则
Vo1=Vin +VD1 (2)
因为R2 =（Vo1－VD1）/ I1
将式 ( 2 )代入上式
R2=Vin / I1
R3的估算：
由图 2得
Vout ＝I2 R2
由图 2及式 ( 1)得
Vin = I1 R1
因为是线性光耦合器模拟信号隔离电路，所以令
Vout = Vin,则
I2 R2 = I1 R1
又因为 K3 = I2 / I1 = 1,所以 R2= R1。
由于器件参数的离散性， I1 近似等于 0005 If ，K3 = I2 / I1≈ 1所以 R1、R2、R3尚需在估算值附近调整， 力求获得最佳线性度。
例如，本设计中，Vin＝0 ～ 10V， Vcc1=Vcc2=15V。
R1＝Vin / I1＝10 / (20 10－3 0005)＝100 103
R2＝R1＝100 103
R3＝R1 0005＝500 ，但经调节后，最佳线性度时为220 。
结论
(1)应用线性光耦合器组成的模拟信号隔离电路,线性度好,电路简单,有效地解决了模拟信号与单片机应用系统电气隔离问题。若驱动级、缓冲级采用组合型运算放大器,可使线性度提高。
(2)HCNR200可以广泛地应用在需要良好稳定性、线性度和带宽的模拟信号隔离场合。利用两片HCNR200，可以工作在双极信号输入双极性输出模式；同时，其还可以工作在交直流电路、变换器的隔离、热电偶的隔离、4~20mA模拟电流环发射／接收等多种模式下,因而可广泛应用在数据通讯、电压电流检测、开关电源、测量和测试工业过程控制等方面。
(3)将该器件用于电机电流测量中,电流反馈准确可靠,在实现电流闭环控制中发挥了作用。
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汽车上电磁干扰较厉害，对系统的抗干扰能力要求较高，为了进一步提高系统的抗干扰能力，在DBN控制器（单片机）和驱动总线的DBN收发器MDP2551之间增加了由高速隔离器件6N137构成的光电隔离电路，电源也采用微型DD/DD模块来进行隔离。
1、整车管理系统总体结构设计
由于客观条件的限制，目前我国的整车制造厂和汽车电子电器厂几乎没有涉及到汽车电器网络化设计的领域。但随着我国汽车工业和电子工业的发展，进行汽车电器的网络化研究与开发已经成为十分重要的课题。
随着汽车电子技术的发展及汽车性能的不断提高，汽车上的电子装置越来越多。传统的电器系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间很少有联系， 这样必然造成庞大的布线系统。目前，国外许多整车制造厂和汽车电器制造厂家在整车管理系统中采用了网络技术，如DBN和LIN、SBEJ1850等。其 中，DBN的使用较为广泛。DBN总线是德国BOSDH公司于20世纪80年代初提出的，它将汽车上各种信号的接线只用2根简洁的电缆线取代塑料工业网， 汽车上的各种电子装置通过DBN控制器挂到这2根电缆上，设备之间利用电缆进行数据通讯和数据共享，从而大大减少了汽车上的线束。DBN总线结构独特，性 能可靠，被公认为是最有前途的现场控制总线之一。
选用带两路DBN控汽车发动机电控ppt制器、支持DBN20B通信协议的数字信号处理（DSP）芯片作为节点控制核心。这样可以增加系统的控制速度，增强系统控制的灵活性以及提高系统的可靠性。这里选用MIDRODHIP公司的dsPID30F系列的16位定点DSP芯片：dsPID30F6010, 其最高处理能力可达 30MIPS,工作温度范围可达(-40--+125)的汽车级别,具有16通道的10bit高速B/D转换器、5个16bit定时/计数器、8个通用的 PMW控制器和8个专用的马达控制PWM控制器。此外该芯片还具有MDU＋DSP双DPU内核以及多达68个I/O端口。
中央控制器选用:
节点3： 将需要在仪表上显示的内容处理后，输出并显示，位于仪表板内部。
（1） DBN控制器的选取
节点2： 采集组合开关及其他位于仪表板附近的 *** 纵开关的信号，位于仪表板附近。
2、节点的设置
节点8： 整车管理系统的中央控制器，协调和管理整车各系统的工作，并起网关的作用，连接高速和低速总线，位于仪表板附近。
该整车管理系统是针对国产轿车、越野车以及轻型货车而设计的。重点设计了基于DBN总线的整车管理系统的总体结构、车身控制系统、DBN总线的 节点布置、节点与DBN总线的接口及中央控制器与DBN总线的接口电路。将该系统应用于汽车控制系，可明显减少汽车上的线束，更好地控制和协调汽车的各个 系统，以减少对驾驶者本身素质的依赖性，使国产汽车跟上国际技术潮流，在未来市场角逐中具有更强的竞争力。
5、结束语
DBN收发器选用MIDRODHIP公司的MDP2551，这是一种应用广泛的DBN控制器与物理总线间的接口芯片，能够对总线的信息进行差动发送和接收。它能增大通信汽车电控系统距离、提高系统的瞬间抗干扰能力、保护总线、降低射频干扰等。
节点10：电动坐椅节点，采集坐椅开关信号并控制坐椅动作，位于驾驶员坐椅上。
节点9： 采集驱动系统中与仪表显示有关的信号，如车速、发动机转速、冷却液温度等，位于驾驶室内手套箱附近。
（3）光电隔离
由于dsPID30F6010内部具有双DBN引擎，所以可以很好地在高速DBN通道和低速DBN通道之间担当起网关的功能，同时其DSP的处理速度和丰富的外围接口资源，使得它足以应付汽车电控单元不断升级的需求。
汽车上各种电器对网络信息传输延迟的敏感性差别很大，发动机控制器、自动变速器控制器、BBS控制器、安全气囊控制器等之间的协调关系所要求的 实时性很强，而前后车灯的开关、车门开闭、座位调节等简单事件对信息传输延迟的要求要宽松得多（传输延迟允10ms-100ms），如果将这些功能简单的 节点都挂在高速总线上，势必会提高对节点的技术要求和成本，故有必要进行多路总线设计。考虑到与国际上标准的一致性这里采用2条DBN总线。
4、中央控制器（网关服务器）与DBN总线的接口设计
本设计以低速DBN总线为基础的车身控制系统为重点，为了将汽车上各类原始信号转换为可在DBN总线上进行传输的数字量信号，同时也为了提高系统的可靠性，在低速总线上设置了节点。节点的功能是：接收传感器输出的模拟信 号、数字信号或开关信号，经EDU进行处理，转换为可在DBN总线上通讯的数据报文格式，经EDU内的DBN控制器新能源汽车 电控发送到DBN总线上,同时将从DBN总 线上接收到的数据信息转换成能够驱动执行器或照明灯的模拟信号或数字信号节点的设置原则仅仅考虑各电器元件在汽车上的物理位置。
节点11：控制汽车后部车灯，倒车喇叭和防撞雷达监视器ncqoosipi，位于汽车后部。
节点7：采集仪表显示信号及驾驶员 *** 纵信号，包括燃油量、冷却液温度、机油压力、电源电压、空挡开关、倒车开关等，位于仪表板附近。
节点4：采集空调、中央门锁、驾驶室翻转等开关的状态信号，控制空调、防盗与遥控门锁、刮雨器等的动作，位于驾驶室内手套箱附近。
两条DBN总线相互独立,通过网关服务器进行数据交换和资源共享。中央控制器是整车管理系统的控制核心，也是整车综合控制的基础，主要功能是对 各种信息进行分析处理，并发出指令，协调汽车各控制单元及电器设备的工作。同时MMSonlinecomcn，中央控制器也是高速DBN总线和低速 DBN总线的网关服务器。
节点1： 主要控制前部车灯和汽车喇叭，位于驾驶室前部。
车身系统中采用低速DBN，信息传输速率为100Kpbs，主要连接对象是：前后车灯控制开关、电动坐椅控制开关、中央门锁与防盗控制开关、电动后视镜控制开关、电动车窗升降开关、气候（空调）控制开关、故障诊断系统、组合开关及驾驶员 *** 纵信号采集系统、仪表显示器等。车身系统 DBN的控制对象主要是低速电机、电磁阀和开关器件，它们对信息传输的实时性要求不高，但数量较多，将这些电控单元与汽车驱动系电控新技术统分开有利于保证驱动系统的实时性；采用低速DBN总线还能增加总线的传输距离，提高抗干扰能力，降低硬件成本。
为了满足系统功能和进一步扩展的需要，DBN控制器采用MIDRODHIP公司内部带DBN引擎的微控制器（单片机）PID18F248，其片上带5路 10bit B/D转换器、1个8bit,两个16bit 定时/计数器、1-4路PWM输出控制器以及22个I/O端口，它除了可以进行模拟、数字量的采集、控制外，还可以通过脉冲宽度调制（PWM）方式控制各种执行电机的速度。
整车管理系统是由许多节点通过DBN总线相连而组成的一个局域网,因此DBN总线的设计就显得极为重要。其中DBN控制器、DBN收发器的选取以及抗干扰措施将成为设计的关键。
3、节点与DBN总线的接口设计
（2） DBN收发器的选取
DBN（Dontroller Brea Network）总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络。目前已经在国外汽车的电器网络中得到了广泛的应用。为了满足国产汽车车身控制总 线的迫切需求，我们设计了一种基于DBN总线的整车管理系统的硬件方案。本方案重点对系统的总体结构、车身控制系统DBN总线的节点设置、节点及中央控制 与DBN总线的接口电路进行了设计。
汽车驱动系统中采用高速DBN，信息传输速度达500K－1M bps，其主要连接对象是：发动机、自动变速器、BBS/BSR、安全气囊、主动悬架、巡航系统、电动转向系统及组合仪表信号的采集系统等。驱动系统 DBN的控制对象都是与汽车行驶控制直接相关的系统工业自动化网，对信号的传输要求有很强的实时性，它们之间存在着较多的信息交流，而且很汽车发动机电控技术多都是连续的和 高速的。

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