本发明涉及仪器仪表控制，具体涉及一种基于pwm波控制4-20ma电流环的电路及校准方法。
背景技术：
1、现有的许多工业仪器仪表都含有4-20ma电流输出功能，4-20ma电流输出可以将所测到的物理量进行远距离传输，并且还具有很强的抗干扰能力，便于对仪表的工作状态进行实时监控，因此4-20ma电流环在工业仪表中应用广泛。
2、在现有仪表中对于4-20ma电流环控制，一般有两种方案实现：
3、1、采用数字信号转电流的专用芯片，此种方案成本很高；
4、2、采用单片机u3的dac模块或者dac专用芯片转出电压信号，再将电压信号转为4-20ma电流，但带有dac模块的单片机u3或者dac专用芯片价格往往较高，会增加仪表的成本，并且受电源供电差异及各个芯片批次的影响，4-20ma的精度不高。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于pwm波控制4-20ma电流环的电路及校准方法，用于解决现有技术中采用数字信号转电流的专用芯片以及采用带有dac模块的单片机u3或者dac专用芯片成本高的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于pwm波控制4-20ma电流环的电路，包括：
3、中央处理模块，所述中央处理模块采用一个单片机u3，单片机u3通过i/o口输出pwm波；
4、pwm转电压模块，所述pwm转电压模块由nmos管q1、运算放大器u1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1、电容c2、电容c3构成，所述pwm转电压模块输出电压信号vout；
5、4-20ma电流环模块，vout接入4-20ma电流环模块；所述4-20ma电流环模块由电流环控制芯片u2、三极管q2、电阻r5、电阻r6、电阻r8、电阻r9、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电容c4、电容c5、电容c6、pmos 管q3构成；
6、电源管理模块，用于提供供电电压vcc；所述电源管理模块采用一个充放电管理芯片u4，用于管理整个电路供电使用；
7、所述中央处理模块和电源管理模块中均设有芯片内部工作电压vdd，pwm转电压模块、4-20ma电流环模块中均设有芯片内部工作电压vdd2。
8、于本发明的一实施例中，所述单片机u3输出pwm波的i/o口连接nmos管q1的栅极并通过电阻r4接地，nmos管q1的漏极接电阻r2的一端并通过电阻r1接电压vdd2、源极接地，
9、所述电阻r2的另一端接电容c1的一端和电阻r3的一端，电容c1的另一端接地，电阻r3的另一端接电容c2的一端和运算放大器u1的1脚，电容c2的另一端接地；
10、所述运算放大器u1的2脚接地，u1的5脚接电压vdd2并通过电容c3接地，运算放大器u1的3脚与4脚相连接。
11、于本发明的一实施例中，所述电流环控制芯片u2具有10个引脚，电流环控制芯片u2的第1引脚接电压vcc，并通过电容c5，c6接地；电流环控制芯片u2的第2引脚接三极管q2的发射极和电阻r12的一端；三极管q2的基极和电阻r12的另一端接pmos 管q3的源极；三极管q2的集电极接电流环控制芯片u2的第3引脚和pmos管q3的栅极，q3的漏极接二极管d1阳极，二极管d1阴极输出4- 20ma电流环输出信号；
12、所述电阻r9的一端和电阻r8的一端接电流环控制芯片u2的第4引脚，r9的另一端接地；电流环控制芯片u2第5引脚和r8另一端接电压vdd2，并通过电容c4接地；电阻r6一端和电阻r5一端接u2的第6引脚，电阻r6另一端pwm波转电压电路输出的电压信号，
13、所述电流环控制芯片u2的第7引脚通过电阻r13接地；电流环控制芯片u2的第8引脚通过电阻r10接电压vdd；电流环控制芯片u2的第 9引脚接单片机u3的一个i/o口，并通过电阻r11接地，单片机u3的i/o口输出高电平则可关闭电流环，使电流环输出电流为0；电流环控制芯片u2的第10引脚接地。
14、于本发明的一实施例中，所述电阻r5另一端设置为浮空不接任何信号或者接fsk信号用于电流环输出hart波形。
15、于本发明的一实施例中，所述电流环控制芯片u2的型号为xtr111aidrct。
16、一种基于pwm波控制4-20ma电流环的电路校准方法，采用电流环校准系统，电流环校准系统与仪表之间通过modbus协议进行通讯；包括所述的基于pwm波控制4-20ma电流环的电路，包括如下工作步骤：
17、s1、电流环校准系统对仪表发送指令，单片机u3的i/o口输出4ma对应的理论pwm波，记pwm波的占空比为d1，仪表输出的电流被校准系统采集并将值记为i1；
18、s2、电流环校准系统对仪表发送指令，单片机u3的i/o口输出12ma对应的理论pwm波，记pwm波的占空比为d2，仪表输出的电流被校准系统采集并将值记为i2；
19、s3、采用一次线性法对电流环进行补偿，补偿系数k = (d2-d1)/(i2-i1)，偏移量b=d2-k*i2；
20、s4、单片机u3将k与b的值记录在内部flash中，当仪表输出电流为i时，单片机u3输出的pwm波占空比d = k*i+b；
21、s5、仪表根据电流环校准系统的要求输出特定电流；
22、s6、电流环校准系统将仪表输出的特定电流与采集到的实际电流进行比较，将仪表输出的特定电流与采集到的实际电流之间的误差控制在0.3%以内。
23、如上所述，本发明的基于pwm波控制4-20ma电流环的电路及校准方法，具有以下有益效果：
24、本发明采用pwm波控制4-20ma电流环模块，通过改变pwm波的占空比来获取不同的4-20ma电流信号；因此只需要单片机u3上的一个控制口即可实现对4-20ma电流环模块的控制，不需要在单片机u3上带dac模块，也不需要使用dac专用芯片，提高了电路的通用性，降低了物料成本。本发明在校准方法中经过电流环校准系统的校准和输出比较，能够显著提高4-20ma电流环的精度，增加了4-20ma电流环输出的可靠性。
1.一种基于pwm波控制4-20ma电流环的电路，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于pwm波控制4-20ma电流环的电路，其特征在于：所述电阻r5另一端设置为浮空不接任何信号或者接fsk信号用于电流环输出hart波形。
3.根据权利要求1所述的基于pwm波控制4-20ma电流环的电路，其特征在于：所述电流环控制芯片u2的型号为xtr111aidrct。
4.一种基于pwm波控制4-20ma电流环的电路校准方法，采用电流环校准系统，电流环校准系统与仪表之间通过modbus协议进行通讯；包括权利要求1-3任一所述的基于pwm波控制4-20ma电流环的电路，其特征在于，包括如下工作步骤：
