通信与模拟量转换模块

一、产品简介

一种可以将标准模拟量信号转换为数字量信号，供上位机,PLC等设备进行通信读取，将传统0-10V模拟量进行采集后使用modbus RTU组网。也可以将modbus RTU传输的数字量信号转换为0-10V或4-20MA标准信号进行输出。

二、应用场景

上位机采集模拟量：采集多路模拟量信号进行上位机记录，可以省去PLC或采集卡。

上位机输出模拟量：上位机需输出标准电压信号以控制设备，可以使用其进行转换。

PLC控制设备：可以输出多组模拟量信号，省去模拟量输出模块，节省成本。

模拟量组网：多个模拟量输出，可以用其转换为数字信号，提高信号的抗干扰性能。

三、产品描述

此产品配备双路模拟输入和双路输出，均可通过modbus RTU协议进行读取和写入，模拟量采集芯片有效分辨率为18-19位，最大分辨率为24位。模拟量采样支持五点的非线性校正。进行非线性校准后，采样综合精度达万分之三以上。远超过一般市面同类设备使用的MCU内部ADC的12位分辨率。输出分辨率为最大输出的1/9000。可以输出0-10V标准电压信号，或者输出4-20MA标准电流信号。电压输出精度可达万分之五以上。可以通过modbus RTU协议或模块自带屏幕，按键进行参数调整。整机加入电磁兼容设计和防反接防过载等电路保护设计。

四、产品参数

供电电压：18-28V

功率：1.2W(不使用电流输出)

电压采样分辨率：0.1mV

0-10V电压采样综合精度：0.03%

电压采样速度：10Hz 40Hz 640Hz

电压显示范围：0-99999

电压采样通道：双通道

模拟量输出分辨率：9000/1

模拟量输出精度：0.05%

模拟量输出通道：双通道可电压或电流输出

支持通信：RS485

支持通信协议：modbus RTU

支持波特率: 4800 9600 19200 38400

PCB参数：四层板，单面贴装，尺寸48.8*96.4MM，板材等无其他特殊要求。

五、使用说明

恢复数据：在上电前按下K4按键，然后上电，等待OLED进入主界面后松开。该操作用于第一次下载程序后，或者数据设置错误，将基本参数恢复至程序内的默认数值。

手动修改主要参数操作说明：

1. 在主界面显示下，长按K1按钮1.5秒后，进入参数界面。

2. 短按K1按键切换设置参数界面，短按K2按键则可以在当前界面显示的参数中切换。

3. 当选中要修改的参数后，短按K3按键切换当前修改参数位，短按K4则在当前位加一。

4. 修改完成后，长按K1按键则可以退回主显示界面。

设置电压采集非线性校准参数操作说明：

首先选择5个电压点输入给转换器。记录转换器显示电压值。选择校准电压点时，尽量使得5个电压点位分布较为平均。建议选择1V 3V 5V 7V 9V这5个电压点作为校准电压点。例如向输入通道1 输入1.0000V电 压后，转换器ADC1显示1.0050V，将实际电压除以当前转换器显示电压，得到比例系数为0.9950 将该比例系数数据输入至AD1非线性校准点1的“比例系数”参数。将变送器显示的1.0050V输入至参数“校准电压”。ADC1其他电压点和ADC2电压校准点也是相同操作。

修改操作说明：在主显示界面下，长按K2按键1.5秒后，进入非线性校准数据设置界面。短按K1可以在10个电压校准点界面进行切换。短按K2则可在当前界面下切换选中的数据。

当选中要修改的参数后，短按K3按键切换当前修改参数的选中位，短按K4则在当前选中位加一。

输入电压清零方法：当输入电压为0时，转换器显示屏上显示一个固定数值，则可以在显示电压的主界面，长按K3清零ADC1的电压，或长按K4清零ADC2的初始电压。再次长按K3或者K4则清除设置的零点。

输入电压校准方法：ADC1输入0V电压，并将ADC1起始电压清零，ADC1再次输入9.500V电压，记录ADC1显示值（设定成Y），长按K1按钮1.5秒后，找到“ADC1系数”参数，将该参数的值（设定成Z），然后将“ADC1系数”参数值修改成（Z*(9.500/Y)）。如电压显示不准确，按上述步骤再重复一次即可。ADC2校准同理。

输出电压校准方法：首先上电后长按K1按键，找到参数“VOUT1零点”，选中该参数，设置为0，然后使用万用表测量OUT1_U端口输出电压，输出电压为0V左右即可，应该有数毫伏零点误差电压，不影响使用。然后切换参数“VOUT1满度”使用万用表测量输出电压是否为10.000V，如果不是则可以微调参数“VOUT1满度”设置为10V即可。VOUT2校准同理。

输出电流校准方法：首先上电后长按K1按键，找到参数“IOUT1零点”，选中该参数，然后使用万用表测量OUT1_I端口输出电流，输出电流为4MA左右即可，如果不是4MA，可以调整参数“IOUT1零点”的大小，以改变零点输出电流。调整好后切换参数“IOUT1满度”使用万用表测量输出电压是否为20.000MA，如果不是则可以微调参数“IOUT1满度”设置为20MA即可。IOUT2校准同理。

通信模式说明：此变送器支持modbus RTU 协议，支持指令为03H或10H命令，数据位为8位，无校验位，停止位和波特率可设。

通信实例 （通信支持N81或N82格式）

Modbus RTU协议

0X03指令

发送：01 03 00 01 00 02 95 CB（读取当前ADC1采集到的电压值）

返回：01 03 04 00 00 00 12 7A 3E （当前力值为00 00 00 12，转换为10进制为18，ADC采集到的电压为0.0018V）

0X10指令

发送：01 10 00 27 00 02 04 00 00 07 D0 B3 FD （设置DAC1输出电压为2.000V）

返回：01 10 00 27 00 02 F1 C3（设置成功，输出完成）

端口说明

模拟量输入端口：为”GND,V_IN1,V_IN2,”其中V_IN1,V_IN2为电压输入，GND为基准。

模拟量电压输出端口：为”OUT1_U,OUT2_U,”两路电压输出端口，GND为基准。

模拟量电流输出端口：为”OUT1_I,OUT2_I,”两路电流输出正极，GND为负极。

电源端口：为”24V,GND”,其中24V为电源正极，GND为电源负极。

通信输出端口： RS485总线端口，A表示A+，B表示B-。

串口1输出端口：可以进行程序下载和后期改装。

SWD下载端口：可以使用脱机下载器进行下载。

六、备注

此模块有程序，需要使用专用下载器或USB转串口模块。

硬件整体成本小批100套，单片成本为47元左右。

U1芯片可修改为STM32F103C8T6,GD32F103C8T6等单片机，可以根据芯片价格进行直接替换。

模块背面两个插针为下载口，可以进行串口下载或者SWD下载，不用焊接插针。

上传BOM部分立创没有，复刻请查看附件“BOM_高速测力称重变送器”。

不包含源代码文件，仅包含固件， 其他功能/源码 需自行开发。

程序下载HEX文件放置在附件中。

七、演示视频

通信发送输出电压与四位半万用表对比。

采集0-10V电压与四位半万用表显示对比