0 引言

4~20mA电流信号是国际电工委员会过程控制系统模拟信号标准。其与电压信号相比具有传输距离远、成本低，误差低，抗干扰能力强等优点，因此成为工业及仪器仪表等应用领域中传输模拟信号的首选方式，以下为一般的4~20mA电流发生模块测试硬件连接测试方法：

电源部分通常由两路直流电源提供，一路输出+5V电源连接到4~20mA模块的VCC引脚，另一路输出+12V电源连接到12V和0V引脚，将电流表串联在I+和I－之间。控制信号一般由信号发生器产生，信号发生器输出连接PWM引脚。设置信号发生器输出不同占空比的PWM信号，观察记录与之对应的电流表测量值，根据测量结果判定模块品质是否合格。

1 4~20mA 电流发生模块测试装置的介绍

针对一般电流发生模块测试方法存在的缺陷，本文提出了一种基于嵌入式系统的多通道 4~20mA 电流发生模块测试的装置，包括功能模块、电源部分、电源适配器和待测模块，可同时测试多个4~20mA电流发生模块，只需将待测模块插入模块插座中，然后按装置的开始按键即可进行模块功能测试，并将测试的状态和结果通过LED指示灯，LCD显示屏及蜂鸣器等多种方式显示出来。其硬件功能模块图如图1所示：

图1 硬件功能模块图

2 4~20mA 电流发生模块测试装置的研发

该电流发生模块测试装置将被测4~20mA电流发生模块插入模块插座组中，连接外部电源适配器，打开电源开关，外部9~24V电源经过欠压、过压等电源保护电路，输送到第一级DC－DC降压电路后，输出+5V直流电。+5V直流电一方面经过LDO产生+3.3V电源供给各功能模块，另一方面通过DC－DC升压电路输出12V直流电供给4~20mA电流模块电流输出部分。

MCU上电初始化内部数据及各个功能模块后，程序进入就绪状态，运行指示灯以1Hz的频率闪烁，同时等待用户操作。有以下两种操作：

A)PWM参数调整：用户通过“功能”键切换设置PWM占空比和频率，然后通过“加”“减”键加大或减小占空比或频率的数值。

B）开始/停止测试：用户通过“启/停”按键实现模块测试的启动和停止。

其中，外部电源适配器给装置提供9~24V直流电源，经过欠压、过压等电源保护电路，输送到第一级DC－DC降压电路后，输出+5V直流电。+5V直流电一方面经过LDO产生+3.3V电源供给各功能模块，另一方面通过DC－DC升压电路输出12V直流电供给4~20mA电流模块电流输出部分。

其中，功能部分主要包括MCU部分、触摸按键输入、串口转USB、模块插座组、I－V变换，LCD显示和声光指示几个部分。MCU部分包括1个单片机及其必要的外围电路，是连接各个功能模块的中枢。模块插座组用于连接被测的4~20mA电流发生模块，MCU部分可以连接各个功能模块，串口转USB部分用于连接上位机，以实现MCU程序IAP升级的功能.

触摸按键部分用于提供必要的用户操作，包括“启/停”“加”、“减”和“功能”。串口转USB部分用于连接上位机，以实现MCU程序IAP升级的功能。模块插座组用于连接被测的4~20mA电流发生模块。I-V变换部分用于将4~20mA电流发生模块输出的电流信号转换成电压信号，然后输入到MCU的ADC取样输入引脚，以便对电流信号大小进行测量。

LCD显示部分包括一个320*480的RGB接口显示屏及其接口电路，用于显示测试数据和测试结果等相关信息。声光指示部分包括1个蜂鸣器和若干个LED指示灯。蜂鸣器用于操作提示和报警，每次用户按下按键，蜂鸣器会发出一声短促的“嘀”声。在测试过程中，如果出现有模块测试不合格的情况，蜂鸣器会发出“嘀嘀”的报警声。声光指示部分的LED指示灯包括1个电源指示灯和1个状态指示灯。电源指示灯用于指示+3.3V电源的上电状态，指示灯亮起表示测试装置已上电。状态指示灯用于指示程序运行状态，在MCU程序正常运行时以1Hz的频率闪烁。

3 意义

4~20mA指的就是最小电流为4mA，最大电流为20mA，在工业现场，要完成信号的调理并进行长线传由于其应用的广泛性和通用性，所以硬件部分通常被做成单独的小模块并引出必要的几个接口引脚以便于硬件集成。为确保产品质量及品质，与之相应的测试装置也是必不可少的，因此本文一种基于嵌入式系统的多通道 4~20mA 电流发生模块测试装置的研发具有重要意义，该装置与一般的4~20mA电流发生模块测试硬件连接相比，其大大提高了4~20mA电流发生模块测试的便捷性、可靠性，其方便、快捷，操作简单，对测试的中间过程和测试结果都有直观的指示，大大地减少了测试成本和提高了测试效率。

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