MAXREFDES67#：通用輸入微型PLC的卓越設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一、概述

在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，擁有一款功能強(qiáng)大且通用的模擬輸入解決方案至關(guān)重要。MAXREFDES67#參考設(shè)計(jì)就是這樣一款令人矚目的產(chǎn)品，它是專為工業(yè)應(yīng)用打造的完整通用模擬輸入系統(tǒng)。這款獨(dú)特的24位前端能夠接受雙極性電壓、電流、電阻溫度探測(cè)器（RTD）和熱電偶（TC）輸入。其采用了Maxim Integrated的超小型微型PLC外形，在 -40°C 至 150°C 的溫度范圍內(nèi)，有效分辨率高達(dá)22.3位，溫度誤差低至 ±0.1%。

文件下載：MAXREFDES67#.pdf

為了提升使用的便捷性，其創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)能夠在板上切換所有信號(hào)，這意味著無(wú)論連接何種類型的信號(hào)，連接器都無(wú)需跳線或額外連接。此外，系統(tǒng)在所有信號(hào)鏈元件中采用了Maxim Integrated的Beyond-the-Rails特性，該特性減少了對(duì)大型電源的需求，使每個(gè)元件在低電壓電源軌上運(yùn)行時(shí)能夠接受較大的輸入電壓。

這塊板子還配備了一個(gè)微型USB連接器，方便快速連接到PC進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)，它需要一個(gè)24V電源，可以來(lái)自電源供應(yīng)器或附帶的AC/DC墻式適配器。更多信息和性能數(shù)據(jù)可在Details標(biāo)簽中查看，設(shè)計(jì)文件和固件可從Design Resources標(biāo)簽下載。

二、特性亮點(diǎn)

高精度測(cè)量

能夠?qū)崿F(xiàn) -10V 到 +10V ±20% 的電壓輸入以及 -20mA 到 +20mA ±20% 的電流輸入測(cè)量，并且對(duì)RTD和TC的測(cè)試溫度范圍為 -40°C 至 +150°C，保證了在不同環(huán)境下的高精度測(cè)量。

靈活的輸入類型

支持軟件控制輸入類型，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇測(cè)量的信號(hào)類型。

完善的保護(hù)與隔離

具備24V輸入保護(hù)功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電源和數(shù)據(jù)的隔離，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

校準(zhǔn)與驅(qū)動(dòng)支持

提供板載和傳感器校準(zhǔn)功能，并且配備了設(shè)備驅(qū)動(dòng)和示例C源代碼，方便開(kāi)發(fā)者進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

緊湊的外形

采用微型PLC外形，體積小巧，適合各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。

三、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

靈活性

可以適應(yīng)多種不同類型的輸入信號(hào)，滿足不同工業(yè)應(yīng)用的需求。

加速上市時(shí)間

提供了完整的設(shè)計(jì)文件和固件，開(kāi)發(fā)者可以在此基礎(chǔ)上快速進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

易用性

創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)和軟件控制方式，使得用戶在使用過(guò)程中更加便捷，無(wú)需復(fù)雜的操作。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

MAXREFDES67#適用于多種工業(yè)場(chǎng)景，包括工業(yè)控制與自動(dòng)化、過(guò)程控制以及PLC等領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域的信號(hào)測(cè)量和處理提供了可靠的解決方案。

五、硬件詳細(xì)描述

電源要求

需要注意的是，STM32和FTDI由USB單獨(dú)供電。

輸入信號(hào)處理

MAXREFDES67#參考設(shè)計(jì)是一款具有隔離電源和數(shù)據(jù)的通用模擬輸入卡，支持電壓、電流、RTD（PT100和PT1000）和熱電偶（K型）輸入。輸入電路利用數(shù)字控制的模擬開(kāi)關(guān)（MAX14759和MAX14763）為不同類型的輸入信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)?a href="http://m.sdkjxy.cn/v/tag/2364/" target="_blank">電氣連接，避免了在端子塊上使用額外的跳線。雙軌外運(yùn)算放大器（MAX44267）對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行緩沖，四通道低噪聲低功耗運(yùn)算放大器（MAX44245）對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減并添加1.5V偏移，以適應(yīng)ADC對(duì)正信號(hào)的測(cè)量需求，這樣就無(wú)需負(fù)電壓參考和電壓供應(yīng)。對(duì)于 -12V 到 +12V 的電壓信號(hào)采用10:1.15的衰減，對(duì)于電流、RTD和TC輸入信號(hào)采用10:9.53的衰減。衰減后的信號(hào)分別連接到ADC的不同通道，STM32控制器根據(jù)所選輸入確定讀取哪個(gè)通道。

電源與隔離

MAX17498C從24V電源生成隔離的 +17.5V 和 +7.5V 軌，兩個(gè)MAX17651設(shè)備提供后調(diào)節(jié)的 +15V 和 +3.6V 軌。MAX14930/MAX14932數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)隔離器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離，在污染程度為2的環(huán)境中，工作電壓可達(dá)300V（300 VRMS）。MAX17552降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器將USB的 +5V 電源轉(zhuǎn)換為 +3.3V，為STM32微控制器和FTDI USB-UART橋供電。

傳感器配置

MAXREFDES67#套件中包含一個(gè)PT100 RTD和一個(gè)K型熱電偶，熱電偶的黃色線為正信號(hào)，紅色線為負(fù)信號(hào)。

六、固件詳細(xì)描述

MAXREFDES67#使用板載的STM32F4微控制器來(lái)控制模擬開(kāi)關(guān)、從數(shù)字溫度計(jì)讀取溫度、與ADC通信，并將ADC采樣數(shù)據(jù)保存在片上SRAM中。用戶可以通過(guò)終端程序讀取采樣數(shù)據(jù)，并在任何第三方軟件上進(jìn)行分析。同時(shí)，用戶還可以進(jìn)行系統(tǒng)和傳感器校準(zhǔn)。固件使用Keil μVision5工具用C語(yǔ)言編寫(xiě)，能夠接受校準(zhǔn)和采樣命令，并通過(guò)虛擬COM端口將采樣數(shù)據(jù)塊下載到標(biāo)準(zhǔn)終端程序。完整的源代碼提供給用戶，以加速開(kāi)發(fā)進(jìn)程，代碼文檔可在相應(yīng)的固件平臺(tái)文件中找到。

七、快速啟動(dòng)步驟

所需設(shè)備

• 帶有USB端口的Windows? PC
• MAXREFDES67#板
• 提供的24V電源
• 提供的PT100 RTD

操作步驟

1. 如果Windows無(wú)法自動(dòng)安裝FTDI USB-UART橋IC的驅(qū)動(dòng)程序，可以從www.ftdichip.com/Drivers/D2XX.htm下載。
2. 將24V電源連接到MAXREFDES67#板的J501連接器。
3. 將RTD連接到端子塊的2號(hào)和3號(hào)引腳。
4. 將USB電纜從PC連接到MAXREFDES67#板。
5. 在PC上打開(kāi)Hyperterminal或類似的終端程序，找到合適的COM端口（通常是較高編號(hào)的端口，如COM4或COM6），并將連接配置為115200、8-N-1，無(wú)流控制。
6. MAXREFDES67#軟件將顯示一個(gè)菜單。
7. 在終端程序中按1選擇數(shù)據(jù)采集。
8. 按2選擇RTD PT - 100 2線輸入。
9. 按0選擇連續(xù)采樣。
10. 驗(yàn)證測(cè)量的溫度是否接近室溫。

八、實(shí)驗(yàn)室測(cè)量

測(cè)量設(shè)備

• K型熱電偶（Omnitec EC3TC）
• PT - 100 RTD 1/10 DIN（Omega P - M - 1/10 - 1/4 - 6 - 0 - G - 3）
• 電壓校準(zhǔn)器DVC - 8500
• Fluke 189萬(wàn)用表
• Fluke 7341校準(zhǔn)浴
• Omega HH41溫度計(jì)
• ETI參考溫度計(jì)
• Fluke 724溫度校準(zhǔn)器
• 帶有USB端口的Windows PC
• MAXREFDES67#板
• +24V電源

測(cè)量結(jié)果

通過(guò)電壓校準(zhǔn)器DVC - 8500和Fluke 189萬(wàn)用表對(duì)MAXREFDES67#的輸入進(jìn)行校準(zhǔn)。文中展示了不同采樣率下0V電壓輸入和0A電流輸入的DC直方圖，以及MAXREFDES67# RTD輸入和熱電偶輸入相對(duì)于不同參考溫度計(jì)的溫度誤差曲線。

綜上所述，MAXREFDES67#參考設(shè)計(jì)以其高精度、靈活性和易用性等優(yōu)勢(shì)，為工業(yè)應(yīng)用中的模擬輸入測(cè)量提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。各位電子工程師們，不妨在實(shí)際項(xiàng)目中嘗試使用這款產(chǎn)品，看看它能為你的設(shè)計(jì)帶來(lái)怎樣的提升呢？