4~20mA电流采集模块

一、设计方案

    针对电流输出型传感器（4~20mA或者0~20mA）,设计了这款电流采集模块。主要是通过运放搭建电流放大电路，并通过二阶低通滤波后送入带有12位ADC的单片机，通过数码管显示电流值，并通过串口打印数据。

二、方案解析

1、电流采集放大电路

该电路是典型的运放低侧电流监测的应用，采样电阻R20为10Ω，精度0.1%  25PPM/℃。R5、R4、R6、R7以及运放U1组成差分放大电路，因为R5=R6、R4=R7，所以该差分放大电路的Vout = Vin * （R4/R5）。所以CN1处的电压等于 被测电流*10*10 （0~2V）。断开H1，万用表调至mA电流档,可以监测回路中的电流大小。正常使用时，短接H1即可。

2、二阶低通滤波

这是一个典型的单位增益KRC电路又称塞林更（Sallen-Key）滤波器，截止频率fc=1/（2*pi*（R1*R2*C5*C6）^0.5） ，可以通过电子发烧友上的计算器（运放低通滤波器在线计算工具）。

我这边设计的是需要滤掉工频干扰的50HZ，通过计算并查找相关电阻阻值和电容容值，确定R1 = R2 = 10KΩ，C5 = 220nF,C6=470nF,通过截止频率计算公式算出fc = 49.5HZ。

电路中运算放大器选用常用的KTA333（SOT-23封装）低噪声低温漂精密运算放大器。 它的输入失调电压小于 10μV，输入偏置电流±100pA，输入失调电压±120pV,失调电压漂移仅有 0.05μV/℃。

3、其它功能介绍

    单片机采用STC的STC8H3K32S2-45I-LQFP32，该芯片具有12位的ADC，可以满足本方案的采样精度要求。并且在电路中增加TL431电路作为单片机ADC的参考电压。运放放大后的最大电压值是2V，参考电压可以设置成2.5V。而且参考电压设置为2.5V比直接用5V系统电源可以提高采样精度。

    显示部分采用的是TM1650可以驱动4位8段数码管，进行测试值显示。

    电源部分，采用TPS5430降压芯片，输入可以5.5 V ~ 36 V宽电压供电。

三、电路调试

1、检查供电电压 & 2.5V参考电压

2、电流经过采样电阻R20、差分放大电路放大100倍后的电压值：

拟合曲线为y = 97.85x，因为4.99K和49.9K电阻存在误差，后期可以换成0.1%的再试一下。

3、单片机采集数值

TempData = temp * 2.510 /65536 ;  经过单片机采集后，显示数值只差0.01mA,可以忽略不计。

将上面的拟合曲线写入程序中，测试结果还是可以的。