一种现场仪表自取电式无线适配系统的制作方法

xiaoxiao2021-02-23  1

一种现场仪表自取电式无线适配系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种信号传输技术,特别涉及一种现场仪表自取电式无线适配系统。
【背景技术】
[0002]工业现场仪表输出的信号通常是4_20mA的电流信号,且仪表与控制室之间的距离较远,中控室只能通过有线方式获取仪表的数据,而工业现场设备较多,现场环境较复杂,一旦仪表数量较多时造成布线困难、成本较高。

【发明内容】

[0003]本发明是针对工业现场仪表与控制室之间布线混乱,不易维护的问题,提出了一种现场仪表自取电式无线适配系统,利用仪表输出的电流信号作为采集和传输系统电路的能量源,并且也不会给原来的仪表变送信号带来影响,通过设计一种针对4_20mA仪表的取电电路获得一个稳定的电源信号,用来给主控电路供电,完成数据采集和传输,这样就解决了主控电路的供电问题,无需外部布线供电。
[0004]本发明的技术方案为:一种现场仪表自取电式无线适配系统,包括主控MCU、4-20mA现场仪表、取电电路、串口输出模块、液晶显示模块、信号采集模块、本地存储模块、Zigbee无线传输模块。取电电路从4-20mA现场仪表输出的电流信号取电存储,并供给主控MCU作为维持工作的电源,主控MCU控制信号采集电路对现场仪表输出信号进行采集,并将采集信号进行处理后送Zigbee无线传输,主控MCU将仪表变送的传感量和系统的运行参数送液晶显示模块显示,且通过串口输出模块和上位机进行数据交互,以及将采集信号送本地存储模块储存。
[0005]所述取电电路包括电流方向控制电路、充电电路、稳压电路、滤波电路,电流方向控制电路为一个整流桥电路,4-20mA现场仪表输出电流信号经过整流桥电路并联到充电电路,给充电电路中超级电容充电,充电电路输出经稳压电路稳压后经η形RC滤波电路滤波后给主控MCU供电。
[0006]数个现场仪表自取电式无线适配系统组成无线数据采集网路,互相进行信息传递,并将仪表数据通过无线网络传送到网关,主机通过网关访问到现场各个仪表的工作状
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[0007]本发明的有益效果在于:本发明现场仪表自取电式无线适配系统,无需外部供电,直接通过现场仪表输出的4_20mA储能充电,实现取电,然后对主控电路供电,可完成数据定时采集、传输、存储、显示等功能,解决数据传输系统需要外部走线供电的问题,具有数据传输系统零布线、低功耗等优点。
【附图说明】
[0008]图1为本发明现场仪表自取电式无线适配系统结构示意图;
图2为本发明现场仪表自取电式无线适配系统成网络整体架构图; 图3为本发明提供的Zigbee无线数据传输流程图。
【具体实施方式】
[0009]如图1所示为现场仪表自取电式无线适配系统结构示意图,包括4_20mA现场仪表
10、取电电路11(采样电阻12、超级电容13、电压调节器14、电压巡检15)、串口输出模块16、液晶显示模块17、信号采集模块18、本地存储模块19、主控MCU 20,以及Zigbee无线传输21。其中,取电电路包括电流方向控制电路、充电电路、稳压电路、滤波电路,这些部分完成主控MCU的电源供电部分,保证系统能够可靠地供电。取电电路11从4-20mA现场仪表10输出的电流信号取电储能,并供给主控MCU 20作为维持工作的电源。主控MCU控制信号采集电路18对4-20mA现场仪表输出信号进行采集,并将采集信号进行处理后送Zigbee无线传输21无线输出。
[0010]所有的现场仪表通过该系统能够自组网,实现信号采集和传输,系统可以长时间稳定工作且无需外部供电,解决Zigbee数据采集传输系统需更换电池或供电布线的问题。
[0011]图2是无线适配系统的整体架构,本系统实现将工业现场各个离散仪表组网起来,构成一个无线数据采集网路,实现数据采集和无线传输,并且各个仪表之间可以进行信息传递,所有的仪表数据通过无线网络传送到网关,主机通过网关可以访问到现场层各个仪表的工作状态。
[0012]取电电路模块11包括采样电阻12、超级电容13以及电压调节器14等部分,用来充电储能。先采用一块电源芯片并联到4_20mA电路中,通过采样电阻12和电压调节器14等作用动态调节其输出电压,再通过一块升压DC/DC芯片升压到5V给超级电容13充电,并经过一个降压DC/DCS片降压到3.3V,用来给主控MCU提供一个稳定的电源。
[0013]充电电路包含一个电压巡检部分15,由专用的电源管理芯片控制,在取电过程中用来监测供电电源剩余电量,一旦电源电量较低,就降低系统工作频率或者让系统睡眠,防止系统由于供电不足而出现故障。
[0014]如图2所示,电流方向控制电路是一个整流桥电路,其是用来变换电流方向,当现场仪表4-20mA输出方向接反时,仍能保证充电电路的电流输入方向唯一,起到充电电流输入方向防反的作用。
[0015]稳压电路由稳压管、调整管等部件构成,并且包括一个供电电压检测控制部分,具备输入电压取样、输出电压调节的功能,能够实现自动稳压,保证主控MCU能够供上一个高品质的电源电压。
[0016]滤波电路是利用31形RC滤波电路,由两个电容和一个电阻组成,两个电容同时进行滤波作用,后者滤波电容可以补偿前者电容滤波不完善的部分,两个电容共同作用滤波,从而大大提高滤波效果,降低干扰、减少噪声,确保电源供电稳定。
[0017]主控Μ⑶采用基于Atmel的Cortex-MO系列低功耗、高能效的ARM处理器,可用来控制信号采集电路完成电流检测,即测量变送器的输出信号,包括信号调理电路、A/D转换电路、芯片处理电路等,转换得到的数字量经过主控芯片分析处理并等待传输。
[0018]液晶显示模块是采用一块超低功耗微安级LCD液晶屏,以较低速率刷新显示仪表变送的传感量和系统的运行参数。
[0019]串口模块采用的是RS232通讯方式,直接和上位机进行数据交互,一方面上传采集数据,另一方面接受上位机命令配置系统参数,如改变系统采集、显示频率等。
[0020]本地存储模块是采用SD卡方式,首先初始化SPI设置低速模式,发送控制命令CMD,然后判断SD卡Ready状态,再设置SPI高速模式,以定时方式控制仪表数据和报警数据的写入。
[0021]如图3所示,Zigbee传输数据包的流程是:首先确定目标节点的网络地址和建立源节点通向目标节点的路径,当目标节点的网络地址未知时,则开始查找,查找网络地址成功后,再确定路径是否建立,若未建立则开始搜寻源节点通向目标节点的路径,搜寻成功后,则开始传输数据包,否则丢弃该数据包,重新传输数据,如此循环进行。
[0022]无线适配系统可以与有线现场仪表进行对接,完成数据采集,获取仪表关键参数,并且将现场离散仪表进行组网,完成数据无线传输,实现现场仪表的无线化改造。
[0023]无线适配系统是利用Zigbee无线方式传输数据,其组网灵活、功耗较低,可以把现场仪表组网起来,构成一个无线数据采集网络,这样就无需将每个仪表(变送器)都接到控制室,解决了现场和控制室之间布线复杂的难题,只要在控制中心布置一个网关,负责收集现场层所有仪表的数据,并将其传输到上层主机进行分析和处理。
[0024]采用一种无线适配系统,每个现场仪表连接该系统就可以无线传输数据,并且通过该适配系统将现场各个离散仪表组网起来,即将有线现场仪表接入到无线系统中,每个仪表之间就可以相互传递信息,不但解决其布线的难题,而且改善了数据传输效率。无线适配系统一方面负责收集现场仪表变送的关键参数,另一方面将这些数据以无线的方式传输送到网关,控制中心通过网关可对现场层各类数据进行分析和处理,整个现场仪表就可以集成到工业测控系统中,有效地进行管控和调度。
[0025]现场仪表自身输出4_20mA的电流信号,该无线适配系统不但可以采集仪表变送的关键传感数据,而且通过对该电流信号取电储能供给无线适配系统,无需给适配系统配备电池,解决其供电问题。
【主权项】
1.一种现场仪表自取电式无线适配系统,其特征在于,包括主控Μ⑶、4-20mA现场仪表、取电电路、串口输出模块、液晶显示模块、信号采集模块、本地存储模块、Zigbee无线传输模块;取电电路从4_20mA现场仪表输出的电流信号取电存储,并供给主控MCU作为维持工作的电源,主控MCU控制信号采集电路对现场仪表输出信号进行采集,并将采集信号进行处理后送Zigbee无线传输,主控Μ⑶将仪表变送的传感量和系统的运行参数送液晶显示模块显示,且通过串口输出模块和上位机进行数据交互,以及将采集信号送本地存储模块储存。2.根据权利要求1所述现场仪表自取电式无线适配系统,其特征在于,所述取电电路包括电流方向控制电路、充电电路、稳压电路、滤波电路,电流方向控制电路为一个整流桥电路,4-20mA现场仪表输出电流信号经过整流桥电路并联到充电电路,给充电电路中超级电容充电,充电电路输出经稳压电路稳压后经η形RC滤波电路滤波后给主控MCU供电。3.根据权利要求1所述现场仪表自取电式无线适配系统,其特征在于,数个现场仪表自取电式无线适配系统组成无线数据采集网路,互相进行信息传递,并将仪表数据通过无线网络传送到网关,主机通过网关访问到现场各个仪表的工作状态。
【专利摘要】本发明涉及一种现场仪表自取电式无线适配系统,取电电路从4-20mA现场仪表输出的电流信号取电存储,并供给主控电路作为维持工作的电源,主控MCU控制信号采集电路对4-20mA现场仪表输出信号进行采集,并将采集信号进行处理后送Zigbee无线传输无线输出,主控MCU将仪表变送的传感量和系统的运行参数送液晶显示模块显示,主控MCU通过串口输出模块和上位机进行数据交互,主控MCU将采集信号送本地存储模块储存。无需外部供电,直接通过现场仪表输出的4-20mA储能充电,实现取电,对主控电路供电,可完成数据定时采集、传输、存储、显示等功能,解决数据传输系统需要外部走线供电的问题,具有数据传输系统零布线、低功耗等优点。
【IPC分类】G08C17/02
【公开号】CN105488977
【申请号】CN201510900584
【发明人】王胜, 陈俊杰, 王珩, 梅会儒
【申请人】上海工业自动化仪表研究院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月8日

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