低功耗的多參數(shù)兩線制變送器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，包括多個信號測量及處理電路、多個電源控制電路、微控制器及電流輸出模塊。每一信號測量及處理電路的輸入端用于連接一傳感器，當(dāng)每一信號測量及處理電路工作時，處理所述傳感器的測量信號并輸出經(jīng)處理的測量信號。多個電源控制電路一一對應(yīng)地連接所述多個信號測量及處理電路，根據(jù)一組控制信號動態(tài)地控制所述多個信號測量及處理電路工作或停止。微控制器可發(fā)出所述一組控制信號至所述電源控制電路，接收工作中的信號測量及處理電路所輸出的所述經(jīng)處理的測量信號，并輸出測量值至電流輸出模塊。電流輸出模塊連接所述微控制器，將所述測量值轉(zhuǎn)換為電流信號輸出。
【專利說明】低功耗的多參數(shù)兩線制變送器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種回路供電變送器，尤其是涉及一種低功耗的多參數(shù)兩線制變送器。
【背景技術(shù)】 [0002]當(dāng)前，工業(yè)控制現(xiàn)場中4~20mΑ兩線制回路供電變送器應(yīng)用越來越廣泛。兩線制技術(shù)由于其不需要專用的電源電纜，也不需要單獨的供電單元，可以使其安裝維護(hù)成本顯著下降。同時，隨著工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展，市場已不再僅僅滿足于單一參數(shù)或單一傳感器測量的變送器，如僅支持單一溫度、單一 PH值、單一電導(dǎo)等等的變送器，而逐漸轉(zhuǎn)向需要支持多參數(shù)或支持多種參數(shù)復(fù)合的傳感器的變送器，如可在不同設(shè)置下支持帶溫度的PH傳感器，或支持帶溫度的電導(dǎo)傳感器等等。此類多參數(shù)兩線制回路供電變送器具有應(yīng)用場合適應(yīng)能力強、客戶使用靈活度高、制造物流成本低等優(yōu)點。
[0003]然而與此同時，此類變送器由于必須同時滿足低功耗和支持多參數(shù)的要求。其中的低功耗要求，即當(dāng)4~20mΑ回路供電變送器發(fā)生報警時的電流可能低至3.6mA，也能正?？煽康毓ぷ?。這兩個要求導(dǎo)致變送器設(shè)計難度較高，制約了變送器的發(fā)展。
[0004]目前市場的4~20mΑ兩線制變送器，一般僅能支持單一種類的參數(shù)或傳感器進(jìn)行測量。而支持多參數(shù)的變送器一般為四線制供電方式。另外，目前市場上有的產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計，以達(dá)到既有兩線制又是多參數(shù)測量的功能，可以根據(jù)用戶需要替換相應(yīng)的測量模塊，但此類設(shè)計需用戶準(zhǔn)備多個測量參數(shù)模塊，且替換時需要專業(yè)授權(quán)人員打開機殼進(jìn)行接線調(diào)試等操作，產(chǎn)品成本及操作復(fù)雜程度較高。
[0005]為此，需要發(fā)明一種既具備低功耗兩線制供電方式又同時可以進(jìn)行多參數(shù)測量功能的變送器，以提高工業(yè)現(xiàn)場測量產(chǎn)品的靈活性，同時也可降低使用及安裝成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低功耗，支持多參數(shù)測量的兩線制回路供電變送器。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是一種低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，包括多個信號測量及處理電路、多個電源控制電路、微控制器及電流輸出模塊。每一信號測量及處理電路的輸入端用于連接一傳感器，當(dāng)每一信號測量及處理電路工作時，處理所述傳感器的測量信號并輸出經(jīng)處理的測量信號。多個電源控制電路一一對應(yīng)地連接所述多個信號測量及處理電路，根據(jù)一組控制信號動態(tài)地控制所述多個信號測量及處理電路工作或停止。微控制器連接所述多個信號測量及處理電路及所述多個電源控制電路，所述微控制器發(fā)出所述一組控制信號至所述電源控制電路，接收工作中的信號測量及處理電路所輸出的所述經(jīng)處理的測量信號，并輸出測量值至電流輸出模塊。電流輸出模塊連接所述微控制器，將所述測量值轉(zhuǎn)換為電流信號輸出。
[0008]在本發(fā)明的一實施例中，所述傳感包括模擬傳感器。[0009]在本發(fā)明的一實施例中，變送器還可包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，連接于至少部分信號測量及處理電路和所述微控制器之間，其中所述至少部分信號測量及處理電路用于連接模擬傳感器。
[0010]在本發(fā)明的一實施例中，所述模擬傳感器包括用于酸堿度pH、電導(dǎo)率、溶解氧或溫度的傳感器 。
[0011]在本發(fā)明的一實施例中，所述傳感器包括數(shù)字傳感器。
[0012]在本發(fā)明的一實施例中，所述數(shù)字傳感器包括總線型數(shù)字傳感器。
[0013]在本發(fā)明的一實施例中，所述微控制器輸出一組所述控制信號，以控制所述多個信號測量及處理電路中的其中一個單獨工作。
[0014]在本發(fā)明的一實施例中，所述微控制器輸出一組所述控制信號，以控制所述多個信號測量及處理電路中的至少兩個按一定的時序交替地工作。
[0015]在本發(fā)明的一實施例中，所述電源控制電路包括開關(guān)，所述控制信號為開關(guān)信號。
[0016]在本發(fā)明的一實施例中，變送器還可包括HART調(diào)制解調(diào)模塊，連接該微控制器。
[0017]本發(fā)明由于對多個信號測量及處理電路的分別控制，使得這些信號測量及處理電路只有在需要工作時才被開啟，因而顯著降低了變送器工作所需的功耗。而且，這一控制過程是由變送器自動地完成，無須人為地接線調(diào)試，因而降低了使用及安裝成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細(xì)說明，其中:
[0019]圖1為本發(fā)明的低功耗的兩線制變送器電路原理框圖。
[0020]圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的低功耗的兩線制變送器電路框圖。
[0021]圖3為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的低功耗的兩線制變送器電路框圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明的實施例描述一種低功耗、支持多參數(shù)測量的兩線制回路供電變送器。
[0023]作為舉例而非限制，這類兩線制回路供電變送器的電流范圍是4~20mΑ。
[0024]圖1為本發(fā)明一實施例的低功耗的兩線制變送器電路原理框圖。參照圖1所示，變送器101包括微控制器102、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器104、電流輸出模塊106、多個信號測量及處理電路Ill-1ln (η為自然數(shù))、以及電源控制電路120。多個信號測量及處理電路Ill-1ln的輸入端連接外部的各個傳感器，以分別輸入?yún)?shù)1，2，3，...，η。在此，參數(shù)1，2，3可以是來自模擬傳感器，而參數(shù)η可以是來自數(shù)字傳感器。電源控制電路120包括多個電源控制電路121，122，123，...，12η。各個電源控制電路121，122，123，...，12η對應(yīng)地連接各個信號測量及處理電路111-lln，以供應(yīng)這些信號測量及處理電路的電源。在此實施例中，用以對模擬量的信號測量及處理電路111，112，113，...供電的電源控制電路121，122，123與用以對數(shù)字量的信號測量及處理電路Iln供電的電源控制電路12η是相互獨立。并且，各電源控制電路121，122，123，...，12η均連接到微控制器102，根據(jù)微控制器102的指令進(jìn)行動作。
[0025]為了滿足低功耗的需求，電源控制電路120的規(guī)模應(yīng)盡量小。在一實施例中，電源控制電路120可以實施為開關(guān)。
[0026]多個信號測量及處理電路Ill-1ln的輸出提供給微控制器102。在此，模擬量的信號測量及處理電路111，112，113，...的輸出端連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器104，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器104間接連接到微控制器102。對數(shù)字量的信號測量及處理電路Iln直接連接到微控制器102。各信號測量及處理電路對測量信號進(jìn)行放大、濾波等處理，輸出經(jīng)處理的測量信號。 [0027]微控制器102是變送器電路的核心，其上存儲了控制變送器所需的程序，當(dāng)微控制器102上運行這些程序時，執(zhí)行變送器的測量、計算、輸出等操作。例如，微控制器102可發(fā)出一組控制信號至電源控制電路120，指示電源控制電路120控制對應(yīng)的信號測量及處理電路工作或停止。在此，微控制器102可發(fā)出一組控制信號令單個信號測量及處理電路，也可以令多個信號測量及處理電路工作。當(dāng)某一個或多個信號測量及處理電路工作時，微控制器102可接收工作中的信號測量及處理電路所輸出的經(jīng)處理的測量信號。這些測量信號均已是數(shù)字形式。如果需要，微控制器102可進(jìn)行一些計算，例如測量值的單位換算，得到最終的測量值。
[0028]當(dāng)電源控制電路120實施為開關(guān)時，上述的一組控制信號可以是開關(guān)信號。
[0029]微控制器102并連接到電流輸出模塊106。微控制器102會輸出測量值至電流輸出模塊106。電流輸出模塊106連接到外部的上層控制系統(tǒng)107。電流輸出模塊106會將測量值轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流形式，輸出至上層控制系統(tǒng)107。
[0030]參考圖1，當(dāng)該變送器101被設(shè)置為某I種模擬傳感器或數(shù)字傳感器輸入時，通過微控制器102的程序自動打開與信號測量及處理電路的電源控制電路121，122，123，
12η，同時切斷其他無關(guān)參數(shù)的信號測量及處理電路所對應(yīng)的電源控制電路。當(dāng)測量的量為模擬量時，工作中的測量及處理電路會將經(jīng)處理的測量信號傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器104，所得A/D值被傳輸至微控制器102。當(dāng)測量的量為數(shù)字量時，工作中的信號測量及處理電路會將經(jīng)處理的測量信號傳輸至微控制器102。微控制器102隨后輸出至電流輸出模塊106進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，該4~20πιΑ電流信號被輸出至上層控制系統(tǒng)107。變送器101應(yīng)能保證環(huán)路電流即使低至3.6mA,也能保持正?？煽康毓ぷ?。
[0031]另一方面，當(dāng)該變送器101被設(shè)置為某I種模擬傳感器或數(shù)字傳感器輸入，且當(dāng)該傳感器的輸入電信號多于I路時，微控制器102按一定時序交替打開對應(yīng)于信號測量及處理電路的電源控制電路。當(dāng)測量的量為模擬量時，工作中的信號測量及處理電路會將結(jié)果傳輸按一定時序交替?zhèn)鬏斨聊?shù)轉(zhuǎn)換器104，所得A/D值被傳輸至微控制器102。當(dāng)測量的量為數(shù)字量時，工作中的信號測量及處理電路會將結(jié)果傳輸至微控制器102。微控制器102會選擇其中一個參數(shù)的測量值輸出至電流輸出模塊106進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。該4~20πιΑ電流信號被輸出至上層控制系統(tǒng)107。變送器101應(yīng)能保證環(huán)路電流即使低至3.6mA,也能保持正?？煽康毓ぷ鳌?br> [0032]得益于對多個信號測量及處理電路的分別控制，使得這些信號測量及處理電路只有在需要工作時才被開啟，因而顯著降低了變送器101工作所需的功耗。這有助變送器101實現(xiàn)前文所述的環(huán)路電流即使低至3.6mA，也能保持正?？煽康毓ぷ鞯哪繕?biāo)。而且，這一控制過程是由變送器101自動地完成，無須人為地接線調(diào)試，因而降低了使用及安裝成本。
[0033]在本發(fā)明的實施例中，模擬傳感器可包括用于測量酸堿度pH、電導(dǎo)率、溶解氧、溫度等參數(shù)的傳感器。在本發(fā)明的實施例中，數(shù)字傳感器可包括總線型數(shù)字傳感器等。[0034]在本發(fā)明的一實施例中，變送器101可具有一些通常帶有的功能，例如HART調(diào)制解調(diào)模塊，它連接在微控制器102和上層控制系統(tǒng)107之間，在4-20mA的電流上附加一個電流調(diào)制信息以用于數(shù)據(jù)通信。除了圖1中所示的一路4-20mA電流外，變送器101還可具有第二路4-20mΑ電流輸出。此外，變送器101還可具有額外的人機操作介面，例如液晶顯示模塊、按鍵等。[0035]在一實施例中，變送器101和上層控制系統(tǒng)107可具有隔離電源設(shè)計。
[0036]圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的低功耗的兩線制變送器電路框圖。參照圖2，本實施例的變送器201包括微控制器202、A/D轉(zhuǎn)換器204、電流輸出模塊206、信號測量及處理電路211，212，213，214，215，以及電源控制電路220。在本實施例中，參數(shù)I是pH值，參數(shù)2是電導(dǎo)率，參數(shù)3是溶解氧，參數(shù)4是溫度。
[0037]例如當(dāng)某一帶有溫度測量功能的pH傳感器被連接至變送器201，且變送器被設(shè)置為相應(yīng)的測量模式，微控制器102隨即按時序打開對應(yīng)于信號測量及處理電路211、214的電源控制電路221、224，與此同時，微控制器102通過電源控制電路221、222、223等切斷其他所有信號測量及處理電路的電源，例如信號測量及處理電路212、213、215等的電源。
[0038]假設(shè)一個測量周期內(nèi)須得到酸堿度pH的mV、膜電阻信號測量值和溫度電阻測量值，則在一個測量周期，例如1.2s內(nèi)始終打開信號測量及處理電路211的電源控制電路221，而僅在每個周期內(nèi)的固定時間段，例如后0.3s內(nèi)打開信號測量及處理電路214的電源控制電路224，從而實現(xiàn)最大限度降低功耗的目的。然后，由相應(yīng)信號測量及處理電路將pHmV、膜電阻信號以及溫度電阻信號進(jìn)行濾波，放大及采樣，周期性地傳輸至A/D轉(zhuǎn)換器204，其所得的結(jié)果再傳輸至微控制器202進(jìn)行計算，并通過電流輸出模塊206向上層控制系統(tǒng)207發(fā)出4-20mA環(huán)路電流。變送器201應(yīng)能保證環(huán)路電流即使低至3.6mA,也能保持正常可靠地工作。
[0039]圖3為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的低功耗的兩線制變送器電路框圖。參照圖3，本實施例的變送器301包括微控制器302、A/D轉(zhuǎn)換器304、電流輸出模塊306、信號測量及處理電路311，312，313，315，以及電源控制電路320。在本實施例中，參數(shù)η是來自總線型數(shù)字傳感器。信號測量及處理電路315是數(shù)字傳感器處理電路。
[0040]例如當(dāng)某一總線型數(shù)字傳感器被連接至變送器301，且變送器301被設(shè)置為相應(yīng)的單一數(shù)字測量模式，微控制器302隨即按時序控制打開與信號測量及處理電路315對應(yīng)的電源控制電路325，與此同時，微控制器通過電源控制電路321，322，323切斷其他所有參數(shù)的測量及信號處理電路，例如311，312，313等的電源。從而實現(xiàn)最大限度降低功耗之目的。然后，由相應(yīng)參數(shù)處理電路將數(shù)字信號傳輸至微控制器302進(jìn)行計算，并通過電流輸出模塊306向上層控制系統(tǒng)307發(fā)出4-20mΑ環(huán)路電流。變送器301應(yīng)能保證環(huán)路電流即使低至3.6mA,也能保持正?？煽康毓ぷ?。
[0041]以上的實施例說明僅為本發(fā)明的較佳實施例說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可依據(jù)本發(fā)明的上述實施例說明而作出其它種種等效的替換及修改。然而這些依據(jù)本發(fā)明實施例所作的種種等效替換及修改，屬于本發(fā)明的發(fā)明精神及由權(quán)利要求所界定的專利范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，包括: 多個信號測量及處理電路，每一信號測量及處理電路的輸入端用于連接一傳感器，當(dāng)每一信號測量及處理電路工作時，處理所述傳感器的測量信號并輸出經(jīng)處理的測量信號； 多個電源控制電路，一一對應(yīng)地連接所述多個信號測量及處理電路，根據(jù)一組控制信號動態(tài)地控制所述多個信號測量及處理電路工作或停止； 微控制器，連接所述多個信號測量及處理電路及所述多個電源控制電路，所述微控制器發(fā)出所述一組控制信號至所述電源控制電路，接收工作中的信號測量及處理電路所輸出的所述經(jīng)處理的測量信號，并輸出測量值至電流輸出模塊；以及 電流輸出模塊，連接所述微控制器，將所述測量值轉(zhuǎn)換為電流信號輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，其特征在于，所述傳感包括模擬傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，其特征在于，還包括: 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，連接于至少部分信號測量及處理電路和所述微控制器之間，其中所述至少部分信號測量及處理電路用于連接模擬傳感器。
4.如權(quán)利要求2所述的低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，其特征在于，所述模擬傳感器包括用于酸堿度pH、電導(dǎo)率、溶解氧或溫度的傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，其特征在于，所述傳感器包括數(shù)字傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，其特征在于，所述數(shù)字傳感器包括總線型數(shù)字傳感器。
7.如權(quán)利要求1所述的低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，其特征在于，所述微控制器輸出一組所述控制信號，以控制所述多個信號測量及處理電路中的其中一個單獨工作。
8.如權(quán)利要求1所述的低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，其特征在于，所述微控制器輸出一組所述控制信號，以控制所述多個信號測量及處理電路中的至少兩個按一定的時序交替地工作。
9.如權(quán)利要求1所述的低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，其特征在于，所述電源控制電路包括開關(guān)，所述控制信號為開關(guān)信號。
10.如權(quán)利要求1所述的低功耗的多參數(shù)兩線制變送器，其特征在于，還包括HART調(diào)制解調(diào)模塊，連接該微控制器。
【文檔編號】G01D21/02GK103542880SQ201210238216
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】王馮晉, 張正中, 王曉凱, 陳 峰, 王長林 申請人:梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司