一種無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，屬于環(huán)境物理量測(cè)量及數(shù)據(jù)通訊技術(shù)領(lǐng)域，該變送器包括：n個(gè)模擬信號(hào)測(cè)量用傳感器、n個(gè)多參數(shù)模擬通道、m個(gè)數(shù)字信號(hào)測(cè)量用傳感器、m個(gè)多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、外部晶振器、按鍵、帶有電池的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、無(wú)線模塊、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、電源控制電路、RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及中心處理器；上述各器件除所有測(cè)量用傳感器及中心處理器本身外，其余均分別與中心處理器連接。本實(shí)用新型具有安裝方式靈活、通訊速率高、可靠性高、電能消耗低、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、既能傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)又能記錄歷史數(shù)據(jù)、因能同時(shí)測(cè)量多種環(huán)境參數(shù)進(jìn)而有效控制成本等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于環(huán)境物理量測(cè)量及數(shù)據(jù)通訊技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及具有無(wú)線傳輸功能及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄功能的現(xiàn)場(chǎng)多參數(shù)測(cè)量變送器的設(shè)計(jì)。【背景技術(shù)】
[0002]變送器已經(jīng)在生活的方方面面都有使用，各種領(lǐng)域都有變送器的實(shí)際應(yīng)用，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。變送器，傳感器，執(zhí)行器使用更加普遍。傳感器是最核心的感知器件，傳感器經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)定和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿恼暇托纬闪俗兯推鳎兄獢?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和感知后的數(shù)據(jù)輸出形式則為變送器所要完成的核心功能。通過(guò)變送器，傳感器被封裝成為儀表或設(shè)備，從而避免了因傳感器相對(duì)比較脆弱而很容易損壞的缺點(diǎn)。此外，傳感器經(jīng)過(guò)封裝以后形成的變送器，壽命和穩(wěn)定性也大大提高了。一般的傳感器輸出形式無(wú)非是數(shù)字或模擬的電信號(hào)，將這些信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換變化、存儲(chǔ)、傳輸、分析等操作是變送器的基本功能。
[0003]在日常生活中，越來(lái)越多的變送器被實(shí)際應(yīng)用到工程中，針對(duì)各種測(cè)量參數(shù)，可以使用不同的變送器進(jìn)行測(cè)量，例如測(cè)量溫度的時(shí)候就可以使用溫度變送器與測(cè)控系統(tǒng)連接，從而完成相應(yīng)的測(cè)量需求及功能。在日常生活及工程實(shí)踐中，變送器的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，而在使用中也會(huì)有許多現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。
[0004]目前變送器使用有線方式通訊最為常用，測(cè)控系統(tǒng)穩(wěn)定性相對(duì)于其他傳輸方式更加穩(wěn)定可靠，在許多場(chǎng)合采用有線方式通訊的變送器仍舊是不可代替的首選方案。由于無(wú)線通訊的不可預(yù)測(cè)性和相對(duì)不穩(wěn)定性使得單獨(dú)無(wú)線方式通訊變送器的應(yīng)用相對(duì)有線方式少了許多。但隨著無(wú)線技術(shù)的不斷探索，目前的無(wú)線方式通訊的變送器正逐漸應(yīng)用開(kāi)來(lái)。
[0005]另一方面，目前的變送器相對(duì)比較獨(dú)立，測(cè)量的環(huán)境參數(shù)較為單一，而實(shí)際情況很可能是同時(shí)測(cè)量多種環(huán)境參數(shù)(如溫度、濕度、二氧化碳、風(fēng)速、大氣壓力、光照強(qiáng)度、噪聲等環(huán)境參數(shù)同時(shí)測(cè)量)，這就要求變送器可以同時(shí)完成多路數(shù)據(jù)采集(一般包含模擬和數(shù)字兩種方式的數(shù)據(jù)采集)，并將各路數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到變送器內(nèi)部，再使用有線或無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送到測(cè)控終端。實(shí)際的建筑物理、化學(xué)化工、醫(yī)療衛(wèi)生、樓宇自控等領(lǐng)域需要測(cè)量許多種類(lèi)的環(huán)境參數(shù)，如果每種變送器都分別安裝，會(huì)大大增加成本，同時(shí)增大了測(cè)控系統(tǒng)的復(fù)雜度，非常不利于測(cè)控系統(tǒng)集成及現(xiàn)場(chǎng)施工。
[0006]其次，實(shí)際工程中變送器已經(jīng)應(yīng)用十分廣泛，但如果測(cè)控系統(tǒng)遇到問(wèn)題，如測(cè)控系統(tǒng)有線通訊中斷等情況時(shí)，變送器就變成了無(wú)人理睬的設(shè)備，測(cè)控系統(tǒng)正常數(shù)據(jù)采集和下達(dá)控制命令等基本采集控制操作由于有線通訊鏈路的暫時(shí)中斷而陷入臨時(shí)癱瘓，這在許多重要的控制領(lǐng)域是十分危險(xiǎn)的。當(dāng)變送器無(wú)法向上級(jí)測(cè)控系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)的可靠性將無(wú)法得到有效保障，目前單獨(dú)通過(guò)有線方式增加測(cè)控系統(tǒng)可靠性的方法可以選擇熱備份(在現(xiàn)場(chǎng)同樣的位置安裝相同的變送器多臺(tái))，但這樣做會(huì)增加測(cè)控系統(tǒng)的額外成本， 且成本翻倍。
[0007]目前許多變送器仍舊使用模擬量進(jìn)行信號(hào)傳輸表示，但這樣做會(huì)成倍增加安裝線纜的數(shù)量，在許多大項(xiàng)目中，安裝線纜越多測(cè)控系統(tǒng)成本就越高；同時(shí)由于測(cè)控系統(tǒng)規(guī)范不夠?qū)е虏季€混亂或排錯(cuò)困難，安裝工程成本及后期維護(hù)成本都非常高。
[0008]市面上的變送器往往更強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)每次傳輸過(guò)程只對(duì)當(dāng)前時(shí)刻有重要意義。而在許多容易出現(xiàn)問(wèn)題的場(chǎng)合，如果不能知道歷史數(shù)據(jù)，那么如何優(yōu)化測(cè)控系統(tǒng)就無(wú)從談起。記錄歷史數(shù)據(jù)在測(cè)控終端中是常見(jiàn)的，但往往變送器端不進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)記錄，這也是導(dǎo)致為什么測(cè)控終端數(shù)據(jù)被人為修改或刪除后而無(wú)從查找問(wèn)題的重要原因。對(duì)于變送器的歷史數(shù)據(jù)記錄功能越來(lái)越需要集成在變送器內(nèi)部，而不是只靠測(cè)控終端。
[0009]如能解決上述問(wèn)題，會(huì)使變送器迎來(lái)一個(gè)新的更加多元的應(yīng)用市場(chǎng)?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供了一種無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，該變送器具有安裝方式靈活、通訊速率高、可靠性高、電能消耗低、既能傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)又能記錄歷史數(shù)據(jù)、因能同時(shí)測(cè)量多種環(huán)境參數(shù)進(jìn)而有效控制成本等優(yōu)點(diǎn)。
[0011]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0012]—種無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，其特征在于，該變送器包括:n個(gè)模擬信號(hào)測(cè)量用傳感器、n個(gè)多參數(shù)模擬通道、m個(gè)數(shù)字信號(hào)測(cè)量用傳感器、m個(gè)多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、外部晶振器、按鍵、外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、無(wú)線模塊、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、電源控制電路、 RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及中心處理器;上述各器件的連接關(guān)系為:在每個(gè)多參數(shù)模擬通道和多參數(shù)數(shù)字通道的前端連接一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量用傳感器，所有多參數(shù)模擬通道、所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、外部晶振器、按鍵、帶有電池的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、無(wú)線模塊、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及電源控制電路均分別與中心處理器連接，電源控制電路分別與所有多參數(shù)模擬通道、所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 無(wú)線模塊相連，外部供電模塊分別與按鍵、帶有電池的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、 RS485轉(zhuǎn)換模塊、電源控制電路相連;RS485轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)RS-485總線與外部測(cè)控系統(tǒng)相連； 外部供電模塊通過(guò)電源線與外部電源相連。[0〇13] 所述中心處理器主要包括以下硬件模塊:5(:1、3?1、0?1]、接口1/0^0(:、電源管理、 高速時(shí)鐘及低速時(shí)鐘；其中，SCI與RS485轉(zhuǎn)換模塊連接，SPI與無(wú)線模塊連接，接口 I/O分別與所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、按鍵、帶有電池的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、電源控制電路連接，ADC與所有多參數(shù)模擬通道連接，電源管理與外部供電模塊連接，低速時(shí)鐘與高速時(shí)鐘連接，低速時(shí)鐘與外部晶振器連接。[〇〇14]本實(shí)用新型的特點(diǎn)及有益效果:
[0015]本實(shí)用新型提出的一種無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，既能傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)又能記錄歷史數(shù)據(jù)，此記錄過(guò)程在變送器內(nèi)部完成，可通過(guò)SD/TF卡長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并在使用數(shù)據(jù)時(shí)以文件形式快速導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)，可通過(guò)電腦快速查看該歷史數(shù)據(jù)的文件格式，并對(duì)該數(shù)據(jù)文件進(jìn)行備份、分析、整理，此功能區(qū)別于以往變送器產(chǎn)品的只傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不記錄歷史數(shù)據(jù)，而變?yōu)閭鬏攲?shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同時(shí)又記錄歷史數(shù)據(jù)，這一改變將使變送器得到更好的應(yīng)用；同時(shí)設(shè)置掉電不丟失時(shí)間的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘，即使變送器掉電，內(nèi)部配備的電池仍舊可以保持外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得變送器在每次啟動(dòng)時(shí)，時(shí)鐘都是精確的，這樣做也保證了變送器記錄的數(shù)據(jù)包含時(shí)間節(jié)點(diǎn)等重要信息，從而使變送器具有歷史數(shù)據(jù)記錄這一重要功能;無(wú)線數(shù)據(jù)通訊功能是另一核心功能，可以通過(guò)無(wú)線方式將實(shí)時(shí)測(cè)量多環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端測(cè)控系統(tǒng)中，或?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到無(wú)線顯示終端，方便現(xiàn)場(chǎng)查看與維護(hù)，如遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)可以接入互聯(lián)網(wǎng)，那么在遠(yuǎn)程也可以實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況；由于可同時(shí)測(cè)量多環(huán)境參數(shù)，整體測(cè)量方案成本也隨之降低，安裝及測(cè)量成本得到有效控制;本變送器使用RS-485接口作為傳輸方式，使用《GB/T 19582.1-2008基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)》規(guī)范協(xié)議作為通訊協(xié)議進(jìn)一步保障了產(chǎn)品的兼容性，同時(shí)RS-485接口支持一條總線上掛接多臺(tái)本變送器，分時(shí)分地址完成數(shù)據(jù)通訊，相互獨(dú)立，互不干擾，進(jìn)而可以在項(xiàng)目工程中大量減少線纜布線長(zhǎng)度，方便排查線路故障，進(jìn)一步降低了測(cè)控系統(tǒng)復(fù)雜度;通過(guò)同時(shí)使用有線數(shù)據(jù)傳輸與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，可以使系統(tǒng)運(yùn)行可靠性最大程度的提高。
[0016]綜上所述，本實(shí)用新型專(zhuān)利提出的一種無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，其產(chǎn)品的易用性和穩(wěn)定性得到了大幅度的提高。通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和歷史數(shù)據(jù)記錄的功能，可以有效的提高變送器應(yīng)用領(lǐng)域并降低安裝維護(hù)成本，同時(shí)為多環(huán)境參數(shù)的測(cè)量和存儲(chǔ)提供了更好的解決方案，多環(huán)境參數(shù)測(cè)量可以將多參數(shù)分別測(cè)量變?yōu)槎喹h(huán)境參數(shù)測(cè)量集于一身，進(jìn)一步降低了變送器的使用成本，在一些成本控制嚴(yán)格的項(xiàng)目中，多參數(shù)同時(shí)測(cè)量會(huì)更加適合設(shè)計(jì)人員進(jìn)行選型和成本控制。無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器有著廣泛的使用價(jià)值及廣闊的市場(chǎng)前景。適合使用在建筑節(jié)能、大型公共建筑、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、環(huán)境測(cè)試，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)，醫(yī)療衛(wèi)生等應(yīng)用場(chǎng)合，是新一代的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)品的再發(fā)展。同時(shí)， 變送器擁有安裝及測(cè)量成本低、無(wú)需人工二次記錄多環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、大型公共建筑環(huán)境測(cè)試、智能家居及智能建筑等領(lǐng)域。【附圖說(shuō)明】

[0017]圖1是本實(shí)用新型提出的無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型提出的無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的電源控制電路的實(shí)施例電路圖。
[0019]圖3是本實(shí)用新型提出的無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的外部供電模塊的電路圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]本實(shí)用新型專(zhuān)利提出的無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:n 個(gè)模擬信號(hào)測(cè)量用傳感器、多參數(shù)模擬通道1至n、m個(gè)數(shù)字信號(hào)測(cè)量用傳感器、多參數(shù)數(shù)字通道1至m(目前n、m最大值為8,即最多可接入8個(gè)模擬或數(shù)字傳感器，依據(jù)產(chǎn)品配置不同，所有模擬及數(shù)字通道都可以進(jìn)行選配，最大限度方便系統(tǒng)測(cè)試，通道數(shù)選擇最大為8也是考慮到實(shí)際的處理器能力和變送器制作的復(fù)雜度而確定，本實(shí)施例中并不特別限定傳感器的數(shù)量)、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、外部晶振器、按鍵、外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、無(wú)線模塊、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、電源控制電路、RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及中心處理器;上述各器件的連接關(guān)系為:在每個(gè)多參數(shù)模擬通道和多參數(shù)數(shù)字通道的前端連接一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量用傳感器，所有多參數(shù)模擬通道、所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、外部晶振器、按鍵、帶有電池的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、無(wú)線模塊、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及電源控制電路均分別與中心處理器連接，電源控制電路分別與所有多參數(shù)模擬通道、所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、無(wú)線模塊相連，外部供電模塊分別與按鍵、帶有電池的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、RS485轉(zhuǎn)換模塊、電源控制電路相連;RS485轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)RS-485總線與外部測(cè)控系統(tǒng)相連;外部供電模塊通過(guò)電源線與外部電源相連。
[0021]所述中心處理器主要包括以下硬件模塊:SCI(串行通訊接口)、SPI (串行外設(shè)接口)、CPU(中央處理器)、接口 1/0(輸入/輸出)、ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊)、電源管理、高速時(shí)鐘及低速時(shí)鐘；其中，SCI與RS485轉(zhuǎn)換模塊連接，SPI與無(wú)線模塊連接，接口 I/O分別與所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、按鍵、帶有電池的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、電源控制電路連接，ADC與所有多參數(shù)模擬通道連接，電源管理與外部供電模塊連接，低速時(shí)鐘與高速時(shí)鐘連接，低速時(shí)鐘與外部晶振器連接。
[0022]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型各器件及其功能做進(jìn)一步描述。
[0023]圖2是本實(shí)用新型提出的無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的電源控制電路的電路圖，該電路由晶體管T1和電阻R1組成，其中電阻R1—端與中心處理器內(nèi)的I/O模塊相連，另一端與晶體管T1的基極相連，晶體管T1的發(fā)射極與外部供電模塊的正極輸出相連，晶體管 T1的集電極分別與本變送器內(nèi)部無(wú)線模塊、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、多參數(shù)數(shù)字通道1至m、多參數(shù)模擬通道1至n所在的電路相連;所述電源控制電路用于對(duì)多參數(shù)模擬通道1至n、多參數(shù)數(shù)字通道1至m、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、無(wú)線模塊進(jìn)行供電，電源控制電路的電力來(lái)源于外部供電模塊，電源控制電路通過(guò)信號(hào)線與中心處理器內(nèi)的接口 I/O相連并受其控制，當(dāng)需要給相應(yīng)電路供電時(shí)，中心處理器內(nèi)的接口 I/O使T1導(dǎo)通便可以為相應(yīng)電路供電；使用電源控制電路的目的就是最大限度的降低變送器自身功耗。本實(shí)施例晶體管T1的型號(hào)使用安森美公司的 8550或其他可替代型號(hào)，使用M0SFET也可達(dá)到類(lèi)似控制效果。
[0024]圖3是本實(shí)用新型提出的無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的外部供電模塊的電路圖，由四只二極管D1至D4、三端穩(wěn)壓芯片Q1、自恢復(fù)保險(xiǎn)管F1以及三只電容C1至C3組成；四只二極管D1至D4組成整流電路與外部直流或交流電源DC-AC，DC+AC相連，該整流電路的正輸出端連接自恢復(fù)保險(xiǎn)管F1，自恢復(fù)保險(xiǎn)管F1另一端連接電容C1與C2并聯(lián)后的一端形成濾波電路，電容C1與C2并聯(lián)后的該端還連接到三端穩(wěn)壓芯片輸入端Vin(3腳)，三端穩(wěn)壓芯片地端GND(2腳)接電源地，三端穩(wěn)壓芯片輸出端Vout (1腳)為電源輸出端VCC，電容C3的一端連接電源輸出端VCC;整流電路的負(fù)輸入端，電容C1、C2與C3的另一端均接電源地。外部供電模塊為電源控制電路、按鍵、外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、RS485轉(zhuǎn)換模塊以及中心處理器內(nèi)的電源管理進(jìn)行供電。本電路的工作原理為:外部電源交流或直流6-24V(即DC+AC和 DC-AC)連接四只二極管D1至D4,通過(guò)整流，將電流方向統(tǒng)一，之后經(jīng)過(guò)自恢復(fù)保險(xiǎn)管F1進(jìn)行電流過(guò)載保護(hù)，防止電流過(guò)沖故障導(dǎo)致本變送器內(nèi)的其他電路損壞，經(jīng)電容C1及C2進(jìn)行電源濾波，可將電源接入三端穩(wěn)壓芯片Q1，經(jīng)Q1穩(wěn)壓后，Q1的1管腳VCC對(duì)地電壓保持恒定，最終輸出時(shí)再通過(guò)電容C3進(jìn)行二次濾波;這樣做可防止電壓突變對(duì)本變送器內(nèi)的其他電路造成影響。本實(shí)施例中D1至D4選用東芝公司生產(chǎn)的型號(hào)為1N4007二極管，Q1使用AMS公司生產(chǎn)的AMS1117三端穩(wěn)壓芯片，F(xiàn)1選用泰科公司生產(chǎn)的1A自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，C1至C3使用日本紅寶石的電解電容，其參數(shù)為100uF/50V。[〇〇25]本實(shí)用新型的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘為本變送器提供真實(shí)時(shí)間，并在掉電情況下仍能保證時(shí)鐘正常計(jì)時(shí)，使用一定時(shí)間后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)，以保證本變送器的時(shí)鐘基準(zhǔn)統(tǒng)一計(jì)時(shí)；本實(shí)施例的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用標(biāo)準(zhǔn)DS1302芯片的典型電路，該芯片中有三個(gè)管腳連接中心處理器的接口 1/0,通過(guò)接口 I/O可完成實(shí)時(shí)時(shí)間的讀取和設(shè)定，使用CR2032電池作為長(zhǎng)效電源，由于此電池自放電很低，故一節(jié)電池使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)三年。
[0026]本實(shí)用新型的多參數(shù)模擬通道1至n前端連接相應(yīng)個(gè)數(shù)的測(cè)量用傳感器(該傳感器的具體功能需根據(jù)產(chǎn)品需求而定)，可用于將所有模擬量(例如鉑電阻溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、大氣壓力傳感器、相對(duì)壓力傳感器、光照強(qiáng)度傳感器等模擬量參數(shù))傳入中心處理器； 當(dāng)模擬量輸出在0-3V(超過(guò)3V的模擬量可以進(jìn)行電壓變換以適合各類(lèi)型傳感器)時(shí)，中心處理器都可以精準(zhǔn)檢測(cè)并采集到，通過(guò)中心處理器內(nèi)部的ADC模塊，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 最終可存儲(chǔ)到外部?jī)?chǔ)存器和SD/TF卡讀寫(xiě)模塊中或傳輸?shù)酵獠縍S-485總線上;所述多參數(shù)模擬通道1至n由電阻分壓實(shí)現(xiàn)，使用兩只標(biāo)準(zhǔn)千分之一精度電阻進(jìn)行一定比例分壓，可以將模擬輸出電壓按比例降低，從而實(shí)現(xiàn)低于3V基準(zhǔn)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量;一般情況下應(yīng)選擇較大阻值電阻進(jìn)行分壓，以便使測(cè)量回路的電流減小，從而減小模擬通道1至n的輸出電流負(fù)擔(dān)，這樣做也減少了本變送器的整體發(fā)熱量，降低了本變送器的工作及待機(jī)溫度，使本變送器使用壽命延長(zhǎng)。
[0027]本實(shí)用新型的多參數(shù)數(shù)字通道1至m通過(guò)將位于其前端相應(yīng)個(gè)數(shù)的測(cè)量用數(shù)字傳感器(該傳感器的具體功能需根據(jù)產(chǎn)品需求而定；目前市面上數(shù)字傳感器越來(lái)越多，性能和制造水平逐漸提升，在適當(dāng)環(huán)境下可通過(guò)選擇數(shù)字傳感器替換模擬傳感器)接入中心處理器內(nèi)的接口 I/O實(shí)現(xiàn);所述多參數(shù)數(shù)字通道可以連接市面上常見(jiàn)的數(shù)字接口協(xié)議，最長(zhǎng)用的有IIC、SP1、單總線、UART、并行數(shù)字等，根據(jù)實(shí)際的數(shù)字傳感器接口，選擇對(duì)應(yīng)的數(shù)字接口， 按照一般的數(shù)字通訊規(guī)約進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)字量傳輸?shù)街行奶幚砥鳎罱K可存儲(chǔ)到外部?jī)?chǔ)存器和SD/TF卡讀寫(xiě)模塊中，或傳輸?shù)酵獠縍S-485總線上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、存儲(chǔ)與互傳。 [〇〇28]本實(shí)用新型的SD/TF卡讀寫(xiě)模塊，用于讀寫(xiě)多環(huán)境參數(shù)記錄的數(shù)據(jù)，可以一次寫(xiě)入多環(huán)境參數(shù)的數(shù)字量值，SD/TF讀寫(xiě)模塊可將數(shù)據(jù)寫(xiě)入SD卡或TF卡內(nèi)部，如使用標(biāo)準(zhǔn)FAT32 文件系統(tǒng)，可將最終的數(shù)據(jù)保存為T(mén)XT或CSV文件格式，方便用戶將SD卡或TF卡內(nèi)部的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到采集終端上;本實(shí)施例的SD/TF卡讀寫(xiě)模塊，使用若干電阻及電容搭建而成，該電路屬于公開(kāi)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電路，不再詳述；由于低速卡在未來(lái)趨勢(shì)和讀寫(xiě)速度上都有很多問(wèn)題，故 SD卡或TF卡大都使用高速2.0版本卡;SD卡和TF卡在使用前均需進(jìn)行FAT32格式化操作。
[0029]本實(shí)用新型的無(wú)線模塊，用于無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)，可將外部記錄類(lèi)儀表內(nèi)每個(gè)通道(即上述多參數(shù)模擬通道1至n和多參數(shù)數(shù)字通道1至m)測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪慌_(tái)采集終端上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳或離線監(jiān)控的目的;無(wú)線模塊與中心處理器的SPI連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)控制， 無(wú)線模塊的供電由外部供電模塊提供;將要發(fā)送的無(wú)線數(shù)據(jù)通過(guò)中心處理器內(nèi)的SPI模塊傳輸至無(wú)線模塊中進(jìn)行發(fā)送，在發(fā)送該無(wú)線數(shù)據(jù)時(shí)，不定間隔發(fā)送幾次數(shù)據(jù)可達(dá)到抗無(wú)線信號(hào)干擾的目的，發(fā)送數(shù)據(jù)包盡量簡(jiǎn)短有效，接收信號(hào)需進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)后方可認(rèn)為數(shù)據(jù)有效；由于無(wú)線模塊在工作時(shí)功耗大，所以盡量減少通訊時(shí)間可以有效的降低無(wú)線模塊帶來(lái)的使整個(gè)變送器功耗增大的問(wèn)題，無(wú)線模塊的通訊接口采用SPI數(shù)字傳輸協(xié)議，為了提高通訊速率(減少無(wú)線模塊的工作時(shí)間)才使用中心處理器內(nèi)的SPI模塊完成通訊。本實(shí)施例的其中無(wú)線模塊使用433MHZ頻段無(wú)線通訊模塊，其芯片型號(hào)是笙科電子的A7108,屬第四代高效能芯片。
[0030]本實(shí)用新型的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于接收中心處理器發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通過(guò)信號(hào)線與中心處理器的接口 I/O相連，可存儲(chǔ)本變送器配置數(shù)據(jù)及相關(guān)用戶信息，每次變送器上電工作時(shí)，所述中心處理器會(huì)讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)的變送器配置數(shù)據(jù)和相關(guān)用戶信息；外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的供電由電源控制電路提供;外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)電路由非易失性存儲(chǔ)器EEPROM、多個(gè)電阻組成，其中EEPROM的信號(hào)線分別由電阻上拉到供電電壓，同時(shí)信號(hào)線直接連接中心處理器的接口 I/O。在測(cè)量相應(yīng)的傳感器參數(shù)后，將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)線存入EEPROM中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)；同時(shí)EEPROM可以進(jìn)行少量的字節(jié)操作讀寫(xiě);本實(shí)施例中還將一些開(kāi)機(jī)信息等內(nèi)容存儲(chǔ)在EEPROM中，每次開(kāi)機(jī)時(shí)都進(jìn)行必要的讀取操作，用于完成開(kāi)機(jī)初始化。本實(shí)施例的EEPROM的型號(hào)為微芯公司的AT24C256或者采用FLASH或者其他存儲(chǔ)類(lèi)芯片替代EEPROM;如將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)置在中心處理器中，也可以省略此部分。
[0031]本實(shí)用新型的按鍵由點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)和電阻組成，其中點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)的一端與外部供電模塊的電源正極連接，另一端連接電阻一端，電阻另一端接地，點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)和電阻的公共端連接中心處理器的接口 I/O;所述按鍵用于人機(jī)交互輸入，可改變無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的狀態(tài)和工作模式，按鍵通過(guò)信號(hào)線與中心處理器內(nèi)部的接口 I/O相連，中心處理器定時(shí)掃描電平變化以達(dá)到感知按鍵是否按下的目的；按鍵的供電由外部供電模塊提供;本實(shí)施例的點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)和電阻是通用產(chǎn)品。
[0032]本實(shí)用新型的RS485轉(zhuǎn)換模塊用于轉(zhuǎn)換電平，實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)交換;RS485轉(zhuǎn)換模塊需與外部的RS-485總線連接兩根信號(hào)線，RS485轉(zhuǎn)換模塊另一端與中心處理器內(nèi)部的SCI相連接，RS485轉(zhuǎn)換模塊的供電由外部供電模塊直接提供;本實(shí)施例的RS485轉(zhuǎn)換模塊為RS-485轉(zhuǎn)換芯片，是市場(chǎng)通用芯片，列舉型號(hào)如MAX3485、MAX485、AT485，可實(shí)現(xiàn)其電平轉(zhuǎn)換功能即可。
[0033]本實(shí)用新型的外部晶振器通過(guò)信號(hào)線直接與中心處理器內(nèi)的低速時(shí)鐘相連，用于為中心處理器提供時(shí)鐘基準(zhǔn)，本實(shí)施例的外部晶振器的型號(hào)為精工公司的SM。
[0034]本實(shí)用新型的中心處理器負(fù)責(zé)本變送器的運(yùn)行，中心處理器包括SC1、SP1、CPU、接口 I/0、ADC、電源管理、高速時(shí)鐘及低速時(shí)鐘多個(gè)模塊，各模塊與中心處理器外部相應(yīng)模塊組成各種功能單元;其中，外部供電模塊與中心處理器內(nèi)的電源管理連接來(lái)完成整個(gè)中心處理器內(nèi)部的電源功率控制，以達(dá)到中心處理器最低能耗的目的；高速時(shí)鐘與低速時(shí)鐘在中心處理器內(nèi)部相連接，中心處理器內(nèi)部的高速時(shí)鐘通過(guò)低速時(shí)鐘倍頻而來(lái)，中心處理器使用內(nèi)部控制邏輯切換高速時(shí)鐘和低速時(shí)鐘，高速時(shí)鐘可在處理數(shù)據(jù)和與外部計(jì)算機(jī)通訊等較高運(yùn)算量時(shí)使用，低速時(shí)鐘與外部晶振器配合工作完成本變送器的定時(shí)觸發(fā)事件功能，在大多數(shù)情況下使用低速時(shí)鐘，使本變送器的功耗降低，這樣解決了處理速度與功耗之間的矛盾，降低單機(jī)功耗可以有效的減少變送器供電時(shí)對(duì)電源選購(gòu)的需求，從而在降低成本的同時(shí)保證本變送器可靠運(yùn)行;ADC模塊完成所有的模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量工作;接口 I/O與外界所有數(shù)字接口相連并完成數(shù)字通訊與控制;SCI模塊與RS485轉(zhuǎn)換模塊連接完成本變送器的串行通訊;SPI模塊則單獨(dú)與無(wú)線模塊連接完成無(wú)線數(shù)字通訊功能；中心處理器的CPU完成本變送器的數(shù)字運(yùn)算實(shí)現(xiàn)所有邏輯及功能運(yùn)算。本實(shí)施例的中心處理器的型號(hào)為T(mén)I公司的MSP430F425。當(dāng)變送器正常上電啟動(dòng)時(shí)，中心處理器作為變送器核心，開(kāi)始整個(gè)變送器工作流程，中心處理器首先讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)的EEPROM，可獲得必要的初始化信息，進(jìn)行初始化后，所有多參數(shù)數(shù)字通道I至m、多參數(shù)模擬通道I至η可以定時(shí)進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)采集和處理等任務(wù)性工作，由于實(shí)際環(huán)境中的各種環(huán)境參數(shù)都在變化過(guò)程中，對(duì)于測(cè)量來(lái)說(shuō)是不利的，中心處理器只有通過(guò)一段時(shí)間平均數(shù)字濾波，才能將測(cè)量參數(shù)從變化的數(shù)據(jù)中精確提取出來(lái)，中心處理器根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果自動(dòng)將不符合條件的數(shù)據(jù)剔除，并將有效數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、保存、無(wú)線傳輸、有線RS-485總線傳輸。
[0035]無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器工作流程為:將多參數(shù)模擬通道I至η每一通道通過(guò)中心處理器內(nèi)的ADC進(jìn)行模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，將多參數(shù)數(shù)字通道I至m每一通道通過(guò)中心處理器內(nèi)的I/O接口進(jìn)行數(shù)字通訊，并將最終的各通道數(shù)字量存入中心處理器；中心處理器將多通道數(shù)字量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)形式并存入SD/TF卡中；外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)變送器配置數(shù)據(jù)，同時(shí)在每一次啟動(dòng)變送器時(shí)將該配置數(shù)據(jù)讀入中心處理器，用于相應(yīng)的變送器初始化;變送器通過(guò)RS485轉(zhuǎn)換模塊實(shí)時(shí)接收RS-485總線上的外部通訊數(shù)據(jù)到中心處理器，中心處理器根據(jù)相應(yīng)命令及校驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果選擇發(fā)送或不發(fā)送反饋數(shù)據(jù)到RS-485總線，完成問(wèn)答式通訊;另一方面無(wú)線模塊可將多通道數(shù)據(jù)定時(shí)打包、無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)至測(cè)控終端(遠(yuǎn)端無(wú)線數(shù)據(jù)接收方)；變送器擁有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，每次開(kāi)機(jī)時(shí)讀取實(shí)時(shí)時(shí)間，變送器可以定時(shí)讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘保證變送器時(shí)間的可靠；中心處理器實(shí)時(shí)掃描按鍵引起的電平變化完成人機(jī)交互;在上述過(guò)程中外部供電模塊完成大多數(shù)模塊的供電，另一部分電路由電源控制電路提供，電源控制電路的電能直接來(lái)源于外部供電模塊，而不同模塊的電能通斷控制由中心處理器的I/O接口與電源控制電路完成，這樣做可最大程度上減少電能損耗使整個(gè)變送器低功耗運(yùn)行；同時(shí)低功耗運(yùn)行可以很好的降低變送器的自身發(fā)熱，最小程度影響實(shí)際環(huán)境測(cè)量值。
[0036]本變送器可記錄多環(huán)境參數(shù)的各類(lèi)實(shí)時(shí)測(cè)量值及相關(guān)參數(shù)，具體環(huán)境測(cè)量參數(shù)由產(chǎn)品配置決定，從一個(gè)通道到多個(gè)通道都可以接入到變送器，每個(gè)通道分別記錄數(shù)據(jù)，這樣做可有效地解決采集終端故障導(dǎo)致變送器內(nèi)有效數(shù)據(jù)未被主控制節(jié)點(diǎn)有效接收的問(wèn)題，也可以將變送器與記錄類(lèi)儀表很好的整合，可完整記錄歷史數(shù)據(jù)并后期追溯。另一方面，由無(wú)線模塊提供的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能，可在變送器的有線通路出現(xiàn)故障時(shí)，使用無(wú)線傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)上，提高了產(chǎn)品可靠性和備份能力;在一些場(chǎng)合，可以將無(wú)線傳輸作為主要數(shù)據(jù)傳輸方式而省去為每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接布線的工作，即提高布點(diǎn)效率又降低維護(hù)成本;其次，多環(huán)境參數(shù)測(cè)量可以有效的降低多參數(shù)分別采集時(shí)的成本，不必每一個(gè)環(huán)境參數(shù)都配置一臺(tái)單獨(dú)的變送器。
[0037]上述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例只是作為舉例說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，其中各電路的實(shí)現(xiàn)電路以及各主要器件的型號(hào)均不能用以限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍；例如，將中心處理器中的ADC改為設(shè)在中心處理器外的獨(dú)立芯片；將中心處理器換作功能相似或高級(jí)的中心處理器;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用FLASH或其它型號(hào)；電源控制電路的Tl使用其他型號(hào)的芯片;無(wú)線模塊換用不同廠家或頻段的通訊模塊;無(wú)線模塊改用無(wú)線模組與中心處理器一同封裝的高級(jí)整合芯片;使用其他介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ);使用其他格式文件進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ);諸如一類(lèi)的技術(shù)方案的等同替換都屬于本實(shí)用新型專(zhuān)利的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，其特征在于，該變送器包括:n個(gè)模擬信號(hào)測(cè)量 用傳感器、n個(gè)多參數(shù)模擬通道、m個(gè)數(shù)字信號(hào)測(cè)量用傳感器、m個(gè)多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器、外部晶振器、按鍵、外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、無(wú)線模塊、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、電源控制電路、 RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及中心處理器;上述各器件的連接關(guān)系為:在每個(gè)多參數(shù)模 擬通道和多參數(shù)數(shù)字通道的前端各連接一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量用傳感器，所有多參數(shù)模擬通道、 所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、外部晶振器、按鍵、外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、無(wú)線模塊、SD/TF 卡讀寫(xiě)模塊、RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及電源控制電路均分別與中心處理器連接，電 源控制電路分別與所有多參數(shù)模擬通道、所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、無(wú)線模塊 相連，外部供電模塊分別與按鍵、帶有電池的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、RS485轉(zhuǎn)換 模塊、電源控制電路相連;RS485轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)RS-485總線與外部測(cè)控系統(tǒng)相連;外部供電 模塊通過(guò)電源線與外部電源相連。2.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于，所述中心處理器主要包括以下硬件模塊: 3(:1、3?1、0?1]、接口1/0^0(:、電源管理、高速時(shí)鐘及低速時(shí)鐘;其中，3(:1與1?485轉(zhuǎn)換模塊連 接，SPI與無(wú)線模塊連接，接口 I/O分別與所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、按鍵、外部 實(shí)時(shí)時(shí)鐘、SD/TF卡讀寫(xiě)模塊、電源控制電路連接，ADC與所有多參數(shù)模擬通道連接，電源管 理與外部供電模塊連接，低速時(shí)鐘與高速時(shí)鐘連接，低速時(shí)鐘與外部晶振器連接。3.如權(quán)利要求2所述的變送器，其特征在于，所述電源控制電路由晶體管和電阻組成， 其中電阻的一端與中心處理器內(nèi)的I/O模塊相連，另一端與晶體管的基極相連，晶體管的發(fā) 射極與外部供電模塊的正極輸出相連，晶體管的集電極分別與本變送器內(nèi)部無(wú)線模塊、夕卜 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、所有多參數(shù)數(shù)字通道、所有多參數(shù)模擬通道所在的電路相連。4.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于，所述外部供電模塊的電路由四只二極管、 三端穩(wěn)壓芯片、自恢復(fù)保險(xiǎn)管以及三只電容組成；四只二極管組成的整流電路與外部電源 相連，該整流電路的正輸出端連接自恢復(fù)保險(xiǎn)管，自恢復(fù)保險(xiǎn)管的另一端連接經(jīng)第一電容 (C1)與第二電容(C2)并聯(lián)后的一端形成濾波電路，第一電容(C1)與第二電容(C2)并聯(lián)后的 該端還連接到三端穩(wěn)壓芯片的輸入端，三端穩(wěn)壓芯片地端接電源地，三端穩(wěn)壓芯片的輸出 端為電源輸出端，第三電容(C3)的一端連接電源輸出端;整流電路的負(fù)輸入端，三只電容的 另一端均接電源地。5.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于，所述的外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)部帶有電池。6.如權(quán)利要求2所述的變送器，其特征在于，所述按鍵由點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)和電阻組成，其中點(diǎn) 觸開(kāi)關(guān)的一端與外部供電模塊的電源正極連接，另一端連電阻的一端，電阻的另一端接地， 點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)和電阻的公共端通過(guò)連接中心處理器的接口 I/O。7.如權(quán)利要求2所述的變送器，其特征在于，所述中心處理器內(nèi)部的高速時(shí)鐘由低速時(shí) 鐘倍頻得到。8.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于，所述的無(wú)線模塊的通訊接口采用SPI數(shù)字 傳輸協(xié)議，無(wú)線模塊使用433MHZ頻段無(wú)線通訊模塊。9.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于，所述的SD/TF卡讀寫(xiě)模塊使用標(biāo)準(zhǔn)FAT32文 件系統(tǒng)，由若干電阻及電容搭建而成的標(biāo)準(zhǔn)電路。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK205692368SQ201620596999
【公開(kāi)日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日 公開(kāi)號(hào)201620596999.5, CN 201620596999, CN 205692368 U, CN 205692368U, CN-U-205692368, CN201620596999, CN201620596999.5, CN205692368 U, CN205692368U
【發(fā)明人】張宏濤, 梁強(qiáng)威, 戴自祝, 董麗維
【申請(qǐng)人】北京天建華儀科技發(fā)展有限公司