CN102087147A - 一种本安防爆型智能温度变送系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种本安防爆型智能温度变送系统，该系统包括滤波及高速开关切换电路、MCU、AD采样及转换电路、DA转换电路、光电耦合器、隔离变压器，所述的DA转换电路包括PWM传输电路、二阶滤波电路、U/I转换输出电路，所述的滤波及高速开关切换电路、AD采样及转换电路、MCU、光电耦合器、PWM传输电路、二阶滤波电路、U/I转换输出电路依次连接，所述的AD采样及转换电路集成于MCU中。与现有技术相比，本发明具有低功耗、集成度高等优点。

Description

一种本安防爆型智能温度变送系统

技术领域

本发明涉及温度变送系统，尤其是涉及一种本安防爆型智能温度变送系统。

背景技术

温度变送器是工业自动化系统中的一种常见的仪表，是将现场温度信号转换为连续的电流、电压等模拟信号供后端控制系统进行识别和处理。对于存在爆炸性气体、粉尘等物质的特殊危险环境，普通的温度变送器不能单独使用，在通往控制室的信号传输路径上必须加配用于防爆的安全栅，这样一方面增加了成本，同时在信号转换传输的过程中其信号精度还要收到安全栅的制约，而高精度的隔离式安全栅价格不菲。在一些国外进口产品中已经出现了包含温度变送功能的隔离式安全栅，但其价格较贵。国内虽然也有类似产品，但在功能上还有较多缺陷，如有的产品仅有单一的热电阻或热电偶功能，有的量程无法选择，有的精度不高等，无法满足我国日益增长的过程工业自动化控制系统的需求。目前，在工业自动化领域的温度变送器行业，其发展趋势总结起来，主要为：智能化(即可以方便的与上位机PC进行通讯，实时进行组态和监视)、高精化、低能耗化、一体化。

近年来，随着经济的快速发展，我国的过程工业自动化产业也处于高速的增长期中，而温度变送器作为其中的重要电气设备，广泛的应用于石化、冶金、煤炭、电力、天然气、制药等行业中。在很多的应用场合中，由于现场存在易燃易爆的危险气体、粉尘等混合物，出于防爆的需要温度变送器需要配合安全栅使用，这大大地增加了系统的成本，同时也浪费了空间。因此开发一种能够融合两种功能的一体化产品具有广阔的市场前景。本项目开发的隔离防爆型温度变送模块将本安隔离防爆和温度信号转换和传输两种功能结合起来，实现了一体化。同时，由于模块具有智能组态的特性，适应面广，基本覆盖了现场所有常见的温度信号及其量程范围，此外，模块可以在任意场合通过PC的USB口供电进行组态。通过了多项新技术的革新，本项目开发的模块不但转换精度高(达到同类高端进口产品水平)，而且成本较低，仅有进口产品的1/3～1/2，有很强的市场竞争力。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种本安防爆型智能温度变送系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种本安防爆型智能温度变送系统，其特征在于，该系统包括电源稳压电路、DC/AC转换电路、第一AC/DC转换及电压转换电路、第二AC/DC转换及电压转换电路、滤波及高速开关切换电路、MCU、AD采样及转换电路、DA转换电路、光电耦合器、隔离变压器，所述的DA转换电路包括PWM传输电路、二阶滤波电路、U/I转换输出电路，所述的电源稳压电路与DC/AC转换电路连接，所述的DC/AC转换电路通过隔离变压器分别与第一AC/DC转换及电压转换电路、第二AC/DC转换及电压转换电路连接，所述的第一AC/DC转换及电压转换电路与DA转换电路连接，所述的第二AC/DC转换及电压转换电路与MCU连接，所述的滤波及高速开关切换电路、AD采样及转换电路、MCU、光电耦合器、PWM传输电路、二阶滤波电路、U/I转换输出电路依次连接，所述的AD采样及转换电路集成于MCU中。

所述的电源稳压电路包括滤波电路、DC/DC转换电路，所述的滤波电路分别与外部电源、DC/DC转换电路连接，所述的DC/DC转换电路与DC/AC转换电路连接。

所述的MCU为C8051F350芯片，该芯片设有USB组态端口。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、低功耗技术

低功耗技术，采用了新型DC/DC转换电路技术，并合理搭配低功耗芯片及器件，大幅减少了电源功率消耗，提高长期工作的可靠性，同时有助于减少因自身发热带来的温度补偿误差。

2、SOC嵌入式技术

SOC嵌入式系统的开发，由于利用了新型片上集成系统(SOC)，将AD转换芯片、MCU、PGA增益放大器集成到一个核上，有利于集成开发，降低了硬件成本和开发成本，同时大幅降低了成本，提高了产品的抗干扰能力。

3、多线程分时AD转换技术

多线程分时AD转换技术，利用MCU控制的模拟电子开关高速切换，完成同一时间内多通道间的AD信号转换和采样，以前需多个AD采样通道才能完成的工作现在只需一个通道，节约了通道资源，为以后的功能扩展提供了可能，更重要的是消除了通道间的系统误差，提高了采样精度和一致性。

4、高精度PWM数模转换技术

高精度PWM数模转换，用以高速光电耦合器件为核心的分立器件进行搭配、组合，实现了DA转换功能，在达到同等精度(约16bit)的情况下与使用专用DA芯片相比成本降低约50％。

5、EMC电磁兼容抗干扰技术

EMC电磁兼容抗干扰技术，通过对电路参数研究和对PCB电路板的设计，提高模块抗干扰的能力，有利于适应现场复杂的电磁环境，提高了模块的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明一种本安防爆型智能温度变送系统的结构示意图；

图2为本发明一种本安防爆型智能温度变送系统的电源稳压电路的电路图；

图3为本发明一种本安防爆型智能温度变送系统的DC/AC转换电路的电路图；

图4为本发明一种本安防爆型智能温度变送系统的AC/DC转换及电压转换电路输入侧电路图；

图5为本发明一种本安防爆型智能温度变送系统的AC/DC转换及电压转换电路输出侧电路图；

图6为本发明一种本安防爆型智能温度变送系统的滤波及高速开关切换电路的电路图；

图7为本发明一种本安防爆型智能温度变送系统的MCU及外围电路图；

图8为本发明一种本安防爆型智能温度变送系统的PWM传输电路的电路图；

图9为本发明一种本安防爆型智能温度变送系统的二阶滤波电路、U/I转换输出电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种本安防爆型智能温度变送系统，其特征在于，该系统包括电源稳压电路1、DC/AC转换电路4、第一AC/DC转换及电压转换电路5、第二AC/DC转换及电压转换电路6、滤波及高速开关切换电路7、MCU 8、AD采样及转换电路9、DA转换电路10、光电耦合器11、隔离变压器12，所述的DA转换电路10包括PWM传输电路13、二阶滤波电路14、U/I转换输出电路15，所述的电源稳压电路1与DC/AC转换电路4连接，所述的DC/AC转换电路4通过隔离变压器12分别与第一AC/DC转换及电压转换电路5、第二AC/DC转换及电压转换电路6连接，所述的第一AC/DC转换及电压转换电路6与DA转换电路10连接，所述的第二AC/DC转换及电压转换电路6与MCU 8连接，所述的滤波及高速开关切换电路7、AD采样及转换电路9、MCU8、光电耦合器11、PWM传输电路13、二阶滤波电路14、U/I转换输出电路15依次连接，所述的AD采样及转换电路9集成于MCU 8中。所述的电源稳压电路1包括滤波电路2、DC/DC转换电路3，所述的滤波电路2分别与外部电源、DC/DC转换电路4连接，所述的DC/DC转换电路3与DC/AC转换电路4连接。所述的MCU 8为C8051F350芯片，该芯片设有USB组态端口。

如图2所示，电源稳压电路1采用TVS管，快速熔断保险丝，反向保护二极管，电感、电容等器件对电源部分进行保护和滤波。其中，TVS管可抑制瞬态电压(浪涌)冲击，快速熔断保险丝在出现异常状态产生大电流时短路保护内部电路不受损坏，二极管可进行反向电压保护，电阻、电容组成简易滤波器，易于滤除电源中的高频纹波干扰。DC/DC(直流/直流)电路通过LM317，FZT751，电阻、电容、电感等元器件，实现代功耗、高精度稳压，高功率直流稳压功能，提高电源效率，减少功率消耗。

如图3所示，DC/AC转换电路4由多谐振荡器CD4047和2N7002MOS管、电阻、电容及变压器构成。将直流电源转换为高频方波，实现逆变，通过两个MOS管交替导通，以交流形式传输至变压器，并由变压器耦合到输入输出侧。

如图4、图5所示，AC/DC转换及电压转换电路由整流二极管、稳压管、电容、负载电阻及LDO(低压降电压芯片)、电源基准芯片构成。将变压器原边的交流信号转换为直流电源，为后端电路和MCU芯片供电。

如图6所示，滤波及高速开关切换电路7在信号输入端采用电阻、电容组成的RC低通滤波器和三端电容滤除高频干扰，电子模拟开关采用MC74HC4052四通道差分开关芯片，并由MCU控制其通道切换。

如图7所示，MCU 8及外围电路主要由核心MCU芯片C8051F350、高精度运放OPA2335A、精密基准源ADR361及电阻、电容构成。由于集成了24位AD，经过滤波的模拟信号直接进入MCU进行AD采样及转换，完成数据计算、处理，并将处理的结果以高频脉冲的形式从P1.5口输出，通过驱动晶体管，输出至高速光偶。

如图8所示，PWM传输电路由高速光偶、反向器、齐纳管、电阻组成。此部分电路主要功能是将MCU的输出脉冲不失真地的传输，输出信号与脉冲的占空比成正比。

如图9所示，二阶滤波电路、U/I转换输出电路由运放、MOSFET、精密电阻、电阻、电容等器件组成，其主要功能是将PWM的高频方波转换为直流电压信号，并通过电压/电流转换为4～20mA直流电流输出。

Claims (3)

1.一种本安防爆型智能温度变送系统，其特征在于，该系统包括电源稳压电路、DC/AC转换电路、第一AC/DC转换及电压转换电路、第二AC/DC转换及电压转换电路、滤波及高速开关切换电路、MCU、AD采样及转换电路、DA转换电路、光电耦合器、隔离变压器，所述的DA转换电路包括PWM传输电路、二阶滤波电路、U/I转换输出电路，所述的电源稳压电路与DC/AC转换电路连接，所述的DC/AC转换电路通过隔离变压器分别与第一AC/DC转换及电压转换电路、第二AC/DC转换及电压转换电路连接，所述的第一AC/DC转换及电压转换电路与DA转换电路连接，所述的第二AC/DC转换及电压转换电路与MCU连接，所述的滤波及高速开关切换电路、AD采样及转换电路、MCU、光电耦合器、PWM传输电路、二阶滤波电路、U/I转换输出电路依次连接，所述的AD采样及转换电路集成于MCU中。

2.根据权利要求1所述的一种本安防爆型智能温度变送系统，其特征在于，所述的电源稳压电路包括滤波电路、DC/DC转换电路，所述的滤波电路分别与外部电源、DC/DC转换电路连接，所述的DC/DC转换电路与DC/AC转换电路连接。

3.根据权利要求1所述的一种本安防爆型智能温度变送系统，其特征在于，所述的MCU为C8051F350芯片，该芯片设有USB组态端口。

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