CN102636192B - 一种i/o类型可编程设置智能变送器 - Google Patents
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Abstract
一种I/O类型可编程设置智能变送器，涉及电力系统设备校验技术领域。包括主控CPU通过SPI总线分别与AD转换芯片以及DA转换芯片连接，RS232编程和调试接口、RS485通讯接口分别与主控CPU连接。输入输出端子具有两个隔离耐压隔离磁栅；输入输出端子，通讯口是互相隔离的，保证了变送器在工业现场应用的安全性。用户通过RS232编程和调试接口对变送器进行自行编程和精度校正，对其固件进行升级。通过RS485通讯接口远端实时获得采样数据，远端调整变送器输入，输出和变送参数以及进行变送精度校正。输入输出端子是可拆卸的，减少了安全隐患。隔离耐压500Vpp，变送精度0.2级；体积小巧薄型。
Description
技术领域
本发明属电力系统设备校验技术领域，尤其是一种I/O类型可编程设置智能变送器。
背景技术
在电力系统中大量使用了信号变送装置即变送器来将现场的各种信号变换成适合远传和适合数采设备接收的信号。但在实际使用的过程中发现变送器输入的信号类型有多种：线性电阻信号，电压信号，电流信号，热电阻PT100等。范围也各不相同，例如电压可能有1~5V输入的小范围，也有0~300V的较大范围。使用PT100测温的设备也会有不同的温度测量范围。因为数采设备的生产厂家不一样或者应用目的不一样，其能够接收的信号类型和范围也不同，所以要求变送器的输出也多种多样。尤其是数采设备与远方监控软件之间有一定的信号换算关系，而现场信号为了匹配这种换算关系，在信号变送的过程中也需要对现场信号进行一定的换算。总而言之，现场信号的隔离变送情况是多样且复杂的。在使用变送器的过程中需要在变送器制造商提供的一个系列的变送器中挑选出合适的型号，有些复杂变送情况可能需要多级变送才能达到目的，有些非标准变送采用普通变送器甚至是不可能实施的。例如，当一些大型复杂应用中可能会用到不同厂家不同标准的数据采集设备，各级数据采集设备之间可能存在不同的变换关系，这时候需要使用多台传统普通变送器对这些变送进行转换和匹配，现场信号的采集精度必然会下降，而且使用的变送器越多发生故障的可能性就越大。发明人针对上述缺陷开发了一种通用，易用，用户可编程设置输入输出，小型的信号采集变送装置。通用性即只需要一个型号的装置即可满足所有的需要；易用性是指在更改变送器的输入输出类型和范围以及变送关系时方便快捷；小型化是为了满足直接替换现场已经在使用的变送器型号，现场往往受到安装空间的限制需要变送器体积小巧，特别是厚度要小；低的成本则适合于大规模的应用。要求该装置同时具有数据采集和变送的功能，它可以采集工业现场的电阻，直流电压，直流电流三种类型的信号，经过真值运算后以一定的格式通过RS485通讯端口发送给后台设备。该变送器也可以将电阻，直流电压，直流电流三种类型的信号变换成后台数采设备所需要的信号类型和范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种I/O类型可编程设置智能变送器，使之具有通用、易用、用户可编程设置输入输出，体积小的信号采集变送功能的装置。
实现本发明的目的之技术解决方案如下：一种I/O类型可编程设置智能变送器，包括主控CPU、开关电源，其特征在于，还包括有输入端子、输出端子，RS232编程和调试接口、RS485通讯接口、AD转换芯片以及DA转换芯片；所述的主控CPU通过SPI总线分别与AD转换芯片以及DA转换芯片连接，AD转换芯片通过引脚AIN2（+）、AIN1（+）、AIN1（-）与输入端子连接，DA转换芯片通过引脚VOUT、IOUT与输出端子连接； RS232编程和调试接口、RS485通讯接口分别与主控CPU连接，RS232编程和调试接口、RS485通讯接口分别与主控CPU连接；所述的RS232编程和调试接口使用户通过该接口利用编程和调试工具软件对变送器进行编程和精度校正，用户也可以通过该接口对变送器固件进行升级，通过所述RS232编程设置输入类型、激励电流和输入输出范围。
进一步地，所述输入端子、输出端子具有两个隔离耐压500Vp-p的隔离磁栅，输入端子，输出端子，通讯口是互相隔离了的，保证了变送器在工业现场应用的安全性。
进一步地，所述输入输出端子是可拆卸的，使接线方便、减少了安全隐患。
进一步地，所述RS232编程和调试接口使用户通过该接口利用编程和调试工具软件对变送器进行编程和精度校正，用户也可以通过该接口对变送器固件进行升级。
更进一步地，所述RS485通讯接口使用户通过该接口远端实时获得采样数据，远端调整变送器输入，输出和变送参数，以及进行变送精度校正。用户可根据图形化编程软件对输入输出变送关系进行编程，由软件自动计算变送参数，用户在编程结束后点击软件设置按钮，软件自动将变送参数下载到变送器。
本发明的工作原理是，变送器使用一片16位AD转换芯片对输入信号进行高精度采样，采样获得的数据通过CPU进行变送运算后传送给DA转换芯片转换成电压或者电流信号输出。变送器将采集到的输入信号通过CPU经过真值运算后提供给RS485通讯接口，RS485通讯接口按照一定的通讯协议与后台计算机交换数据。用户可以通过RS485通讯接口远端实时获得采样数据，远端调整变送器输入，输出和变送参数，以及进行变送精度校正。
与现有技术比较，本发明的优点及有益效果如下：
1、本变送器的一个主要特点就是用户可自主编程。用户可以对输入物理量的类型进行编程，可以选择电阻输入，直流电压输入，直流电流输入；还可以编程选择输出的类型和范围。因此本变送器具有较强的通用性。
2、输入输出隔离，隔离耐压500Vpp。
3、高精度，变送精度0.2级。
4、薄型设计使得变送器体积小巧，非常适合紧凑的电力设备安装环境。
附图说明
图1是本发明的结构框图示意图。
图2是本发明的电路结构示意图。
图3本发明所述的输入输出电路示意图。
图4是本发明一实施例示意图。
图5、图6、图7是本发明使用实施例示意图。
具体实施方式
参见图1、图2，图3，本发明包括主控CPU、开关电源、还包括输入输出端子，RS232编程和调试接口、RS485通讯接口、AD转换芯片以及DA转换芯片；所述的主控CPU通过SPI总线分别与AD转换芯片以及DA转换芯片连接， RS232编程和调试接口、RS485通讯接口分别与主控CPU连接。主控CPU选用STC12C5A60S2芯片，CPU通过SPI总线的MOSI，MISO，SCLK，这三根信号线和AD-CS，AD-/CS, DA-CS这三根片选信号与AD和DA连接在一起。AD-/DRDY, AD-/RESET是AD芯片的控制信号。DA-LATCH, DA-CLEAR，DA-/FAULT是DA的控制信号。AD转换芯片选用一片AD7705，通过引脚AIN2（+）、AIN1（+）、AIN1（-）与输入端子连接，DA转换芯片选用一片DA：AD5412；通过引脚VOUT、IOUT与输出端子连接；RS232编程和调试接口选用SP232芯片构成了编程和调试接口电路，RS485通讯接口电路选用SP485。开关电源使用了一片TO242单片开关电源IC构成。
参见图3所知，所述的输入输出端子具有两个隔离耐压500Vp-p的隔离磁栅，使其输入端子、输出端子、通讯接口是互相隔离的，保证了变送器在工业现场应用的安全性。输入输出电路包括一片AD：AD7705，一片DA：AD5412。ADUM1401，ADUM1201是隔离磁栅。AD8276，AD8603构成了一个用于测量电阻的5mA激励电流源。而且输入输出端子是可拆卸的，使接线方便、减少了安全隐患。例如，用户安装空间有限，接线困难，该设计使得用户可以将端子拆掉，将线接好后插入变送器，接线方便安全。
开关电源的连接：开关电源输出三组电压：一组+5V提供给AD，一组+5V给CPU和通讯接口，+15V和-15V是给DA供电的。
本变送器具有一个RS232编程和调试接口。用户通过该接口利用编程和调试工具软件可以对变送器进行编程和精度校正，用户也可以通过该接口对变送器固件进行升级。
参见图4可知，RS232编程和调试接口的设计在此是非常重要的。能使用户通过该接口利用编程和调试工具软件对变送器进行编程和精度校正，用户也可以通过该接口对变送器固件进行现场升级。例如，当变送器用于数据采集时，如果变送器与后台数据收集计算之间的通讯协议发生改变时，用户只需要使用本变送器配套的上位机软件就可以对它的固件进行现场升级以适应这一变化。在这一过程中用户不需要更换新的变送器，也不需要把变送器从现场拆除。
所述RS485通讯接口使用户通过该接口远端实时获得采样数据。在本变送器编程调试软件支持下，用户使用该软件对它进行编程非常直观和方便。用户可根据需要增加变送器类型，自主设置变送器输入输出类型、范围。校正变送器精度和对变送器进行编程。本变送器配套的上位机软件在编程中起到重要的作用并主要是基于事件触发来工作的。
比较关键的事件有三个：
1、连接按键点击事件。包括开始、初始化串口、发送信息查询包、结束步骤。
2、设置按键点击事件。包括开始、判断设置数据是否有效，如果是，读取变送参数，发送设置数据包，结束；如果否，则进入结束步骤。
3、设置串口定时事件。包括开始，判断，接收到一个有效的数据包吗，如果是继续判断，接收到一个信息包吗，如果是，更新信息；如果否，继续判断，接收到一个实时信息包吗，如果是，更新实时数据，连接按键点击事件步骤；如果否，再继续判断，接收到设置数据包吗，如果是，更新设置，如果否，进入结束步骤。
提供用户使用实施例如下：
为了方便用户使用，我们设计了一个简单的输入信号调理电路，用户只需要调节三只精密电阻的阻值，并配与我们的图形化编程软件就可以快速生成自己所需要的变送器类型。我们以一个例子来说明变送器的编程过程。
例如：用户需要一个输入端连接的是热电阻PT100，温度测量范围0~150℃，对应温度输出1-5V的电压信号的变送器。
STEP1:用户设置输入
图5所示，用户首先选择AD通道，这里我们选择通道1。然后设置输入类型，这设置的是PT100，PT100热电阻是无源器件，在对它进行测量时需要一个激励电流，这里勾选这一项，并输入激励电流的大小：5mA。接下来设置输入最大值为150℃，最小值为0℃.在输入设置窗口可以看到图形化的输入示意图，示意图上表示的连接情况和实际是完全一样的。
STEP2:用户设置输出
图6所示，根据需要我们设置的输出类型为电压，输出最大值5V，最小值1V
图7所示，STEP3:用户设置一个自定义的变送器型号
STEP4:用户点击完成添加按钮
编程软件自动计算出变送器内部运算所需要的变送参数。
STEP5:用户点击设置按键，将变送参数下载到变送器,完成变送器的编程。
可见用户对变送器进行编程是非常灵活和方便的。
用户修改输入输出类型实施例如下：
修改前：型号为：TSM1804，输入类型为电阻，范围为0-180Ω；输出类型为电流，范围为4-20mA。
修改后：型号为：TSM100，输入类型为PT100，范围为100-138.5Ω对应温度范围为0-100℃；输出类型为电压，范围为0-5V。
本变送器具备了一套图形化用户编程工具软件，用户使用该软件对它进行编程非常直观和方便的。用户可根据图形化编程软件对输入输出变送关系进行较大范围的编程，由软件自动计算变送参数，用户在编程结束后点击软件设置按钮，软件自动将变送参数下载到变送器。
Claims (4)
1.一种I/O类型可编程设置智能变送器，包括主控CPU、开关电源、其特征在于，还包括有输入端子、输出端子，RS232编程和调试接口、RS485通讯接口、AD转换芯片以及DA转换芯片；所述的主控CPU通过SPI总线分别与AD转换芯片以及DA转换芯片连接，AD转换芯片通过引脚AIN2+、AIN1+、AIN1-与输入端子连接，DA转换芯片通过引脚VOUT、IOUT与输出端子连接；RS232编程和调试接口、RS485通讯接口分别与主控CPU连接；所述的RS232编程和调试接口使用户通过该接口利用编程和调试工具软件对变送器进行编程和精度校正，用户也可以通过该接口对变送器固件进行升级，通过所述RS232编程设置输入类型、激励电流和输入输出范围；用户可根据图形化编程软件对输入输出变送关系进行编程，由软件自动计算变送参数，用户在编程结束后点击软件设置按钮，软件自动将变送参数下载到变送器。
2.根据权利要求1所述的一种I/O类型可编程设置智能变送器，其特征在于，所述的输入输出端子具有两个隔离耐压500Vp-p的隔离磁栅，使其输入端子、输出端子、通讯接口是互相隔离的，保证了变送器在工业现场应用的安全性。
3.根据权利要求2所述的一种I/O类型可编程设置智能变送器，其特征在于，所述的输入端子、输出端子是可拆卸的，使接线方便、减少了安全隐患。
4.根据权利要求1所述的一种I/O类型可编程设置智能变送器，其特征在于，所述的RS485通讯接口使用户通过该接口远端实时获得采样数据，远端调整变送器输入，输出和变送参数，以及进行变送精度校正。
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