CN104851270B - 一种隔爆型变送器和执行器用太阳能无线测控模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔爆型变送器和执行器用太阳能无线测控模块，包括L形防爆管，L形防爆管的下端连接执行器或变送器，上端连接有电路防爆壳，电路防爆壳的一端安装有电路防爆壳盖，另一端安装有太阳能板防爆壳，电路防爆壳内安装有电路板，太阳能板防爆壳上安装有太阳能板，太阳能板防爆壳内设置有电池仓和内置天线仓，电池仓内安装有锂聚合物电池，内置天线仓内安装有内置天线。本发明在现有的变送器或执行器产品上直接加上一个采用太阳能供电的无线模块，使得有线的变送器或有线执行器变成无线收发的变送器或执行器，实现变送器或执行器的控制无线化和电源的自主化，实现技术优势和成本优势的最佳组合。

Description

一种隔爆型变送器和执行器用太阳能无线测控模块

技术领域

本发明涉及变送器应用领域和各种执行器应用领域，特别是涉及一种太阳能电源的可以实现无线采集变送器数据和控制执行器工作的无线模块。

背景技术

目前的油气田开采和输送行业、石油化工行业、自来水供水行业、化工行业、发电等行业中都大量地使用变送器作为生产过程控制的传感器，实现生产过程中的数据采集，同时也大量地使用各种执行器，例如电动/气动调节阀、电动/气动阀门以及其他控制装置，用于实现对生产过程的控制功能。目前大量的成套的有线变送器和有线执行器生产商在大量生产广泛和应用，现有的变送器和执行器大部分都采用有线传输，在相关设备安装时要求敷设相关的电线电缆，敷设电线电缆工程量大，后期维护成本也高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种采用太阳能电路板供电，可以方便地和现有的变送器或执行器信号线直接相接，将有线设备转变为无线设备，几乎能够兼容所有类型变送器和执行器的隔爆型变送器和执行器用太阳能无线测控模块。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种隔爆型变送器和执行器用太阳能无线测控模块，包括L形防爆管，所述L形防爆管的下端用于连接执行器或变送器，上端连接有电路防爆壳，所述电路防爆壳的一端安装有电路防爆壳盖，另一端安装有太阳能板防爆壳，所述电路防爆壳内安装有电路板，所述太阳能板防爆壳上安装有太阳能板，所述太阳能板防爆壳内设置有电池仓和内置天线仓，所述电池仓内安装有锂聚合物电池，所述内置天线仓内安装有内置天线。

所述电路板包括电连接的电源模块电路板、主控/隔离模块电路板和无线收发模块电路板，所述内置天线与所述无线收发模块电路板电连接。

所述电源模块电路板、主控/隔离模块电路板和无线收发模块电路板通过电路板支撑垫及固定螺丝、电路板支撑垫安装在所述电路防爆壳内。

所述执行器或变送器和电路防爆壳均设置有连接法兰，所述L形防爆管的两端通过分别通过防爆管接头压紧螺母安装在所述连接法兰上。

所述L形防爆管与所述连接法兰之间安装有接线口密封垫。

所述电路防爆壳与电路防爆壳盖之间安装有电路防爆壳盖密封圈。

所述电路防爆壳与所述太阳能板防爆壳之间安装有密封圈。

所述太阳能板防爆壳朝向所述太阳能板的面上设置有密封胶槽，所述密封胶槽内灌封有密封胶。

本发明的有益效果是：本发明在现有的变送器或执行器产品上直接加上一个采用太阳能供电的无线模块，使得有线的变送器或有线执行器变成无线收发的变送器或执行器，适用于几乎所有类型的变送器或执行器，实现变送器或执行器的控制无线化和电源的自主化，与现有的无线变送器方案相比，可以发挥现有变送器、执行器制造商的成熟技术和成本低廉的优势，同时可以发挥太阳能无线测控模块的技术优势和成本优势，实现两个领域的技术优势和成本优势的最佳组合。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的无线测控模块连接变送器结构示意图；

图2是本法明的太阳能板调整仰角示意图；

图3是本法明的太阳能板调整方位角示意图；

图4是本法明的整体电路原理方框图；

图5是电源模块电路板原理方框图；

图6是主控/隔离模块电路板原理方框图；

图7是无线收发模块电路板原理方框图；

图8是本发明的无线测控模块连接执行器结构示意图。

具体实施方式

参照图1至图8，一种隔爆型变送器和执行器用太阳能无线测控模块，包括L形防爆管17，所述L形防爆管17的下端用于连接执行器20或变送器19，上端连接有电路防爆壳8，所述电路防爆壳8的一端安装有电路防爆壳盖15，另一端安装有太阳能板防爆壳1，所述电路防爆壳8内安装有电路板，电路板包括电源模块电路板13、主控/隔离模块电路板11和无线收发模块电路板10等，所述太阳能板防爆壳1上安装有太阳能板3，所述太阳能板防爆壳1内设置有电池仓2和内置天线仓，所述电池仓2内安装有锂聚合物电池23，所述内置天线仓内安装有与无线收发模块电路板10电连接的内置天线5。

所述执行器20和电路防爆壳8均设置有连接法兰，所述L形防爆管17的两端通过分别通过防爆管接头压紧螺母18安装在所述连接法兰上，所述L形防爆管17与所述连接法兰之间安装有接线口密封垫16。L形防爆管17是用来实现太阳能板可以方便灵活对准太阳光的方向，如图2调整仰角，如图3调整好方位角后，紧固防爆管接头压紧螺母18，实现防爆和密封的功能。L形防爆管17用来将变送器19的信号引入到电路防爆壳8的主控/隔离模块电路板11上。

所述电源模块电路板13、主控/隔离模块电路板11和无线收发模块电路板10通过电路板支撑垫及固定螺丝12、电路板支撑垫9安装在所述电路防爆壳8内，在所述电路防爆壳8与电路防爆壳盖15之间安装有电路防爆壳盖密封圈14，所述电路防爆壳8与所述太阳能板防爆壳1之间安装有密封圈4，通过电路防爆壳盖密封圈14和密封圈4将这三个电路模块密封起来，隔绝防爆壳内和外界的气体交换，实现隔爆功能。

所述太阳能板防爆壳8和太阳能板3组成了完全封闭的防爆空间。太阳能板3由于其本身是由硅片和表面保护滴胶层组成，输出引线设置在太阳能板的背面，所以在太阳能板的表面和外部的可燃气体由于表面保护滴胶层的存在实现彻底的隔离而无法接触。太阳能板防爆壳1由高强度的工程塑料制成，具有高强度、阻燃的特性。在所述太阳能板防爆壳1朝向所述太阳能板3的面上设置有密封胶槽7，通过在密封胶槽7内灌封高耐候性的密封胶实现太阳能板3和太阳能板防爆壳8的完全密封，并实现相应的整体机械强度。锂聚合物电池23和内置天线5也位于太阳能板3和太阳能板防爆壳8构成的密闭空间内，采用绝缘灌封材料将其完全灌封，同样太阳能板背面的引线处也采用完全灌封绝缘材料实现二次隔爆功能，锂聚合物电池的引线、内置天线的引线和太阳能板的引线全部通过太阳能板防爆壳中间的引线槽6引出，在引线槽6处也采用绝缘材料完全灌封，实现了整个太阳能板组件的防爆、防水、防尘和抗震的功能。

参见图4，本发明的整体电路主要由电源模块电路板13、主控/隔离模块电路板11和无线收发模块电路板10构成，电源模块电路板13用于完成对电池的充放电保护功能以及对其他模块的电源供应和管理。主控/隔离模块电路板11一方面用于完成对来自变送器（传感器）的信号进行隔离、处理变换，然后将信号发送给无线收发模块，另一方面输出相应的电流电压信号给执行器实现对执行器的控制。无线收发模块电路板10用于将从主控/隔离模块电路板11接收的信号进行相应的处理后发给内置天线5，用于和主机进行双向无线数据传输。

参照图5，电源模块电路板主要包括降压电路24、升压电路25和太阳能管理模块26，降压电路24将锂聚合物电池23输出的8.4V电源转换成3.3V电压，给电源模块电路板13、主控/隔离模块电路板11和无线收发模块电路板10等供电，升压电路25将锂聚合物电池23输出的8.4V电源转换成24V电压，给执行器20、变送器19提供工作电源，太阳能管理模块26用于实现太阳能充电控制功能，防止过充和欠压。

参见图6，主控/隔离模块电路板11主要包括信号处理电路27、光耦隔离电路28、AD转换电路29和主控芯片30（主控芯片为单片机，其内部自带CPU处理器，通过编程完成设定的逻辑控制），信号处理电路27用于接收变送器19输送过来的电流或电压信号，然后转换成模拟电压信号，输出给AD转换电路29，AD转换电路29将模拟电压信号转换成数字信号输送给主控芯片30，主控芯片30同时也接收无线收发模块电路板10发送的数据，将控制命令输送给光耦隔离电路28，光电隔离电路28将信号转化为脉冲或数字信号发送给执行器20，执行器20动作完成操作，光耦隔离电路28可防止外部信号对系统的影响，提高可靠性。

参见图7，无线收发模块电路板10主要包括功率放大器31、休眠控制电路32和无线模块芯片33，休眠控制电路32和电源模块电路板13连接，受主控芯片30的控制，在休眠时切断电源，在系统启动后给功率放大器31和无线模块芯片33供电，无线模块芯片33将从主控芯片30接收的信号转化后发送给功率放大器31，功率放大器31将信号放大后发送给内置天线5，实现对来自光耦隔离电路28信号的处理和无线收发，无线收发模式可以采用GPRS、ZIGEEB、WiFi、蓝牙等方式。

参见图8，在连接执行器20使用时，主控/隔离模块电路板11的输出信号传输给执行器的信号输入口22，执行器按照输入信号来控制相应的被控制原件，比如各种阀门21、开关控制、带反馈过程控制、步进伺服控制等。执行器的功率电源可以接入市电，也可以采用大功率的太阳能供电。

本发明在现有的变送器或执行器产品上直接加上一个采用太阳能供电的无线模块，使得有线的变送器或有线执行器变成无线收发的变送器或执行器，适用于几乎所有类型的变送器或执行器，实现变送器或执行器的控制无线化和电源的自主化，与现有的无线变送器方案相比，可以发挥现有变送器、执行器制造商的成熟技术和成本低廉的优势，同时可以发挥太阳能无线测控模块的技术优势和成本优势，实现两个领域的技术优势和成本优势的最佳组合。

Claims (6)

1.一种隔爆型变送器和执行器用太阳能无线测控模块，其特征在于它包括L形防爆管（17），所述L形防爆管（17）的下端用于连接执行器（20）或变送器（19），上端连接有电路防爆壳（8），所述电路防爆壳（8）的一端安装有电路防爆壳盖（15），另一端安装有太阳能板防爆壳（1），所述电路防爆壳（8）内安装有电路板，所述太阳能板防爆壳（1）上安装有太阳能板（3），所述太阳能板防爆壳（1）内设置有电池仓（2）和内置天线仓，所述电池仓（2）内安装有锂聚合物电池（23），所述内置天线仓内安装有内置天线（5）；

所述电路板包括电连接的电源模块电路板（13）、主控/隔离模块电路板（11）和无线收发模块电路板（10），所述内置天线（5）与所述无线收发模块电路板（10）电连接；

所述电源模块电路板（13）包括降压电路（24）、升压电路（25）和太阳能管理模块（26），所述降压电路（24）将所述锂聚合物电池（23）输出的8.4V电源转换成3.3V电压，给所述电源模块电路板（13）、主控/隔离模块电路板（11）和无线收发模块电路板（10）供电；所述升压电路（25）将所述锂聚合物电池（23）输出的8.4V电源转换成24V电压，给执行器（20）或变送器（19）提供工作电源；所述太阳能管理模块（26）用于实现太阳能充电控制功能，防止过充和欠压；

所述主控/隔离模块电路板（11）包括信号处理电路（27）、光耦隔离电路（28）、AD转换电路（29）和主控芯片（30），所述信号处理电路（27）用于接收所述变送器（19）输送过来的电流或电压信号，然后转换成模拟电压信号，输出给所述AD转换电路（29），所述AD转换电路（29）将模拟电压信号转换成数字信号输送给主控芯片（30），所述主控芯片（30）同时也接收无线收发模块电路板（10）发送的数据，将控制命令输送给所述光耦隔离电路（28），所述光耦隔离电路（28）将信号转化为脉冲或数字信号发送给所述执行器（20）；

所述无线收发模块电路板（10）包括功率放大器（31）、休眠控制电路（32）和无线模块芯片（33），所述休眠控制电路（32）和电源模块电路板（13）连接，受主控芯片（30）的控制，在休眠时切断电源，在系统启动后给功率放大器（31）和无线模块芯片（33）供电，所述无线模块芯片（33）将从主控芯片（30）接收的信号转化后发送给功率放大器（31），功率放大器（31）将信号放大后发送给所述内置天线（5）；

所述执行器（20）或变送器（19）和电路防爆壳（8）均设置有连接法兰，所述L形防爆管（17）的两端通过分别通过防爆管接头压紧螺母（18）安装在所述连接法兰上。

2.根据权利要求1所述的无线测控模块，其特征在于所述电源模块电路板（13）、主控/隔离模块电路板（11）和无线收发模块电路板（10）通过电路板支撑垫及固定螺丝（12）、电路板支撑垫（9）安装在所述电路防爆壳（8）内。

3.根据权利要求1所述的无线测控模块，其特征在于所述L形防爆管（17）与所述连接法兰之间安装有接线口密封垫（16）。

4.根据权利要求1所述的无线测控模块，其特征在于所述电路防爆壳（8）与电路防爆壳盖（15）之间安装有电路防爆壳盖密封圈（14）。

5.根据权利要求1所述的无线测控模块，其特征在于所述电路防爆壳（8）与所述太阳能板防爆壳（1）之间安装有密封圈（4）。

6.根据权利要求1所述的无线测控模块，其特征在于所述太阳能板防爆壳（1）朝向所述太阳能板（3）的面上设置有密封胶槽（7），所述密封胶槽（7）内灌封有密封胶。