CN105203232A - 两线制压力采集变送器 - Google Patents

Abstract

一种两线制压力采集变送器，包括压力传感器、模数转换器、微控制器、数模转换器以及HART通信模块，还包括开关电源和电平转换电路。开关电源适于对电池电压进行降压处理，以向压力传感器和模数转换器提供第一电源电压进行供电，向微控制器、数模转换器以及HART通信模块提供第二电源电压进行供电，向压力传感器和模数转换器提供第二电源电压作为地电压；电平转换电路适于对模数转换器和微控制器之间传输的信号进行电平转换。本发明提供的两线制压力采集变送器，采用串联分层电源网络供电，减小了整个压力变送器的功耗。

Description

两线制压力采集变送器

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种两线制压力采集变送器。

背景技术

变送器是工业过程控制中最重要的现场仪表，可用于压力、差压、温度、液位、流量等多种参数的测量。它通过传感器对过程变量进行检测，经过转换后成为4~20mA标准电流信号，或直接通过数字通讯方式与控制室交换信息。随着工业过程控制系统自动化水平的不断提高，工艺流程的大型化、复杂化及计算机控制的应用，对变进器的性能、功能、智能化程度、通讯规程、测量精度、量程比、长期稳定性、各种影响量指标等都提出了新的更高要求。变送器的优劣，直接关系到整个控制系统的稳定性与安全性。作为从4~20mA向全数字现场总线过渡时期的标准，可寻址远程传感器高速通道（HART，HighwayAddressableRemoteTransducer）协议最大的优点是在兼容传统电流环通信的同时还可以利用同一电缆进行双向数字通信，实现诸如修改量程、维护、诊断等功能，帮助改善生产质量，提高系统运行效率。

图1是现有的一种两线制压力采集变送器的结构示意图，所述压力变送器包括压力传感器11、模数转换器12、微控制器13、数模转换器14、HART通信模块15以及供电电路16。其中，所述压力传感器11适于将待测压力信号转换为第一模拟信号，所述模数转换器12适于将所述第一模拟信号转换为第一数字信号，所述微控制器13适于对所述第一数字信号进行运算处理以获得第二数字信号，所述数模转换器14适于将所述第二数字信号转换为第二模拟信号，即转换为4~20mA电流，所述HART通信模块15适于将所述第二模拟信号传送至远程监控中心。所述供电电路16的输出端与所述压力传感器11、所述模数转换器12、所述微控制器13、所述数模转换器14以及所述HART通信模块15的电源端连接，适于对电池电压进行降压处理，以向所述压力传感器11、所述模数转换器12、所述微控制器13、所述数模转换器14以及所述HART通信模块15提供正电源电压，所述压力传感器11、所述模数转换器12、所述微控制器13、所述数模转换器14以及所述HART通信模块15的接地端接地。通常，所述电池电压的电压值为24V，所述正电源电压的电压值为3V。

由于图1所示的压力变送器直接从电路中获取工作电能，回路中电流为4~20mA，因而压力变送器的工作电流必须小于4mA，否则将无法实现仪表的基本变送功能。随着仪表智能功能和性能的不断增加、完善，必定需要增加额外的器件和功能模块如数字液晶显示模块等，这必将引起系统功耗的增加，导致原有的功耗裕量减少，最终引起系统非正常运行。因此，如何降低压力变送器的功耗仍是本领域一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种两线制压力采集变送器，采用分层电源网络模式供电减小压力变送器的功耗。

为解决上述问题，本发明提供一种两线制压力采集变送器，包括压力传感器、模数转换器、微控制器、数模转换器以及HART通信模块，还包括开关电源和电平转换电路；所述开关电源包括第一输出端和第二输出端，适于对电池电压进行降压处理以在所述第一输出端获得第一电源电压、在所述第二输出端获得第二电源电压，所述第一电源电压大于所述第二电源电压，所述第二电源电压大于0V；所述第一输出端连接所述压力传感器的电源端、所述模数转换器的电源端以及所述电平转换电路的第一电源端，所述第二输出端连接所述电平转换电路的第二电源端、所述微控制器的电源端、所述数模转换器的电源端、所述HART通信模块的电源端、所述压力传感器的接地端以及所述模数转换器的接地端，所述电平转换电路的接地端、所述微控制器的接地端、所述数模转换器的接地端以及所述HART通信模块的接地端接地；所述电平转换电路连接在所述模数转换器和所述微控制器之间，适于对所述模数转换器和所述微控制器之间传输的信号进行电平转换。

可选的，所述电平转换电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、PNP三极管以及反相器；所述第一电阻的一端连接所述第二电阻的一端并作为所述电平转换电路的第一电源端，所述第一电阻的另一端连接所述PNP三极管的基极和所述模数转换器的数据输出端，所述第二电阻的另一端连接所述PNP三极管的发射极，所述PNP三极管的集电极连接所述第三电阻的一端和所述反相器的输入端，所述第三电阻的另一端连接所述反相器的接地端并作为所述电平转换电路的接地端，所述反相器的电源端作为所述电平转换电路的第二电源端，所述反相器的输出端连接所述微控制器的数据输入端。

可选的，所述反相器为CMOS反相器。

可选的，所述第一电源电压的电压值为5V~7V。

可选的，所述第二电源电压的电压值为2.5V~3.5V。

可选的，所述电池电压的电压值为12V~45V。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的两线制压力采集变送器，采用串联分层电源网路供电，提供两个电源节点：将上层第一电源电压供给压力传感器和模数转换器的电源端，将上层第二电源电压供给压力传感器和模数转换器的接地端，将下层第二电源电压供给微控制器、数模转换器以及HART通信模块的电源端，通过接地将0V电压供给微控制器、数模转换器以及HART通信模块的接地端。通过分层供电增加了压力变送器仪表两端的压降，从而获得更低的工作电流，减小整个压力变送器的功耗，为新增智能功能的扩展提供了保障。并且，本发明通过开关电源提供电源电压，开关电源中的晶体管工作在开关状态，工作过程中的损耗很小，进一步减小了压力变送器的功耗。

附图说明

图1是现有的一种两线制压力采集变送器的结构示意图；

图2是本发明实施例的两线制压力采集变送器的结构示意图；

图3是本发明实施例的电平转换电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

图2是本发明实施例的两线制压力采集变送器的结构示意图，所述两线制压力采集变送器包括压力传感器21、模数转换器22、微控制器23、数模转换器24、HART通信模块25、开关电源26以及电平转换电路27。其中，所述压力传感器21、所述模数转换器22、所述微控制器23、所述数模转换器24以及所述HART通信模块25的功能和结构与现有技术中相同，在此不再赘述。

所述开关电源26包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入端适于接收电池电压。所述开关电源26适于对电池电压进行降压处理以在所述第一输出端获得第一电源电压、在所述第二输出端获得第二电源电压，其中，所述第一电源电压大于所述第二电源电压，所述第二电源电压大于0V。

所述第一输出端连接所述压力传感器21的电源端、所述模数转换器22的电源端以及所述电平转换电路27的第一电源端，即将所述第一电源电压作为所述压力传感器21和所述模数转换器22的电源电压；所述第二输出端连接所述电平转换电路27的第二电源端、所述微控制器23的电源端、所述数模转换器24的电源端、所述HART通信模块25的电源端、所述压力传感器21的接地端以及所述模数转换器22的接地端，即将所述第二电源电压作为所述微控制器23、所述数模转换器24以及所述HART通信模块25的电源电压，将所述第二电源电压作为所述压力传感器21和所述模数转换器22的地电压。其中，所述电平转换电路27的接地端、所述微控制器23的接地端、所述数模转换器24的接地端以及所述HART通信模块25的接地端接地。

需要说明的是，所述开关电源26可以采用现有的集成电路结构，在此不再进行过多说明。所述第一电源电压的电压值、所述第二电源电压的电压值以及电池电压的电压值可以根据各个模块的实际供电需求进行设置，通常，所述第一电源电压的电压值为5V~7V，所述第二电源电压的电压值为2.5V~3.5V，所述电池电压的电压值为12V~45V。在本实施例中，以所述第一电源电压的电压值为6V、所述第二电源电压的电压值为3V、所述电池电压的电压值为24V为例进行说明。

由于所述模数转换器22采用上层电源供电，而所述微控制器23采用下层电源供电，两者之间通信不可以直接连接，需要设置所述电平转换电路27以满足数字通信要求。具体地，所述电平转换电路27连接在所述模数转换器22和所述微控制器23之间，适于对所述模数转换器22和所述微控制器23之间传输的信号进行电平转换。

图3是本发明实施例提供的所述电平转换电路27的一种结构示意图，所述电平转换电路27包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、PNP三极管Q1以及反相器A1。所述第一电阻的R1一端连接所述第二电阻R2的一端并作为所述电平转换电路27的第一电源端，所述第一电阻R1的另一端连接所述PNP三极管Q1的基极和所述模数转换器22的数据输出端，所述第二电阻R2的另一端连接所述PNP三极管Q1的发射极，所述PNP三极管Q1的集电极连接所述第三电阻R3的一端和所述反相器A1的输入端，所述第三电阻R3的另一端连接所述反相器A1的接地端并作为所述电平转换电路27的接地端，所述反相器A1的电源端作为所述电平转换电路27的第二电源端，所述反相器A1的输出端连接所述微控制器23的数据输入端。进一步，所述反相器A1可以为CMOS反相器。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种两线制压力采集变送器，包括压力传感器、模数转换器、微控制器、数模转换器以及HART通信模块，其特征在于，还包括开关电源和电平转换电路；

所述开关电源包括第一输出端和第二输出端，适于对电池电压进行降压处理以在所述第一输出端获得第一电源电压、在所述第二输出端获得第二电源电压，所述第一电源电压大于所述第二电源电压，所述第二电源电压大于0V；

所述第一输出端连接所述压力传感器的电源端、所述模数转换器的电源端以及所述电平转换电路的第一电源端，所述第二输出端连接所述电平转换电路的第二电源端、所述微控制器的电源端、所述数模转换器的电源端、所述HART通信模块的电源端、所述压力传感器的接地端以及所述模数转换器的接地端，所述电平转换电路的接地端、所述微控制器的接地端、所述数模转换器的接地端以及所述HART通信模块的接地端接地；

所述电平转换电路连接在所述模数转换器和所述微控制器之间，适于对所述模数转换器和所述微控制器之间传输的信号进行电平转换。

2.根据权利要求1所述的两线制压力采集变送器，其特征在于，所述电平转换电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、PNP三极管以及反相器；

所述第一电阻的一端连接所述第二电阻的一端并作为所述电平转换电路的第一电源端，所述第一电阻的另一端连接所述PNP三极管的基极和所述模数转换器的数据输出端，所述第二电阻的另一端连接所述PNP三极管的发射极，所述PNP三极管的集电极连接所述第三电阻的一端和所述反相器的输入端，所述第三电阻的另一端连接所述反相器的接地端并作为所述电平转换电路的接地端，所述反相器的电源端作为所述电平转换电路的第二电源端，所述反相器的输出端连接所述微控制器的数据输入端。

3.根据权利要求2所述的两线制压力采集变送器，其特征在于，所述反相器为CMOS反相器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的两线制压力采集变送器，其特征在于，所述第一电源电压的电压值为5V~7V。

5.根据权利要求1至3任一项所述的两线制压力采集变送器，其特征在于，所述第二电源电压的电压值为2.5V~3.5V。

6.根据权利要求1至3任一项所述的两线制压力采集变送器，其特征在于，所述电池电压的电压值为12V~45V。