CN107179725A - 一种智能变送装置 - Google Patents

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刘向东
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Abstract

本发明公开了一种智能变送装置，涉及智能测控技术领域。它包括单片机(2)，单片机(2)分别与A/D转换器(1)、电源(3)、监控装置(4)、通信电路(5)、显示电路(6)、DAC接口电路(7)连接，监控装置(4)和通信电路(5)还连接于上位机(8)，DAC接口电路(7)的另一端连接于执行器件(9)。该装置能够完成诸如温度、压力、流量等的测控，测量范围广、精度高、对环境的适应能力强，具有很好的推广价值。

Description

一种智能变送装置
技术领域
本发明涉及一种智能变送装置，涉及智能测控技术领域。
背景技术
在工业控制过程和实验项目中，信号的检测与传送在控制系统中起着至关重要的作用。随着工业现场技术的发展，微型计算机在工业测控领域得到广泛应用，普通变送装置能够测量现场温度参数，却不能完成诸如温度、压力、流量等的测控，测量范围有限、精度低、对环境适应能力比较差，无法按照控制系统上层的要求配合执行器完成相关的操作任务，难以满足工业现场的应用要求。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种智能变送装置，能够完成诸如温度、压力、流量等的测控，测量范围广、精度高、对环境的适应能力强，具有很好的推广价值。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
该种智能变送装置包括单片机，所述单片机分别与A/D转换器、电源、监控装置、通信电路、显示电路、DAC接口电路连接，所述监控装置和通信电路还连接于上位机，所述DAC接口电路的另一端连接于执行器件。该变送装置以单片机为核心，将被测温度信号经A/D转换器进行相应数据处理。监控装置用于对系统进行实时监控，当系统出现“死机”故障时能产生自动复位信号，同时还可以存储上位机对变送装置的配置参数。系统上电后变送装置可以根据监控装置中存储的数据对运行参数进行自动调整，完成初始化工作后，可实现独立运行。通信电路用于单片机与上位机之间的通信，实现上位机对单片机中参数在线修改，以及检测数据在上位机的存储、历史曲线再现等功能。显示电路显示实时温度，便于现场工程人员巡检。DAC接口电路实现控制信号的输出，通过添加的执行器件实现对被测量的实时控制。
前述的单片机内设有放大器和滤波器，所述放大器的一端连接于A/D转换器，另一端连接于滤波器。前置的可编程放大器可以直接接入毫伏电压信号，特别适用热电偶、热电阻等信号的采集和转换。内置的可编程滤波器能够有效消除信号输入端引入的共模干扰信号。
为了便于驱动执行器件，完成对被检测量的控制，前述的DAC接口电路内设有D/A转换器和V/I变换器，所述D/A转换器的一端连接于单片机，另一端通过V/I变换器连接于执行器件。
为了实现装置的可编程功能和转换精度，前述的单片机为一种24位Δ-Σ串行A/D转换信号调理集成电路，该集成电路具有校准工作模式，可消除基准电压漂移、环境温度变化等外部变化所引起的转换误差，提高系统对外部环境的适应能力。
前述的监控装置采用X5043作为系统监控芯片，具有SPI接口的特性，其软件协议允许工作在一个简单4线总线上，使得系统更简化。
进一步的，前述的监控装置内顺次连接有上电复位设备、WDT定时器、欠压监测装置和E2POM存储器，将四种常用的功能组成在一个封装之内，WDT定时器与欠压监测装置对系统提供独立的保护，E2POM存储器存储上位机分配的配置参数。
前述的通信电路为串行异步通信接口电路，在采集数据的同时还可以实现控制参数的在线修改等功能。为解决各种逻辑电平之间的匹配问题，采用MAX232芯片，实现TTL和RS232C电平之间的转换。
为了方便操作人员及时了解测控参数的实际情况，前述的显示电路采用MC14499芯片，能够实现就地显示各项参数。
与现有技术相比，本发明能够完成诸如温度、压力、流量等的测控，测量范围广、精度高、对环境的适应能力强，不仅能够完成现场参数的测量，还能够按照控制系统上层的要求，配合执行器完成相关的操作任务，可移植性好，可以方便地组成分布式测控系统，具有很好地推广价值。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构示意图；
图2是本发明另一种实施例的结构示意图。
附图标记的含义：1-A/D转换器，2-单片机，3-电源，4-监控装置，5-通信电路，6-显示电路，7-DAC接口电路，8-上位机，9-执行器件，10-放大器，11-滤波器，12-上电复位设备，13-WDT定时器，14-欠压监测装置，15-E2POM存储器，16-D/A转换器，17-V/I变换器。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1：如图1和图2所示，一种智能变送装置包括单片机2，单片机2分别与A/D转换器1、电源3、监控装置4、通信电路5、显示电路6、DAC接口电路7连接，监控装置4和通信电路5还连接于上位机8，DAC接口电路7的另一端连接于执行器件9。DAC接口电路7内设有D/A转换器16和V/I变换器17，D/A转换器16的一端连接于单片机2，另一端通过V/I变换器17连接于执行器件9。DAC接口电路7将单片机2输出的用于控制的数字信号转换成可远距离传送且有一定负载能力的标准电流信号，便于驱动执行器件9，完成对被检测量的控制。D/A转换器16内的缓冲放大器利用内部电阻，将变换的满刻度电流变换成10V电压加到V/I变换器17的输入端，作为输入信号。其中单片机2为一种24位Δ-Σ串行A/D转换信号调理集成电路，单片机2作为装置的核心，可消除基准电压漂移、环境温度变化等外部变化所引起的转换误差，能够实现装置的可编程功能和转换精度，提高系统对外部环境的适应能力。首先对热电偶的输入信号进行转换,获得对应毫伏电压值；然后对采集的环境温度进行转换、查表并利用插值算法求出相应的参比端补偿电压，再对热电偶信号进行参比端温度补偿；最后对温度补偿后的热电偶电压值再进行查表线性化插值计算处理，求出相应的温度值；完成温度的校正和补偿之后，将所计算出的温度值进行上下限值的比较，以便及时向上位机8发出报警信号。
监控装置4采用X5043作为系统监控芯片，具有SPI接口的特性，其软件协议允许工作在一个简单4线总线上，使得系统更简化。监控装置4内顺次连接有上电复位设备12、WDT定时器13、欠压监测装置14和E2POM存储器15，将四种常用的功能组成在一个封装之内，WDT定时器13与欠压监测装置14对系统提供独立的保护，保证变送装置在强干扰及低电源电压的情况下不出现意外操作。内置的E2POM存储器15存储上位机8组态时分配给变送装置的配置参数，如传感器的型号、对被监测量的量程范围要求、上下限报警比较值及被控对象的参数等，以便运行时调用。通信电路5为串行异步通信接口电路，能够使得上位机8完成对温度实时数据的采集、存储以及历史再现，并能对变送装置控制参数实现在线修改等功能。为解决各种逻辑电平之间的匹配问题，采用MAX232芯片，实现TTL和RS232C电平之间的转换。
实施例2：如图1所示，该种智能变送装置中单片机2分别与A/D转换器1、电源3、监控装置4、通信电路5、显示电路6、DAC接口电路7连接，监控装置4和通信电路5还连接于上位机8，DAC接口电路7的另一端连接于执行器件9。该变送装置以单片机2为核心，将被测温度信号经A/D转换器1进行相应数据处理。监控装置4用于对系统进行实时监控，当系统出现“死机”故障时能产生自动复位信号，同时还可以存储上位机8对变送装置的配置参数。系统上电后变送装置可以根据监控装置4中存储的数据对运行参数进行自动调整，完成初始化工作后，可实现独立运行。通信电路5用于单片机2与上位机8之间的通信，实现上位机8对单片机2中参数在线修改，以及检测数据在上位机8的存储、历史曲线再现等功能。显示电路6显示实时温度，便于现场工程人员巡检。DAC接口电路7实现控制信号的输出，通过添加的执行器件9实现对被测量的实时控制。装置中设有的显示电路6采用MC14499芯片，实现对4片LED显示驱动，能够实现就地显示各项参数，以方便操作人员及时了解测控参数的实际情况。
实施例3：如图2所示，一种智能变送装置包括单片机2，单片机2分别与A/D转换器1、电源3、监控装置4、通信电路5、显示电路6、DAC接口电路7连接，监控装置4和通信电路5还连接于上位机8，DAC接口电路7的另一端连接于执行器件9。单片机2为一种24位Δ-Σ串行A/D转换信号调理集成电路，单片机2内设有放大器10和滤波器11，放大器10的一端连接于A/D转换器1，另一端连接于滤波器11。前置可编程放大器10可以直接接入毫伏电压信号，特别适用热电偶、热电阻等信号的采集和转换。内置可编程滤波器11能够有效消除信号输入端引入的共模干扰信号。单片机2作为装置的核心，可消除基准电压漂移、环境温度变化等外部变化所引起的转换误差，能够实现装置的可编程功能和转换精度，提高系统对外部环境的适应能力。首先对热电偶的输入信号进行转换,获得对应毫伏电压值；然后对采集的环境温度进行转换、查表并利用插值算法求出相应的参比端补偿电压，再对热电偶信号进行参比端温度补偿；最后对温度补偿后的热电偶电压值再进行查表线性化插值计算处理，求出相应的温度值；完成温度的校正和补偿之后，将所计算出的温度值进行上下限值的比较，以便及时向上位机8发出报警信号。
其中，监控装置4采用X5043作为系统监控芯片，具有SPI接口的特性，其软件协议允许工作在一个简单4线总线上，使得系统更简化。监控装置4内顺次连接有上电复位设备12、WDT定时器13、欠压监测装置14和E2POM存储器15，将四种常用的功能组成在一个封装之内，WDT定时器13与欠压监测装置14对系统提供独立的保护，保证变送装置在强干扰及低电源电压的情况下不出现意外操作。内置的E2POM存储器15存储上位机8组态时分配给变送装置的配置参数，如传感器的型号、对被监测量的量程范围要求、上下限报警比较值及被控对象的参数等，以便运行时调用。通信电路5为串行异步通信接口电路，能够使得上位机8完成对温度实时数据的采集、存储以及历史再现，并能对变送装置控制参数实现在线修改等功能。为解决各种逻辑电平之间的匹配问题，采用MAX232芯片，实现TTL和RS232C电平之间的转换。
本发明的工作原理：控制系统上电后，变送装置首先进行初始化工作，对单片机2中的WDT定时器13、中断源优先级、中断类型等进行设置。监控装置4中的E2POM存储器15读入组态时上位机8对变送装置的配置信息，如传感器类型、上下限报警值、量程范围等。当系统进入正常工作状态后，在定时器中断服务程序中，单片机2周期性地对WDT定时器13发出访问指令，保证WDT定时器13不产生系统复位信号。该变送装置能够自动地对输入信号的模拟量进行转换、校正与补偿，同时将转换值与设定值的上限、下限比较，若超限则向上位机8发送报警信号，并可独立于上位机8而单独对被测量进行控制。即依据现场实际情况利用输出的控制信号外加一定的控制装置进行实时控制。当变送装置接收到上位机8的指令时，即可将转换好的数据传送至上位机8，实现数据的存储、再现等工作。

Claims (8)

1.一种智能变送装置，其特征在于，包括单片机(2)，所述单片机(2)分别与A/D转换器(1)、电源(3)、监控装置(4)、通信电路(5)、显示电路(6)、DAC接口电路(7)连接，所述监控装置(4)和通信电路(5)还连接于上位机(8)，所述DAC接口电路(7)的另一端连接于执行器件(9)。
2.根据权利要求1所述的智能变送装置，其特征在于，所述单片机(2)内设有放大器(10)和滤波器(11)，所述放大器(10)的一端连接于A/D转换器(1)，另一端连接于滤波器(11)。
3.根据权利要求1所述的智能变送装置，其特征在于，所述DAC接口电路(7)内设有D/A转换器(16)和V/I变换器(17)，所述D/A转换器(16)的一端连接于单片机(2)，另一端通过V/I变换器(17)连接于执行器件(9)。
4.根据权利要求2或3所述的智能变送装置，其特征在于，所述单片机(2)为24位Δ-Σ串行A/D转换信号调理集成电路。
5.根据权利要求4所述的智能变送装置，其特征在于，所述监控装置(4)采用X5043作为系统监控芯片。
6.根据权利要求5所述的智能变送装置，其特征在于，所述监控装置(4)内顺次连接有上电复位设备(12)、WDT定时器(13)、欠压监测装置(14)和E2POM存储器(15)。
7.根据权利要求6所述的智能变送装置，其特征在于，所述通信电路(5)为串行异步通信接口电路。
8.根据权利要求1所述的智能变送装置，其特征在于，所述显示电路(6)采用MC14499芯片。
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