CN110658757B - 一种无线反馈器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线反馈器，包括：充放电电源模块，用于输出供电信号；电源采样模块，与充放电电源模块连接，用于采集控制阀的行程信号和给充放电电源模块提供电源信号；无线通信模块，与充放电电源模块、电源采样模块连接，用于建立无线通信网络；信号检测模块，与电源采样模块、充放电电源模块连接，用于接收电源采样模块发送的行程信号，并对行程信号进行检测；控制模块，分别与信号检测模块、充放电电源模块和无线通信模块连接；其中，在充放电电源模块的充电时间内，控制模块和无线通信模块处于休眠状态，充放电电源模块、电源采样模块处于工作状态；在充放电电源模块的放电时间内，上述各模块都处于工作状态，从而能够降低能耗。

Description

一种无线反馈器
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种无线反馈器。
背景技术
在工业控制系统中，控制阀通过对流体流量调节，实现受控对象如压力、流量、液位、温度等的控制，反馈器是采用带位置反馈的定位器或行程指示器，其基于标准的IEC 4～20mA模拟信号供电，其也是用于反馈控制阀行程信息的重要器件，其中，控制阀行程是决定流体流量的关键参数，在DCS控制系统中，必须对控制阀的行程进行监控，以保障过程控制系统安全可靠运行。
目前现有用于控制阀行程的反馈器主要通过硬接线方式反馈给DCS控制系统，虽然采用无线传输的反馈器相比采用硬接线传输的反馈器在进行阀行程信息反馈时不受接线环境的影响,使得无线反馈器进行阀行程信息通信更加灵活，但是无线反馈器在进行无线通信时相比硬接线的反馈器会消耗更多的电能量,导致标准的IEC 4～20mA模拟信号提供的电能量不能满足无线传输电路驱动要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种无线反馈器，以解决标准的IEC4～20mA模拟信号提供的电能量不能满足无线传输电路驱动要求的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种无线反馈器，包括：充放电电源模块，用于输出供电信号；电源采样模块，与所述充放电电源模块连接，用于采集控制阀的行程信号和给所述充放电电源模块提供电源信号；无线通信模块，与所述充放电电源模块、所述电源采样模块连接，用于建立无线通信网络；信号检测模块，与所述电源采样模块、所述充放电电源模块连接，用于接收所述电源采样模块发送的所述行程信号，并对所述行程信号进行检测；控制模块，分别与所述信号检测模块、所述充放电电源模块和所述无线通信模块连接；其中，在所述充放电电源模块的充电时间内，所述控制模块和所述无线通信模块处于休眠状态，所述充放电电源模块、所述电源采样模块处于工作状态；在所述充放电电源模块的放电时间内，所述控制模块、所述无线通信模块、所述充放电电源模块和所述电源采样模块处于工作状态。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，还包括：充放电电压转换模块，分别与所述充放电电源模块和所述控制模块连接，用于对充放电电源模块输出的所述供电信号进行电压转换。
结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，还包括：定位模块，分别与所述充放电电源模块和控制模块连接。
结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，所述充放电电源模块包括锂电池充放电电路或超级电容充放电电路。
结合第一方面第一实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述充放电电压转换模块包括：升压电路。
结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，所信号检测模块包括：信号电压转换电路。
结合第一方面，在第一方面第六实施方式中，所述无线通信模块包括：无线通讯电路。
结合第一方面，在第一方面第七实施方式中，所述控制模块包括：STM32L4处理器。
结合第一方面第二实施方式，在第一方面第八实施方式中，所述定位模块包括：L-70R定位芯片。
结合第一方面或第一方面任意一个实施方式，在第一方面第九实施方式中，所述行程信号和所述电源信号为4-20mA的模拟信号。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：通过周期性的工作模式和低功耗的元器件，在充放电电源模块充电时间内，部分器件不工作，降低无线反馈器的能耗，在充放电电源模块放电时间内，控制模块和无线通信模块处于工作状态，从而实现将标准的IEC4-20mA模拟信号作为电源，驱动无线传输电路工作，解决了4-20mA的模拟信号供电量不足的问题，无线反馈器的安装不需要专用供电线路，节省布线成本，安装灵活。适用于不同的环境；由于采用无线传输的方式，没有硬接线，可以低成本实现控制阀行程信号的远程多点传输；同时具备定位模块，方便后续无线反馈器的调试和维护。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明实施例中的无限反馈器的结构框图；
图2示出了本发明实施例中的无限反馈器的工作周期示意图；
图3示出了本发明实施例中的锂电池充放电电路的电路结构示意图；
图4示出了本发明实施例中的超级电容充放电电路的电路结构示意图；
图5示出了本发明实施例中的升压电路的电路结构示意图；
图6示出了本发明实施例中的信号电压转换电路的电路结构示意图；
图7和图8示出了本发明实施例中的无线通讯电路的电路结构示意图；
图9示出了本发明实施例中的STM32L4处理器的电路结构示意图；
图10示出了本发明实施例中的L-70R定位芯片的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供了一种无线反馈器，该无线反馈器适用于工业系统中，用于反馈控制阀的行程信息。如图1所示，该无线反馈器包括：充放电电源模块1，用于输出供电信号；电源采样模块2，与充放电电源模块1连接，用于采集控制阀的行程信号和给充放电电源模块1提供电源信号(该行程信号和电源信号都是标准IEC4-20mA的模拟信号)；无线通信模块3，与充放电电源模块1、电源采样模块2连接，用于建立无线通信网络；信号检测模块4，与电源采样模块2、充放电电源模块1连接，用于接收电源采样模块2发送的行程信号，并对行程信号进行检测；控制模块5，分别与信号检测模块4、充放电电源模块1和无线通信模块3连接；其中，在充放电电源模块1的充电时间内，控制模块5和无线通信模块3处于休眠状态，充放电电源模块1、电源采样模块2处于工作状态；在充放电电源模块1的放电时间内，控制模块5、无线通信模块3、充放电电源模块1和所述电源采样模块2处于工作状态。
在实际应用中，如图2所示，无线反馈器的工作周期为T(具体数值可以是88秒)，在充放电电源模块1充电时间Tg(具体数值可以是86秒)内，充放电电源模块1和电源采样模块2工作，控制模块5与无线通信模块3处于休眠状态，电源采样模块2采样到控制阀行程信号后生成标准的IEC4-20mA的电流信号，并传输给充放电电源模块1，充放电电源模块1就将标准的IEC4-20mA的电流信号转换成电能储存起来，在充放电电源模块1放电时间Tw(具体数值可以是2秒)内，控制模块5和无线通信模块3就处于工作状态，信号检测模块3检测到标准的IEC4-20mA的电流信号后，转换成含有行程信息的电压信号传输给控制模块5，控制模块5通过无线通信模块3将行程信息以无线传输的方式发送给DCS控制系统，上述各模块都采用低功耗的元器件，进一步降低无线反馈器在工作周期中的电能消耗。
通过实施本发明实施例中的无线反馈器，充放电电源模块1处于充电模式时，控制模块5与无线通信模块3处于休眠状态，无线反馈器消耗的能量小于获得能量，充放电电源模块1进行电能的储存；在放电过程中时，充放电电源模块1将储存的电能释放给控制模块5和无线通信模块3，完成行程信号无线传输的过程，从而能够解决标准的IEC 4～20mA模拟信号提供的电能量不能满足无线传输电路驱动要求的问题。
可选地，在本发明一些实施例中，该无线反馈器还包括：充放电电压转换模块6，分别与充放电电源模块1和控制模块5连接，用于对充放电电源模块1输出的供电信号进行电压转换。具体地，通过充放电电压转换模块6将充放电电源模块1输出的供电信号转换成控制模块5所需求的电压，例如，可以将充放电电源模块1输出的3.3V电压转换成5V电压。
可选地，在本发明一些实施例中，该无线反馈器还包括：定位模块7，分别与充放电电源模块1和控制模块5连接。具体地，该定位模块7可以具有定时待机GPS模块，在该无线反馈器安装或者需要进行调试时进行工作，提供无线反馈器的位置信息，方便相关工作人员进行调试、检修等工作。
可选地，在本发明一些实施方式中，上述实施例中的充放电电源模块1包括：锂电池充放电电路或超级电容充放电电路；在实际应用中，如图3所示，锂电池充放电电路采用TP4056线性充电器的单节锂电池101充电电路，包括：芯片TP4056、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻Rprog、电容C1和电容C2；电阻R2的一端与输入电源连接，另一端分别与芯片TP4056的引脚4、芯片TP4056的引脚8、电阻R5的一端、电阻R4的一端、电容C2一端以及电阻R1的一端连接；电容C2的另一端接地，电阻R4的另一端与引脚6连接，R1的另一端与电阻R3一端连接，R3的另一端接地，电阻R6一端与电池的负端连接，另一端分别与电阻R3一端和引脚1连接，电阻Rprog的一端与引脚2连接，另一端与引脚1连接，电容C1的一端分别与电池的正端和引脚5连接，另一端分别与电池负端连接和接地线连接。锂电池充放电电路可以在-0.3V～8V的电压范围内的输入电压，转换输出为4.0V的稳定输出电压。
如图4所示，超级电容充放电电路是基于LTC3536的低压电容充电电路，包括：电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电感器L1和芯片LTC3536；电感器L1的一端与芯片LTC3536的引脚1连接、另一端与芯片LTC3536的引脚11连接；电容C4一端与引脚2连接，另一端接地；电容C3的一端与引脚10连接、另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端分别与电阻R9的一端、电阻R7的一端和引脚9连接；电阻R7的一端与引脚9连接、另一端与引脚10连接，电阻R9的一端分别与电阻R6和引脚9连接，另一端接地；电阻R8的一端与引脚8连接、另一端与电容C5的一端连接，电容C5另一端分别与电阻R6的另一端和电阻R9的一端连接，电容C6的一端与引脚10连接，另一端接地；引脚2为输入端，引脚10为输出端。超级电容充放电电路可以将在1.8～5.5V电压范围内的输入电压，转换输出为不高于5.5V的稳定输出充电电压。
可选地，在本发明一些实施例中，上述实施例中的充放电电压转换模块6包括：升压电路，具体地，该升压电路采用PS3120A的升压电路，将充放电电源模块输出的3.3V电压转换为5V输出，为其他模块供电。如图5所示，该升压电路包括：电容C7、电容C8、电容C9和芯片PS3120A；电容C7的一端与芯片PS3120A的引脚4连接，另一端与引脚6连接；电容C8的一端与引脚2连接，另一端接地；电容C9一端与引脚1连接，另一端接地，引脚1为电压的输出端，引脚2为电压的输入端。
可选地，在本发明一些实施例中，上述实施例中的信号检测模块4包括：信号电压转换电路；具体地，如图6所示，信号电压转换电路是基于精密电阻的无源电流电压转换电路，用于将含有行程信息的电流信号转换成含有行程信息的电压信号后，传输给控制模块5，该信号电压装换电路包括：二级管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、电容C10、电容C11、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电感器L3和电感器L2，电阻R10和电阻R11可以是阻值为100欧姆的精密电阻，R12可以是阻值为1000欧姆的精密电阻，电感器L3的一端与电源的正输入端连接，另一端与二极管D1的正端连接，二级管D1的负端分别与稳压二极管D2的负端、稳压二极管D3的负端，电容C10的一端和电阻R12的一端连接；电感器L2的一端与电源的负输入端连接，另一端与电阻R10连接；电阻R10的另一端分别与稳压二极管D2的正端、稳压二极管D3的正端、电容C10的另一端和电容C11的另一端连接，电阻R11与电阻R10并联，电阻R11的一端与电感器L2连接，另一端接地，电容C11一端与电压的输出端连接，另一端与电阻R10连接。
可选地，在本发明一些实施例中，上述实施例中的无线通信模块3包括：无线通讯电路；具体地，如图7和图8所示，该无线通讯电路是基于窄带物联网(简称NB-IOT)的BC95无线通讯电路，支持NB-IOT和蜂窝无线电通信(简称GSM)双模式通信，该无线通讯电路包括：电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R20、电阻R22、电容C16、电容C17、电容C18和电容C13。本实施例只是举例说明无线通讯电路的电路结构，并不限定本发明的无线通讯电路的具体电路结构，在其他实施例中无线通讯电路也可以采用WIFI、蓝牙等其他无线传输方式。
可选地，在本发明一些实施例中，上述实施例中的控制模块5包括：STM32L4处理器，具体地，如图9所示，采用STM32L4超低功耗处理器作为无线反馈器的控制模块5，由于STM32L4处理器带有唤醒功能的低功耗模式，从而能够降低本发明的无线反馈器的功耗。
可选地，在本发明一些实施例中，上述实施例中的定位模块7包括：L-70R定位芯片；具体地，如图10所示，该定位模块7采用L-70R定位芯片，该L-70R定位芯片具有定时待机功能，功耗极低，从而能够进一步降低本发明的无线反馈器的功耗。
可选地，在发明一些实施例中，上述实施例中的行程信号和电源信号为标准的IEC4-20mA的模拟信号。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种无线反馈器，其特征在于，包括：
充放电电源模块，用于输出供电信号；
电源采样模块，与所述充放电电源模块连接，用于采集控制阀的行程信号和给所述充放电电源模块提供电源信号；
无线通信模块，与所述充放电电源模块、所述电源采样模块连接，用于建立无线通信网络；
信号检测模块，与所述电源采样模块、所述充放电电源模块连接，用于接收所述电源采样模块发送的所述行程信号，并对所述行程信号进行检测；
控制模块，分别与所述信号检测模块、所述充放电电源模块和所述无线通信模块连接；
其中，在所述充放电电源模块的充电时间内，所述控制模块和所述无线通信模块处于休眠状态，所述充放电电源模块、所述电源采样模块处于工作状态；
在所述充放电电源模块的放电时间内，所述控制模块、所述无线通信模块、所述充放电电源模块和所述电源采样模块处于工作状态；
所述行程信号和所述电源信号为4-20mA的模拟信号。
2.根据权利要求1所述的无线反馈器，其特征在于，还包括：
充放电电压转换模块，分别与所述充放电电源模块和所述控制模块连接，用于对充放电电源模块输出的所述供电信号进行电压转换。
3.根据权利要求1所述的无线反馈器，其特征在于，还包括：
定位模块，分别与所述充放电电源模块和控制模块连接。
4.根据权利要求1所述的无线反馈器，其特征在于，所述充放电电源模块包括锂电池充放电电路或超级电容充放电电路。
5.根据权利要求2所述的无线反馈器，所述无线反馈器用于控制阀行程，其特征在于，所述充放电电压转换模块包括：升压电路。
6.根据权利要求1所述的无线反馈器，所述无线反馈器用于控制阀行程，其特征在于，所信号检测模块包括：信号电压转换电路。
7.根据权利要求1所述的无线反馈器，其特征在于，所述无线通信模块包括：无线通讯电路。
8.根据权利要求1所述的无线反馈器，其特征在于，所述控制模块包括：STM32L4处理器。
9.根据权利要求3所述的无线反馈器，其特征在于，所述定位模块包括：L-70R定位芯片。
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