CN201004652Y - 基于掌上电脑的hart协议手持操作器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于掌上电脑的HART协议手持操作器，包括掌上电脑、HART协议通信接口、数据存储卡及连接线。掌上电脑的存储单元中固化有中文嵌入式操作系统；HART通信接口接收从掌上电脑数字接口传送过来的数字信号，经调制解调芯片，转换为符合HART物理层规范的1200波特率Bell202正弦频率信号，并通过回路连接线将调制后的频率信号叠加在4－20mA模拟回路中，从回路中返回的HART信号经过输入滤波后传送给调制解调芯片，转换为数字信号并传递给掌上电脑；数据存储卡用于组态程序的存放。该操作器生产方便、界面友好、操作简单、价格低廉、能灵活升级，数字通信符合HART协议规范，能满足在工业过程控制系统中对HART协议现场设备调校和维护的使用要求。

Description

基于掌上电脑的HART协议手持操作器
技术领域
本实用新型涉及一种手持操作器，尤其是一种用于工业过程控制系统中符合HART协议智能仪表的现场调校和维护的HART协议手持操作器。
背景技术
HART协议作为一种现场总线标准，采用FSK频移键控技术，将1200波特率的Bell202数字信号叠加在工业过程控制系统常用的4~20mA模拟信号上，既保留了原有系统的模拟控制信号，又增加了双向数字通信，使工业过程控制系统向信息化水平得到了迅速的提升，因此被广泛使用。
HART协议作为一种主从式通信协议，分为了主设备和从设备，由主设备作为数字通信的发起者，从设备作为应答者。用于工业过程控制系统的各种现场设备，一般作为HART协议的从设备，接收来自HART主设备的数字信号，并将各种现场状态回送给HART主设备。
HART协议主设备包括两类：工控PC机系统是第一类，主要实现对现场HART从设备参数和状态的实时监控，并发送数字控制信号，这类HART主设备一直处于通信状态；手持操作器是第二类主设备，主要用于现场HART从设备的参数调整和测试维护，仅在需要调校或维护的时候才接入系统，并且因为是便携式设备，可自由移动和接入。
目前广泛使用的HART手持操作器，主要是国外大公司的产品，如Rosemount公司的275、Yokogawa公司的YHC4100等。这些手操器的功能和接口单一，产品升级和维护不方便，同时界面是英文菜单，给使用带来了许多的不方便。另外这些产品价格较昂贵。
发明内容
本实用新型是要提供一种简单实用的HART手持操作器，以生产方便、界面友好、操作简单、价格低廉、能灵活升级为主要目的，数字通信符合HART协议规范，能满足在工业过程控制系统中对HART协议现场设备调校和维护的使用要求。
为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：一种基于掌上电脑的HART协议手持操作器，包括掌上电脑、HART协议通信接口、数据存储卡、数据连接线、回路连接导线。
掌上电脑包括微处理器单元、存储单元、显示及输入单元、数字和扩展接口；存储单元中固化有中文嵌入式操作系统，用于完成组态软件的执行、HART命令的发送和接收、显示和数据输入；
数据存储卡用于存放HART组态软件；
HART通信接口包括数字接口模块、调制解调模块、输入滤波模块、输出模块、电源模块，该通信接口接收从掌上电脑数字接口传送过来的数字信号，经调制解调芯片，转换为符合HART物理层规范的1200波特率Bell202正弦频率信号，并通过回路连接线将调制后的频率信号叠加在4~20mA模拟回路中；从回路中返回的HART信号经过输入滤波后传送给调制解调芯片，转换为数字信号并传递给掌上电脑。
HART协议通信接口具有RS-232或USB或红外数字通信接口。
数字接口包括RS-232或USB host或红外或蓝牙，并直接与HART通信接口相连接。
本实用新型设计的基于掌上电脑HART手操器，因为掌上电脑强大的数据处理及显示功能，具有灵活、便携、实用、性价比高等优点。由于掌上电脑中固化了操作系统和其他实用软件，除完成HART通信和组态功能外，还具有文档编辑和管理、语音传输、数据处理、无线连接等功能，具有极高的实用价值。同时HART组态软件是利用PC机的高级语言编写的，并存储在非易失性存储卡中，升级和维护较方便。全中文的操作界面，更加适合于国内使用。因为具有丰富的数字接口，配合其他总线通信接口，并对组态软件做相应改动，可以方便灵活的组装成为符合各种总线标准的通用手操器。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是掌上电脑的内部结构示意图；
图3是HART通信接口内部结构示意图；
图4是数据传输流图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，一套基于掌上电脑的HART协议手持操作器系统，包括一台固化有中文嵌入式操作系统的掌上电脑102(该掌上电脑还需要具有RS-232或USB Host或红外等数字通信接口)、一个满足HART协议物理层规范的通信接口104(具有RS-232或USB或红外等数字通信接口)、一个数据存储卡101(包括组态软件)、一根数据连接线103、一对回路连接导线105。
图2所示的掌上电脑中包括微处理器单元201、存储单元202、显示及输入单元203、以及各种数字和扩展接口204、205；存储单元202中固化有中文嵌入式操作系统，如WinCE、Palm等；数字接口204包括RS-232、USB host、红外、蓝牙等，可直接与HART通信接口相连接。
数据存储卡用于保存HART协议组态软件，使用时插入到掌上电脑的扩展接口205，系统运行时掌上电脑的微处理器单元201将执行存储于其中的HART组态软件。
图3所示HART通信接口，包括数字接口单元301、协议转换单元302、HART调制解调单元303、输入/输出滤波单元304和305、隔离变压器306、回路接口307和电源模块308。数字接口301可以是RS-232、USB、红外或蓝牙，与数字传输线103相连，实现与掌上电脑102的数字通信。协议转换单元302将数字信号转换为统一的UART异步数据传输方式，并与HART调制解调单元303相连。调制后的频率信号通过输出滤波单元304和隔离变压器306，经回路接口307和回路连接线105叠加到4~20mA模拟信号上。同时回路接口307将回路中传输的HART信号导入，经隔离变压器306和输入滤波单元305，将待解调的频率信号传送给HART调制解调单元303，经协议转换302后由数字接口301回送给掌上电脑。电源模块308直接通过数字接口301从掌上电脑获取电能，并以恒压方式提供给同信接口各工作模块。如果是红外、蓝牙或其他无线连接方式，则HART通信接口需要自带电池或从外部提供电能，并通过电源模块308给内部供电。
图1中的数据连接线主要用于连接掌上电脑和HART通信接口，提供数字通信通道。如果是红外、蓝牙或其他无线连接方式，则可以省略数据连接线103。回路连接线105是连接HART通信接口与4~20mA模拟回路的物理通道，传输1200波特率的Bell202正弦频率信号，一端与HART通信接口104相连，另一端直接跨接在回路负载电阻或现场设备两端。
图4是基于掌上电脑HART协议手操器工作时的数据流图。开始工作以后，掌上电脑402首先从外部存储卡401中调入HART组态软件并执行，将需要发送的数字信号通过数字连接线403传给HART通信接口404，调制为符合HART物理层规范的FSK信号，经过回路连接线405传输到4~20mA模拟回路中；HART从设备的应答信号，首先由回路连接线405导入HART通信接口404，解调为数字信号，经由数字连接线403回送给掌上电脑402，并在其显示模块203中将结果显示。
本实用新型实施例
实施例1：掌上电脑选用联想天玑XP208，中文WinCE操作系统，带RS-232串行数字接口及连接线；HART通信接口为自主研发，包括了串行接口、HART调制解调芯片HT2012、有源滤波器、隔离变压器、电压调整芯片TPS7250、回路接口等；回路连接线为屏蔽双绞线，回路端采用鳄鱼夹连接，与HART通信器采用RJ-45水晶头连接；HART组态数据保存在512M的SD存储卡中，可直接插入掌上电脑的SD扩展口使用。
实施例2：掌上电脑选用Dell Axim X51，中文WinCE操作系统，带红外数字接口，符合IrDA红外标准；HART通信接口为自主研发，包括了红外收发器TFDS4500、协议转换芯片MCP2155、HART调制解调芯片A5191、有源滤波器、隔离变压器、电压调整芯片TPS7250、回路接口等；其他组成与实施例1相同。

Claims (3)

1.一种基于掌上电脑的HART协议手持操作器，包括掌上电脑(102)、HART协议通信接口(104)、数据存储卡(101)、数据连接线(103)、回路连接导线(105)，其特征在于：
所述掌上电脑(102)包括微处理器单元(201)、存储单元(202)、显示及输入单元(203)、数字和扩展接口(204，205)；存储单元(202)中固化有中文嵌入式操作系统，用于完成组态软件的执行、HART命令的发送和接收、显示和数据输入；
所述数据存储卡(101)用于存放HART组态软件；
所述HART通信接口(104)包括数字接口模块(301)、调制解调模块(303)、输入滤波模块(304)、输出模块(305)、电源模块(308)；该通信接口(104)接收从掌上电脑数字接口(204)传送过来的数字信号，经调制解调芯片，转换为符合HART物理层规范的1200波特率Bell202正弦频率信号，并通过回路连接线将调制后的频率信号叠加在4-20mA模拟回路中；经过输入滤波后传送给调制解调芯片，转换为数字信号并传递给掌上电脑(102)。
2.根据权利要求1所述的基于掌上电脑的HART协议手持操作器，其特征在于，所述HART协议通信接口(104)具有RS-232或USB或红外或蓝牙数字通信接口。
3.根据权利要求1所述的基于掌上电脑的HART协议手持操作器，其特征在于，所述掌上电脑的数字接口(204)包括RS-232或USB host或红外或蓝牙，并直接与HART通信接口(104)相连接。
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