CN201903367U - 一种通用型hart变送器模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种通用型HART变送器模块，多通道信号采样模块对多路模拟及数字型传感器进行采样后进行滤波、放大送入微处理器模块；恒压/恒流激励模块接收微处理器模块的控制信号为传感器提供激励电压或电流；微处理器模块对采样信号进行计算、处理及转换后，通过HART通信模块完成HART信号的调制及解调输出到HART主站，通过电流输出模块输出4～20mA环路电流至上层控制系统。可以同时支持模拟和数字传感器；实现测量/结果到模拟和HART数字输出的动态对应；支持HART通信功能并符合HART协议第六版规范，实现设备变量、动态变量及相互映射。

Description

一种通用型HART变送器模块
技术领域
本实用新型涉及一种变送器，特别涉及一种通用型HART变送器模块。
背景技术
HART协议作为一种工业现场总线标准协议，得到了广泛了应用，目前HART型智能仪表的市场占有量已经超过50%，但仍有约40%的仪表采用模拟量或非标准数字协议进行输出，这些仪表将逐步被HART协议或其他数字总线协议所替代。
这些模拟量或非标准数字协议输出的仪表，大多是产量不大的特殊品种规格，或是一些老产品。为使这些特种规格产品升级为HART型智能仪表，一般需要定制与之相配套的电子部件或HART转换模块。此外，随着多参数复合传感器的不断出现，也需要HART变送器模块能实现多参数的测量、计算及输出。这些复合型多参数传感器，也是由普通的压力、差压、温度等传感器构成。
为此，需要设计一种通用型HART变送模块，提供多个测量通道，能与各种传感器相配套，实现将这些特殊规格的仪表或传感器升级为HART型智能变送器。
通用型HART变送器模块在HART技术推广初期就已有出现。但这些早期的通用HART模块一般只能对单一模拟量进行测量和转换，功能简单，仅支持HART5协议而且安装的命令较少，不可以支持复合型多参数传感器及数字化传感器。
发明内容
本实用新型是针对现在通用型HART变送器模块兼容性差的问题，提出了一种通用型HART变送器模块，采用了多通道测量信号测量、转换及动态配置输出的方法，对工业现场的多个过程测量值完成测量、转换及输出，并与上层监控系统建立起了一条双向数字通信通道，使得上层监控系统能够对现场的多个过程测量通道进行组态及实时监测。
本实用新型的技术方案为：一种通用型HART变送器模块，包括了多通道信号采样模块、恒压/恒流激励模块、微处理器模块、HART通信模块、电流输出模块，多通道信号采样模块对多参数传感器进行采样后进行滤波、放大送入微处理器模块；恒压/恒流激励模块接收微处理器模块的控制信号为传感器提供激励电压或电流；微处理器模块对采样信号进行计算、处理及转换后，通过HART通信模块完成HART信号的调制及解调输出到HART主站，通过电流输出模块输出4～20mA环路电流至上层控制系统。
所述多路模拟及数字型传感器可为电压、电流、电阻、频率测量信号及总线数字信号。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型通用型HART变送器模块，可以同时支持模拟和数字传感器；实现测量/结果到模拟和HART数字输出的动态对应；支持HART通信功能并符合HART协议第六版规范，实现设备变量、动态变量及相互映射。
附图说明
图1为本实用新型通用型HART变送器模块系统连线图；
图2为本实用新型通用型HART变送器模块硬件模块图；
图3为本实用新型通用型HART变送器模块加在ADC前的驱动电路图；
图4为本实用新型通用型HART变送器模块实施例1框图；
图5为本实用新型通用型HART变送器模块实施例2框图。
具体实施方式
通用型HART变送器模块的系统连线如图1所示，传感器101将模拟或数字测量信号传送给通用型HART变送模块102。在系统侧，通用型HART变送模块102输出模拟4～20mA环路电流至上层控制系统103，其中4～20mA可以选择对应任意一个输入通道的测量值。同时完成与HART主设备104之间的数字通信，实现对所有测量过程值的监测。通用型HART变送模块，能够提供多个测量输入通道，同时支持多种传感器输出信号，包括差动电压、单端电压、电流、频率、以及总线数字信号，能与市场上通用的传感器以及复合型多参数传感器相配套。
通用型HART变送器模块的硬件结构如图2所示，包括了多通道信号采样模块202、恒压/恒流激励模块201、微处理器模块203、HART通信模块205、电流输出模块204。多通道信号采样模块202对传感器传来的各种信号进行滤波、放大及采样，采样由一块AD采样芯片完成，在ADC前方增加由运放构成的驱动电路，如图3所示，达到信号放大和滤波的目的；恒压/恒流激励模块201为传感器提供激励电压或电流，恒压与恒流输出的切换由MCU控制模拟开关完成；微处理器模块203将处理采样信号的计算及转换、恒压/恒流激励模块的切换、HART从设备协议栈的实现、模拟输出模块的控制及驱动；HART通信模块205完成HART信号的调制及解调；电流输出模块204将输出4～20mA环路电流。
图4给出的是一个数字输出型物位计使用通用型HART变送器模块402在系统中的连线图。物位计401通过其数字输出接口，与通用型HART变送模块402的通道5输入端口403相连。两者之间采用MODBUS数字通讯协议来交互数据，传输模式为RTU传输模式，通讯速率为9600bps。通用型HART变送模块402采用了Freescale公司的MC9S12E64作为微处理器404，利用其异步通信口经过光隔405后与输入端口403相连。数字传感器的多个测量值被微处理器接收后，按照设备变量和动态变量的对应转换关系进行输出。
图5给出的是一个多参数传感器使用通用型HART变送器模块在系统中的连线图。多参数传感器501将输出差压、压力、过程温度、传感器温度测量信号。这些模拟测量信号将通过通用型HART变送模块502的输入通道进入传感器信号采集模块503进行采样。传感器信号采集模块503由前级信号调理电路及一块AD采样芯片组成，AD采样芯片为ADI公司的24位Σ-Δ型AD转换器AD7714。

Claims (2)

1.一种通用型HART变送器模块，其特征在于，包括了多通道信号采样模块、恒压/恒流激励模块、微处理器模块、HART通信模块、电流输出模块，多通道信号采样模块对多路模拟及数字型传感器进行采样后进行滤波、放大送入微处理器模块；恒压/恒流激励模块接收微处理器模块的控制信号为传感器提供激励电压或电流；微处理器模块对采样信号进行计算、处理及转换后，通过HART通信模块完成HART信号的调制及解调输出到HART主站，通过电流输出模块输出4～20mA环路电流至上层控制系统。
2.根据权利要求1所述通用型HART变送器模块，其特征在于，所述多路模拟及数字型传感器可为电压、电流、电阻、频率测量信号及总线数字信号。
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