CN203758635U - 一种无线智能温度变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于工业无线网络和现场总线通信领域，公开了一种无线智能温度变送器，包括微处理器及存储器、外围电路、WIA-PA无线模块、显示器和为温度变送器提供电量的电池，其特征在于：所述外围电路包括热电阻或热电偶传感器、模数转换单元，热电阻或热电偶传感器、模数转换单元与所述微处理器及存储器依次连接；所述WIA-PA无线模块包括微处理器及射频芯片、外围电路接口和无线收发天线，所述WIA-PA无线模块通过异步串行方式和所述微处理器及存储器连接，所述显示器和所述微处理器及存储器连接。本实用新型在不更换上层设备传输方式的基础上，可用于高腐蚀、难布线等恶劣场合，从而实现此区域的温度测量和无线传输。

Description

一种无线智能温度变送器

技术领域

本实用新型涉及工业无线网络和现场总线通信领域，尤其涉及一种无线智能温度变送器。

背景技术

目前，市面上大多数温度变送器采用有线方式，技术成熟但不能使用在恶劣的现场环境中。无线温度变送器可以弥补这个空缺，它利用无线传输技术，可以用在布线困难、较危险、腐蚀性较高等有线仪表无法使用的场合。基于无线技术的测控设备具有低成本、易使用、易维护、扩展应用范畴等优点，在工业控制领域具有广阔的应用前景，温度变送器作为测控系统中一个常用单元，将其无线化具有重要意义。

但随之而来的问题是，工厂现有系统的通信体系完整，若改变整体的传输协议成本高，开发周期长，且不确定的网络延时等问题制约着无线温度变送器在工业场合的普及。若只改变底层设备间的通信协议，上层管理设备保持不变，这样在某些重要测量场合，仍使用有线温度变送器保证其测量实时性和准确性；在监测高腐蚀、高污染、有线温度变送器无法架设的场合中，使用无线温度变送器进行测量或补充，使底层参数检测更加充分。故需要使无线温度变送器同时满足有线、无线两种传输协议，在无线传输时使用无线通信协议，在数据包进入上层管理设备后，还具有有线通信协议数据包，这样便可最大程度地发挥无线的优势。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种支持WIA-PA工业无线网络与Modbus协议透明传输的无线智能温度变送器，使其在不更换DCS控制系统等上层设备传输方式的基础上，用于高腐蚀、难布线等有线设备无法测量的恶劣场合，从而实现此区域的温度测量和无线传输。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种无线智能温度变送器，包括微处理器及存储器、外围电路、WIA-PA无线模块、显示器和为温度变送器提供电量的电池，其特征在于：所述外围电路包括热电阻或热电偶传感器、模数转换单元，热电阻或热电偶传感器、模数转换单元与所述微处理器及存储器依次连接；所述WIA-PA无线模块包括微处理器及射频芯片、外围电路接口和无线收发天线，所述WIA-PA无线模块通过异步串行方式和所述微处理器及存储器连接，所述显示器和所述微处理器及存储器连接。

本实用新型提供的无线智能温度变送器具有以下优点：

(1)WIA-PA与Modbus透明传输的报文将完整的Modbus协议报文封装在WIA-PA网络的通信协议应用层的报文部分，充分保留了Modbus信息的同时，很好的解决了无线传输的问题。

(2)WIA-PA与Modbus透明传输的报文与WIA-PA无线网络完全兼容，通信功能符合标准的要求，可实时进行温度采集和请求应答。

(3)无线温度变送器无需网络布线，节省电缆和安装费用，无线网络更容易扩展和升级。在不更换DCS控制系统等上层设备传输方式的基础上，可用于高腐蚀、难布线等有线设备无法测量的恶劣场合，从而实现此区域的温度测量和无线传输。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的无线智能温度变送器原理框图；

图2是无线智能温度变送器实现WIA-PA/Modbus透明传输的功能结构框图；

图3是利用无线智能温度变送器实现WIA-PA/Modbus透明传输的一种工业控制网络示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，支持WIA-PA协议与Modbus协议透明传输的无线智能温度变送器，是一个符合WIA-PA协议的无线收发设备，同时还包含符合Modbus协议的数据包。它包括微处理器及存储器1、外围电路2、WIA-PA无线模块3、显示器5和为温度变送器提供电量的电池4，其特征在于：所述外围电路2包括热电阻或热电偶传感器、模数转换单元，热电阻或热电偶传感器、模数转换单元与所述微处理器及存储器1依次连接；所述WIA-PA无线模块3包括微处理器及射频芯片、外围电路接口和无线收发天线，所述WIA-PA无线模块3通过异步串行方式和所述微处理器及存储器1连接；所述显示器5和所述微处理器及存储器1连接。

微处理器及存储器1内置执行参数或温度值模块10、Modbus协议模块9和WIA-PA/Modbus协议传输模块8； WIA-PA无线模块3内嵌WIA-PA协议栈7，能完成符合WIA-PA协议的无线数据传输。

上述电池4提供了温度变送器所需的全部电量。显示器5用于实时显示测量的温度值。

图2是本实用新型的无线智能温度变送器实现WIA-PA/Modbus透明传输的功能结构框图。接入WIA-PA网络的无线温度变送器，其传输的报文都包含Modbus协议数据帧，即WIA-PA网络将完整的Modbus协议报文封装在网络的通信协议应用层的报文部分，而物理层、MAC层、网络层采用WIA-PA协议网络标准。

其中WIA-PA无线网络6是利用空气作为无线媒介，WIA-PA协议栈7负责接收来自WIA-PA无线网络6的非周期报文，并将其递交给WIA-PA/Modbus协议透传模块8进行下一步的处理，同时返回网络一个接收成功的数据帧；同时负责将WIA-PA/Modbus协议透传模块8递交给它的报文作为WIA-PA的报文无线发送到WIA-PA网络6中。另外，WIA-PA协议栈7还需要定时向WIA-PA无线网络6发送WIA-PA信标帧告知自己的在网信息和时间校准。

其中，WIA-PA/Modbus协议透传模块8，负责接收Modbus协议模块9送来的Modbus数据包，然后利用透明传输机制，将完整的Modbus协议报文封装在WIA-PA网络的通信协议应用层的报文部分，而物理层、MAC层、网络层采用WIA-PA协议报文格式，封装后送至WIA-PA协议栈7；同时负责接收WIA-PA协议栈7送来的报文，将其中Modbus数据包解析出来投递到Modbus协议模块9进行命令处理。

其中，Modbus协议模块9，负责解析WIA-PA/Modbus协议透传模块8传来的Modbus数据请求帧，首先判断地址域是否是请求消息要达到的服务器地址，是则通过功能码决定要进行何种行动，并查看数据域中需执行功能码行为时所需的参数，然后赋给执行参数或温度值模块10使仪表按照功能要求工作；同时负责封装Modbus数据应答帧，帧格式采用RTU模式，将执行参数或温度值模块10送来的数值放入数据域，将地址域和功能码按请求帧的数值返回，加上循环冗余校验码，送至WIA-PA/Modbus协议透传模块8进行进一步处理。

图3是利用智能温度变送器实现WIA-PA/Modbus透明传输的一种工业控制网络示意图，图中实线表示传统Modbus网络，虚线表示支持WIA-PA协议与Modbus协议透明传输的无线网络。此工业控制网络包括WIA-PA无线工业网络和Modbus协议有线传输网络，其中Modbus控制系统的工程师站或操作员站11，运行Modbus应用程序，该程序与原网络中只有有线设备传输时相同。放置在工业无线网络中的Modbus接口卡12收到工程师站或操作员站11送来的Modbus请求命令帧后，将请求帧按照WIA-PA协议格式下发至无线网关13，无线网关13负责透明传输给相应的无线温度变送器14，反之亦然。

当无线温度变送器14收到了含有Modbus请求帧的WIA-PA数据请求帧后，先将报文送至输入缓冲寄存器中，待报文接收完毕后，微处理器根据图2所示的透明传输通信流程进行数据包解析，然后启动温度采集及转换单元进行相应的执行和处理。处理完成后，采集热电偶/热电阻送来的温度值，经模数转换单元滤波、放大、转换后送至微处理器，微处理器按照Modbus协议要求对数据进行计算处理，根据图2的透明传输通信流程封装含有Modbus应答帧的WIA-PA数据应答帧，然后按照WIA-PA协议要求，通过异步串行方式透传给无线模块，无线模块接收到带有WIA-PA协议帧的报文后进行CRC校验，校验无误后由射频芯片和天线发送至无线网关，一次温度采集结束。

Claims (1)

1.一种无线智能温度变送器，包括微处理器及存储器、外围电路、WIA-PA无线模块、显示器和为温度变送器提供电量的电池，其特征在于：所述外围电路包括热电阻或热电偶传感器、模数转换单元，热电阻或热电偶传感器、模数转换单元与所述微处理器及存储器依次连接；所述WIA-PA无线模块包括微处理器及射频芯片、外围电路接口和无线收发天线，所述WIA-PA无线模块通过异步串行方式和所述微处理器及存储器连接，所述显示器和所述微处理器及存储器连接。