CN203870455U - 基于hart和gsm网络的物位仪表的远程控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于公开一种基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，它包括支持GSM网络的第一HART手持器、支持USB和GSM网络的第二HART手持器和上位计算机，所述第一HART手持器或者第二HART手持器通过HART方式与物位仪表互相通信连接，所述第二HART手持器通过USB方式与上位计算机互相通信连接，所述第一HART手持器与第二HART手持器之间通过GSM方式互相通信连接；与现有技术相比，方便远程用户管理物位仪表，特别针对现场用户对仪表不熟悉，需要远程用户或仪表设备生产厂家帮助时非常方便且快捷，即及时解决了现场问题，又能节约维护成本，实现本实用新型的目的。

Description

基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种远程控制系统，特别涉及一种通过HART协议和GSM网络实现工业自动化领域的现场仪表远程调试管理的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统。

背景技术

在工业自动化领域，越来越多的现场仪表为智能化仪表，并且大多支持HART协议，这类设备广泛用于化工、石油、冶金、电厂和制造等场合，对此类设备的管理维护常采用按键现场调试，液晶屏显示输出相关信息，或采用通用HART手持器通过在24V DC供电线路上串入250欧姆电阻，然后利用HART协议进行本地调试。基于GSM网络中SMS短消息和GPRS通信实现远程通信应用也非常多。而且用于非手机场合的GSM模块较容易实现和购买。GSM模块和其它控制单元基本采用RS232协议通信方式，所以实现特殊功能的HART手持器，技术上比较容易。

针对中国专利ZL201110085635.2中申请的发明专利是基于GSM/GPRS的工业气体远程数据采集系统，它用于远程采集低温液态气体贮罐的现场液位仪表、液位传感器和压力传感器数据并进行现场管理。此专利的主要问题是要求现场每一台仪表设备必须带GSM模块，但是在实际使用现场和实现应用场合，现场仪表带GSM模块的设备非常少，而且增加无线模块，很难实现同时具有二线制4-20mA输出功能。

因此，特别需要一种基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，以解决上述现有存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，针对现有技术的不足，利用基于GSM的HART手持器、基于USB和GSM的HART手持器、计算机及其上位机实现远程用户对现场工业物位仪表的调试管理。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，它包括支持GSM网络的第一HART手持器、支持USB和GSM网络的第二HART手持器和上位计算机，所述第一HART手持器或者第二HART手持器通过HART方式与物位仪表互相通信连接，所述第二HART手持器通过USB方式与上位计算机互相通信连接，所述第一HART手持器与第二HART手持器之间通过GSM方式互相通信连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一HART手持器包括MCU主控制单元、电源单元、液晶显示单元、HART模块单元、GSM模块单元、数据存储单元和看门狗单元，所述电源单元、液晶显示单元、HART模块单元、GSM模块单元、数据存储单元和看门狗单元分别与所述MCU主控制单元相连接；所述MCU主控制单元通过HART模块单元与物位仪表相互通信连接，所述MCU主控制单元通过GSM模块单元与上位计算机相互通信连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二HART手持器包括MCU主控制单元、电源单元、液晶显示单元、USB接口单元、HART模块单元、GSM模块单元、数据存储单元和看门狗单元，所述电源单元、液晶显示单元、USB接口单元、HART模块单元、GSM模块单元、数据存储单元和看门狗单元分别与所述MCU主控制单元相连接；所述MCU主控制单元通过HART模块单元与物位仪表相互通信连接，所述MCU主控制单元通过USB接口单元或者GSM模块单元与上位计算机相互通信连接。

在本实用新型的一个实施例中，还包括一I2C接口单元，所述MCU主控制单元通过I2C接口单元分别连接有按键输入单元和LED状态指示灯单元。

在本实用新型的一个实施例中，所述电源单元包含3.8V锂电池、锂电池专用充电管理芯片、3.3V稳压集成芯片和5V电源输入接口。

在本实用新型的一个实施例中，所述I2C接口单元包括专用的I2C接口键盘和LED驱动芯片ZLG7290。

在本实用新型的一个实施例中，所述按键输入单元包含轻触式按键和I2C接口按键控制芯片，MCU主控制单元通过I2C接口按键控制芯片识别按键键值数据。

在本实用新型的一个实施例中，所述LED状态指示灯单元包含了绿色的充电指示灯、绿色的HART通信指示灯、绿色的SMS短信息指示灯、绿色的GPRS通信指示灯、红色的锂电池低电量报警指示灯和红色的系统故障指示灯。

在本实用新型的一个实施例中，所述液晶显示单元包含支持FPC并行接口COG128*64带背光的液晶屏和背光驱动控制电路，用于显示现场操作菜单信息，当开启远程通信时，显示GSM网络的信息强度。

在本实用新型的一个实施例中，所述HART模块单元包括HART接口芯片A5191和HART接口隔离变压器，它负责HART手持器与现场支持HART的工业仪表间的数据通信。

在本实用新型的一个实施例中，所述USB接口单元包括充电接口、UART和USB协议转换芯片。

在本实用新型的一个实施例中，所述GSM模块单元为一集成GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器和功放器件的电路板，GSM模块单元具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。

在本实用新型的一个实施例中，所述数据存储单元为一支持I2C接口EEPROM芯片，用于保存当前操作的现场仪表的配置信息。

在本实用新型的一个实施例中，所述看门狗模块单元为一专用的看门狗芯片，当系统超时未响应喂狗信号时，看门狗芯片就会复位MCU主控制单元。

本实用新型的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，与现有技术相比，方便远程用户管理物位仪表，特别针对现场用户对仪表不熟悉，需要远程用户或仪表设备生产厂家帮助时非常方便且快捷，即及时解决了现场问题，又能节约维护成本，实现本实用新型的目的。

本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本实用新型的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型的第一HART手持器与物位仪表连接的结构示意图；

图3为本实用新型的第二HART手持器与本地的上位计算机连接的结构示意图；

图4为本实用新型的第一HART手持器的结构示意图；

图5为本实用新型的第二HART手持器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例

如图1所示，本实用新型的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，它包括支持GSM网络的第一HART手持器100、支持USB和GSM网络的第二HART手持器200和上位计算机300，所述第一HART手持器100或者第二HART手持器200通过HART方式与物位仪表400互相通信连接，所述第二HART手持器200通过USB方式与上位计算机300互相通信连接，所述第一HART手持器100与第二HART手持器200之间通过GSM方式互相通信连接。

现场维护人员在现场仪表使用现场或DCS中心配置柜处根据图2所示连接现场的物位仪表400，即在二线制配电回路上串接250欧姆电阻，第一HART手持器100(注意：也可以使用第二HART手持器200)与250欧姆并联连接。这样就实现了远程维护管理的本地连接。

如图3所示，把第二HART手持器200通过USB线缆连接到上位计算机300上。第二HART手持器200连接到上位计算机300后，默认作为远程管理控制终端设备，并且默认通过GSM中的SMS短消息进行通信，用户可以选择GPRS通信模式。

现场维护人员打开第一HART手持器100电源，然后根据远程控制终端的手机号码向远程控制终端发送请求调试管理命令。现场维护人员也可向远程管理用户发送具体的调试管理内容，比如：修改量程、4-20mA输出、被测物料状态、诊断功能等。

远程管理用户根据请求命令的内容，在上位计算机300实现相应的调试管理工作。

如图4所示，所述第一HART手持器100包括MCU主控制单元110、电源单元120、液晶显示单元130、HART模块单元140、GSM模块单元150、数据存储单元160和看门狗单元170，所述电源单元120、液晶显示单元130、HART模块单元140、GSM模块单元150、数据存储单元160和看门狗单元170分别与所述MCU主控制单元110相连接；所述MCU主控制单元110通过HART模块单元140与物位仪表相互通信连接，所述MCU主控制单元110通过GSM模块单元150与上位计算机相互通信连接。

所述第一HART手持器100还包括一I2C接口单元180，所述MCU主控制单元110通过I2C接口单元180分别连接有按键输入单元181和LED状态指示灯单元182。

MCU主控制单元110采用超低耗功能MSP430系列的单片机，实现数据通信转发、接收按键输入数据、LED状态指示和液晶显示输出等。

所述电源单元120包含3.8V锂电池、锂电池专用充电管理芯片、3.3V稳压集成芯片和5V电源输入接口，为本实用新型的HART手持器的电源供电部分。

电源单元120采用3.8V锂电池供电，并经过LDO(低压差线性稳压器)把电池电源电压转换成系统电路芯片所需要的3.3V电压。锂电池充电采用专用4.2V锂电池充电管理芯片实现，当接入部5V电源时，充电管理芯片开始工作，并控制LED充电指示灯闪烁。

在本实施例中，所述I2C接口单元180是MCU主控制单元110控制按键输入单元181和LED状态指示灯单元182的接口电路，它包括专用的I2C接口键盘和LED驱动芯片ZLG7290，把用户键盘输入信息反馈给MCU主控制单元110，并根据状态驱动控制LED状态指示灯单元182。

所述按键输入单元181是本实用新型的HART手持器的人机接口部分，它包含轻触式按键和I2C接口按键控制芯片，MCU主控制单元110通过I2C接口按键控制芯片识别按键键值数据。

按键输入单元181包含电源开关键、编辑确认键、返回键、四个方向键、背光开关键和1-10个数字键。

所述LED状态指示灯单元182用于简单直观指示当前部分模块的工业状态，它包含了绿色的充电指示灯、绿色的HART通信指示灯、绿色的SMS短信息指示灯、绿色的GPRS通信指示灯、红色的锂电池低电量报警指示灯和红色的系统故障指示灯。

红色的系统故障指示灯采用MCU主控制单元110脉冲控制，当MCU主控制单元110不向系统故障指示灯输出脉冲信号或系统死机时，红色的系统故障指示灯会常亮。受I2C接口单元180驱动的LED指示灯分别有：锂电池放电当电压低于3.7V时，红色的低电量报警指示灯开始闪烁，低于3.6V红色的低电量报警指示灯常亮。当MCU主控制单元110和物位仪表有HART数据通信时，HART指示灯会闪烁。当HART手持器与远程终端有短信息通信时，SMS短信息指示灯会闪烁。当HART手持器与远程终端有GPRS通信时，GPRS通信指示灯会闪烁。

所述液晶显示单元130用于响应按键操作结果及其显示相关信息，它包含支持FPC并行接口COG128*64带背光的液晶屏和背光驱动控制电路，用于显示现场操作菜单信息，当开启远程通信时，显示GSM网络的信息强度。

MCU主控制单元110与液晶显示单元130间采用FPC软电缆连接，并采用并口控制方式，当外部光线较暗时，可以通过背光开关键打开背光驱动电路。在打开GSM模块单元150时，液晶显示单元130会显示类似手机上GSM信号强度。

所述HART模块单元140是实现物位仪表到本实用新型的HART手持器的MCU主控制单元110的接口电路，它包括HART接口芯片A5191和HART接口隔离变压器，它负责HART手持器与现场支持HART的工业仪表间的数据通信。

所述GSM模块单元150是实现本实用新型的HART手持器的MCU主控制单元110和远程终端通信的接口电路，它为一集成GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器和功放器件的电路板，GSM模块单元150具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。

所述数据存储单元160为一支持I2C接口EEPROM芯片，用于保存当前操作的现场仪表的配置信息。

用户如果需要把当前仪表的配置信息复制到另一台现场同工况仪表内时，可以先把当仪表的配置信息保存到数据存储单元160中，然后连接另一台仪表，通过相应操作完成相同工况仪表间的数据复制工作，节约大量的时间成本。

所述看门狗模块单元170为一专用的看门狗芯片，当系统超时未响应喂狗信号时，看门狗芯片就会复位MCU主控制单元110。

如图5所示，所述第二HART手持器200包括MCU主控制单元210、电源单元220、液晶显示单元230、USB接口单元240、HART模块单元250、GSM模块单元260、数据存储单元270和看门狗单元280，所述电源单元220、液晶显示单元230、USB接口单元240、HART模块单元250、GSM模块单元260、数据存储单元270和看门狗单元280分别与所述MCU主控制单元210相连接；所述MCU主控制单元210通过HART模块单元250与物位仪表相互通信连接，所述MCU主控制单元210通过USB接口单元240或者GSM模块单元260与上位计算机相互通信连接。

所述第二HART手持器200还包括一I2C接口单元290，所述MCU主控制单元100通过I2C接口单元290分别连接有按键输入单元291和LED状态指示灯单元292。

MCU主控制单元210采用超低耗功能MSP430系列的单片机，实现数据通信转发、接收按键输入数据、LED状态指示和液晶显示输出等。

所述电源单元220包含3.8V锂电池、锂电池专用充电管理芯片、3.3V稳压集成芯片和5V电源输入接口，为本实用新型的HART手持器的电源供电部分。

电源单元220采用3.8V锂电池供电，并经过LDO(低压差线性稳压器)把电池电源电压转换成系统电路芯片所需要的3.3V电压。锂电池充电采用专用4.2V锂电池充电管理芯片实现，当接入部5V电源时，充电管理芯片开始工作，并控制LED充电指示灯闪烁。

所述I2C接口单元290是MCU主控制单元210控制按键输入单元291和LED状态指示灯单元292的接口电路，它包括专用的I2C接口键盘和LED驱动芯片ZLG7290，把用户键盘输入信息反馈给MCU主控制单元210，并根据状态驱动控制LED状态指示灯单元292。

所述按键输入单元291是本实用新型的HART手持器的人机接口部分，它包含轻触式按键和I2C接口按键控制芯片，MCU主控制单元210通过I2C接口按键控制芯片识别按键键值数据。

按键输入单元291包含电源开关键、编辑确认键、返回键、四个方向键、背光开关键和1-10个数字键。

所述LED状态指示灯单元292用于简单直观指示当前部分模块的工业状态，它包含了绿色的充电指示灯、绿色的HART通信指示灯、绿色的SMS短信息指示灯、绿色的GPRS通信指示灯、红色的锂电池低电量报警指示灯和红色的系统故障指示灯。

红色的系统故障指示灯采用MCU主控制单元210脉冲控制，当MCU主控制单元210不向系统故障指示灯输出脉冲信号或系统死机时，红色的系统故障指示灯会常亮。受I2C接口单元290驱动的LED指示灯分别有：锂电池放电当电压低于3.7V时，红色的低电量报警指示灯开始闪烁，低于3.6V红色的低电量报警指示灯常亮。当MCU主控制单元210和物位仪表有HART数据通信时，HART指示灯会闪烁。当HART手持器与远程终端有短信息通信时，SMS短信息指示灯会闪烁。当HART手持器与远程终端有GPRS通信时，GPRS通信指示灯会闪烁。

所述液晶显示单元230用于响应按键操作结果及其显示相关信息，它包含支持FPC并行接口COG128*64带背光的液晶屏和背光驱动控制电路，用于显示现场操作菜单信息，当开启远程通信时，显示GSM网络的信息强度。

MCU主控制单元210与液晶显示单元230间采用FPC软电缆连接，并采用并口控制方式，当外部光线较暗时，可以通过背光开关键打开背光驱动电路。在打开GSM模块单元260时，液晶显示单元230会显示类似手机上GSM信号强度。

所述USB接口单元240包括充电接口、UART和USB协议转换芯片，兼容5V电源充电接口，UART和USB协议转换采用专用RS232和USB转换集成芯片实现，通此USB接口单元240可以实现计算机上USB接口与所述第二HART手持器200的互相通信连接。

所述HART模块单元250是实现物位仪表到本实用新型的HART手持器的MCU主控制单元210的接口电路，它包括HART接口芯片A5191和HART接口隔离变压器，它负责HART手持器与现场支持HART的工业仪表间的数据通信。

所述GSM模块单元260是实现本实用新型的HART手持器的MCU主控制单元210和远程终端通信的接口电路，它为一集成GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器和功放器件的电路板，GSM模块单元260具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。

所述数据存储单元270为一支持I2C接口EEPROM芯片，用于保存当前操作的现场仪表的配置信息。

用户如果需要把当前仪表的配置信息复制到另一台现场同工况仪表内时，可以先把当仪表的配置信息保存到数据存储单元270中，然后连接另一台仪表，通过相应操作完成相同工况仪表间的数据复制工作，节约大量的时间成本。

所述看门狗模块单元280为一专用的看门狗芯片，当系统超时未响应喂狗信号时，看门狗芯片就会复位MCU主控制单元210。

本实用新型的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，用户或物位仪表生产厂家可以远程调试现场工业物位仪表，把支持GSM网络的第一HART手持器100或者支持USB和GSM网络的第二HART手持器200通过HART协议连接到物位仪表400上，现场人员打开第一HART手持器100或者第二HART手持器200并此HART手持器上的手机号码告诉远程管理用户，远程管理用户把第二HART手持器200连接到上位计算机300上，然后通过上位计算机300即可实现对现场仪表的远程调试管理，实现了快速解决现场问题及降低售后服务人员出差维护成本等目的。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，它包括支持GSM网络的第一HART手持器、支持USB和GSM网络的第二HART手持器和上位计算机，所述第一HART手持器或者第二HART手持器通过HART方式与物位仪表互相通信连接，所述第二HART手持器通过USB方式与上位计算机互相通信连接，所述第一HART手持器与第二HART手持器之间通过GSM方式互相通信连接。

2.如权利要求1所述的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，所述第一HART手持器包括MCU主控制单元、电源单元、液晶显示单元、HART模块单元、GSM模块单元、数据存储单元和看门狗单元，所述电源单元、液晶显示单元、HART模块单元、GSM模块单元、数据存储单元和看门狗单元分别与所述MCU主控制单元相连接；所述MCU主控制单元通过HART模块单元与物位仪表相互通信连接，所述MCU主控制单元通过GSM模块单元与上位计算机相互通信连接。

3.如权利要求1所述的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，所述第二HART手持器包括MCU主控制单元、电源单元、液晶显示单元、USB接口单元、HART模块单元、GSM模块单元、数据存储单元和看门狗单元，所述电源单元、液晶显示单元、USB接口单元、HART模块单元、GSM模块单元、数据存储单元和看门狗单元分别与所述MCU主控制单元相连接；所述MCU主控制单元通过HART模块单元与物位仪表相互通信连接，所述MCU主控制单元通过USB接口单元或者GSM模块单元与上位计算机相互通信连接。

4.如权利要求2或3所述的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，还包括一I2C接口单元，所述MCU主控制单元通过I2C接口单元分别连接有按键输入单元和LED状态指示灯单元。

5.如权利要求2或3所述的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，所述电源单元包含3.8V锂电池、锂电池专用充电管理芯片、3.3V稳压集成芯片和5V电源输入接口。

6.如权利要求4所述的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，所述I2C接口单元包括专用的I2C接口键盘和LED驱动芯片ZLG7290。

7.如权利要求4所述的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，所述按键输入单元包含轻触式按键和I2C接口按键控制芯片，MCU主控制单元通过I2C接口按键控制芯片识别按键键值数据。

8.如权利要求4所述的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，所述LED状态指示灯单元包含了绿色的充电指示灯、绿色的HART通信指示灯、绿色的SMS短信息指示灯、绿色的GPRS通信指示灯、红色的锂电池低电量报警指示灯和红色的系统故障指示灯。

9.如权利要求2或3所述的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，所述液晶显示单元包含支持FPC并行接口COG128*64带背光的液晶屏和背光驱动控制电路；所述HART模块单元包括HART接口芯片A5191和HART接口隔离变压器。

10.如权利要求3所述的基于HART和GSM网络的物位仪表的远程控制系统，其特征在于，所述USB接口单元包括充电接口、UART和USB协议转换芯片；所述GSM模块单元为一集成GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器和功放器件的电路板；所述数据存储单元为一支持I2C接口EEPROM芯片；所述看门狗模块单元为一专用的看门狗芯片。