CN204406160U - 一种基于wia无线网络的多通道模拟量采集远程控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器，包括数字量输入输出模块连接处理器模块，用于采集现场状态信息以及现场设备的启停控制；本地通信模块连接处理器模块，与处理器模块进行双向通信；WIA-PA无线通信模块连接处理器模块，通过串口与处理器模块进行双向通信，通过天线与无线设备通信，交换控制信息以及收发采集数据；多通道模拟量采集模块连接处理器模块，采集现场设备的模拟量输入信号，发送至处理器模块。本实用新型在无线远程控制器的基础上，兼容有线仪表的模拟量采集功能，可以同时实现有线仪表及无线仪表的数据采集监视，故障判断等功能。本实用新型的模拟量采集功能具有精度高、温度稳定性好、防护功能强等特点。

Description

一种基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器

技术领域

本实用新型涉及工业无线通信网络，具体地说是一种基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器。

背景技术

工业控制网络的发展经历了从传统控制网络到现场总线，再到目前广泛研究的无线网络的过程。近年来，随着工业无线网络标准逐渐成熟，工业无线通信系统不断发展，但在某些应用场合，工业无线网络并不能完成取代有线工业网络，而是与有线网络共存，实现优势互补，这就需要工业无线通信设备即具有无线通信接口，又具有有线设备通信的接口。

目前WIA-PA工业无线设备中，远程控制器只具有数字量输入输出接口及无线接口，用于监视现场设备状态、启停控制及与无线仪表的通信，若工业现场无法安装无线仪表，而只有有线仪表时，现有的远程控制器无法采集有线仪表信号，目前大部分有线仪表都具有4～20mA变送器接口，所以具有4～20mA模拟量采集的无线通信设备，可以实现无线及有线仪表的数据采集，具备更广阔的应用前景。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种能够采集多通道模拟量信号的基于WIA-PA无线网络的远程控制器。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器，包括数字量输入输出模块连接处理器模块，用于采集现场状态信息以及现场设备的启停控制；本地通信模块连接处理器模块，与处理器模块进行双向通信；WIA无线通信模块连接处理器模块，通过串口与处理器模块进行双向通信，通过天线与无线设备通信，交换控制信息以及收发采集数据；多通道模拟量采集模块连接处理器模块，采集现场设备的模拟量输入信号，发送至处理器模块。

所述多通道模拟量采集模块中，信号防护电路、采样电阻、信号滤波电路、电压跟随器、AD转换电路、数据隔离电路和处理器模块依次连接，模拟量信号通过采样电阻将电流信号转换成电压信号，通过滤波器消除现场信号的噪声干扰，通过电压跟随器实现高低阻抗变换，通过AD转换电路将电压信号转换成数字信号后经过数据隔离电路发送至处理器模块。

所述信号防护电路包括热敏电阻和瞬态抑制二极管，用于过流保护及过压保护。

所述数字量输入输出模块包括数字量输入接口和数字量输出接口，所述数字量输入接口用于采集现场状态信息；所述数字量输出接口用于现场设备的启停控制。

电源管理模块连接数字量输入输出模块、本地通信模块、WIA无线通信模块、多通道模拟量采集模块，对所述模块进行供电管理。

所述电源管理模块包括顺序连接的电源防护电路、电源滤波电路、隔离DC-DC模块和LDO模块。

WIA-PA无线通信模块包括WIA-PA芯片、存储单元、收发器单元、功率放大单元和滤波单元；WIA-PA芯片与存储单元、收发器单元连接；收发器单元与功率放大单元、滤波单元顺序连接。

所述WIA-PA芯片采用CPU芯片，用于实现WIA-PA无线通信协议栈，该芯片包括串口、SPI接口和I/O控制接口；

所述收发器单元采用调制解调芯片，具有SPI接口和RF射频接口；

所述功率放大单元采用功率放大芯片，其RF射频输入接口与收发器单元的RF射频接口连接，其RF射频输出接口与滤波单元的RF射频输入接口连接；

所述滤波单元采用带通滤波器，其RF射频输出端口用于与天线连接；

所述滤波单元采用带通滤波器，其RF射频输出端口用于与TDD功率放大单元连接。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.本实用新型在无线远程控制器的基础上，兼容有线仪表的模拟量采集功能，可以同时实现有线仪表及无线仪表的数据采集监视，故障判断等功能。

2.本实用新型的模拟量采集功能具有精度高、温度稳定性好、防护功能强等特点。

附图说明

图1是本实用新型的WIA测控系统的架构图；

图2是本实用新型的结构框图；

图3是本实用新型的多通道模拟量采集模块结构框图；

图4是本实用新型的多通道模拟量采集模块信号采样电路图；

图5是本实用新型的多通道模拟量采集模块AD转换电路图；

图6是本实用新型的多通道模拟量采集模块数据隔离电路图；

其中，10和12为WIA仪表，11和13为有线仪表，14和15为WIA无线远程控制器，16为WIA网关，17为中控室，18为外壳，19为数字量输入输出模块，20为多通道模拟量采集模块，21为本地通信模块，22为处理器模块，23为电源管理模块，24为WIA-PA无线通信模块，25为天线，31为4～20mA模拟量信号，32为信号防护电路，33为采样电阻，34为信号滤波电路，35为电压跟随器，36为AD转换电路，37为数据隔离电路，38为MCU。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

基于WIA-PA的多通道模拟量采集远程控制器在WIA测控系统中的架构如图1所示，工业现场安装的无线仪表(10、12)可以包括WIA无线示功仪，WIA无线温度表、WIA无线压力表和WIA无线流量表等仪表。工业现场安装的有线仪表(11、13)可以包括温度变送器、压力变送器、流量变送器等仪表。WIA无线仪表将采集到的信息通过WIA无线网络传送到远程控制器中(14、15)，有线仪表将采集到的信息通过电缆传输到远程控制器中，远程控制器将采集信息进行存储、管理并转发到WIA网关16，在由WIA网关16将数据通过以太网上传到中心控制室17。WIA网关16接收到中心控制室17的指令，将其发送至远程控制器，远程控制器通过设置数字量输出接口状态，控制现场设备的启停。此过程完成了现场所有仪表的数据采集上报及远程控制。

基于WIA-PA的多通道模拟量采集远程控制器基于ARM平台开发，采用32位处理器，并集成多通道模拟量采集功能，可实现工业现场的数据信息采集、数据存储、仪表状态诊断、故障报警等功能，具有可靠性高、处理速度快、通信稳定、维护成本低等特点。

基于WIA-PA的多通道模拟量采集远程控制器结构组成框图如图2所示，主要包括外壳18及设置于外壳18内的电子器件组成，主要包括数字量输入输出模块19，多通道模拟量采集模块20，本地通信模块21，处理器模块22，电源管理模块23，WIA-PA无线通信模块24,天线25。

数字量输入输出模块19主要包括数字量输入接口及数字量输出接口。

数字量输入接口用于采集现场状态信息信号，支持12V～24V高电平输入。

数字量输出接口用于现场设备的启停控制，采用继电器输出。每一路输出支持一个常开触点和一个常闭触点。

多通道模拟量采集模块20支持4～20mA电流信号输入，用于连接现场有线仪表，输入信号与MCU之间使用隔离芯片进行信号隔离。其检测精度可高达0.05％。

本地通信模块21支持1个RS232、1个RS485、1个10M/100M以太网接口，具有接口防护功能，以上接口均支持升级程序，以及本地配置维护等。

处理器模块22包括处理器(MCU)、存储器、时钟及其外围电路，为远程控制器的核心模块，完成对各种数据进行采集，分析，处理，存储，上报等功能。

电源管理模块23由隔离DC-DC模块、LDO、滤波电路及防护电路组成，将输入的直流电源信号转变成各模块所需的电压。滤波电路保证了电源的电磁兼容性，防护电路可以防止因过电压、过电流、反接、短路等现象造成内部器件损坏。隔离DC-DC模块，将输入电源信号与输出电源信号隔离，并具有1000V以上的隔离电压，满足工业设计要求。LDO可为处理器模块的MCU提供低电压供电。

WIA-PA无线通信模块24实现与其他无线设备通信功能，交换控制信息和收发采集数据。处理器模块22和WIA-PA无线通信模块24通过串口进行双向通信。WIA-PA无线通信模块包含射频接收及放大电路。天线25起到接收及发送射频信号的作用。

本实用新型将多通道模拟量采集功能与无线远程控制器实现了一体化设计，模拟量采集功能及与无线远程控制器一体化设计关联架构如图3所示。

31为4～20mA模拟量信号，该信号由有线仪表发出，经有线电缆传输至远程控制器模拟量接口。该信号经过信号防护电路，采样电阻，信号滤波电路，电压跟随器，AD转换电路，数据隔离电路至MCU。

图4中F1及D1组成防护电路。F1为正温度系数热敏电阻，电阻值随温度升高而增大，常温时，F1电阻值很低，对电路无影响。当出现信号异常导致电流升高时，F1电阻值迅速增大，断开了后级电路，起到了过流保护的作用。当异常现象消除后，电流恢复正常，电阻值再恢复到常态，从而起到了自恢复的作用。R1为采样电阻，将4～20mA电流信号转换为0～5V以内的电压信号。采样电阻选择高精度，低温度系数功率电阻。高精度可以减小采样电压误差，提高一致性；低温度系数电阻在极限温度下，阻值变化很小，减小了高低温采样误差。R2、C1组成滤波电路，滤除杂波及干扰信号，便于提高检测精度。U1A为电压跟随器，由电压放大器电路组成。电压放大器输出端与负极直连，电压信号不放大，放大器输出电压等于输出电压，不改变采样信号电压的大小。但利用了放大器输入端阻抗大，输出端阻抗小的特性，起到了阻抗变换的作用，有利于提高检测信号精度及稳定度。

图5中IN0～IN7端采样信号连接至AD芯片输入端，进行AD转换，将电压信号转换为数字信号，AD芯片通过数据接口传输至数据隔离电路。AD芯片采用逐次逼近算法，采样速率更快，并可设置8通道循环扫描采样方式。

图6中数据隔离芯片再将信号传输至MCU数据接口，实现了模拟量采集的功能。数据隔离电路由数据隔离芯片组成，将AD芯片数据管脚与MCU数据管脚隔离开，通常可以耐受2000V以上的隔离电压，很好地保护了MCU电路。

Claims (8)

1.一种基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器，包括数字量输入输出模块连接处理器模块，用于采集现场状态信息以及现场设备的启停控制；本地通信模块连接处理器模块，与处理器模块进行双向通信；WIA-PA无线通信模块连接处理器模块，通过串口与处理器模块进行双向通信，通过天线与无线设备通信，交换控制信息以及收发采集数据；其特征在于：多通道模拟量采集模块连接处理器模块，采集现场设备的模拟量输入信号，发送至处理器模块。

2.根据权利要求1所述的基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器，其特征在于：所述多通道模拟量采集模块中，信号防护电路、采样电阻、信号滤波电路、电压跟随器、AD转换电路、数据隔离电路和处理器模块依次连接，模拟量信号通过采样电阻将电流信号转换成电压信号，通过滤波器消除现场信号的噪声干扰，通过电压跟随器实现高低阻抗变换，通过AD转换电路将电压信号转换成数字信号后经过数据隔离电路发送至处理器模块。

3.根据权利要求2所述的基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器，其特征在于：所述信号防护电路包括热敏电阻和瞬态抑制二极管，用于过流保护及过压保护。

4.根据权利要求1所述的基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器，其特征在于：所述数字量输入输出模块包括数字量输入接口和数字量输出接口，所述数字量输入接口用于采集现场状态信息；所述数字量输出接口用于现场设备的启停控制。

5.根据权利要求1所述的基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器，其特征在于：电源管理模块连接数字量输入输出模块、本地通信模块、WIA-PA无线通信模块、多通道模拟量采集模块，对数字量输入输出模块、本地通信模块、WIA-PA无线通信模块、多通道模拟量采集模块进行供电管理。

6.根据权利要求5所述的基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器，其特征在于：所述电源管理模块包括顺序连接的电源防护电路、电源滤波电路、 隔离DC-DC模块和LDO模块。

7.根据权利要求1或5所述的基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器，其特征在于：所述WIA-PA无线通信模块包括WIA-PA芯片、存储单元、收发器单元、功率放大单元和滤波单元；WIA-PA芯片与存储单元、收发器单元连接；收发器单元与功率放大单元、滤波单元顺序连接。

8.根据权利要求7所述的基于WIA无线网络的多通道模拟量采集远程控制器，其特征在于：所述WIA-PA芯片采用CPU芯片，用于实现WIA-PA无线通信协议栈，该芯片包括串口、SPI接口和I/O控制接口；

所述收发器单元采用调制解调芯片，具有SPI接口和RF射频接口；

所述功率放大单元采用功率放大芯片，其RF射频输入接口与收发器单元的RF射频接口连接，其RF射频输出接口与滤波单元的RF射频输入接口连接；

所述滤波单元采用带通滤波器，其RF射频输出端口用于与天线连接；

所述滤波单元采用带通滤波器，其RF射频输出端口用于与TDD功率放大单元连接。