CN206833698U - 一种可现场及远程诊断调试的hart手操器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种可现场及远程诊断调试的HART手操器，包括有HART调制解调电路、微处理器单元、远传通讯模组、人机互动单元及电源单元。本实用新型通过基于窄带物联网通讯技术并采用低功耗微处理器，功耗低，可以当作本地便携式HART手操器，亦可以一直连接在线，无需频繁更换电池即可长时间使用；可进行远程诊断调试，专业工程师可以免去现场操作；HART协议与NB‑IoT协议双向互转，可以直接将现有HART工业设备接入基于NB‑IoT技术的云平台；且与GSM通讯方式相比，通讯信号覆盖面更广且连接容量更大，实际应用价值更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动化仪表测试技术领域，特别是一种可现场及远程诊断调试的HART手操器。
背景技术
在工业自动化领域，存在大量的基于HART协议的现场仪器，比如压力变送器、温度变送器、执行器、流量计等，这些现场仪器对其自身性能、运行状态、调试诊断、标定校准等，都是通过厂家专用的HART手操器来进行操作。而厂家提供的HART手操器普通存在价格昂贵及升级维护困难的问题，更多时候，需要厂家派出专业的运维服务人员去工业现场操作，时间成本和劳务成本也很高。
因此，特别需要一种结合现场维护管理和远程专家诊断调试的HART手操器，可以解决上述问题。
中国专利申请号为201220604497.4的实用新型公开一种基于智能手机的HART手操器，其缺陷在于，智能手机和HART无线通信接口之间采用WIFI通信方式，不具备远程维护功能。
中国专利申请号为200520044642.8的实用新型公开一种具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，其缺陷在于，无法进行工业现场实地运维，而这个是HART手操器最常用的功能之一。
中国专利申请号为201420273769.6的实用新型公开一种基于GSM的HART手持器，在科技发展现阶段，GSM已经属于落后的一种技术了，在通讯覆盖面、连接数量及通讯稳定性等方面有其局限性，全球诸多GSM网络运营商，已经将确定逐步关闭GSM网络。
中国专利申请号为201110178028.0的发明专利公开一种HART回路故障诊断仪及诊断方法，实现了常用的现场操作步骤及对应功能，其缺陷在于，需要工程师在现场按步骤进行诊断操作，同样无法通过远程诊断维护。
实用新型内容
本实用新型针对上述技术问题做出改进，即本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于低功耗窄带物联网的、可进行HART协议与NB-IoT协议互转换的、支持本地现场连接维护管理及远程诊断调试的自带显示屏的HART手操器。
为了解决上述技术问题，本实用新型的一种技术方案是：一种可现场及远程诊断调试的HART手操器，包括：HART调制解调电路、微处理器单元、远传通讯模组、人机互动单元及电源单元，其中：所述HART调制解调电路与所述微处理器单元电连接，在所述微处理器单元的控制下，进行信号的调制或解调；所述远传通讯模组与所述微处理器单元电连接，用于远程无线收发数据或指令；所述人机互动单元与所述微处理器单元电连接，用于本机查询参数及数据，或者操作相关指令。
进一步地，所述电源单元，分别为所述HART调制解调电路、所述微处理器单元、所述远传通讯模组及所述人机互动单元供电。
进一步地，所述HART调制解调电路包括有HART收发芯片、隔离变压器、隔直电容及一个250欧姆/2瓦的回路电阻。
进一步地，所述HART调制解调电路还设有模拟信号收发端，用于接入4~20mA的HART回路中，所述模拟信号收发端分别与所述回路电阻的两端连接，所述回路电阻串接于待测的HART智能设备的回路中。
进一步地，所述人机互动单元包括低功耗液晶显示器、按键电路及LED状态指示灯。
进一步地，所述低功耗液晶显示器是通过HT1621驱动的段式液晶屏。
进一步地，所述LED状态指示灯包括绿色的HART通信状态指示灯、绿色的NB-IoT通讯状态指示灯、红色的故障及告警指示灯及两个充电状态指示灯。
进一步地，所述微处理器单元是采用一种低功耗的微处理器。
进一步地，所述低功耗的微处理器优选ARM内核的STM32L152系列微处理器。
进一步地，所述电源单元包括可充电电池、充/放电管理电路、LDO电路及充电电源接口。
进一步地，所述可充电电池选用3.7~4.2V电压范围的可充电锂电池。
进一步地，所述充/放电管理电路优选采用型号为CN3083的太阳能充电芯片。
进一步地，所述LDO电路用于将所述可充电电池的3.7~4.2V电压降压到3.3V的稳定电压，为所述可现场及远程诊断调试的HART手操器提供稳定电源。
进一步地，所述远传通讯模组采用基于LTE网络的支持NB-IoT通讯制式的低功耗通讯模组。
进一步地，所述低功耗通讯模组优选包括NB-IoT及eMTC通讯制式的多模通讯模组。
进一步地，所述远传通讯模组用于与远程平台连接，互传数据信息和控制信息，通过远程对现场HART回路中的HART智能设备进行调试、组态、标定、诊断等工作。
进一步地，所述远传通讯模组包括有eSIM卡及天线。
进一步地，所述eSIM卡是采用物联网专门号段的嵌入式SIM卡。
与现有的技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
（1）基于窄带物联网通讯技术，可进行远程诊断调试，专业工程师可以免去现场操作；
（2）功耗低，可以当作本地便携式HART手操器，亦可以一直连接在线，无需频繁更换电池即可长时间使用；
（3）HART协议与NB-IoT协议双向互转，可以直接将现有HART工业设备无缝接入基于NB-IoT技术的云平台，实现数据共享；
（4）与GSM通讯方式相比，通讯信号覆盖面更广且连接容量更大。
附图说明
图1为本实用新型实施例的HART手操器的电路结构框图。
图2为本实用新型实施例的HART手操器的电路连接示意图。
图1中：1- HART调制解调电路、2-微处理器单元、3-远传通讯模组、4-人机互动单元、5-电源单元。
图2中：1- HART调制解调电路、3-远传通讯模组、4-人机互动单元。
具体实施方式
下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他形式的附图。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本说明书描述中的术语“连接”、“相连”、“安装”应做广义理解，例如，可以是一体地连接、固定连接或者是可拆卸连接；可以是通过机械结构或者电子直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。
先简要说明一下HART协议，HART协议即Highway Addressable RemoteTransducer Protocol，是可寻址远程传感器高速公路的简称，HART协议使用Be11202频移键控标准，在4～20mA基础上叠加低电平的数字信号，波特率为1200，数字FSK信号相位连续，1200 Hz频率代表逻辑“1”，2200 Hz代表逻辑“0”，信息传输过程不会影响4～20mA的模拟信号。
如图1所示，一种可现场及远程诊断调试的HART手操器，包括：HART调制解调电路1、微处理器单元2、远传通讯模组3、人机互动单元4及电源单元5，其中：所述HART调制解调电路1与所述微处理器单元2电连接，在所述微处理器单元2的控制下，进行信号的调制或解调；所述远传通讯模组3与所述微处理器单元2电连接，用于远程无线收发数据或指令；所述人机互动单元4与所述微处理器单元2电连接，用于本机查询参数及数据，或者操作相关指令。
在本实施例中，所述电源单元5，分别为所述HART调制解调电路1、所述微处理器单元2、所述远传通讯模组3及所述人机互动单元4供电。
在本实施例中，所述HART调制解调电路1包括有HART收发芯片、隔离变压器、隔直电容及一个250欧姆/2瓦的回路电阻，参考图2，其中Rx为回路电阻。
在本实施例中，如图2所示，所述HART调制解调电路1还设有模拟信号收发端，用于接入4~20mA的HART回路中，所述HART回路有24V电源及相应的待测的HART智能设备，所述模拟信号收发端分别与所述回路电阻Rx的两端连接，所述回路电阻Rx串接于待测的HART智能设备的回路中。
见图1，在本实施例中，所述人机互动单元4包括低功耗液晶显示器、按键电路及LED状态指示灯。
在本实施例中，所述低功耗液晶显示器是通过HT1621驱动的段式液晶屏。
在本实施例中，在现场可通过所述人机互动单元4对回路中的待测HART智能设备进行生产过程的数据收集和维护，也包括运行状态查询及校准等操作。
在本实施例中，所述LED状态指示灯包括绿色的HART通信状态指示灯、绿色的NB-IoT通讯状态指示灯、红色的故障及告警指示灯及两个充电状态指示灯。
在本实施例中，所述可现场及远程诊断调试的HART手操器正在与回路中待测的HART智能设备进行通讯时，所述绿色的HART通信状态指示灯以一定周期快速闪烁；所述远传通讯模组（3）正在收发无线数据时，所述绿色的NB-IoT通讯状态指示灯以一定周期快速闪烁；所述可现场及远程诊断调试的HART手操器出现异常情况，所述红色的故障及告警指示灯常亮；所述可现场及远程诊断调试的HART手操器外接电源时，所述两个充电状态指示灯用于提示正在充电状态或者已经充满状态。
在本实施例中，所述微处理器单元2是采用一种低功耗的微处理器。
在本实施例中，所述低功耗的微处理器选用ARM内核的STM32L152系列微处理器。
在本实施例中，所述电源单元5包括可充电电池、充/放电管理电路、LDO电路及充电电源接口。
在本实施例中，所述可充电电池选用3.7~4.2V电压范围的可充电锂电池。
在本实施例中，所述充/放电管理电路采用型号为CN3083的太阳能充电芯片。
在本实施例中，所述LDO电路用于将所述可充电电池的3.7~4.2V电压降压到3.3V的稳定电压，为所述可现场及远程诊断调试的HART手操器提供稳定电源。
在本实施例中，所述远传通讯模组3采用基于LTE网络的支持NB-IoT通讯制式的低功耗通讯模组。
在本实施例中，所述低功耗通讯模组选用包括有NB-IoT及eMTC通讯制式的多模通讯模组。
在本实施例中，所述远传通讯模组3用于与远程平台连接，互传数据信息和控制信息，通过远程对现场HART回路中的HART智能设备进行调试、组态、标定、诊断等工作。
在本实施例中，所述远传通讯模组3包括有eSIM卡及天线。
在本实施例中，所述eSIM卡是采用物联网专门号段的嵌入式SIM卡。
作为可选的一种实施方式，所述eSIM卡可以用普通SIM卡替换，这里所描述的eSIM卡或者SIM卡只是一种统称，可以是物理介质的SIM卡，也可以是软SIM。
在本实施例中，所述可现场及远程诊断调试的HART手操器的工作过程如下：
将所述可现场及远程诊断调试的HART手操器接入现有的HART回路中，通过远程平台无线传输或者所述人机互动单元4本地选择HART指令，将相关指令送至所述微处理器单元2，经所述微处理器单元2的指令信息解析，对所述HART调制解调电路1进行调制，调制后的信息叠加在4~20mA回路中传输至待测的HART智能设备中，用于对所述HART智能设备进行过程维护、管理诊断及运行状态收集等。所述HART智能设备将需要回馈的信息进行调制叠加在4~20mA回路中回传至所述HART调制解调电路1，所述HART调制解调电路1在所述微处理器单元2的控制下进行信息解调，并经所述微处理器单元2进行解析，在所述人机互动单元4中的液晶屏上显示且经过所述远传通讯模组3向远程平台无线传输反馈信息。
在本实施例中，所述可现场及远程诊断调试的HART手操器通过所述人机互动单元4实现工业现场的诊断调试，通过所述远传通讯模组3及远程平台实现远程诊断调试。需要说明的是，所述远程平台可结合手机及手机APP应用，实现在本地场景或远程场景的操控。
在本实施例中，本实用新型通过基于窄带物联网通讯技术并采用低功耗微处理器，功耗低，可以当作本地便携式HART手操器，亦可以一直连接在线，无需频繁更换电池即可长时间使用；可进行远程诊断调试，专业工程师可以免去现场操作；HART协议与NB-IoT协议双向互转，可以直接将现有HART工业设备无缝接入基于NB-IoT技术的云平台，实现数据共享；且与GSM通讯方式相比，通讯信号覆盖面更广且连接容量更大，实际应用价值更高。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，任何人在本实用新型的启示下都可以得出其他各种形式的可现场及远程诊断调试的HART手操器，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种可现场及远程诊断调试的HART手操器，其特征在于，包括：HART调制解调电路（1）、微处理器单元（2）、远传通讯模组（3）、人机互动单元（4）及电源单元（5），其中：
所述HART调制解调电路（1）与所述微处理器单元（2）电连接，在所述微处理器单元（2）的控制下，进行信号的调制或解调；
所述远传通讯模组（3）与所述微处理器单元（2）电连接，用于远程无线收发数据或指令；
所述人机互动单元（4）与所述微处理器单元（2）电连接，用于本机查询参数及数据，或者操作相关指令；
所述电源单元（5），分别为所述HART调制解调电路（1）、所述微处理器单元（2）、所述远传通讯模组（3）及所述人机互动单元（4）供电。
2.根据权利要求1所述的一种可现场及远程诊断调试的HART手操器，其特征在于，所述HART调制解调电路（1）包括有HART收发芯片、隔离变压器、隔直电容及一个250欧姆的回路电阻。
3.根据权利要求1所述的一种可现场及远程诊断调试的HART手操器，其特征在于，所述人机互动单元（4）包括低功耗液晶显示器、按键电路及LED状态指示灯。
4.根据权利要求3所述的一种可现场及远程诊断调试的HART手操器，其特征在于，所述LED状态指示灯包括绿色的HART通信状态指示灯、绿色的NB-IoT通讯状态指示灯、红色的故障及告警指示灯及两个充电状态指示灯。
5.根据权利要求1所述的一种可现场及远程诊断调试的HART手操器，其特征在于，所述微处理器单元（2）是采用一种低功耗的微处理器。
6.根据权利要求1所述的一种可现场及远程诊断调试的HART手操器，其特征在于，所述电源单元（5）包括可充电电池、充/放电管理电路、LDO电路及充电电源接口。
7.根据权利要求1所述的一种可现场及远程诊断调试的HART手操器，其特征在于，所述远传通讯模组（3）采用基于LTE网络的支持NB-IoT通讯制式的低功耗通讯模组。
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