CN217643356U - 一种用于可燃气体站所的dtu设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于可燃气体站所的DTU设备，用于可燃气体站所的DTU设备，包括用于数据收发与设备信息读取的通信单元、用于处理通信单元信号的调控单元、以及用于供电的电源单元，所述电源单元包括输入端与外部电源连接的降压电路，所述降压电路的输出端分别与所述通信单元输入端和调控电路输入端连接，所述通信单元包括分别与所述调控单元的通信端口连接的蓝牙通信单元、无线网络通信单元和有线通信单元。可用于在可燃气体站所的信息传输工作，并提高设备在传输过程中的安全性和可靠性。

Description

一种用于可燃气体站所的DTU设备

技术领域

本实用新型涉及物联网通讯领域，尤其涉及一种用于可燃气体站所的DTU设备。

背景技术

随着信息化时代的快速发展，工业智能化设备大量投入使用。工业智能化设备不仅提高了效率，同时还减少了工作人员在危险场景做业时间。目前市面上的DTU设备大多使用在商业和普通工业环境。

现有的DTU设备可以在常规环境和普通工业环境下使用，但是对于环境苛刻的情况就无法使用，如EFT试验等级为4级环境、ESD试验等级为4级环境、雷击浪涌试验等级为4级环境，对于可燃气体站所的宽电压源输入要求和防爆设计要求现有DTU设备也无法满足。且在可燃气体站所中，设备的供电方式多样且防爆设计必须通过国家《防爆设计规范》的认证，对于供电电压单一且没有通过认证的设备是不能在可燃气体站所使用。同时可燃气体站所所在环境复杂，电磁干扰强度大，在这种环境下常规设备会出现通信异常、设备宕机、设备损坏的现象，使用的安全性和可靠性均较低。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的不足，提供了一种用于可燃气体站所的DTU设备用于可燃气体站所的DTU设备，包括用于数据收发与设备信息读取的通信单元、用于处理通信单元信号的调控单元、以及用于供电的电源单元，所述电源单元包括输入端与外部电源连接的降压电路，所述降压电路的输出端分别与所述通信单元输入端和调控电路输入端连接，所述通信单元包括分别与所述调控单元的通信端口连接的蓝牙通信单元、无线网络通信单元和有线通信单元。

优选的，所述电源单元包括用于连接外部电源的电源接口、用于电路防爆保护的防爆电路、和用于防止电压源反向接入的防反接保护电路，所述防爆电路和防反接保护电路连接，防爆电路的输出端与降压电路的输入端连接。

优选的，所述防爆电路包括保险丝F1、电阻R1、电容C3、电容C4和电容C5，所述保险丝F1的一端与所述防反接电路的输出端连接，所述保险丝的另一端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电容C3的一端、电容C4的一端和电容C5的一端连接，所述电容C3的另一端、所述电容C4的另一端和所述电容C5的另一端均接地。

优选的，所述防反接保护电路包括二极管D1、保险丝F1、TVS管D2、电容C1和电容C2，所述二极管D1的一端与外部电源连接，所述二极管D1的另一端与所述保险丝F1的一端连接，所述保险丝F1的另一端与所述TVS管的一端、电容C1的一端、电容C2的一端和电阻R1的一端连接，所述TVS管的另一端、电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地。

优选的，所述有线通信单元包括RS485电路，并由所述电源单元对有线通信单元供电和对外设备隔离供电，所述RS485电路包括隔离接口电路和外围保护电路，所述隔离接口电路与调控单元连接，所述外围保护电路与隔离接口电路连接，所述外围保护电路包括防EFT电路、防静电电路和防雷击电路，所述隔离接口电路的输出端分别与防EFT电路的输入端、防静电电路的输入端和防雷击电路的输入端连接。

优选的，所述防雷击电路包括气体放电管GD1、气体放电管GD2，所述气体放电管GD1的一端与所述隔离接口电路的B输出端连接，所述气体放电管GD2的一端与所述隔离接口电路的A输出端连接，所述气体放电管GD1的另一端和气体放电管GD2的另一端均接大地。

优选的，所述防静电电路为ESD保护器件U2，ESD保护器件U2包括第一双向TVS管和第二双向TVS管，所述第一双向TVS管的一端与所述隔离接口电路的A输出端连接，所述第二双向TVS管的一端与所述隔离接口电路的B输出端连接，所述第一双向TVS管的另一端和第二双向TVS管的另一端均接大地。

优选的，所述防EFT电路包括电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R2的一端与所述隔离接口电路的B输出端、电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述隔离接口电路的A输出端、电阻R4的一端连接，所述电阻R2的另一端下拉接大地，所述电阻R4上拉接隔离电源。

优选的，所述调控单元为STMicroelectronics STM32F4。

本实用新型公开的用于可燃气体站所的DTU设备包括用于数据收发与设备信息读取的通信单元、用于处理通信单元信号的调控单元、以及用于供电的电源单元；其中电源单元包括输入端与外部电源连接的降压电路，降压电路的输出端分别与所述通信单元输入端和调控电路输入端连接；通信单元包括分别与所述调控单元的通信端口连接的蓝牙通信单元、无线网络通信单元和有线通信单元。通过在电源单元中设计用于防爆保护的防爆电路，在通信单元中设计防雷击电路等，使得该DTU设备抗电磁干扰能力强，在可燃气体站所这类复杂工作环境中避免出现通信异常、设备宕机和设备损坏等现象，提高设备的安全性和可靠性。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例公开的用于可燃气体站所的DTU设备电路的结构框图。

图2为本实用新型实施例公开的电源电路的结构框图。

图3为本实用新型实施例公开的防爆电路和防反接保护电路的电路示意图。

图4为本实用新型实施例公开的RS485电路的结构框图。

图5为本实用新型实施例公开的外围保护电路的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

在用于可燃气体站所的DTU设备中，如图1所示，包括用于数据收发与设备信息读取的通信单元、用于处理通信单元信号的调控单元1、以及用于供电的电源单元2。所述电源单元2包括输入端与外部电源连接的降压电路21，所述降压电路21的输出端分别与所述通信单元输入端和调控电路输入端连接，将输入的电源电压转化为系统的工作电压。所述通信单元包括分别与所述调控单元1的通信端口连接的蓝牙通信单元5、无线网络通信单元4和有线通信单元3。可实现在苛刻的环境中安全的进行数据传输工作，提高在恶劣环境工作中的安全性，有较高的可靠性。

在本实施例中，如附图1或2所示，其中电源单元2包括用于连接外部电源的电源接口24、用于在恶劣环境中电路防爆保护的防爆电路22、和用于防止电压源反向接入的防反接保护电路23，所述防爆电路22和防反接保护电路23连接，防爆电路22的输出端与降压电路21的输入端连接。所述防爆电路22可在可燃气体站所这样恶劣的环境中使用，具有符合国标的防爆功能，提高安全性，所述防反接保护电路23可防止因操作时的错误连接而造成的危险，提高操作时的安全性，提高可靠性。

在本实施例中，如图2或3所示，其中防爆电路包括保险丝F1、电阻R1、电容C3、电容C4和电容C5，所述保险丝F1的一端与所述防反接电路的输出端连接，所述保险丝的另一端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电容C3的一端、电容C4的一端和电容C5的一端连接，所述电容C3的另一端、所述电容C4的另一端和所述电容C5的另一端均接地。在一优选实施例中，保险丝F1可选用额定电流为250mA，电阻R1选用的阻值为1Ω、额定功率为0.5W的电阻。在1.5倍安全系数的爆炸性试验情况下，电阻R1的功率计算公式为：1.5*(IF*1.7)2*R，IF为保险丝F1的额定电流，R为电阻R1的额定电阻值。当1.5倍安全系数的爆炸性试验情况下，电阻R1的功率值约为0.27W，小于电阻R1的额定功率，即在1.5倍安全系数的爆炸性试验情况下，可在可燃气体站所的场景中安全使用。所述防爆电路为达到国标要求的、可用于恶劣环境中的保护电路，可提高设备运行中的安全性，增加产品的可靠性。

在本实施例中，如图4或5所示，其中有线通信单元3包括RS485电路，所述RS485电路可在恶劣的EMC环境下正常工作，如EFT试验等级为4级环境、ESD试验等级为4级环境、雷击浪涌试验等级为4级环境。所述电源单元2输出有用于有线通信单元3和对外设备供电的隔离电压，所述RS485电路包括隔离接口电路31和外围保护电路，所述隔离接口电路31的输入端与隔离电压的输出端连接，所述外围保护电路与隔离接口电路连接。所述外围保护电路包括防EFT电路32、防静电电路33和防雷击电路34，所述隔离接口电路31的输出端分别与防EFT电路32的输入端、防静电电路33的输入端和防雷击电路34的输入端连接。所述隔离接口电路31为数字隔离接口芯片U1，在本实施例中该芯片U1可以采用ADM2483BRWZ，可提高系统性能和可靠性。

在本实施例中，如图2或3所示，其中防反接保护电路包括二极管D1、保险丝F1、TVS管D2、电容C1和电容C2，所述二极管D1的一端与外部电源连接，所述二极管D1的另一端与所述保险丝F1连接的一端连接，所述保险丝F1的另一端与所述TVS管的一端、电容C1的一端、电容C2的一端和电阻R1的一端连接，所述TVS管的另一端、电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地。当输入电压源正确接入时，防反接保护电路导通，设备正常工作，防反接保护电路有过电流保护和ESD保护功能。当电压源反向接入时，防反接保护电路23不导通，设备不工作。所述防反接保护电路可增加对元器件和电路的保护，降低因电源的错误接入导致的损害，增加设备的可靠性和安全性。

在本实施例中，如图4或5所示，其中防雷击电路34包括气体放电管GD1、气体放电管GD2，所述气体放电管GD1的一端与所述隔离接口电路31的B输出端连接，所述气体放电管GD2的一端与所述隔离接口电路31的A输出端连接，所述气体放电管GD1的另一端和气体放电管GD2的另一端均接大地。当雷击干扰通过接口进入设备时，气体放电管GD1、气体放电管GD2把雷击干扰疏导到大地上，实现对设备的保护。

在本实施例中，如图4或5所示，其中防静电电路33为ESD保护器件U2，ESD保护器件U2包括第一双向TVS管和第二双向TVS管，所述第一双向TVS管的一端与所述隔离接口电路31的A输出端连接，所述第二双向TVS管的一端与所述隔离接口电路31的B输出端连接，所述第一双向TVS管的另一端和第二双向TVS管的另一端均接大地。当ESD干扰进入时，ESD保护器件把ESD干扰疏导到大地上，实现对设备的保护。

在本实施例中，如图4或5所示，其中防EFT电路32还包括数字隔离接口芯片U1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R2的一端与所述数字隔离接口芯片U1的B端、电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述数字隔离接口芯片U1的A端、电阻R4的一端连接，所述电阻R2的另一端下拉接大地，所述电阻R4上拉接隔离电源。当EFT干扰进入时，A端和B端同时受到EFT干扰，数字隔离接口芯片U1对A端和B端信号电压差值进行读取识别，所以接收到的数据不受干扰，同时数字隔离接口芯片U1具有隔离功能，可实现对设备的保护。

在本实施例中，如图1所示，其中无线网络通信单元4为4G网络模块或NB-loT网络模块，用于无线数据收发。无线网络通信单元4通过UART与所述微处理器单元1通信。无线网络通信单元4与云端服务器进行通信，实现边云协同。所述蓝牙通信单元5由蓝牙模块及外围电路组成，其用于设备参数配置、设备升级、设备信息读取。

在本实施例中，如图1所示，在用于可燃气体站所的DTU设备中还包括存储单元6和按键及状态指示单元7，所述存储单元6的存储数据收发端与调控单元1的数据收发端连接，所述按键及状态指示单元7的输入输出端与调控单元1的指示输入输出端连接，所述调控单元1为STMicroelectronics STM32F4。所述存储单元6包括FLASH和EEPROM，所述FLASH采用Winbond W25Q64BV芯片，其容量为64Mbit，用于数据存储。EEPROM采用onsemi CAT24C512芯片，其容量为512Kbit，用于设备的配置参数和重要数据存储。所述按键及状态指示单元7由机械按键及LED指示灯组成，用于设备参数设置及指示设备电源状态和系统工作状态。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种用于可燃气体站所的DTU设备，其特征在于，包括用于数据收发与设备信息读取的通信单元、用于处理通信单元信号的调控单元、以及用于供电的电源单元；

所述电源单元包括输入端与外部电源连接的降压电路，所述降压电路的输出端分别与所述通信单元输入端和调控电路输入端连接；

所述通信单元包括分别与所述调控单元的通信端口连接的蓝牙通信单元、无线网络通信单元和有线通信单元。

2.根据权利要求1所述的用于可燃气体站所的DTU设备，其特征在于：所述电源单元包括用于连接外部电源的电源接口、用于电路防爆保护的防爆电路、和用于防止电压源反向接入的防反接保护电路，所述防爆电路和防反接保护电路连接，防爆电路的输出端与降压电路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的用于可燃气体站所的DTU设备，其特征在于：所述防爆电路包括保险丝F1、电阻R1、电容C3、电容C4和电容C5，所述保险丝F1的一端与所述防反接保护电路的输出端连接，所述保险丝的另一端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述电容C3的一端、电容C4的一端和电容C5的一端连接，所述电容C3的另一端、所述电容C4的另一端和所述电容C5的另一端均接地。

4.根据权利要求3所述的用于可燃气体站所的DTU设备，其特征在于：所述防反接保护电路包括二极管D1、保险丝F1、TVS管D2、电容C1和电容C2，所述二极管D1的一端与外部电源连接，所述二极管D1的另一端与所述保险丝F1的一端连接，所述保险丝F1的另一端与所述TVS管的一端、电容C1的一端、电容C2的一端和电阻R1的一端连接，所述TVS管的另一端、电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地。

5.根据权利要求1所述的用于可燃气体站所的DTU设备，其特征在于：所述有线通信单元包括RS485电路，并由所述电源单元对有线通信单元供电和对外设备隔离供电，所述RS485电路包括隔离接口电路和外围保护电路，所述隔离接口电路与调控单元连接，所述外围保护电路与隔离接口电路连接；

所述外围保护电路包括防EFT电路、防静电电路和防雷击电路，所述隔离接口电路的输出端分别与防EFT电路的输入端、防静电电路的输入端和防雷击电路的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的用于可燃气体站所的DTU设备，其特征在于：所述防雷击电路包括气体放电管GD1、气体放电管GD2，所述气体放电管GD1的一端与所述隔离接口电路的B输出端连接，所述气体放电管GD2的一端与所述隔离接口电路的A输出端连接，所述气体放电管GD1的另一端和气体放电管GD2的另一端均接大地。

7.根据权利要求6所述的用于可燃气体站所的DTU设备，其特征在于：所述防静电电路为ESD保护器件U2，ESD保护器件U2包括第一双向TVS管和第二双向TVS管，所述第一双向TVS管的一端与所述隔离接口电路的A输出端连接，所述第二双向TVS管的一端与所述隔离接口电路的B输出端连接，所述第一双向TVS管的另一端和第二双向TVS管的另一端均接大地。

8.根据权利要求7所述的用于可燃气体站所的DTU设备，其特征在于：所述防EFT电路包括电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R2的一端与所述隔离接口电路的B输出端、电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述隔离接口电路的A输出端、电阻R4的一端连接，所述电阻R2的另一端下拉接大地，所述电阻R4上拉接隔离电源。

9.根据权利要求1-8任一所述的用于可燃气体站所的DTU设备，其特征在于：所述调控单元为STMicroelectronics STM32F4。

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