專利名稱：一種i/o類(lèi)型可編程設(shè)置智能變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬電力系統(tǒng)設(shè)備校驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種i/o類(lèi)型可編程設(shè)置智能變送器。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中大量使用了信號(hào)變送裝置即變送器來(lái)將現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)變換成適合遠(yuǎn)傳和適合數(shù)采設(shè)備接收的信號(hào)。但在實(shí)際使用的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)變送器輸入的信號(hào)類(lèi)型有多種線性電阻信號(hào)，電壓信號(hào)，電流信號(hào)，熱電阻PTlOO等。范圍也各不相同，例如電壓可 能有1 5V輸入的小范圍，也有(T300V的較大范圍。使用PT100測(cè)溫的設(shè)備也會(huì)有不同的溫度測(cè)量范圍。因?yàn)閿?shù)采設(shè)備的生產(chǎn)廠家不一樣或者應(yīng)用目的不一樣，其能夠接收的信號(hào)類(lèi)型和范圍也不同，所以要求變送器的輸出也多種多樣。尤其是數(shù)采設(shè)備與遠(yuǎn)方監(jiān)控軟件之間有一定的信號(hào)換算關(guān)系，而現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)為了匹配這種換算關(guān)系，在信號(hào)變送的過(guò)程中也需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行一定的換算?？偠灾F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的隔離變送情況是多樣且復(fù)雜的。在使用變送器的過(guò)程中需要在變送器制造商提供的一個(gè)系列的變送器中挑選出合適的型號(hào)，有些復(fù)雜變送情況可能需要多級(jí)變送才能達(dá)到目的，有些非標(biāo)準(zhǔn)變送采用普通變送器甚至是不可能實(shí)施的。例如，當(dāng)一些大型復(fù)雜應(yīng)用中可能會(huì)用到不同廠家不同標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，各級(jí)數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間可能存在不同的變換關(guān)系，這時(shí)候需要使用多臺(tái)傳統(tǒng)普通變送器對(duì)這些變送進(jìn)行轉(zhuǎn)換和匹配，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集精度必然會(huì)下降，而且使用的變送器越多發(fā)生故障的可能性就越大。發(fā)明人針對(duì)上述缺陷開(kāi)發(fā)了一種通用，易用，用戶可編程設(shè)置輸入輸出，小型的信號(hào)采集變送裝置。通用性即只需要一個(gè)型號(hào)的裝置即可滿足所有的需要；易用性是指在更改變送器的輸入輸出類(lèi)型和范圍以及變送關(guān)系時(shí)方便快捷；小型化是為了滿足直接替換現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)在使用的變送器型號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)往往受到安裝空間的限制需要變送器體積小巧，特別是厚度要??；低的成本則適合于大規(guī)模的應(yīng)用。要求該裝置同時(shí)具有數(shù)據(jù)采集和變送的功能，它可以采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電阻，直流電壓，直流電流三種類(lèi)型的信號(hào)，經(jīng)過(guò)真值運(yùn)算后以一定的格式通過(guò)RS485通訊端口發(fā)送給后臺(tái)設(shè)備。該變送器也可以將電阻，直流電壓，直流電流三種類(lèi)型的信號(hào)變換成后臺(tái)數(shù)采設(shè)備所需要的信號(hào)類(lèi)型和范圍。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種I/O類(lèi)型可編程設(shè)置智能變送器，使之具有通用、易用、用戶可編程設(shè)置輸入輸出，體積小的信號(hào)采集變送功能的裝置。實(shí)現(xiàn)本新型的目的之技術(shù)解決方案如下一種I/O類(lèi)型可編程設(shè)置智能變送器，包括主控CPU、開(kāi)關(guān)電源，其特征在于，還包括有輸入端子、輸出端子，RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口、AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片；所述的主控CPU通過(guò)SPI總線分別與AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片連接，AD轉(zhuǎn)換芯片通過(guò)引腳AIN2 ( + )、AINl ( + )、AINl (-)與輸入端子連接，DA轉(zhuǎn)換芯片通過(guò)引腳VOUT、IOUT與輸出端子連接；RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口分別與主控CPU連接。[0005]進(jìn)一步地，所述輸入端子、輸出端子具有兩個(gè)隔離耐壓500Vp-p的隔離磁柵，輸入端子，輸出端子，通訊口是互相隔離了的，保證了變送器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的安全性。進(jìn)一步地，所述輸入輸出端子是可拆卸的，使接線方便、減少了安全隱患。進(jìn)一步地，所述RS232編程和調(diào)試接口使用戶通過(guò)該接口利用編程和調(diào)試工具軟件對(duì)變送器進(jìn)行編程和精度校正，用戶也可以通過(guò)該接口對(duì)變送器固件進(jìn)行升級(jí)。更進(jìn)一步地，所述RS485通訊接口使用戶通過(guò)該接口遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)獲得采樣數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端調(diào)整變送器輸入，輸出和變送參數(shù)，以及進(jìn)行變送精度校正。用戶可根據(jù)圖形化編程軟件對(duì)輸入輸出變送關(guān)系進(jìn)行較大范圍的編程，由軟件自動(dòng)計(jì)算變送參數(shù)，用戶在編程結(jié)束后點(diǎn)擊軟件設(shè)置按鈕，軟件自動(dòng)將變送參數(shù)下載到變送器。本新型的工作原理是，變送器使用一片16位AD轉(zhuǎn)換芯片對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行高精度采樣，采樣獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)CPU進(jìn)行變送運(yùn)算后傳送給DA轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成電壓或者電流信號(hào)輸出。變送器將采集到的輸入信號(hào)通過(guò)CPU經(jīng)過(guò)真值運(yùn)算后提供給RS485通訊接口， RS485通訊接口按照一定的通訊協(xié)議與后臺(tái)計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)。用戶可以通過(guò)RS485通訊接口遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)獲得采樣數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端調(diào)整變送器輸入，輸出和變送參數(shù)，以及進(jìn)行變送精度校正。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本新型的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下I、本變送器的一個(gè)主要特點(diǎn)就是用戶可自主編程。用戶可以對(duì)輸入物理量的類(lèi)型進(jìn)行編程，可以選擇電阻輸入，直流電壓輸入，直流電流輸入；還可以編程選擇輸出的類(lèi)型和范圍。因此本變送器具有較強(qiáng)的通用性。2、輸入輸出隔離，隔離耐壓500VPP。3、高精度，變送精度O. 2級(jí)。4、薄型設(shè)計(jì)使得變送器體積小巧，非常適合緊湊的電力設(shè)備安裝環(huán)境。

圖I是本新型的結(jié)構(gòu)框圖示意圖。圖2是本新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本新型所述的輸入輸出電路示意圖。圖4是本新型一實(shí)施例示意圖。圖5、圖6、圖7分別是本新型使用實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖I、圖2，圖3，本新型包括主控CPU、開(kāi)關(guān)電源、還包括輸入輸出端子，RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口、AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片；所述的主控CPU通過(guò)SPI總線分別與AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片連接，RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口分別與主控CPU連接。主控CPU選用STC12C5A60S2芯片，CPU通過(guò)SPI總線的MOSI, MIS0，SCLK,這三根信號(hào)線和AD-CS，AD-/CS，DA-CS這三根片選信號(hào)與AD和DA連接在一起。AD-/DRDY, AD-/RESET 是 AD 芯片的控制信號(hào)。DA-LATCH，DA-CLEAR，DA-/FAULT 是 DA 的控制信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換芯片選用一片AD7705，通過(guò)引腳AIN2 ( + )、AIN1 ( + )、AIN1 (_)與輸入端子連接，DA轉(zhuǎn)換芯片選用一片DA AD5412 ;通過(guò)引腳VOUT、IOUT與輸出端子連接；RS232編程和調(diào)試接口選用SP232芯片構(gòu)成了編程和調(diào)試接口電路，RS485通訊接口電路選用SP485。開(kāi)關(guān)電源使用了一片T0242單片開(kāi)關(guān)電源IC構(gòu)成。參見(jiàn)圖3所知，所述輸入輸出端子具有兩個(gè)隔離耐壓500Vp-p的隔離磁柵，使其輸入端子、輸出端子、通訊接口是互相隔離的，保證了變送器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的安全性。輸入輸出電路包括一片 AD :AD7705，一片 DA :AD5412。ADUM1401, ADUM1201 是隔離磁柵。AD8276,AD8603構(gòu)成了一個(gè)用于測(cè)量電阻的5mA激勵(lì)電流源。而且輸入輸出端子是可拆卸的，使接線方便、減少了安全隱患。例如，用戶安裝空間有限，接線困難，該設(shè)計(jì)使得用戶可以將端子拆掉，將線接好后插入變送器，接線方便安全。開(kāi)關(guān)電源的連接開(kāi)關(guān)電源輸出三組電壓一組+5V提供給AD，一組+5V給CPU和通訊接口，+15V和-15V是給DA供電的。 本變送器具有一個(gè)RS232編程和調(diào)試接口。用戶通過(guò)該接口利用編程和調(diào)試工具軟件可以對(duì)變送器進(jìn)行編程和精度校正，用戶也可以通過(guò)該接口對(duì)變送器固件進(jìn)行升級(jí)。參見(jiàn)圖4可知，RS232編程和調(diào)試接口的設(shè)計(jì)在此是非常重要的。能使用戶通過(guò)該接口利用編程和調(diào)試工具軟件對(duì)變送器進(jìn)行編程和精度校正，用戶也可以通過(guò)該接口對(duì)變送器固件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。例如，當(dāng)變送器用于數(shù)據(jù)采集時(shí)，如果變送器與后臺(tái)數(shù)據(jù)收集計(jì)算之間的通訊協(xié)議發(fā)生改變時(shí)，用戶只需要使用本變送器配套的上位機(jī)軟件就可以對(duì)它的固件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)以適應(yīng)這一變化。在這一過(guò)程中用戶不需要更換新的變送器，也不需要把變送器從現(xiàn)場(chǎng)拆除。所述RS485通訊接口使用戶通過(guò)該接口遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)獲得采樣數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端調(diào)整變送器輸入，輸出和變送參數(shù)，以及進(jìn)行變送精度校正。在本變送器編程調(diào)試軟件支持下，用戶使用該軟件對(duì)它進(jìn)行編程非常直觀和方便。用戶可根據(jù)需要增加變送器類(lèi)型，自主設(shè)置變送器輸入輸出類(lèi)型、范圍。校正變送器精度和對(duì)變送器進(jìn)行編程。本變送器配套的上位機(jī)軟件在編程中起到重要的作用并主要是基于事件觸發(fā)來(lái)工作的。比較關(guān)鍵的事件有三個(gè)I、連接按鍵點(diǎn)擊事件。包括開(kāi)始、初始化串口、發(fā)送信息查詢包、結(jié)束步驟。2、設(shè)置按鍵點(diǎn)擊事件。包括開(kāi)始、判斷設(shè)置數(shù)據(jù)是否有效，如果是，讀取變送參數(shù)，發(fā)送設(shè)置數(shù)據(jù)包，結(jié)束；如果否，則進(jìn)入結(jié)束步驟。3、設(shè)置串口定時(shí)事件。包括開(kāi)始，判斷，接收到一個(gè)有效的數(shù)據(jù)包嗎，如果是繼續(xù)判斷，接收到一個(gè)信息包嗎，如果是，更新信息；如果否，繼續(xù)判斷，接收到一個(gè)實(shí)時(shí)信息包嗎，如果是，更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，連接按鍵點(diǎn)擊事件步驟；如果否，再繼續(xù)判斷，接收到設(shè)置數(shù)據(jù)包嗎，如果是，更新設(shè)置，如果否，進(jìn)入結(jié)束步驟。提供用戶使用實(shí)施例如下為了方便用戶使用，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入信號(hào)調(diào)理電路，用戶只需要調(diào)節(jié)三只精密電阻的阻值，并配與我們的圖形化編程軟件就可以快速生成自己所需要的變送器類(lèi)型。我們以一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明變送器的編程過(guò)程。例如用戶需要一個(gè)輸入端連接的是熱電阻PT100，溫度測(cè)量范圍0 15(TC，對(duì)應(yīng)溫度輸出1-5V的電壓信號(hào)的變送器。STEPl :用戶設(shè)置輸入圖5所示，用戶首先選擇AD通道，這里我們選擇通道I。然后設(shè)置輸入類(lèi)型，這設(shè)置的是PT100，PTlOO熱電阻是無(wú)源器件，在對(duì)它進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要一個(gè)激勵(lì)電流，這里勾選這一項(xiàng)，并輸入激勵(lì)電流的大小5mA。接下來(lái)設(shè)置輸入最大值為150°c，最小值為0°C .在輸入設(shè)置窗口可以看到圖形化的輸入示意圖，示意圖上表示的連接情況和實(shí)際是完全一樣的。STEP2 :用戶設(shè)置輸出圖6所示，根據(jù)需要我們?cè)O(shè)置的輸出類(lèi)型為電壓，輸出最大值5V，最小值IV ；圖7所示，STEP3 :用戶設(shè)置一個(gè)自定義的變送器型號(hào)；STEP4 :用戶點(diǎn)擊完成添加按鈕編程軟件自動(dòng)計(jì)算出變送器內(nèi)部運(yùn)算所需要的變送參數(shù)。STEP5 :用戶點(diǎn)擊設(shè)置按鍵，將變送參數(shù)下載到變送器，完成變送器的編程。可見(jiàn)用戶對(duì)變送器進(jìn)行編程是非常靈活和方便的。用戶修改輸入輸出類(lèi)型實(shí)施例如下修改前型號(hào)為T(mén)SM1804，輸入類(lèi)型為電阻，范圍為0-180 Ω;輸出類(lèi)型為電流，范圍為4-20mA。修改后型號(hào)為T(mén)SM100，輸入類(lèi)型為PT100，范圍為100-138. 5 Ω對(duì)應(yīng)溫度范圍為
O-IOO0C ;輸出類(lèi)型為電壓，范圍為0-5V。本變送器具備了一套圖形化用戶編程工具軟件，用戶使用該軟件對(duì)它進(jìn)行編程非常直觀和方便的。用戶可根據(jù)圖形化編程軟件對(duì)輸入輸出變送關(guān)系進(jìn)行較大范圍的編程，由軟件自動(dòng)計(jì)算變送參數(shù)，用戶在編程結(jié)束后點(diǎn)擊軟件設(shè)置按鈕，軟件自動(dòng)將變送參數(shù)下載到變送器。
權(quán)利要求1.一種I/o類(lèi)型可編程設(shè)置智能變送器，包括主控CPU、開(kāi)關(guān)電源、其特征在于，還包括有輸入端子、輸出端子，RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口、AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片；所述的主控CPU通過(guò)SPI總線分別與AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片連接，AD轉(zhuǎn)換芯片通過(guò)引腳AIN2 ( + )> AINl ( + )> AINl (_)與輸入端子連接，DA轉(zhuǎn)換芯片通過(guò)引腳VOUT、IOUT與輸出端子連接；RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口分別與主控CPU連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可編程設(shè)置智能變送器，其特征在于，所述輸入端子、輸出端子分別具有一個(gè)隔離耐壓500Vp-p的隔離磁柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可編程設(shè)置智能變送器，其特征在于，所述輸入端子、輸出端子是可拆卸的。
專利摘要一種I/O類(lèi)型可編程設(shè)置智能變送器，涉及電力系統(tǒng)設(shè)備校驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。包括主控CPU通過(guò)SPI總線分別與AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片連接，RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口分別與主控CPU連接。輸入輸出端子具有兩個(gè)隔離耐壓隔離磁柵；輸入輸出端子，通訊口是互相隔離的，保證了變送器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的安全性。用戶通過(guò)RS232編程和調(diào)試接口對(duì)變送器進(jìn)行自行編程和精度校正，對(duì)其固件進(jìn)行升級(jí)。通過(guò)RS485通訊接口遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)獲得采樣數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端調(diào)整變送器輸入，輸出和變送參數(shù)以及進(jìn)行變送精度校正。輸入輸出端子是可拆卸的，減少了安全隱患。隔離耐壓500Vpp，變送精度0.2級(jí)；體積小巧薄型。
文檔編號(hào)G01D5/12GK202630971SQ201220192198

公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者劉翔宇, 嚴(yán)勇, 張華強(qiáng), 劉玉龍, 劉彥琴 申請(qǐng)人:成都電業(yè)局