专利名称：无线一体化温度变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及变送器，具体涉及一种基于WIA网络的无线一体化温度变送器。
背景技术：
温度是工业生产中常见和最基本的参数之一，人民的生活与环境的温度息息相关，在生产过程中常需对温度进行实时检测与监控。在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段:①传统的分立式温度传感器，②模拟集成温度传感器，③智能集成温度传感器。目前，国际上温度传感器正从模拟式向数字式、从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。上世纪70 80年代开始，工业无线技术还是一种单纯的通信手段，作为有线技术的补充以解决长距离的数据传输为目的，可实现点对点、点对多点通信。本世纪初，为了实现泛在感知，推动工业测控模式变革，以解决低成本的信息获取为目的，工业无线技术开始实现大规模网络化。在工业领域，相对于有线网络，无线传感器网络具有低成本、灵活性、移动性等众多优点，这对那些不适宜连线的场合提供了技术支持和实现的可行性。但是在工业领域，无线传感器网络的应用仍然处于起步阶段，制约无线传感器网络的主要因素包括能耗、实时性和安全性等。
发明内容本实用新型的目的在于:提供无线一体化温度变送器，根据有源差分电压温度变送器的测温原理，结合信号调理电路以及高精度模数转换器件，通过WIA网络从远程上位机下载分度表以软件查表的方式准确采集温度数据，并将数据实时上传，同时利用自身的功耗控制特性以及外围模拟开关电路，使整个仪表有较好的能耗表现，在满足工业测量范围和精度要求的基础上低功·耗、实时调整参数。本实用新型的技术解决方案是:该温度变送器包括四通外壳、K型热电偶、PT100热电阻、WIAPA-M1800无线适配器、主控制器、显示器、3.3V电源和无线天线，在四通外壳的两个较大开口处安装显示器和3.3V电源，在四通外壳内部安装WIAPA-M1800无线适配器和主控制器，在四通外壳两个较小开口处安装K型热电偶、PT100热电阻和无线天线，K型热电偶、PT100热电阻通过信号线联接WIAPA-M1800无线适配器上，WIAPA-M1800无线适配器再由插针连接主控制器，显示器通过插针连接主控制器，整体构成温度变送器。安装时，在工业设备的测温点处安装该温度变送器，在WIA网络覆盖范围内安装WIA网关，通过RS-485总线或以太网与上位机相连；工作时，上位机将对应的校准参数通过HART协议总线接口下载到温度变送器，主控制器将校准参数保存至外存储器中；热电偶、热电阻直接接触测量测温点处的温度，由信号调理电路对电压信号进行放大、阻抗匹配、去噪声处理，再由A/D将模拟电压信号转换为数字信号，主控制器将数字信号与内部FLASH中存储的分度表数据进行查询计算，得到准确的温度值，并将数据实时上传并显示在显示器上。本实用新型具有以下优点:UWIAPA-M1800无线适配器与主控制器均使用MSP430型号单片机，二者之间通过串口进行通讯。2、显示器采用128段位的液晶玻璃材料，主控制器通过HT1621对其进行驱动。3、本实用新型体积小，重量轻，一体化，可视化，实时性强，安装使用方便。4、模数转换芯片采用16位A/D，使K型热电偶和PT100热电阻的非线性校正采集精度在％。级以上。5、主控制器采用高性能超低功耗16位MSP430微处理器，结合信号调理电路、稳压电路、抗干扰电路和开关电路，整个仪表具有较低的功耗和较闻的稳定性。6、将热电偶输出的和热电阻经由电桥产生的毫伏级电压信号变换为A/D器件可采集的标准电压信号，变送器基于智能无线网络WIA技术体系，符合IEEE 802.15.4无线通信标准，主要面向设备间信息的无线通信，特别适合在恶劣的工业现场环境使用，具有很强的抗干扰能力。7、根据工业应用中常见的温度参数，采用K型热电偶，实现大量程、低功耗，该温度变送器可以对_50°C、00°C的温度范围进行测量，测量精度0.25°C，通过更换感温元件，可调整变送器的测量范围。8、涉及 的智能无线网络WIA技术基于短程无线通信IEEE 802.15.4标准，使用符合中国无委会规定的自由频带，解决恶劣环境下遍布的各种大型器械、金属管道等对无线信号的反射、散射造成的多径效应，以及马达、器械运转时产生电磁噪声对无线通信的干扰，提供能够满足应用需求的高可靠、实时无线通信服务。9、通过使用智能无线网络WIA技术，用户以较低的投资和成本实现对全流程的“泛在感知”，获取传统由于成本原因无法在线监测的重要过程参数，并以此为基础实施优化控制，达到提高产品质量和节能降耗的目标。10、本实用新型可以在复杂的工矿下使用，解决布线难的问题，而且信号稳定可
O
图1为本实用新型的结构示意图。图2为主控制器电路原理图。图3为放大器电路原理图。图4为I2C接口及电源电路原理图。图5为热电阻桥式电路原理图。图中:1外壳，2 K型热电偶或PT100热电阻，3WIAPA-M1800无线适配器，4主控制器，5显示器，6 3.3V电源，7天线天线。
具体实施方式
如图1所示，该温度变送器包括四通外壳1、K型热电偶或PT100热电阻2、WIAPA-M1800无线适配器3、主控制器4、显示器5、3.3V电源6和无线天线7，在四通外壳I的两个较大开口处安装显示器5和3.3V电源6，在四通外壳I内部安装WIAPA-M1800无线适配器3和主控制器4，在四通外壳I两个较小开口处安装K型热电偶或PTlOO热电阻2和无线天线7，K型热电偶或PT100热电阻2通过信号线联接WIAPA-M1800无线适配器3上，WIAPA-M1800无线适配器3再由插针连接主控制器4，显示器5通过插针连接主控制器4，整体构成温度变送器。如图2所示，TPS62203是美国德州电气公司的DC-DC转换芯片，实现3.6V至3.3V的电压准换，并通过MCU对外围电路的供电进行开关控制；ADS1110是美国德州电气公司的A/D芯片，采用I2C形式的接口，内置f 8增益的低噪声可编程放大器，对电压信号进行放大处理并采样转化为数字信号；MSP430F149对A/D输出的数字信号进行处理，查表计算出温度，通过内部12位AD采集环境温度进行温度补偿，采集(AVcc-AVss) /2实现电池电量的检测，通过串口与无线模块通信，将采集到的结果上传PC以及其他实时通信，同时将实时温度数据和电池电量指示显示到液晶屏幕上，通过内部定时器对工作模式切换进行能耗控制；热电阻电桥将热电阻受温度影响而发生的电阻变化转化为电压量的变化；LTC20 53是LINEAR公司精密放大器，对热电偶采集的毫伏级信号进行放大、滤波、阻抗匹配；AT24LC64存储温度计算过程中所需的校正参数；HT1621b显示热电偶采集的测温点的温度以及所在当前环境下的温度并指示电池电量；WIA-M8000采集的数据通过串口发送到WIAPA-M1800无线通信模块，再接入WIAPA-GW1498无线网关，在远程PC上对数据进行显示，同时在系统初次使用时由PC将对应于每个探头的分度表经该无线模块传送至MCU，保存在外部存储器中。其中，具体电路连接如下:电源:3.6V锂电池供电，主控制器使用3.6V转3.3V可控开关芯片对模拟部分和数字部分提供所需的电源，电源芯片TPS62203的5脚与电感LI的一端相连，LI的另一端与TPS62203的4脚、旁路电容C3、3.3V输出端相连，旁路电容C2、C3分别为4.7uF、10Uf,LI 为 IOuH ；K型热电偶:热电偶的输出正极XZl的6脚与型滤波电容Cl、滤波电容C3、保护电阻R3相连，Cl另一脚与热电偶输出负极XZl的4脚、滤波电容C2、保护电阻R2相连，滤波电容C2，C3的另一脚接地，Cl、C2、C3均为0.1uF ；热电阻电桥:PT100热电阻采用三线制接法，热电阻的正极XZl的3脚与平衡电阻R6、31型滤波电容Cl、滤波电容C3、保护电阻R3相连，R6的另一端接3.3V电源，热电阻的一路负极XZl的7脚接地，热电阻的另一路负极XZl的5脚与可变电阻RPl的一端相连，RPl的滑动端与另一端相连，再与平衡电阻R5的一端、滤波电容C2、保护电阻R2相连，滤波电容C2、C3的另一脚接地，R5的另一端连至3.3V电源；16位A/D:是美国德州电气公司的ADS1110芯片，采用I2C形式的接口，ADS1110的I脚与RC滤波器R4和C6连接，ADSl110的3脚、4脚与上拉电阻R20、R21、MSP430的P5.3、P5.4脚相连，R20、R21的另一端以及ADSl110的5脚与+3.3V电源连接，ADSl110的2脚和6脚接地，ADS1110电源的旁路电容为C5，R4为1ΚΩ，C6为4.7uF, C5为0.luF，R20、R21为IOkQ ；MCU:选用美国德州电气公司的MSP430F149芯片，晶振选用32.768kHz，程序下载使用标准14针JTAG接口，MCU的54、55、56、57、58脚分别与双排座XZ3的14、12、10、8、4脚相连,MCU 的 P2.0、Ρ2.1、Ρ2.2、Ρ2.3 脚分别与 ΧΖ2 的 4、5、6、3 脚相连，MCU 的 Ρ3.4、Ρ3.5脚与XZl的9、10脚相连，旁路电容08、09为0.1uF ；放大器电路:热电偶的正极与保护电阻R3的一端连接，R3的另一端与放大器LTC2053的同相输入端连接，LTC2053的反相输入端与保护电阻R2的一端连接，LTC2053的I脚和4脚接地，LTC2053的5脚与可变电阻Radjl的滑动端相连，Radjl的另两端接3.3V电源和地，LTC2053的6脚接电阻Rl的一端、可变电阻Radjl的滑动端、反馈电容C4的一端，Rl的另一端接地，Radjl和C4的另一端接LTC2053的7脚和RC滤波器R4的一端，RC滤波器C6的另一端接地，LTC2053的8脚接3.3V电源，旁路电容为C5，R2、R3为IOkQ，C4为 0.1uF, Radj2 调节至 510 Ω，C5 为 0.1uF ；EEPROM存储器:片外存储芯片选用MicroChip公司的24LC64芯片，采用I2C接口，由3.3V电源供电，24LC64的5、6脚通过R20、R21上拉电阻与MCU的P5.3、Ρ5.4 口相连，C6用于旁路滤波，24LC64的I脚接高电平，24LC64的2、3、4脚接地用于指示物理地址。显示器:是SPI总线结构的48脚ΗΤ1621Β驱动液晶屏幕，其中SEG0 SEG23和C0M(TC0M3共24个脚与液晶玻璃连接，DATA脚接上拉电阻R52的一端再与MCU的P2.1 口连接，CS脚接上拉电阻R53的一端再与MCU的P2.0 口连接，WR脚接上拉电阻R54的一端再与MCU的P2.2 口连接，RD脚接上拉电阻R55的一端再与MCU的P2.3 口连接，上拉电阻R52、R53、R54、R55的另一端与VDD连接，VDD与VLCD脚之间连接R51可变电阻，VDD与VSS分别连接主控制器上的3.6V电源和地线，其余脚悬空，R52、R53、R54、R55为IOkQ ；无线通信 :MCU的P3.4、P3.5 口与WIAPA-M1800无线通信模块的串口接口相连。
权利要求1.无线一体化温度变送器，其特征是:该温度变送器包括四通外壳(I)、K型热电偶或PTlOO热电阻(2)、WIAPA-M1800无线适配器(3)、主控制器(4)、显示器(5)、3.3V电源(6)和无线天线(7)，在四通外壳(I)的两个较大开口处安装显示器(5)和3.3V电源(6)，在四通外壳(I)内部安装WIAPA-M1800无线适配器(3)和主控制器(4)，在四通外壳(I)两个较小开口处安装K型热电偶或PT100热电阻(2)和无线天线(7)，K型热电偶或ΡΤ100热电阻(2)通过信号线联接WIAPA-M1800无线适配器(3)上，WIAPA-M1800无线适配器(3)再由插针连接主控制器(4)，显示器(5)通过插针连接主控制器(4)，整体构成温度变送器。
2.根据权利要求1所述的无线一体化温度变送器，其特征是所述温度变送品的具体电路连接如下: 电源:3.6V锂电池供电，主控制器使用3.6V转3.3V可控开关芯片对模拟部分和数字部分提供所需的电源，电源芯片TPS62203的5脚与电感LI的一端相连，LI的另一端与TPS62203的4脚、旁路电容C3、3.3V输出端相连，旁路电容C2、C3分别为4.7uF、10Uf，LI为 IOuH ； K型热电偶:热电偶的输出正极XZl的6脚与型滤波电容Cl、滤波电容C3、保护电阻R3相连，Cl另一脚与热电偶输出负极XZl的4脚、滤波电容C2、保护电阻R2相连，滤波电容C2，C3的另一脚接地，Cl、C2、C3均为0.1uF ； 热电阻电桥=PTlOO热电阻采用三线制接法，热电阻的正极XZl的3脚与平衡电阻R6、π型滤波电容Cl、滤波电容C3、保护电阻R3相连，R6的另一端接3.3V电源，热电阻的一路负极XZl的7脚接地，热电阻的另一路负极XZl的5脚与可变电阻RPl的一端相连，RPl的滑动端与另一端相连，再与平衡电阻R5的一端、滤波电容C2、保护电阻R2相连，滤波电容C2、C3的另一脚接地，R5的另一端连至3.3V电源； 16位A/D:是美国德州电气公司的ADS1110芯片，采用I2C形式的接口，ADS1110的I脚与RC滤波器R4和C6连接，ADSl110的3脚、4脚与上拉电阻R20、R21、MSP430的Ρ5.3、Ρ5.4脚相连，R20、R21的另一端以及ADSl110的5脚与+3.3V电源连接，ADSl110的2脚和6脚接地，ADS1110电源的旁路电容为C5，R4为1ΚΩ，C6为4.7uF, C5为0.luF，R20、R21为IOkQ ； MCU:选用美国德州电气公司的MSP430F149芯片，晶振选用32.768kHz，程序下载使用标准14针JTAG接口，MCU的54、55、56、57、58脚分别与双排座XZ3的14、12、10、8、4脚相连，MCU 的 Ρ2.0、Ρ2.UP2.2、Ρ2.3 脚分别与 ΧΖ2 的 4、5、6、3 脚相连，MCU 的 Ρ3.4、Ρ3.5 脚与XZl的9、10脚相连，旁路电容08、09为0.1uF ； 放大器电路:热电偶的正极与保护电阻R3的一端连接，R3的另一端与放大器LTC2053的同相输入端连接，LTC2053的反相输入端与保护电阻R2的一端连接，LTC2053的I脚和4脚接地，LTC2053的5脚与可变电阻Radjl的滑动端相连，Radjl的另两端接3.3V电源和地，LTC2053的6脚接电阻Rl的一端、可变电阻Radjl的滑动端、反馈电容C4的一端，Rl的另一端接地，Radjl和C4的另一端接LTC2053的7脚和RC滤波器R4的一端，RC滤波器C6的另一端接地，LTC2053的8脚接3.3V电源，旁路电容为C5，R2、R3为IOkQ，C4为0.1uF,Radj2 调节至 510 Ω，C5 为 0.1uF ； EEPROM存储器:片外存储芯片选用Microchip公司的24LC64芯片，采用I2C接口，由3.3V电源供电，24LC64的5、6脚通过R20、R21上拉电阻与MCU的P5.3、P5.4 口相连，C6用于旁路滤波，24LC64的I脚接高电平，24LC64的2、3、4脚接地用于指示物理地址； 显示器:是SPI总线结构的48脚HT1621B驱动液晶屏幕，其中SEG0 SEG23和C0M(TC0M3共24个脚与液晶玻璃连接，DATA脚接上拉电阻R52的一端再与MCU的P2.1 口连接，CS脚接上拉电阻R53的一端再与MCU的P2.0 口连接，WR脚接上拉电阻R54的一端再与MCU的P2.2 口连接，RD脚接上拉电阻R55的一端再与MCU的P2.3 口连接，上拉电阻R52、R53、R54、R55的另一端与VDD连接，VDD与VLCD脚之间连接R51可变电阻，VDD与VSS分别连接主控制器上的3.6V电源和地线，其余脚悬空，R52、R53、R54、R55为IOkQ ； 无线通信:MC U的P3.4、P3.5 口与WIAPA-M1800无线通信模块的串口接口相连。
专利摘要本实用新型公开了无线一体化温度变送器，在四通外壳(1)的两个较大开口处安装显示器(5)和3.3V电源(6)，在四通外壳(1)内部安装WIAPA-M1800无线适配器(3)和主控制器(4)，在四通外壳(1)两个较小开口处安装K型热电偶或PT100热电阻(2)和无线天线(7)，K型热电偶或PT100热电阻(2)通过信号线联接WIAPA-M1800无线适配器(3)上，WIAPA-M1800无线适配器(3)再由插针连接主控制器(4)，显示器(5)通过插针连接主控制器(4)，整体构成温度变送器。本实用新型以软件查表的方式准确采集温度数据，并将数据实时上传，在满足工业测量范围和精度要求的基础上实现低功耗，并能实时调整参数。
文档编号G01K7/04GK203132723SQ20132000431
公开日2013年8月14日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者陈云, 崔善超, 刘剑 申请人:金湖中博物联网科技有限公司