基于hart协议的通用变送装置的制造方法
【专利说明】基于HART协议的通用变送装置
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种基于HART协议的通用变送装置。
【背景技术】
[0003]变送器是工业过程控制中最重要的现场仪表，可用于压力、差压、温度、液位、流量等多种参数的测量。它通过传感器对过程变量进行检测，经过转换后成为4~20mA标准电流信号，或直接通过数字通讯方式与控制室交换信息。随着工业过程控制系统自动化水平的不断提高，工艺流程的大型化、复杂化及计算机控制的应用，对变进器的性能、功能、智能化程度、通讯规程、测量精度、量程比、长期稳定性、各种影响量指标等都提出了新的更高要求。变送器的优劣，直接关系到整个控制系统的稳定性与安全性。作为从4~20mA向全数字现场总线过渡时期的标准，可寻址远程传感器高速通道(HART，Highway AddressableRemote Transducer)协议最大的优点是在兼容传统电流环通信的同时还可以利用同一电缆进行双向数字通信，实现诸如修改量程、维护、诊断等功能，帮助改善生产质量，提高系统运行效率。
[0004]图1是传统的基于HART协议的变送器的结构示意图，所述变送器包括模数转换器
11、微控制器12、数模转换器13以及HART通信模块14。其中，所述模数转换器11适于将传感器采集的第一模拟信号转换为第一数字信号，所述微控制器12适于对所述第一数字信号进行运算处理以获得第二数字信号，所述数模转换器13适于将所述第二数字信号转换为第二模拟信号，即转换为4~20mA电流，所述HART通信模块14适于对所述第二模拟信号进行处理后传送至远程监控中心。
[0005]传统基于HART协议的变送器功能比较单一，只有温度、压力、位移、电磁流量等物理量的单一测量，传感器输出微弱的电压或电流信号。由于这些传感器的负载阻抗、激励方式、输入信号灵敏度以及补偿方式均不相同，所以以往的变送器均要求设计不同的配套电路与相应的传感器配合，给生产制造部门和采购部门带来很多不便，也使供货周期延长。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的是现有的基于HART协议的变送器功能单一的问题。
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种基于HART协议的通用变送装置，包括微控制器、数模转换器以及HART通信模块，还包括开关单元、模数转换装置以及转换电阻；所述开关单元适于在所述微控制器的控制下选择激励电流或者激励电压输出至传感器；所述转换电阻适于将传感器输出的电流采样信号转换为对应的电压信号；所述模数转换装置适于在所述微控制器的控制下对所述电流采样信号对应的电压信号、传感器输出的电压采样信号或者传感器输出的差分采样信号进行模数转换处理，以输出数字信号至所述微控制器。
[0008]可选的，所述模数转换装置为双通道模数转换器。
[0009]可选的，所述模数转换装置包括两个单通道模数转换器。
[0010]可选的，所述开关单元为数字开关集成电路。
[0011]可选的，所述基于HART协议的通用变送装置还包括第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路以及第四驱动电路；所述模数转换装置通过所述第一驱动电路接收所述差分采样信号中的同相信号，所述模数转换装置通过所述第二驱动电路接收所述差分采样信号中的反相信号，所述模数转换装置通过所述第三驱动电路接收所述电压采样信号，所述模数转换装置通过所述第四驱动电路接收所述电流采样信号对应的电压信号。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
本发明提供的基于HART协议的通用变送装置，基于目前工业上的实际需求，提供具有多个测量通道的模数转换装置，并通过开关单元为不同供电方式的传感器提供激励电流或者激励电压，不仅保留了传统仪表的4mA~20mA的模拟信号的输出，并且通过HART协议实现双向数字通信，可与任何符合HART协议的手持终端或控制系统互连，能与市场上通用的传感器和复合型多参数传感器相配套。
【附图说明】
[0013]图1是传统的基于HART协议的变送器的结构示意图；
图2是本发明一种实施例的基于HART协议的通用变送装置的结构示意图；
图3是本发明另一种实施例的基于HART协议的通用变送装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0015]图2是本发明一种实施例的基于HART协议的通用变送装置的结构示意图，所述基于HART协议的通用变送装置包括开关单元21、模数转换装置22、转换电阻Rs、微控制器23、数模转换器24以及HART通信模块25。
[0016]具体地，所述开关单元21适于在所述微控制器23的控制下选择激励电流或者激励电压输出至传感器。传感器有多种类型，有的不需要提供外部激励即能工作，有的则需要在外部激励下才能工作。对于需要激励的传感器，有的为电压激励，有的则为电流激励。为了满足不同传感器的激励要求，所述开关单元21选择不同的激励输出至对应的传感器。进一步，所述开关单元21包括输入端、输出端以及控制端。所述开关单元21的输入端适于连接恒流激励和恒压激励，所述开关单元21的控制端连接所述微控制器23，所述开关单元21的输出端适于连接传感器。在本实施例中，所述开关单元21为数字开关集成电路，可以为ADG733集成电路。通过所述微控制器23控制数字开关集成电路，间接地打开或是关闭输入通道，消除外部信号对模数转换的干扰，另一方面也方便了多通道的测量。
[0017]对于不同类型的传感器，有的输出电流采样信号，有的输出电压采样信号，有的则输出差分采样信号。为了匹配不同类型的传感器，所述模数转换装置22包括四路采样通道:其中两路采样通道用于采样传感器输出的差分采样信号V+和V-，另两路采样通道分别用于采样传感器输出的电压采样信号Vs和传感器输出的电流采样信号Is。所述转换电阻Rs适于将传感器输出的电流采样信号Is转换为对应的电压信号，即所述转换电阻Rs的一端连接所述模数转换装置22的采样通道并适于接收传感器输出的电流采样信号Is，所述转换电阻Rs的另一端接地。所述模数转换装置22与所述微控制器23连接，适于在所述微控制器23的控制下对所述电流采样信号Is对应的电压信号、传感器输出的电压采样信号Vs或者传感器输出的差分采样信号V+和V-进行模数转换处理，以输出数字信号至所述微控制器23。需要说明的是，所述模数转换装置22可以为双通道模数转换器，也可以包括两个单通道模数转换器，本发明实施例对此不作限定。所述微控制器23、所述数模转换器24以及所述HART通信模块25的结构和功能与现有技术中类似，在此不再赘述。
[0018]为了提高测量精度，图3是本发明另一种实施例的基于HART协议的通用变送装置的结构示意图。在本实施例中，通过在模数转换装置22的每一路采样通道前面增加驱动电路组成模拟滤波及放大网络，对传感器输出的采样信号进行放大滤波处理后再进行模数转换。与图2对应的实施例相比，本实施例的基于HART协议的通用变送装置还包括第一驱动电路31、第二驱动电路32、第三驱动电路33以及第四驱动电路34。
[0019]具体地，所述模数转换装置22通过所述第一驱动电路31接收差分采样信号中的同相信号V+，所述模数转换装置22通过所述第二驱动电路32接收差分采样信号中的反相信号V-，所述模数转换装置22通过所述第三驱动电路33接收电压采样信号Vs，所述模数转换装置22通过所述第四驱动电路34接收电流采样信号Vs对应的电压信号。所述第一驱动电路31、所述第二驱动电路32、所述第三驱动电路33以及所述第四驱动电路34为包括放大器的模拟滤波及放大网络，本领域技术人员知晓驱动电路的具体电路结构，在此不再赘述。
[0020]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于HART协议的通用变送装置，包括微控制器、数模转换器以及HART通信模块，其特征在于，还包括开关单元、模数转换装置以及转换电阻； 所述开关单元适于在所述微控制器的控制下选择激励电流或者激励电压输出至传感器; 所述转换电阻适于将传感器输出的电流采样信号转换为对应的电压信号； 所述模数转换装置适于在所述微控制器的控制下对所述电流采样信号对应的电压信号、传感器输出的电压采样信号或者传感器输出的差分采样信号进行模数转换处理，以输出数字信号至所述微控制器。2.根据权利要求1所述的基于HART协议的通用变送装置，其特征在于，所述模数转换装置为双通道模数转换器。3.根据权利要求1所述的基于HART协议的通用变送装置，其特征在于，所述模数转换装置包括两个单通道模数转换器。4.根据权利要求1所述的基于HART协议的通用变送装置，其特征在于，所述开关单元为数字开关集成电路。5.根据权利要求1所述的基于HART协议的通用变送装置，其特征在于，还包括第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路以及第四驱动电路； 所述模数转换装置通过所述第一驱动电路接收所述差分采样信号中的同相信号，所述模数转换装置通过所述第二驱动电路接收所述差分采样信号中的反相信号，所述模数转换装置通过所述第三驱动电路接收所述电压采样信号，所述模数转换装置通过所述第四驱动电路接收所述电流采样信号对应的电压信号。
【专利摘要】一种基于HART协议的通用变送装置，包括微控制器、数模转换器、HART通信模块、开关单元、模数转换装置以及转换电阻。所述开关单元适于在所述微控制器的控制下选择激励电流或者激励电压输出至传感器；所述转换电阻适于将传感器输出的电流采样信号转换为对应的电压信号；所述模数转换装置适于在所述微控制器的控制下对所述电流采样信号对应的电压信号、传感器输出的电压采样信号或者传感器输出的差分采样信号进行模数转换处理，以输出数字信号至所述微控制器。本发明提供的基于HART协议的通用变送装置，能与市场上通用的传感器和复合型多参数传感器相配套。
【IPC分类】G01D5/12
【公开号】CN105115524
【申请号】CN201510588352
【发明人】李强, 彭恩文, 张建清
【申请人】成都众山科技有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月16日