变送器及其监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种变送器，以及使用这种变送器的监测系统。
【背景技术】
[0002]随着物联网技术的普及和产业化，传感器使用量极大地增加。通常传感器的模拟信号都需要通过变送器匹配传送才能进行进一步处理，因此，对变送器的需求量和功能要求也就越来越多。
[0003]图1是示意性说明现有技术中传感器和变送器的典型拓扑的示意图，其中所包含的各组件的连接关系如图1中所示。如图1中所示，虚线框所表示的现有技术中变送器Tl、T2、…Tn需要根据不同种类的传感器S1、S2、…Sn分别提供相应的不同的不通用的放大器A1、A2、…An进行信号放大，分别通过相应的独立的模拟/数字(A/D)转换器C1、C2、…Cn进行模拟/数字转换，分别通过单独的数字化接口电路I1、12、…In进行数字信号处理。如果打算用单线传输输出信号，则还需要通过诸如可编程逻辑控制器(PLC)之类的η转I路接口电路M进行复用。
[0004]在现有技术中，由于传感器种类繁多，指标各异，一般一种传感器只能使用特定的变送器，即一个传感器配一个变送器，变送器不能共享也不能通用，这会造成如下问题:
[0005]1、监测系统构建成本高。在监测系统中，变送器成本通常会远超过传感器。随着传感器数量的增加，这一成本成倍数增长。
[0006]2、变送器生产成本高。不同信号的传感器甚至同种信号的单个传感器的变送器必须专用。这样，一方面增加了使用者的成本，也同时增加了生产者的成本。需要生产的变送器的种类太多，每种传感器的数量就不可能做的很大。这样，为了分摊成本，单个变送器的售价就难以降低，并难以进行大规模生产。
[0007]3、浪费电力且系统寿命短。变送器处理路数低，不能复用，而且，即使在不需要数据的时间，各变送器也必须处于工作状态，这样不仅浪费电力，还导致系统寿命短。通常一个监测系统配有多个多种传感器，在慢速采集数据的条件下，例如在采集间隔十几分钟、甚至一两个小时或一天的常态系统中，这种电力浪费和系统寿命短的现象尤其严重。
【发明内容】
[0008]本申请是考虑到至少一部分上述问题而做出的。
[0009]本申请的一个目的是提供一种变送器，包括:多选一复用开关，配置为通过多个输入端分别接收多个通道的多个传感器信号，从所述多个传感器信号中选择一个传感器信号，并通过一个输出端输出所选择的传感器信号；第一变增益放大器，配置为接收所选择的传感器信号，以第一增益范围内的增益放大所选择的传感器信号，并输出被放大的传感器信号；控制参数输入端，配置为接收来自所述变送器外部的输入控制参数；以及运算和开关选择器，配置为根据所述输入控制参数进行运算，来控制所述多选一复用开关选择所述一个传感器信号，以及控制所述第一变增益放大器的所述增益。
[0010]本申请的另一个目的是提供一种监测系统，包括:多个传感器，配置为产生多个通道的多个传感器信号；变送器，配置为包括:多选一复用开关，配置为通过多个输入端分别接收多个通道的多个传感器信号，从所述多个传感器信号中选择一个传感器信号，并通过一个输出端输出所选择的传感器信号第一变增益放大器，配置为接收所选择的传感器信号，以第一增益范围内的增益放大所选择的传感器信号，并输出被放大的传感器信号；控制参数输入端，配置为接收来自所述变送器外部的输入控制参数；以及运算和开关选择器，配置为根据所述输入控制参数进行运算，来控制所述多选一复用开关选择所述一个传感器信号，以及控制所述第一变增益放大器的所述增益；模拟/数字转换器，配置为接收所述变送器输出的被放大的传感器信号，并将所述被放大的传感器信号转换为数字传感器信号；接口电路，配置为接收所述数字传感器信号，并将所述数字传感器信号编码和封装成为数字输出；以及中央控制单元，配置为向所述变送器发送所述输入控制参数，接收所述数字输出，并将所述数字输出解封装和解码，以再现和显示所述多个传感器信号。
[0011]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统可以根据各种传感器的信号特点设定各路接入信号种类、所需增益，并且能够完成多路复用、以及休眠唤醒。
[0012]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统可以输入多种类型的传感器输入信号，并可动态地任意选择通道。每路信号可以有独立的配置，即，是否使用初级放大器、如何确定初级放大倍数、二级放大倍数。
[0013]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统使用单片机或处理器等硬件和内嵌软件控制传感器信号的放大和调制。根据程序和配置文件来改变输入信号的两级放大倍数，并可实现动态改变。
[0014]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统使用内嵌软件控制多路开关的切换，实现多个信号公用两级放大器轮询功能。
[0015]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统使用内嵌软件实现休眠功能，在非采集期进行系统休眠并能在预定采集时间唤醒并进行采集。
[0016]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统采用数模混合电路，集成有运算和开关选择器，可以高度集成为小尺寸单板甚至芯片而无特殊供电要求。
[0017]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统可对传感器信号进行预放大，可对变送器各端口和规则进行配置和编程，可接受外部同步信号切换通道并且输出当前通道号供外部处理，可在不需要高速连续采集的情况下取代大多数变送器，并且同时取代多个类型的传感器变送器而只需更新内嵌软件即可。
[0018]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统具有数字控制量输出可进行扩展，支持更多扩展特性，例如，对于需要特定温度补偿的某些特定传感器，可增加多路独立的温度补偿模块由运算和开关选择器控制；再如，可接外部电路实现变送器级联控制，极大增加可用性。另外，例如可用PLC连接运算和开关选择器进行控制。
[0019]采用本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统，单个变送器可支持多达十几路甚至上百路的传感器信号，并可设计成级联和可扩展，能够极大地降低采购和使用成本。
[0020]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统可以在80%以上的非实时高速采集的场合应用，可以把单路变送器的成本从几千元降低到几百元，几十元甚至更低，极大地降低成本，促进传感器大规模应用。
[0021]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统可以把部署和现场安装费用降低50%甚至更多。
[0022]采用本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统，生产模块化标准化效率提高近一倍以上。
[0023]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统能够降低能耗，以单路传感器变送器的要求采集频率I小时为例，总计N路；使用传统电路，变送器需要时刻供电，假设单路A/D转换器和接口电路总功耗为100个单位，使用本申请的智能变送器后，单个A/D和接口电路总功率可以下降到接近100/N，使用路数越多，节能越明显。
[0024]本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统不需要硬件开关，寿命长，电路简单，可靠性高，适合批量生产。
[0025]采用本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统，由于使用内嵌软件控制，拥有极大的灵活性和扩展性，工作模式多种多样，每一路都可以拥有独立的配置和特性供运算和开关选择器判断和使用，从而成为真正的通用和高度集中的复用变送器。例如对于水质远程监测系统，通常情况需要多种传感器和变送器，多路A/D和接口电路，如针对酸碱度PH值、溶解氧、温度、压力、浑浊度等等，通常有10路以上的传感器和变送器，而使用本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统，进行软件设定之后，可以使多个多种传感器共用单路变送器、单路A/D转换和接口电路。
[0026]采用本申请的智能变送器和使用这种智能变送器的监测系统，针对变送器可进行编程，使用运算和开关选择器通过软件控制初级或次级放大器的放大倍数进行信号智能匹配转换传输