专利名称：带gprs功能的传感器用网络数字仪表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字网络化用的二次数字仪表，特别是一种集多功能于 一体的带GPRS(通用分组无线业务General Packet Radio Service的英文简称) 功能的传感器用网络数字仪表。它主要适用于油田、化工、电力、供暖、 供水等行业的在线测量、计量及控制，实现网络管理，也可用于其它类 似的行业之中。
技术背景目前，油田、化工、电力、供暖、供水等行业生产作业的测量、计量 及控制，是保障生产作业正常进行、保证产品质量的重要因素。在很多环境 下，人工测量无法进行，也不能保证准确。传感器用数字二次仪表是完成这 个任务的必需的保障。传感器用数字二次仪表的测量实现方法是，将二线制 的传感器信号引入到二次仪表中，二次仪表提供传感器用的电源，当传感器 测量的信号有变化时，在二线制上的电流就有变化，变化范围是4 20mA。 二 次仪表将这个电流的模拟量变化，转换成数字信号进行显示或传输。这些生 产参数的测量及控制， 一般都要用数字二次仪表来进行测量，并且要通过组 网的方式，进行异地的集散控制。其主要方式有一是采用长距离电缆的有线组网方法，将生产现场的传感器信号通过现 场二次仪表用二线制的方式，经过长距离的电缆引入控制室；或通过长距离 电缆接到控制室的二次仪表，进入控制中心；或经过长距离电缆直接进入控 制中心。这种方法不仅需要有架空或地沟的施工，费时费力，而且这个方案 的实施、施工、维护等都需要很大的人力、财力和物力的投入。如公告号为CN 1140778C的"高精度智能化数字地温仪"，公开了一种高精度的温度传感器 和智能化的二次仪表。它由探头和二次仪表组成，中间通过长距离电缆连接， 实现有线组网，因没有异地传输功能，故无法形成网络。二是使用无线频道进行组网，这个方法也必须有当地无线电管理委员会 特别批准的频道，同时，有串道影响。成本高、维修量大、维护困难，并且 数据的准确及无线电网络的畅通都受了很多客观因素的影响，不能达到比较 理想的效果。如公告号为CN 1226598C的"电子计数网络智能型煤气表"，通 过DCPL总线方式实现数据传输。DCPL网络即是直流电力线载波通讯网络。 它需要有单独铺设，各项费用消耗较大。不能有效地利用现有的公共资源。公 开号为CN 1477540A的"基于移动通讯的远程仪表读取系统和方法"，主要用 于城市的公共事业上，使用移动通讯网络发送用户的计量信息。但是系统的 组成结构比较复杂，成本也比较高，最主要的是抗干扰性能较差，不能适应 大型的工业生产现场的复杂工作环境。公开号为CN 18117110A的"一种基于 单片机的网络化仪器仪表系统无线升级及相应装置"，使用了 GPRS对装置中 的目标单片机进行升级，没有描述和体现出对工业现场的物理量数据进行检 测、处理等功能。同样，最主要的还是无法满足大型工业生产现场复杂的工 作环境所要求的抗干扰性能要求。在其他专利申请中，虽然有使用网络等技术，但还不是使用GPRS移动 网络公共资源。 发明内容本发明的目的是提供一种带GPRS功能的传感器用网络数字仪表，它结 构设计简单、合理，有效地解决了现有技术中存在的测量不稳定、抗干扰性
能差、传输容易受干扰等缺陷，其操作容易、调节方便，不仅为工业现场生 产参数的在线自动测量和传输提供可靠的保障，而且能降低测量成本，明显 提高测量的准确性、及时性，显著提高工作效率和减少操作人员的劳动强度， 更利于有毒有害作业的监控。本发明的目的是这样实现的该仪表包括信号控制处理电路和GPRS通 信功能模块及其电源电路，其技术要点是所述信号控制处理电路由U1控制处理芯片分别经U2总线驱动芯片和U4与非门芯片连接U3测量芯片构成， 电路中的测量芯片U3与工业现场的任何一种具有4-20mA标准信号的传感器 P连接，测量芯片U3的选通，通过总线驱动芯片U2与控制处理芯片Ul连 接，数据传送直接与控制处理芯片Ul连接，控制处理芯片Ul与GPRS通讯 功能模块Ull连接，利用GPRS通讯功能模块Ull在移动通讯网络上发送和 接收数据，接收到的数据由仪表的控制处理芯片U1进行处理，并执行相关的 网络控制命令。由于本发明信号控制处理电路中的测量芯片U3与工业现场的任何一种具 有4-20mA标准信号的传感器P连接，测量芯片U3的选通，通过总线驱动芯 片U2与控制处理芯片Ul连接，数据传送直接与控制处理芯片Ul连接，控 制处理芯片Ul与GPRS通讯功能模块Ull连接，利用GPRS通讯功能模块 Ull在移动通讯网络上发送和接收数据，接收到的数据由仪表的控制处理芯 Ul进行处理，并执行相关的网络命令，采用了GPRS传输方法，实现通讯功 能和数字仪表一体化，所以可以充分利用现有的公共资源，能够有效地解决 现有技术中存在的测量不稳定、传输容易受干扰、测量系统成本高、维修工 作量大等缺陷。GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传 输，也适用于偶尔的大数据量传输。这一特点正适合大多数移动互联的应用。 因此，该GPRS传输方法相对原来的GSM的拨号方式的电路交换数据传送方 式，GPRS的分组交换技术，具有"实时在线"、"按量计费"、"快捷登录"、"高 速传输"、"自如切换"的优点。因其可以实现数字仪表的GPRS网络化，不仅 可以在任何地方完成对现场参数的测量和检测,为实现在线自动测量和传输 提供可靠的保障，而且能降低测量成本，故明显提高测量的准确性，显著提 高工作效率和减少操作人员的劳动强度，更利于有毒有害作业的监控。
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明的一种电气原理图。图中序号说明Ul控制处理芯片、U2总线驱动芯片、U3测量芯片、U4 与非门芯片、U11GPRS通讯模块、P传感器。
具体实施方式
根据图1详细说明本发明的组成和工作过程。该仪表包括信号控制处理 电路和GPRS通信功能模块及其电源电路(电源电路采用常用技术和接法， 这里不再赘述)。其中，信号控制处理电路由Ul控制处理芯片分别经U2总 线驱动芯片和U4与非门芯片连接U3测量芯片构成。本实施例中，Ul采用 单片机芯片中的一种89C51, U3采用模数转换芯片中的一种AD574, U2采 用总线驱动芯片中的一种74LS373， U4采用与非门中的一种74LS02， Ull采 用GPRS通讯功能模块中的任意一种。工业生产现场的任何一种具有4-20mA标准信号的传感器P信号，通过测 量芯片U3的输入引脚13，输入到测量芯片U3中(通过调节R1、 R2的值， 经过测量芯片U3引脚8、 10、 12，来改变测量芯片U3的测量参考电压)，转 化成数字信号，控制处理芯片U1的输出引脚30、 31、 32、 33、 34、 35、 36、37、 38、 39，对应输出到驱动芯片U2的输入引脚11、 1、 18、 17、 14、 13、 8、 7、 4、 3上，驱动芯片U2的输出引脚2、 5、 19，连接到测量芯片U3的 输入引脚5、 4、 3上，控制处理芯片U1以此来决定控制选通测量芯片U3的 时机。同时控制处理芯片U1的引脚31—39，与测量芯片U3的数据输出引脚 2、 20—27相连接，控制处理芯片Ul的引脚36、 37、 38、 39，与测量芯片 U3的数据输出引脚19、 18、 17、 16相连接。控制处理芯片U1，通过自身的 引脚10、 11与GPRS通讯功能模块Ull上的RS232接口连接。总线驱动芯片 U2的引脚1、控制处理芯片Ul的引脚31、 20都接地。控制处理芯片Ul的 引脚1与测量芯片U3的引脚28相连接。控制处理芯片Ul的引脚16、 17， 连接到与非门芯片U4的引脚2、 3上。非门芯片U4的引脚1，与测量芯片 U3的引脚6连接。测量芯片U3的引脚7接+15V，测量芯片U3的引脚11接 -15V,测量芯片U3的引脚15、 19短接，并分别接地。工作时，测量芯片U3实时对工业生产现场的任何一种具有4-20mA标准 信号的传感器P，进行测量和转换。控制芯片U1，通过总线驱动芯片U2，来 选通测量芯片U3，当测量芯片U3被控制处理芯片Ul选通后，Ul可以将U3 实时测量转换的工业现场的测量数据读取到控制处理芯片U1中，经过运算、 处理后，按照预先设定的要求，控制处理芯片U1，利用GPRS通讯功能模块 Ull在移动通讯网络上发送数据到要求的目的地，这个目的地可以是电脑系 统、生产控制中心，也可以发送到指定的用户手机上。控制中心的指令通过互联网络、移动网络发送到仪表中，由仪表的控制 处理芯片Ul进行处理，并执行有关的网络命令等。这样本仪表就可以具有"实时在线"、"按量计费"、"快捷登录"、"高速传 输"的优点。联络畅通、节省资金、维护方便。
实时在线，仪表随时可以与网络保持联系。当仪表互联网或移动通讯网 络时，就在无线信道上发送和接受数据，就算没有数据传送，仪表还一直与 网络保持联接，不但可以由仪表一侧发起数据传输，还可以从控制中心、电 脑系统以及指定手机一侧随时启动发送数据，不像普通拨号上网那样断线后 还得重新拨号才能通讯联络。按量计费，仪表可以一直在线，按照仪表接收和发送数据包的数量来收 取费用，没有数据流量的传递时，仪表即使挂在网上，也是不收费的。快捷登录，仪表一开机，就始终附着在GPRS网络上，每次使用时只需 一个激活的过程， 一般只需1 3秒的时间马上就能登录至互联网，而固定拨 号方式接入互联网需要拨号、验证用户名密码、登录服务器等过程，至少需 要8 10秒甚至更长的时间。高速传送，GPRS采用分组交换的技术，数据传输速率最高理论值能达 171.2kb/s，但实际速度受到编码的限制和手机终端的限制，可能会有所不同。
权利要求
1、一种带GPRS功能的传感器用网络数字仪表，包括信号控制处理电路和GPRS通信功能模块及其电源电路，其特征在于所述信号控制处理电路由U1控制处理芯片分别经U2总线驱动芯片和U4与非门芯片连接U3测量芯片构成，电路中的测量芯片U3与工业现场的任何一种传感器P的4-20mA的标准信号连接，测量芯片U3的选通，通过总线驱动芯片U2与控制处理芯片U1连接，数据传送直接与控制处理芯片U1连接，控制处理芯片U1与GPRS通讯功能模块U11连接，利用GPRS通讯功能模块U11在移动通讯网络上发送和接收数据，接收到的数据由控制处理芯U1进行处理，并执行相关的网络命令。
全文摘要
一种带GPRS功能的传感器用网络数字仪表，包括信号控制处理电路和GPRS通信功能模块及其电源电路，其技术要点是所述信号控制处理电路中的测量芯片U3与工业现场的任何一种传感器P的4-20mA的标准信号连接，数据传送直接与控制处理芯片U1连接，控制处理芯片U1与GPRS通讯功能模块U11连接，利用GPRS通讯功能模块U11在移动通讯网络上发送和接收数据。它结构设计合理、简单、抗干扰性强，操作容易、调节方便，不仅对实现复杂工业生产现场生产参数的在线自动测量和传输提供可靠的保障，而且能降低测量成本，明显提高测量的准确性、及时性，显著提高工作效率和减少劳动强度，更利于有毒有害作业的监控。
文档编号G08C19/00GK101162550SQ20071015835
公开日2008年4月16日 申请日期2007年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者孙家全, 张明明, 李艳丽, 宇 白, 岩 马 申请人:沈阳仪表科学研究院