带HART采集功能的隔离式浪涌保护器的制作方法

本实用新型涉及防雷设备领域，特别涉及一种带hart采集功能的隔离式浪涌保护器。

背景技术：

由于野外现场气候条件恶劣、环境复杂，过程控制中的信号传输回路除了会受到电磁脉冲等各种杂波干扰，还可能受到雷电浪涌及其他因素引起的瞬态浪涌冲击，为了降低这些因素对控制系统的影响，往往会在信号线路上安装电涌保护器以防止雷电浪涌冲击、安装隔离器以防止电磁干扰及故障过电压、安装hart采集器以实现信号比对及故障诊断等等。这样可能会在同一信号线路上安装3个分立的电子仪表，不但会占用过多的安装空间，还会导致故障率升高，而且仍然不能满足控制系统全生命周期管理的要求。因此有必要研发一款具有这三大功能的智能仪表来解决工业现场的实际需求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供了一种带hart采集功能的隔离式浪涌保护器。

本实用新型的技术方案如下：

一种带hart采集功能的隔离式浪涌保护器，包括浪涌泄放采集单元、浪涌信号检测单元、浪涌处理单元、过程信号采集单元、hart信号采集单元、中央处理单元、隔离单元、远程通讯单元、电源单元和至少一个过程信号输出单元；

所述浪涌泄放采集单元用于泄放过程信号采集单元输入信号中的雷击电流，并采集雷电流信号送给浪涌信号检测单元；

所述浪涌信号检测单元用于对浪涌泄放采集单元采集的雷电流信号进行分析处理，得到雷击的强度和次数，并将雷击的强度和次数信息送给浪涌处理单元；

所述浪涌处理单元用于将浪涌信号检测单元送来的信息进行处理后送给中央处理单元；

所述过程信号采集单元用于将输入的模拟信号转换为数字信号后送给中央处理单元，以及将hart信号采集单元送来的hart信号返回给现场仪表；

所述hart信号采集单元用于提取过程信号采集单元的输入信号中包含的hart信号并进行解调后送给中央处理单元，以及将中央处理单元送来的信息调制成hart信号并送给过程信号采集单元；

所述中央处理单元用于对浪涌处理单元、过程信号采集单元和hart信号采集单元送来的信号进行分析处理，并将分析结果输出给隔离单元，以及将隔离单元送来的需要给现场仪表的信息进行处理后送给hart信号采集单元；

所述隔离单元包括远程通讯隔离模块以及与过程信号输出单元一一对应的输入输出隔离模块，所述远程通讯隔离模块的一端与所述中央处理单元电连接，另一端与远程通讯单元电连接，每个所述输入输出隔离模块的一端均与所述中央处理单元电连接，另一端与对应的过程信号输出单元电连接；

所述远程通讯单元用于完成信号的格式转换以实现与远端设备管理系统之间的相互通信；

所述过程信号输出单元用于将隔离单元送来的数字输出信号转换为模拟信号输出；

所述电源单元用于给各单元提供供电电压。

进一步的，所述浪涌处理单元包括芯片u2、电容c7和电容c11；所述芯片u2的dvcc管脚和avcc管脚均连接3.3v电压，dvss管脚和avss管脚均连接输入地g_c，所述芯片u2的dvcc管脚还通过电容c7与其dvss管脚相连，所述电容c11与电容c7并联；所述芯片u2的p1.1管脚、p3.0管脚、p3.1管脚、p3.2管脚、p3.3管脚、p4.0管脚和p4.1管脚分别与浪涌信号检测单元电连接，所述芯片u2的p1.2管脚、p1.3管脚、p2.0管脚、p2.1管脚、p2.2管脚和p3.7管脚分别与显示单元电连接；所述芯片u2的p3.4管脚和p3.5管脚分别与中央处理单元电连接。

进一步的，所述过程信号采集单元包括芯片u15、电阻r89、电阻r90、电阻r92、电阻r93、电阻r95、电阻r96、电容c54、电容c57和电容c67；

所述芯片u15的dvdd管脚连接3.3v电压，所述芯片u15的avdd管脚与其dvdd管脚电连接，所述芯片u15的avdd管脚还通过电容c54连接输入地g_c，所述芯片u15的cs管脚和gnd管脚均连接输入地g_c，所述芯片u15的din管脚、rty管脚和sclk管脚分别与中央处理单元电连接，所述芯片u15的ain1+管脚通过电阻r90与电阻r89的第一端相连，所述电阻r89的第一端通过电容c57连接输入地g_c，所述芯片u15的ain1-管脚与其ain2-管脚电连接，所述芯片u15的ain2-管脚通过电阻r95连接输入地g_c，所述芯片u15的ain2-管脚还通过电阻r96连接3.3v电压，所述芯片u15的ain2+管脚与电阻r92的第一端电连接，所述电阻r92的第一端通过电阻r93连接输入地g_c，所述电容c67与电阻r93并联；

所述过程信号采集单元还包括电阻r67、电阻r70、电阻r71、电阻r72、电阻r73、电阻r74、电阻r75、电阻r76、电阻r77、电阻r78、电阻r79、电阻r81、电容c43、电容c46、电容c47、场效应管q12、三极管q13、接线端子a1、接线端子a2、接线端子a3、接线端子a4、接线端子a5和接线端子a6；所述三极管q13的发射极通过电阻r77连接25v电压，所述三极管q13的发射极还通过电阻r78与其基极电连接，所述三极管q13的基极与场效应管q12的源极电连接，所述三极管q13的基极还通过电阻r76与场效应管q12的漏极电连接，所述三极管q13的集电极与场效应管q12的栅极电连接，所述三极管q13的集电极还通过电阻r81连接输入地g_c，所述场效应管q12的漏极通过电容c46连接输入地g_c，所述电容c47与电容c46并联，所述场效应管q12的漏极还与电阻67的第一端电连接，所述电阻67的第一端与电阻r92的第二端电连接，第二端与接线端子a1电连接；所述电阻67的两端还分别与涌泄放采集单元电连接；

所述电阻r89的第二端通过电容c43连接输入地g_c，所述电阻r89的第二端还通过电阻r73与电阻r72的第一端电连接，所述电阻r72的第一端通过电阻r75连接输入地g_c，所述电阻r74与电阻r75并联，所述电阻r72的第二端与电阻r70的第一端电连接，所述电阻r70的第二端与hart信号采集单元电连接，所述电阻r70的第二端通过还与电阻r71的第一端电连接，所述电阻r71的第二端电与接线端子a2电连接，所述电阻71的两端还分别与涌泄放采集单元电连接；所述电阻r79的第一端连接输入地g_c，第二端与接线端子a3电连接，所述电阻r79的两端还分别与涌泄放采集单元电连接；所述接线端子a4、接线端子a5和接线端子a6相互电连接后作为大地接地端子与涌泄放采集单元电连接。

进一步的，所述hart信号采集单元包括芯片u23、芯片u24、电阻r119、电阻r121、电阻r124、电阻r129、电阻r135、电阻r137、电阻r139、电阻r140、电阻r142、电阻r144、电阻r147、电阻r149、电容c93、电容c94、电容c95、电容c96、电容c98、电容c99、电容c100、电容c101、电容c103、电容c105和电容c106；

所述芯片u24的ref_en管脚、xtal_en管脚、clk_cfg1管脚和iovcc管脚均其vcc管脚电连接，所述芯片u24的vcc管脚通过电阻r147连接3.3v电压，所述芯片u24的vcc管脚通过电容c103连接输入地g_c，所述电容c105与电容c103并联，所述芯片u24的duplex管脚、agnd管脚、clk_cfg0管脚、xtal1管脚、dgnd管脚和filter_sel管脚均连接输入地g_c，所述芯片u23的reset管脚通过电容c106连接输入地g_c，所述芯片u24的reset管脚还通过电阻r149连接3.3v电压，所述芯片u24的hart_out管脚通过电容c93连接输入地g_c，所述芯片u24的reg_cap管脚通过电容c94连接输入地g_c，所述芯片u24的rts管脚通过电阻r140与中央处理单元电连接，所述芯片u24的txd管脚通过电阻r142与中央处理单元电连接，所述芯片u24的rxd管脚通过电阻r144与中央处理单元电连接；

所述芯片u24的ref管脚通过电容c98连接输入地g_c，所述芯片u24的ref管脚还通过电阻r135与其adc_ip管脚电连接，所述芯片u24的adc_ip管脚通过电阻r139连接输入地g_c，所述芯片u24的adc_ip管脚还通过电容c100与电阻r137的第一端电连接，所述电阻r137的第一端通过电容c101连接输入地g_c，所述电阻r137的第二端通过电容c99与电阻r124的第一端电连接，所述电阻r124的第一端通过电容95与过程信号采集单元电连接；

所述电阻r124的第二端通过电容c96与芯片u23的no管脚电连接，所述芯片u23的no管脚通过电阻r121连接3.3v电压，所述芯片u23的no管脚还通过电阻r129连接输入地g_c，所述芯片u23的com管脚与芯片u24的hart_out管脚电连接，所述芯片u23的gnd管脚连接输入地g_c，所述芯片u23的v+管脚连接3.3v电压，所述芯片u23的in管脚通过电阻r119与中央处理单元电连接。

进一步的，所述中央处理单元包括芯片u25、拨码开关s2、晶振y1、电阻r141、电阻r143、电容c102、电容c107、电容c112、电容c113、电容c114和电容c115；

所述芯片u25的vdda管脚、vdd1管脚、vdd2管脚、vdd3管脚均连接3.3v电压，所述芯片u25的vdd1管脚还通过电容c112连接输入地g_c，所述电容c113和电容c114均与电容c112并联，所述芯片u25的vdda管脚连接3.3v电压，所述芯片u25的vssa管脚、vss1管脚、vss2管脚、vss3管脚均连接输入地g_c，所述芯片u25的nrst管脚通过电阻r143连接3.3v电压，所述芯片u25的nrst管脚还通过电容c102连接输入地g_c；所述芯片u25的osc_in管脚通过电容c107连接输入地g_c，所述芯片u25的osc_in管脚还通过晶振y1与其osc_out管脚电连接，所述芯片u25的osc_out管脚通过电容c115连接输入地g_c；

所述芯片u25的pa5管脚、pa6管脚、pa7管脚均与过程信号采集单元电连接，所述芯片u25的pa9和pa10管脚与浪涌处理单元电连接，所述芯片u25的pa10管脚还通过电阻r141连接3.3v电压，所述芯片u25的pb10管脚、pb11管脚、pb12管脚和pb14管脚分别与hart信号采集单元电连接，所述芯片u25的pa2管脚、pa3管脚和pb12管脚分别与远程通讯隔离模块电连接，所述芯片u25的pb8管脚与每个输入输出隔离模块均电连接；所述拨码开关s2的第一端至第六端均连接输入地g_c，第七端至第十二端分别与芯片u25的pb5管脚、pb6管脚、pb7管脚、pb9管脚、osc32in管脚和osc32out管脚电连接，所述拨码开关s2的第七端至第十二端还分别通过一个上拉电阻连接3.3v电压。

进一步的，所述远程通讯隔离模块包括芯片u5、电阻r43、电阻r44、电阻r46、电阻r47、电阻r49、电阻r50、电容c17和电容c18；

所述芯片u5的vdd1管脚连接3.3v电压，所述芯片u5的vdd1管脚还通过电容c17连接输入地g_c，所述芯片u5的vdd2管脚连接5v电压，所述芯片u5的vdd2管脚还通过电容c18连接通讯地g_d，所述芯片u5的en1管脚连接输入地g_c，所述芯片u5的en2管脚连接通讯地g_d，所述芯片u5的vib管脚通过电阻r43与中央处理单元电连接,所述芯片u5的vic管脚通过电阻r46与中央处理单元电连接,所述芯片u5的vod管脚通过电阻r49与中央处理单元电连接,所述芯片u5的gnd1管脚连接输入地g_c，所述芯片u5的gnd2管脚连接通讯地g_d，所述芯片u5的vob管脚通过电阻r44与远程通讯单元电连接,所述芯片u5的voc管脚通过电阻r47与远程通讯单元电连接,所述芯片u5的vid管脚通过电阻r50与远程通讯单元电连接。

进一步的，所述输入输出隔离模块包括芯片u13、电阻r82、电阻r88、电容c49和电容c51；所述芯片u13的vdd1管脚连接3.3v电压，所述芯片u13的vdd1管脚还通过电容c49连接输入地g_c，所述芯片u13的vdd2管脚连接3v电压，所述芯片u13的vdd2管脚还通过电容c51连接输出地go1，所述芯片u13的en1管脚连接输入地g_c，所述芯片u13的en2管脚连接输出地go1，所述芯片u13的via管脚通过电阻r82与中央处理单元电连接,所述芯片u13的gnd1管脚连接输入地g_c，所述芯片u13的gnd2管脚连接输出地go1，所述芯片u13的voa管脚通过电阻r88与对应的过程信号输出单元电连接。

进一步的，所述远程通讯单元包括芯片u4、电阻r41、电阻r48、电容c16、电容c21和双向瞬变抑制二极管d21；

所述芯片u4的re管脚与其de管脚电连接，所述芯片u4的de管脚、ro管脚和di管脚分别与远程通讯隔离模块电连接，所述芯片u4的vcc管脚连接5v电压，所述芯片u4的vcc管脚还通过电阻r41与其a管脚电连接，所述电容c16与电阻r41并联，所述芯片u4的a管脚还通过双向瞬变抑制二极管d21与其b管脚电连接，所述芯片u4的b管脚还通过电容c21连接通讯地g_d，所述电阻r48与电容c21并联，所述芯片u4的gnd管脚连接通讯地g_d，所述芯片u4的a管脚和b管脚用于输出rs485信号，所述芯片u4的a管脚和b管脚还分别与过程信号输出单元电连接。

进一步的，所述过程信号输出单元包括芯片u21、电阻r101、电阻r102、电阻r103、电阻r105、电阻r107、电阻r108、电阻r109、电阻r110、电阻r111、电阻r112、电阻r113、电阻r114、三端可调电阻ws1、三端可调电阻wz1、电容c71、电容c81、电容c88、场效应管q14、运放ic1a和运放ic1b；

所述芯片u21的v+管脚与其no管脚电连接，所述芯片u21的v+管脚还与2.5v电压电连接，所述芯片u21的v+管脚还通过电容c71连接输出地go1，所述芯片u21的in管脚与对应的所述输入输出隔离模块电连接，所述芯片u21的gnd管脚和nc管脚均连接输出地go1，所述芯片u21的com管脚通过rc滤波电路与运放ic1a的正相输入端电连接，所述运放ic1a的反相输入端与其输出端电连接，所述运放ic1a的输出端与电阻r101的第一端电连接，所述电阻r101的第二端通过电阻r107与三端可调电阻wz1的可变端电连接，所述三端可调电阻wz1的第一端通过电阻r109连接输出地go1，第二端通过电阻r110连接2.5v电压，所述电阻r101的第二端还通过电容c81连接输出地go1，所述电阻r101的第二端还通过电阻r102与运放ic1b的正相输入端电连接，所述运放ic1b的反相输入端通过电容c88与其输出端电连接，所述运放ic1b的反相输入端还通过电阻r105与电阻r111的第一端电连接，所述电阻r111的第二端连接2.5v电压，第一端通过电阻r112与三端可调电阻ws1的可变端电连接，所述三端可调电阻ws1第一端通过电阻r114连接输出地go1，第二端通过电阻r108与电阻r113的第一端电连接，所述电阻r113的第一端与场效应管q14的源极电连接，第二端连接输出地go1，所述运放ic1b的输出端通过电阻r103与场效应管q14的栅极电连接；

所述过程信号输出单元还包括电阻r94、电容c66、电容c74、电感l5、电感l6、发光二极管d34、双向瞬变抑制二极管d32、开关k8、开关k9、接线端子a7和接线端子a8；

所述接线端子a7通过电容c66与接线端子a8电连接，所述双向瞬变抑制二极管d32与电容c66并联，所述接线端子a7还通过开关k8与远程通讯单元电连接，所述接线端子a7还通过电感l5连接14v电压，所述接线端子a8通过开关k9与远程通讯单元电连接，所述接线端子a8还通过电感l6与电容c74的正端电连接，所述电容c74的正端与场效应管q14的漏极电连接，负端连接输出地go1；所述发光二极管d34的正端通过电阻r94连接14v电压，负端连接输出地go1。

进一步的，所述浪涌处理单元电连接有显示单元，所述中央处理单元对浪涌处理单元、过程信号采集单元和hart信号采集单元送来的信号进行分析处理后，还将分析结果返回给浪涌处理单元，所述浪涌处理单元将中央处理单元送来的信息送给显示单元；所述显示单元用于显示浪涌处理单元送来的信息。

有益效果：本实用新型中，将防雷、过程信号隔离抗扰及hart信号采集处理功能集成到一台浪涌保护器上，不仅能够泄放雷击电流、防止电磁干扰及防止过电压，还能将现场智能仪表信息及自身的信息同时上传到设备管理系统，获得全生命周期管理的定量数据，同时，通过对电路结构的优化，将防雷、隔离抗扰及hart采集功能集成到一台仪器上，减少了安装所需的空间，结构紧凑，功能齐全，使用效果好。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为浪涌处理单元的电路图；

图3、图4为过程信号采集单元的电路图；

图5为hart信号采集单元的电路图；

图6、图7为中央处理单元的电路图；

图8为远程通讯隔离模块的电路图；

图9为输入输出隔离模块的电路图；

图10为远程通讯单元的电路图；

图11为过程信号输出单元的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，包括浪涌泄放采集单元1、浪涌信号检测单元2、浪涌处理单元3、过程信号采集单元4、hart信号采集单元5、中央处理单元6、隔离单元7、远程通讯单元8、显示单元10、电源单元和至少一个过程信号输出单元9，本实施例以两个过程信号输出单元9为例进行说明。

所述浪涌泄放采集单元1用于泄放过程信号采集单元4输入信号中的雷击电流，并采集雷电流信号送给浪涌信号检测单元2；

所述浪涌信号检测单元2用于对浪涌泄放采集单元1采集的雷电流信号进行分析处理，得到雷击的强度和次数，并将雷击的强度和次数信息送给浪涌处理单元3；

所述浪涌处理单元3用于将浪涌信号检测单元2送来的信息进行处理后送给中央处理单元6；所述浪涌处理单元3还接收中央处理单元6送来的信息，以及将中央处理单元6送来的雷击强度和次数信息、浪涌泄放采集单元1是否需要更换的信息以及仪表的过程量信息送给显示单元10；

所述过程信号采集单元4用于将输入的模拟信号转换为数字信号后送给中央处理单元6，以及将hart信号采集单元5送来的hart信号返回给现场仪表；

所述hart信号采集单元5用于提取过程信号采集单元4的输入信号中包含的hart信号并进行解调后送给中央处理单元6，以及将中央处理单元6送来的信息调制成hart信号并送给过程信号采集单元4；

所述中央处理单元6用于对浪涌处理单元3、过程信号采集单元4和hart信号采集单元5送来的信号进行分析处理，并将分析结果分别输出给隔离单元7和浪涌处理单元3，以及将隔离单元7送来的需要给现场仪表的信息进行处理后送给hart信号采集单元5。

所述隔离单元7包括远程通讯隔离模块71和两个输入输出隔离模块72，所述远程通讯隔离模块71的一端与所述中央处理单元6电连接，另一端与远程通讯单元8电连接，两个所述输入输出隔离模块72的一端均与所述中央处理单元6电连接，另一端分别对应与一个过程信号输出单元9电连接；

所述远程通讯单元8用于将隔离单元7送来的串行信号转换为rs485信号上传至设备管理系统，以及将设备管理系统送来的rs485信号转换为串行信号传送给隔离单元7；

所述过程信号输出单元9用于将隔离单元7送来的数字输出信号转换为模拟信号输出；

所述显示单元10用于显示浪涌处理单元3送来的信息；

所述电源单元用于给各单元提供供电电压。

其中，浪涌泄放采集单元1包括一级放电电路和二级放电电路，其电路分别采用专利号cn201810598073.3公开的具有失效预判功能的浪涌保护电路中的一级放电电路以及二级放电电路的电路，且浪涌泄放采集单元1通过接口p1与过程信号采集单元4的接口p9电连接，浪涌信号检测单元2包括取样计数电路和漏电检测电路，其电路分别采用专利号cn201810598073.3公开的具有失效预判功能的浪涌保护电路中的取样计数电路和漏电检测电路的电路。

如图2所示，所述浪涌处理单元3包括芯片u2、电容c7和电容c11，芯片u2的型号为msp430f2272ida；所述芯片u2的dvcc管脚和avcc管脚均连接3.3v电压，dvss管脚和avss管脚均连接输入地g_c，所述芯片u2的dvcc管脚还通过电容c7与其dvss管脚相连，所述电容c11与电容c7并联；所述芯片u2的p1.1管脚与浪涌信号检测单元2的漏电检测电路电连接，所述芯片u2的p3.0管脚、p3.1管脚、p3.2管脚、p3.3管脚、p4.0管脚和p4.1管脚分别连接浪涌信号检测单元2中取样计数电路的输出信号q1、q2、q3、q4、q5和q6，所述芯片u2的p1.2管脚、p1.3管脚、p2.0管脚、p2.1管脚、p2.2管脚和p3.7管脚分别与显示单元10电连接；所述芯片u2的p3.4管脚和p3.5管脚分别与中央处理单元6电连接。

如图3、图4所示，所述过程信号采集单元4包括芯片u15、电阻r89、电阻r90、电阻r92、电阻r93、电阻r95、电阻r96、电容c54、电容c57和电容c67，芯片u15的型号为ad7992；

所述芯片u15的dvdd管脚连接3.3v电压，所述芯片u15的avdd管脚与其dvdd管脚电连接，所述芯片u15的avdd管脚还通过电容c54连接输入地g_c，所述芯片u15的cs管脚和gnd管脚均连接输入地g_c，所述芯片u15的din管脚、rty管脚和sclk管脚分别与中央处理单元6电连接，所述芯片u15的ain1+管脚通过电阻r90与电阻r89的第一端相连，所述电阻r89的第一端通过电容c57连接输入地g_c，所述芯片u15的ain1-管脚与其ain2-管脚电连接，所述芯片u15的ain2-管脚通过电阻r95连接输入地g_c，所述芯片u15的ain2-管脚还通过电阻r96连接3.3v电压，所述芯片u15的ain2+管脚与电阻r92的第一端电连接，所述电阻r92的第一端通过电阻r93连接输入地g_c，所述电容c67与电阻r93并联。

所述过程信号采集单元4还包括电阻r67、电阻r70、电阻r71、电阻r72、电阻r73、电阻r74、电阻r75、电阻r76、电阻r77、电阻r78、电阻r79、电阻r81、电容c43、电容c46、电容c47、场效应管q12、三极管q13、接线端子a1、接线端子a2、接线端子a3、接线端子a4、接线端子a5和接线端子a6；所述三极管q13的发射极通过电阻r77连接25v电压，所述三极管q13的发射极还通过电阻r78与其基极电连接，所述三极管q13的基极与场效应管q12的源极电连接，所述三极管q13的基极还通过电阻r76与场效应管q12的漏极电连接，所述三极管q13的集电极与场效应管q12的栅极电连接，所述三极管q13的集电极还通过电阻r81连接输入地g_c，所述场效应管q12的漏极通过电容c46连接输入地g_c，所述电容c47与电容c46并联，所述场效应管q12的漏极还与电阻67的第一端电连接，所述电阻67的第一端与电阻r92的第二端电连接，第二端与接线端子a1电连接；所述电阻67的两端还分别与涌泄放采集单元1电连接；

所述电阻r89的第二端通过电容c43连接输入地g_c，所述电阻r89的第二端还通过电阻r73与电阻r72的第一端电连接，所述电阻r72的第一端通过电阻r75连接输入地g_c，所述电阻r74与电阻r75并联，所述电阻r72的第二端与电阻r70的第一端电连接，所述电阻r70的第二端与涌泄放采集单元1电连接，所述电阻r70的第二端还与hart信号采集单元5电连接，所述电阻r70的第二端通过还与电阻r71的第一端电连接，所述电阻r71的第二端电与接线端子a2电连接，所述电阻71的两端还分别与涌泄放采集单元1电连接；所述电阻r79的第一端连接输入地g_c，第二端与接线端子a3电连接，所述电阻r79的两端还分别与涌泄放采集单元1电连接；所述接线端子a4、接线端子a5和接线端子a6相互电连接后作为大地接地端子与涌泄放采集单元1电连接。

如图5所示，所述hart信号采集单元5包括芯片u23、芯片u24、电阻r119、电阻r121、电阻r124、电阻r129、电阻r135、电阻r137、电阻r139、电阻r140、电阻r142、电阻r144、电阻r147、电阻r149、电容c93、电容c94、电容c95、电容c96、电容c98、电容c99、电容c100、电容c101、电容c103、电容c105和电容c106，芯片u23的型号为ts5a3159，芯片u24的型号为ad5700-1。

所述芯片u24的ref_en管脚、xtal_en管脚、clk_cfg1管脚和iovcc管脚均其vcc管脚电连接，所述芯片u24的vcc管脚通过电阻r147连接3.3v电压，所述芯片u24的vcc管脚通过电容c103连接输入地g_c，所述电容c105与电容c103并联，所述芯片u24的duplex管脚、agnd管脚、clk_cfg0管脚、xtal1管脚、dgnd管脚和filter_sel管脚均连接输入地g_c，所述芯片u23的reset管脚通过电容c106连接输入地g_c，所述芯片u24的reset管脚还通过电阻r149连接3.3v电压，所述芯片u24的hart_out管脚通过电容c93连接输入地g_c，所述芯片u24的reg_cap管脚通过电容c94连接输入地g_c，所述芯片u24的rts管脚通过电阻r140与中央处理单元6电连接，所述芯片u24的txd管脚通过电阻r142与中央处理单元6电连接，所述芯片u24的rxd管脚通过电阻r144与中央处理单元6电连接。

所述芯片u24的ref管脚通过电容c98连接输入地g_c，所述芯片u24的ref管脚还通过电阻r135与其adc_ip管脚电连接，所述芯片u24的adc_ip管脚通过电阻r139连接输入地g_c，所述芯片u24的adc_ip管脚还通过电容c100与电阻r137的第一端电连接，所述电阻r137的第一端通过电容c101连接输入地g_c，所述电阻r137的第二端通过电容c99与电阻r124的第一端电连接，所述电阻r124的第一端通过电容95与电阻r70的第二端电连接。

所述电阻r124的第二端通过电容c96与芯片u23的no管脚电连接，所述芯片u23的no管脚通过电阻r121连接3.3v电压，所述芯片u23的no管脚还通过电阻r129连接输入地g_c，所述芯片u23的com管脚与芯片u24的hart_out管脚电连接，所述芯片u23的gnd管脚连接输入地g_c，所述芯片u23的v+管脚连接3.3v电压，所述芯片u23的in管脚通过电阻r119与中央处理单元6电连接。

如图6、图7所示，所述中央处理单元6包括芯片u25、拨码开关s2、晶振y1、电阻r141、电阻r143、电容c102、电容c107、电容c112、电容c113、电容c114和电容c115，芯片u25的型号为stm32f103c8t6。

所述芯片u25的vdda管脚、vdd1管脚、vdd2管脚、vdd3管脚均连接3.3v电压，所述芯片u25的vdd1管脚还通过电容c112连接输入地g_c，所述电容c113和电容c114均与电容c112并联，所述芯片u25的vdda管脚连接3.3v电压，所述芯片u25的vssa管脚、vss1管脚、vss2管脚、vss3管脚均连接输入地g_c，所述芯片u25的nrst管脚通过电阻r143连接3.3v电压，所述芯片u25的nrst管脚还通过电容c102连接输入地g_c；所述芯片u25的osc_in管脚通过电容c107连接输入地g_c，所述芯片u25的osc_in管脚还通过晶振y1与其osc_out管脚电连接，所述芯片u25的osc_out管脚通过电容c115连接输入地g_c。

所述芯片u25的pa5管脚与芯片u15的din管脚电连接，所述芯片u25的pa6管脚与芯片u15的rty管脚电连接，所述芯片u25的pa7管脚与芯片u15的sclk管脚电连接，所述芯片u25的pa9管脚与芯片u2的p3.4管脚电连接，所述芯片u25的pa10管脚与芯片u2的p3.5管脚电连接，所述芯片u25的pa10管脚还通过电阻r141连接3.3v电压，所述芯片u25的pb12管脚与电阻r140电连接，所述芯片u25的pb10管脚与电阻r142电连接，所述芯片u25的pb11管脚与电阻r144电连接，所述芯片u25的pb14管脚与电阻r119电连接，所述芯片u25的pa2管脚、pa3管脚和pb12管脚分别与远程通讯隔离模块71电连接，所述芯片u25的pb8管脚与每个输入输出隔离模块72均电连接；所述拨码开关s2的第一端至第六端均连接输入地g_c，第七端至第十二端分别与芯片u25的pb5管脚、pb6管脚、pb7管脚、pb9管脚、osc32in管脚和osc32out管脚电连接，所述拨码开关s2的第七端至第十二端还分别通过一个上拉电阻连接3.3v电压，上拉电阻的阻值优选为10k。

如图8所示，所述远程通讯隔离模块71包括芯片u5、电阻r43、电阻r44、电阻r46、电阻r47、电阻r49、电阻r50、电容c17和电容c18，芯片u5的型号为adum1441arqz；所述芯片u5的vdd1管脚连接3.3v电压，所述芯片u5的vdd1管脚还通过电容c17连接输入地g_c，所述芯片u5的vdd2管脚连接5v电压，所述芯片u5的vdd2管脚还通过电容c18连接通讯地g_d，所述芯片u5的en1管脚连接输入地g_c，所述芯片u5的en2管脚连接通讯地g_d，所述芯片u5的vib管脚通过电阻r43与芯片u25的pb12管脚电连接,所述芯片u5的vic管脚通过电阻r46与芯片u25的pa2管脚电连接,所述芯片u5的vod管脚通过电阻r49与芯片u25的pa3管脚电连接,所述芯片u5的gnd1管脚连接输入地g_c，所述芯片u5的gnd2管脚连接通讯地g_d，所述芯片u5的vob管脚通过电阻r44与远程通讯单元8电连接,所述芯片u5的voc管脚通过电阻r47与远程通讯单元8电连接,所述芯片u5的vid管脚通过电阻r50与远程通讯单元8电连接。

如图9所示，所述输入输出隔离模块72包括芯片u13、电阻r82、电阻r88、电容c49和电容c51，芯片u13的型号为adum1441arqz；所述芯片u13的vdd1管脚连接3.3v电压，所述芯片u13的vdd1管脚还通过电容c49连接输入地g_c，所述芯片u13的vdd2管脚连接3v电压，所述芯片u13的vdd2管脚还通过电容c51连接输出地go1，所述芯片u13的en1管脚连接输入地g_c，所述芯片u13的en2管脚连接输出地go1，所述芯片u13的via管脚通过电阻r82与芯片u25的pb8管脚电连接,所述芯片u13的gnd1管脚连接输入地g_c，所述芯片u13的gnd2管脚连接输出地go1，所述芯片u13的voa管脚通过电阻r88与对应的过程信号输出单元9电连接。

如图10所示，所述远程通讯单元8包括芯片u4、电阻r41、电阻r48、电容c16、电容c21和双向瞬变抑制二极管d21，芯片u4的型号为sp485；所述芯片u4的ro管脚与电阻r50电连接，所述芯片u4的re管脚与其de管脚电连接，所述芯片u4的de管脚与电阻r44电连接，所述芯片u4的di管脚与电阻r47电连接，所述芯片u4的vcc管脚连接5v电压，所述芯片u4的vcc管脚还通过电阻r41与其a管脚电连接，所述电容c16与电阻r41并联，所述芯片u4的a管脚还通过双向瞬变抑制二极管d21与其b管脚电连接，所述芯片u4的b管脚还通过电容c21连接通讯地g_d，所述电阻r48与电容c21并联，所述芯片u4的gnd管脚连接通讯地g_d，所述芯片u4的a管脚和b管脚用于输出rs485信号。

如图11所示，所述过程信号输出单元9包括芯片u21、电阻r101、电阻r102、电阻r103、电阻r105、电阻r107、电阻r108、电阻r109、电阻r110、电阻r111、电阻r112、电阻r113、电阻r114、三端可调电阻ws1、三端可调电阻wz1、电容c71、电容c81、电容c88、场效应管q14、运放ic1a和运放ic1b，芯片u21的型号为ts5a3159，运放ic1a和运放ic1b为集成在一个lm258芯片上的两个运放；

所述芯片u21的v+管脚与其no管脚电连接，所述芯片u21的v+管脚还与2.5v电压电连接，所述芯片u21的v+管脚还通过电容c71连接输出地go1，所述芯片u21的in管脚与对应输入输出隔离模块72中的电阻r88电连接，所述芯片u21的gnd管脚和nc管脚均连接输出地go1，所述芯片u21的com管脚通过rc滤波电路91与运放ic1a的正相输入端电连接，所述运放ic1a的反相输入端与其输出端电连接，所述运放ic1a的输出端与电阻r101的第一端电连接，所述电阻r101的第二端通过电阻r107与三端可调电阻wz1的可变端电连接，所述三端可调电阻wz1的第一端通过电阻r109连接输出地go1，第二端通过电阻r110连接2.5v电压，所述电阻r101的第二端还通过电容c81连接输出地go1，所述电阻r101的第二端还通过电阻r102与运放ic1b的正相输入端电连接，所述运放ic1b的反相输入端通过电容c88与其输出端电连接，所述运放ic1b的反相输入端还通过电阻r105与电阻r111的第一端电连接，所述电阻r111的第二端连接2.5v电压，第一端通过电阻r112与三端可调电阻ws1的可变端电连接，所述三端可调电阻ws1第一端通过电阻r114连接输出地go1，第二端通过电阻r108与电阻r113的第一端电连接，所述电阻r113的第一端与场效应管q14的源极电连接，第二端连接输出地go1，所述运放ic1b的输出端通过电阻r103与场效应管q14的栅极电连接。

所述过程信号输出单元9还包括电阻r94、电容c66、电容c74、电感l5、电感l6、发光二极管d34、双向瞬变抑制二极管d32、开关k8、开关k9、接线端子a7和接线端子a8；所述接线端子a7通过电容c66与接线端子a8电连接，所述双向瞬变抑制二极管d32与电容c66并联，所述接线端子a7还通过开关k8与芯片u4的a端电连接，所述接线端子a7还通过电感l5连接14v电压，所述接线端子a8通过开关k9与芯片u4的b端电连接，所述接线端子a8还通过电感l6与电容c74的正端电连接，所述电容c74的正端与场效应管q14的漏极电连接，负端连接输出地go1；所述发光二极管d34的正端通过电阻r94连接14v电压，负端连接输出地go1。

所述电源单元输出互相隔离的两路3.3v电压送给两个输入输出隔离模块72，且两个输入输出隔离模块72的输出地g01之间也相互隔离，从而使两个输入输出隔离模块72相互隔离；所述电源单元还分别输出互相隔离的两路14v电压和两路2.5v电压送给两个过程信号输出单元9，且两个程信号输出单元9的输出地g01之间也相互隔离，从而使两个过程信号输出单元9相互隔离。

本实施例的工作原理如下：

如图1至图11所示，使用前,将带hart采集功能的隔离式浪涌保护器安装在监控机房,电源单元连接24v供电电源；接线端子a1、a2、a3有两种连接方式，既可以使用接线端子a1和a2通过连接线与安装在现场的压力变送器等需要配电的两线制仪表电连接，也可以使用接线端子a2和a3通过连接线与安装在现场的电磁流量计等不需要配电的四线制仪表电连接；接线端子a4、a5和a6均连接大地；一个过程信号输出单元9的接线端子与控制中心电连接，另一个过程信号输出单元9的接线端子可用于连接控制中心，也可用于连接便携终端，方便在外场使用；拨码开关s2用于手动设置通讯地址，输入地g_c、输出地go1和通讯地g_d之间相互隔离。

使用时，电源单元输出相互隔离的25v电压、14v电压、5v电压、3.3v电压、3v电压和2.5v电压给各单元供电。其中，25v电压经r77、r78、r76及t3后从接线端子a1、a2输出，给两线制仪表供电。

当连接线遭到雷击时，连接线上产生的雷电浪涌电压通过接线端子a1、a2和a3进入后，由4r7/2w的功率协调电阻r67、r71和r79对雷电浪涌电压进行阻挡，使雷电浪涌电压进入浪涌泄放采集单元1进行泄放。同时，浪涌泄放采集单元1还输出雷击感应电流送给浪涌信号检测单元2，浪涌信号检测单元2对雷击感应电流进行分析处理，得到雷击的强度、次数以及浪涌泄放采集单元1是否需要更换的信息送给浪涌处理单元3，浪涌处理单元3将以上信息转化为串行信号送给芯片u25的pa9、pa10管脚，处理器芯片u25对该串行信号和仪表的送来信息进行综合处理后，从pa9、pa10管脚返回给浪涌处理单元3，浪涌处理单元3将芯片u25送来的信息送给显示单元10，从而在显示单元10上显示雷击强度和次数信息、浪涌泄放采集单元1是否需要更换的信息以及仪表的过程量信息，方便执勤人员查看。

从仪表输入的信号经过电阻r70、r71、r72后，由精密取样电阻r74和r75取样后送入到adc采样芯片u15的5脚对进行模数转换，u15的7脚对配电电压进行ad采集，然后u15将转换的结果和采集结果通过1脚、15脚及16脚送给处理芯片u25；u25对过程量信息进行处理后从pb8管脚输出pwm信号分两路送给两个芯片u13，经隔离后再送给模拟开关芯片u21，然后经rc滤波电路91和运放ic1a构成的电压跟随器缓冲后，再由运放ic1b转化为模拟电流信号后经q14的漏极输出，最后经接线端子a7和a8输出给控制中心或便携终端，方便查看仪表的过程量信息。

芯片u24默认处于解调状态，芯片u23默认处于hart信号的输出线路断开状态，当仪表的输入信号中含有hart信号时，hart信号依次经过r71、c95、c99、r137、c100输入到芯片u24的adc_ip管脚，芯片u24接收到hart信号后进行解调，并将解调后的信息送到芯片u25进行处理，芯片u25的pb12管脚还输出rts控制信号，经芯片u5隔离后，送到芯片u4的2脚和3脚，控制芯片u4进行收发转换；芯片u25将处理后的雷击的强度和次数、浪涌泄放采集单元1是否需要更换以及仪表输入的过程量信息和hart信号包含的信息等转化为串行信号从管脚pa2、pa3输出，经芯片u5隔离后，送到芯片u4的1脚和4脚，经芯片u4转化为rs-485格式的信号后从芯片u4的a、b管脚输出。正常情况下，接口p10通过远传线路与远端设备管理系统连接，开关k8和k9处于断开状态，rs-485信号通过接口p10输出至远端设备管理系统；需要时，也可以去掉电感l5、l6，并使开关k8和k9闭合，rs-485信号即可通过接线端子a7和a8输出至远端设备管理系统。另外，设备管理系统发出的仪表控制信息依次经远程通讯单元8和远程通讯隔离模块71送到芯片u25进行处理；芯片u25处理后送到u24的txd管脚，同时，芯片u25通过pb1管脚输出rts1信号控制u24处于调制状态，并通过pb14管脚控制u23处于hart信号的输出线导通状态，u24调制后产生的hart信号经u24的hart_out管脚和u23发送出去，经对应的接线端子送给仪表。

本实用新型未描述部分与现有技术一致，在此不做赘述。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型的专利保护范围之内。