专利名称：具备gprs传输功能的hart总线采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业总线和无线数据传输，尤其是一种用于工业现场总线和远程无线数据传输的装置。
背景技术：
目前，在HART现场总线的现有技术中，只有关于现场手操器以及与高速以太网连接的技术，尚没有现场总线与无线远程传输结合的技及设备；在有关GPRS的专利中也没有与HART现场总线相关的专利技术与设备装置。
发明内容
本实用新型就是要结合GPRS无线远程数据传输技术和HART现场总线技术，提供一种具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，它符合HART现场总线国际标准，HART现场总线采集的数据可以通过GPRS模块直接发送到数据中心，数据中心也可以发送控制指令给现场的HART总线设备。
本实用新型是这样实现的一种具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，由主控CPU、HART接口、GPRS模块、天线、电源稳压和调整电路、看门狗、FLASH存储器、RAM存储器、配置端口和I/O接口组成，至少有一个HART接口与主控CPU相连进行HART总线调制信号和主控CPU之间的信号转换；GPRS模块通过串行接口与主控CPU相连，并通过与之相连接的天线将信号传送至GPRS网络的基站；看门狗、FLASH存储器、RAM存储器和I/O接口与主控CPU相连进行双向信息交换；电源稳压和调整电路分别给主控CPU、HART接口、GPRS模块、FLASH存储器、RAM存储器供电。
HART接口为符合HART现场总线标准的接口；HART接口与主控CPU的接口为串行或者并行接口；每个HART接口可以与16个现场仪表连接。
HART接口通过变压器或光电隔离，整形和滤波电路，电平转换电路后，进行HART信号的调制和解调，再与CPU进行连接。
GPRS无线传输接口可以实现HART总线与GPRS网络之间的双向数据通信。
主控CPU可以为8位、16位或者32位微处理器；主控CPU具有TCP/IP协议，或者GPRS模块具有TCP/IP协议。
电源稳压和调整电路符合工业现场要求，可以适应宽电压输入(8～36伏)。
看门狗、RAM、FLASH和EEROM可以集成在主控CPU内部实现，也可以利用外接相应的芯片实现。
配置端口为RS23、RS485或者USB等串行接口，可以连接到使用计算机对装置的参数进行配置和修改。
本实用新型可以在工业现场采用HART总线标准进行网络化和标准化的数据采集，直接将采集的数据发送至数据中心；而现有技术采集方案需要利用HART接口与计算机连接进行数据采集，然后再通过计算机将采集数据发送至数据中心。本实用新型特别适合在分布式多点采集和无人值守场合下的工业现场的数据采集，具有成本低(不需要配备现场计算机)、符合工业现场要求、可以快速部署等优势。
图1是本实用新型系统示意图；图2是HART总线与主控CPU连接框图；图3是本实用新型具体实施示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，一种具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，是由主CPU、HART接口、GPRS模块、天线、电源稳压和调整电路、看门狗、FLASH存储器、RAM存储器、配置端口和I/O接口组成；其中电源稳压和调整电路将输入的直流电压进行调整和稳压分别提供装置的各个部分进行供电，根据系统所选器件的要求，电源稳压电路可以提供多重电压的输出；主控CPU的程序存储在FLASH存储器内、数据和缓冲区放置在RAM存储器内、装置的参数存储在EEROM内(掉电不丢失)；装置的一个或多个HART接口通过串行或者并行接口与主控CPU相连；GPRS模块通过串行接口与主控CPU相连，并通过与之相连接的天线将信号发送至GPRS网络的基站；GPRS无线传输接口，可以实现HART总线与GPRS网络之间的双向数据通信；GPRS模块通过串行接口与主控CPU连接，实现GPRS网络与装置之间的双向数据传输；主控CPU可以通过配置端口对GPRS模块的工作参数进行设定，如控制中心的IP地址和端口号等，参数保存在装置的EEROM中。
HART接口提供HART总线调制信号和主控CPU之间的信号转换工作。HART接口为符合HART现场总线标准的接口；HART接口与主控CPU的接口为串行或者并行接口；每个HART接口可以与16个现场仪表连接。
主控CPU可以为8位、16位或者32位微处理器；主控CPU具有TCP/IP协议，或者GPRS模块具有TCP/IP协议。
电源稳压和调整电路可以适应宽电压输入(8～36伏)，符合工业现场要求。
看门狗、RAM、FLASH和EEROM可以集成在主控CPU内部实现，也可以利用外接相应的芯片实现。
I/O端口可以为数字信号或者模拟信号的输入输出，它可以提供工业现场的非HART仪表的信号采集和输出控制。
配置端口为RS23、RS485或者USB等串行接口，可以连接到使用计算机对装置的参数进行配置和修改。
如图2所示，HART接口在保证HART信号的双向传输的同时，通过变压器或者光电隔离将工业现场的信号与装置的内部电路隔离(隔离电压大于1500V)，保证系统的安全可靠；经过整形和滤波电路将去除干扰信号，保证信号传输的准确可靠，然后通过电平转换电路后，进行HART信号的调制和解调，再与CPU进行连接。
实施例1主控CPU采用ATMEL MEGA128RISC CPU，其中内置了128K FLASH，4K RAM和4K EEPROM，采用内置看门狗。HART接口采用模块化结构，有四个HART接口，每个HART接口采用一个独立的CPU，ATMEL MEGA 8进行控制，它通过SPI接口与主控CPU进行通信。HART接口采用SMAR公司的HART调制芯片HT2012芯片，实现HART信号的调制。采用变压器隔离方式实现HART总线和装置内部电路的隔离。GPRS模块采用西门子公司的MC35i，它与MEGA128的一个串口连接，此模块不包含TCP/IP协议，主控CPU包含TCP/IP协议栈。配置端口采用RS232接口，采用MAXIM的MAX202芯片与MEGA128的另外一个串口连接；电源稳压和调整电路采用采用美国国家半导体公司的高效率的DC-DC电路LM2596，实现宽电压输入和大电流输出。
实施例2本实施例用来说明具体应用。如图3所示，在控制中心设置一台数据采集和控制服务器，它通过DDN专网(或者ADSL等)与INTERNET连接，并且INTERNET可以访问(提供地址或者域名)；系统配置了三个具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，每个装置配置了四个HART接口，每个HART接口最多可以连接16个HART现场总线设备和仪表；这三个具备GPRS传输功能的HART总线采集装置可以在GPRS网络能够覆盖的地方进行部署，可以分布在全国甚至全世界；采集和控制服务器的配置如下采用联想公司电脑，P42.8G、256M RAM、60G硬盘、17寸液晶显示器。
具备GPRS传输功能的HART总线采集装置在上电初始化时，程序自动拨号上GPRS网络，并通过INTERNET与采集和控制服务器连接；当具备GPRS传输功能的HART总线采集装置与采集和服务器连接成功后，就建立了采集服务器和采集装置之间的双向数据连接，采集服务器可以向装置发送控制和采集命令，可以灵活指定采集某个采集装置中的然后一个HART接口中的HART设备或仪表的信息，HART设备或仪表的返回的信息经由采集装置发送到GPRS网络，通过INTERNET传送至采集和控制服务器，服务器可以将采集的数据进行图形化的信息显示并可以保存至数据库。
权利要求1.一种具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，由主控CPU、HART接口、GPRS模块、天线、电源稳压和调整电路、看门狗、FLASH存储器、RAM存储器、配置端口、和I/O接口组成，其特征在于，至少有一个HART接口与主控CPU相连进行HART总线调制信号和主控CPU之间的信号转换；GPRS模块通过串行接口与主控CPU相连，并通过与之相连接的天线将信号传送至GPRS网络的基站；配置端口可以连接至计算机进行参数的修改和配置；看门狗、FLASH存储器、RAM存储器和I/O接口与主控CPU相连进行双向信息交换；电源稳压和调整电路分别给主控CPU、HART接口、GPRS模块、FLASH存储器、RAM存储器供电。
2.根据权利要求1所述的具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，其特征在于，所述HART接口为符合HART现场总线标准的接口；所述HART接口与主控CPU的接口为串行或者并行接口；每个HART接口可以与16个现场仪表连接。
3.根据权利要求1所述的具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，其特征在于，所述HART接口通过变压器或光电隔离，整形和滤波电路，电平转换电路后，进行HART信号的调制和解调，再与CPU进行连接。
4.根据权利要求1所述的具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，其特征在于，所述GPRS无线传输接口可以实现HART总线与GPRS网络之间的双向数据通信。
5.根据权利要求1所述的具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，其特征在于，所述主控CPU可以为8位、16位或者32位微处理器；并且具有TCP/IP协议，或者GPRS模块具有TCP/IP协议。
6.根据权利要求1所述的具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，其特征在于，所述电源稳压和调整电路符合工业现场要求，可以适应宽电压8～36伏输入。
7.根据权利要求1所述的具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，其特征在于，所述看门狗、RAM、FLASH和EEROM可以集成在主控CPU内部实现，也可以利用外接相应的芯片实现。
8.根据权利要求1所述的具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，其特征在于，所述配置端口为RS23、RS485或者USB等串行接口，可以连接到使用计算机对装置的参数进行配置和修改。
专利摘要本实用新型公开了一种具备GPRS传输功能的HART总线采集装置，由主控CPU、HART接口、GPRS模块、天线、电源稳压和调整电路、看门狗、FLASH存储器、RAM存储器、配置端口和I/O接口组成。至少有一个HART接口与主控CPU相连进行HART总线调制信号和主控CPU之间的信号转换；GPRS模块通过串行接口与主控CPU相连，并通过与之相连接的天线将信号传送至GPRS网络的基站；看门狗、FLASH存储器、RAM存储器和I/O接口与主控CPU相连进行双向信息交换。它符合HART现场总线国际标准，HART采集的数据经GPRS模块直接发送到数据中心，数据中心也可以发送控制指令给现场的HART总线设备。
文档编号H04B7/00GK2833671SQ20052004464
公开日2006年11月1日 申请日期2005年8月30日 优先权日2005年8月30日
发明者陈琛, 杜正杰, 沈学军 申请人:上海师范大学