一種無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，屬于環(huán)境物理量測量及數(shù)據(jù)通訊技術(shù)領(lǐng)域，該變送器包括：n個模擬信號測量用傳感器、n個多參數(shù)模擬通道、m個數(shù)字信號測量用傳感器、m個多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、外部晶振器、按鍵、帶有電池的外部實時時鐘、無線模塊、SD/TF卡讀寫模塊、電源控制電路、RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及中心處理器；上述各器件除所有測量用傳感器及中心處理器本身外，其余均分別與中心處理器連接。本實用新型具有安裝方式靈活、通訊速率高、可靠性高、電能消耗低、無線數(shù)據(jù)傳輸、既能傳輸實時數(shù)據(jù)又能記錄歷史數(shù)據(jù)、因能同時測量多種環(huán)境參數(shù)進而有效控制成本等優(yōu)點。
【專利說明】
一種無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于環(huán)境物理量測量及數(shù)據(jù)通訊技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及具有無線傳輸功能及數(shù)據(jù)實時記錄功能的現(xiàn)場多參數(shù)測量變送器的設(shè)計?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]變送器已經(jīng)在生活的方方面面都有使用，各種領(lǐng)域都有變送器的實際應(yīng)用，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。變送器，傳感器，執(zhí)行器使用更加普遍。傳感器是最核心的感知器件，傳感器經(jīng)過數(shù)據(jù)標(biāo)定和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿恼暇托纬闪俗兯推?，而感知?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和感知后的數(shù)據(jù)輸出形式則為變送器所要完成的核心功能。通過變送器，傳感器被封裝成為儀表或設(shè)備，從而避免了因傳感器相對比較脆弱而很容易損壞的缺點。此外，傳感器經(jīng)過封裝以后形成的變送器，壽命和穩(wěn)定性也大大提高了。一般的傳感器輸出形式無非是數(shù)字或模擬的電信號，將這些信號進行轉(zhuǎn)換變化、存儲、傳輸、分析等操作是變送器的基本功能。
[0003]在日常生活中，越來越多的變送器被實際應(yīng)用到工程中，針對各種測量參數(shù)，可以使用不同的變送器進行測量，例如測量溫度的時候就可以使用溫度變送器與測控系統(tǒng)連接，從而完成相應(yīng)的測量需求及功能。在日常生活及工程實踐中，變送器的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，而在使用中也會有許多現(xiàn)實的問題。
[0004]目前變送器使用有線方式通訊最為常用，測控系統(tǒng)穩(wěn)定性相對于其他傳輸方式更加穩(wěn)定可靠，在許多場合采用有線方式通訊的變送器仍舊是不可代替的首選方案。由于無線通訊的不可預(yù)測性和相對不穩(wěn)定性使得單獨無線方式通訊變送器的應(yīng)用相對有線方式少了許多。但隨著無線技術(shù)的不斷探索，目前的無線方式通訊的變送器正逐漸應(yīng)用開來。
[0005]另一方面，目前的變送器相對比較獨立，測量的環(huán)境參數(shù)較為單一，而實際情況很可能是同時測量多種環(huán)境參數(shù)(如溫度、濕度、二氧化碳、風(fēng)速、大氣壓力、光照強度、噪聲等環(huán)境參數(shù)同時測量)，這就要求變送器可以同時完成多路數(shù)據(jù)采集(一般包含模擬和數(shù)字兩種方式的數(shù)據(jù)采集)，并將各路數(shù)據(jù)實時傳送到變送器內(nèi)部，再使用有線或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到測控終端。實際的建筑物理、化學(xué)化工、醫(yī)療衛(wèi)生、樓宇自控等領(lǐng)域需要測量許多種類的環(huán)境參數(shù)，如果每種變送器都分別安裝，會大大增加成本，同時增大了測控系統(tǒng)的復(fù)雜度，非常不利于測控系統(tǒng)集成及現(xiàn)場施工。
[0006]其次，實際工程中變送器已經(jīng)應(yīng)用十分廣泛，但如果測控系統(tǒng)遇到問題，如測控系統(tǒng)有線通訊中斷等情況時，變送器就變成了無人理睬的設(shè)備，測控系統(tǒng)正常數(shù)據(jù)采集和下達控制命令等基本采集控制操作由于有線通訊鏈路的暫時中斷而陷入臨時癱瘓，這在許多重要的控制領(lǐng)域是十分危險的。當(dāng)變送器無法向上級測控系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)時，測控系統(tǒng)的可靠性將無法得到有效保障，目前單獨通過有線方式增加測控系統(tǒng)可靠性的方法可以選擇熱備份(在現(xiàn)場同樣的位置安裝相同的變送器多臺)，但這樣做會增加測控系統(tǒng)的額外成本， 且成本翻倍。
[0007]目前許多變送器仍舊使用模擬量進行信號傳輸表示，但這樣做會成倍增加安裝線纜的數(shù)量，在許多大項目中，安裝線纜越多測控系統(tǒng)成本就越高；同時由于測控系統(tǒng)規(guī)范不夠?qū)е虏季€混亂或排錯困難，安裝工程成本及后期維護成本都非常高。
[0008]市面上的變送器往往更強調(diào)實時性，數(shù)據(jù)每次傳輸過程只對當(dāng)前時刻有重要意義。而在許多容易出現(xiàn)問題的場合，如果不能知道歷史數(shù)據(jù)，那么如何優(yōu)化測控系統(tǒng)就無從談起。記錄歷史數(shù)據(jù)在測控終端中是常見的，但往往變送器端不進行歷史數(shù)據(jù)記錄，這也是導(dǎo)致為什么測控終端數(shù)據(jù)被人為修改或刪除后而無從查找問題的重要原因。對于變送器的歷史數(shù)據(jù)記錄功能越來越需要集成在變送器內(nèi)部，而不是只靠測控終端。
[0009]如能解決上述問題，會使變送器迎來一個新的更加多元的應(yīng)用市場?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0010]本實用新型的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，提供了一種無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，該變送器具有安裝方式靈活、通訊速率高、可靠性高、電能消耗低、既能傳輸實時數(shù)據(jù)又能記錄歷史數(shù)據(jù)、因能同時測量多種環(huán)境參數(shù)進而有效控制成本等優(yōu)點。
[0011]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0012]—種無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，其特征在于，該變送器包括:n個模擬信號測量用傳感器、n個多參數(shù)模擬通道、m個數(shù)字信號測量用傳感器、m個多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、外部晶振器、按鍵、外部實時時鐘、無線模塊、SD/TF卡讀寫模塊、電源控制電路、 RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及中心處理器;上述各器件的連接關(guān)系為:在每個多參數(shù)模擬通道和多參數(shù)數(shù)字通道的前端連接一個相應(yīng)的測量用傳感器，所有多參數(shù)模擬通道、所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、外部晶振器、按鍵、帶有電池的外部實時時鐘、無線模塊、SD/TF卡讀寫模塊、RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及電源控制電路均分別與中心處理器連接，電源控制電路分別與所有多參數(shù)模擬通道、所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、 無線模塊相連，外部供電模塊分別與按鍵、帶有電池的外部實時時鐘、SD/TF卡讀寫模塊、 RS485轉(zhuǎn)換模塊、電源控制電路相連;RS485轉(zhuǎn)換模塊通過RS-485總線與外部測控系統(tǒng)相連； 外部供電模塊通過電源線與外部電源相連。[0〇13] 所述中心處理器主要包括以下硬件模塊:5(:1、3?1、0?1]、接口1/0^0(:、電源管理、 高速時鐘及低速時鐘；其中，SCI與RS485轉(zhuǎn)換模塊連接，SPI與無線模塊連接，接口 I/O分別與所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、按鍵、帶有電池的外部實時時鐘、SD/TF卡讀寫模塊、電源控制電路連接，ADC與所有多參數(shù)模擬通道連接，電源管理與外部供電模塊連接，低速時鐘與高速時鐘連接，低速時鐘與外部晶振器連接。[〇〇14]本實用新型的特點及有益效果:
[0015]本實用新型提出的一種無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，既能傳輸實時數(shù)據(jù)又能記錄歷史數(shù)據(jù)，此記錄過程在變送器內(nèi)部完成，可通過SD/TF卡長時間存儲數(shù)據(jù)，并在使用數(shù)據(jù)時以文件形式快速導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)，可通過電腦快速查看該歷史數(shù)據(jù)的文件格式，并對該數(shù)據(jù)文件進行備份、分析、整理，此功能區(qū)別于以往變送器產(chǎn)品的只傳輸實時數(shù)據(jù)不記錄歷史數(shù)據(jù)，而變?yōu)閭鬏攲崟r數(shù)據(jù)的同時又記錄歷史數(shù)據(jù)，這一改變將使變送器得到更好的應(yīng)用；同時設(shè)置掉電不丟失時間的外部實時時鐘，即使變送器掉電，內(nèi)部配備的電池仍舊可以保持外部實時時鐘的運轉(zhuǎn)，使得變送器在每次啟動時，時鐘都是精確的，這樣做也保證了變送器記錄的數(shù)據(jù)包含時間節(jié)點等重要信息，從而使變送器具有歷史數(shù)據(jù)記錄這一重要功能;無線數(shù)據(jù)通訊功能是另一核心功能，可以通過無線方式將實時測量多環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送到遠端測控系統(tǒng)中，或?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到無線顯示終端，方便現(xiàn)場查看與維護，如遠程測控系統(tǒng)可以接入互聯(lián)網(wǎng)，那么在遠程也可以實時查看現(xiàn)場運行情況；由于可同時測量多環(huán)境參數(shù)，整體測量方案成本也隨之降低，安裝及測量成本得到有效控制;本變送器使用RS-485接口作為傳輸方式，使用《GB/T 19582.1-2008基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)》規(guī)范協(xié)議作為通訊協(xié)議進一步保障了產(chǎn)品的兼容性，同時RS-485接口支持一條總線上掛接多臺本變送器，分時分地址完成數(shù)據(jù)通訊，相互獨立，互不干擾，進而可以在項目工程中大量減少線纜布線長度，方便排查線路故障，進一步降低了測控系統(tǒng)復(fù)雜度;通過同時使用有線數(shù)據(jù)傳輸與無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，可以使系統(tǒng)運行可靠性最大程度的提高。
[0016]綜上所述，本實用新型專利提出的一種無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，其產(chǎn)品的易用性和穩(wěn)定性得到了大幅度的提高。通過無線數(shù)據(jù)傳輸和歷史數(shù)據(jù)記錄的功能，可以有效的提高變送器應(yīng)用領(lǐng)域并降低安裝維護成本，同時為多環(huán)境參數(shù)的測量和存儲提供了更好的解決方案，多環(huán)境參數(shù)測量可以將多參數(shù)分別測量變?yōu)槎喹h(huán)境參數(shù)測量集于一身，進一步降低了變送器的使用成本，在一些成本控制嚴(yán)格的項目中，多參數(shù)同時測量會更加適合設(shè)計人員進行選型和成本控制。無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器有著廣泛的使用價值及廣闊的市場前景。適合使用在建筑節(jié)能、大型公共建筑、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、環(huán)境測試，實驗室測試、農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測，醫(yī)療衛(wèi)生等應(yīng)用場合，是新一代的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)品的再發(fā)展。同時， 變送器擁有安裝及測量成本低、無需人工二次記錄多環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測、大型公共建筑環(huán)境測試、智能家居及智能建筑等領(lǐng)域?！靖綀D說明】

[0017]圖1是本實用新型提出的無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的實施例結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2是本實用新型提出的無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的電源控制電路的實施例電路圖。
[0019]圖3是本實用新型提出的無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的外部供電模塊的電路圖。【具體實施方式】
[0020]本實用新型專利提出的無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:n 個模擬信號測量用傳感器、多參數(shù)模擬通道1至n、m個數(shù)字信號測量用傳感器、多參數(shù)數(shù)字通道1至m(目前n、m最大值為8,即最多可接入8個模擬或數(shù)字傳感器，依據(jù)產(chǎn)品配置不同，所有模擬及數(shù)字通道都可以進行選配，最大限度方便系統(tǒng)測試，通道數(shù)選擇最大為8也是考慮到實際的處理器能力和變送器制作的復(fù)雜度而確定，本實施例中并不特別限定傳感器的數(shù)量)、外部數(shù)據(jù)存儲器、外部晶振器、按鍵、外部實時時鐘、無線模塊、SD/TF卡讀寫模塊、電源控制電路、RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及中心處理器;上述各器件的連接關(guān)系為:在每個多參數(shù)模擬通道和多參數(shù)數(shù)字通道的前端連接一個相應(yīng)的測量用傳感器，所有多參數(shù)模擬通道、所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、外部晶振器、按鍵、帶有電池的外部實時時鐘、無線模塊、SD/TF卡讀寫模塊、RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及電源控制電路均分別與中心處理器連接，電源控制電路分別與所有多參數(shù)模擬通道、所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、無線模塊相連，外部供電模塊分別與按鍵、帶有電池的外部實時時鐘、SD/TF卡讀寫模塊、RS485轉(zhuǎn)換模塊、電源控制電路相連;RS485轉(zhuǎn)換模塊通過RS-485總線與外部測控系統(tǒng)相連;外部供電模塊通過電源線與外部電源相連。
[0021]所述中心處理器主要包括以下硬件模塊:SCI(串行通訊接口)、SPI (串行外設(shè)接口)、CPU(中央處理器)、接口 1/0(輸入/輸出)、ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊)、電源管理、高速時鐘及低速時鐘；其中，SCI與RS485轉(zhuǎn)換模塊連接，SPI與無線模塊連接，接口 I/O分別與所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、按鍵、帶有電池的外部實時時鐘、SD/TF卡讀寫模塊、電源控制電路連接，ADC與所有多參數(shù)模擬通道連接，電源管理與外部供電模塊連接，低速時鐘與高速時鐘連接，低速時鐘與外部晶振器連接。
[0022]下面結(jié)合附圖和具體的實施例，對本實用新型各器件及其功能做進一步描述。
[0023]圖2是本實用新型提出的無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的電源控制電路的電路圖，該電路由晶體管T1和電阻R1組成，其中電阻R1—端與中心處理器內(nèi)的I/O模塊相連，另一端與晶體管T1的基極相連，晶體管T1的發(fā)射極與外部供電模塊的正極輸出相連，晶體管 T1的集電極分別與本變送器內(nèi)部無線模塊、外部數(shù)據(jù)存儲器、多參數(shù)數(shù)字通道1至m、多參數(shù)模擬通道1至n所在的電路相連;所述電源控制電路用于對多參數(shù)模擬通道1至n、多參數(shù)數(shù)字通道1至m、外部數(shù)據(jù)存儲器、無線模塊進行供電，電源控制電路的電力來源于外部供電模塊，電源控制電路通過信號線與中心處理器內(nèi)的接口 I/O相連并受其控制，當(dāng)需要給相應(yīng)電路供電時，中心處理器內(nèi)的接口 I/O使T1導(dǎo)通便可以為相應(yīng)電路供電；使用電源控制電路的目的就是最大限度的降低變送器自身功耗。本實施例晶體管T1的型號使用安森美公司的 8550或其他可替代型號，使用M0SFET也可達到類似控制效果。
[0024]圖3是本實用新型提出的無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的外部供電模塊的電路圖，由四只二極管D1至D4、三端穩(wěn)壓芯片Q1、自恢復(fù)保險管F1以及三只電容C1至C3組成；四只二極管D1至D4組成整流電路與外部直流或交流電源DC-AC，DC+AC相連，該整流電路的正輸出端連接自恢復(fù)保險管F1，自恢復(fù)保險管F1另一端連接電容C1與C2并聯(lián)后的一端形成濾波電路，電容C1與C2并聯(lián)后的該端還連接到三端穩(wěn)壓芯片輸入端Vin(3腳)，三端穩(wěn)壓芯片地端GND(2腳)接電源地，三端穩(wěn)壓芯片輸出端Vout (1腳)為電源輸出端VCC，電容C3的一端連接電源輸出端VCC;整流電路的負(fù)輸入端，電容C1、C2與C3的另一端均接電源地。外部供電模塊為電源控制電路、按鍵、外部實時時鐘、SD/TF卡讀寫模塊、RS485轉(zhuǎn)換模塊以及中心處理器內(nèi)的電源管理進行供電。本電路的工作原理為:外部電源交流或直流6-24V(即DC+AC和 DC-AC)連接四只二極管D1至D4,通過整流，將電流方向統(tǒng)一，之后經(jīng)過自恢復(fù)保險管F1進行電流過載保護，防止電流過沖故障導(dǎo)致本變送器內(nèi)的其他電路損壞，經(jīng)電容C1及C2進行電源濾波，可將電源接入三端穩(wěn)壓芯片Q1，經(jīng)Q1穩(wěn)壓后，Q1的1管腳VCC對地電壓保持恒定，最終輸出時再通過電容C3進行二次濾波;這樣做可防止電壓突變對本變送器內(nèi)的其他電路造成影響。本實施例中D1至D4選用東芝公司生產(chǎn)的型號為1N4007二極管，Q1使用AMS公司生產(chǎn)的AMS1117三端穩(wěn)壓芯片，F(xiàn)1選用泰科公司生產(chǎn)的1A自恢復(fù)保險絲，C1至C3使用日本紅寶石的電解電容，其參數(shù)為100uF/50V。[〇〇25]本實用新型的外部實時時鐘為本變送器提供真實時間，并在掉電情況下仍能保證時鐘正常計時，使用一定時間后應(yīng)對其進行時鐘校準(zhǔn)，以保證本變送器的時鐘基準(zhǔn)統(tǒng)一計時；本實施例的外部實時時鐘采用標(biāo)準(zhǔn)DS1302芯片的典型電路，該芯片中有三個管腳連接中心處理器的接口 1/0,通過接口 I/O可完成實時時間的讀取和設(shè)定，使用CR2032電池作為長效電源，由于此電池自放電很低，故一節(jié)電池使用時間長達三年。
[0026]本實用新型的多參數(shù)模擬通道1至n前端連接相應(yīng)個數(shù)的測量用傳感器(該傳感器的具體功能需根據(jù)產(chǎn)品需求而定)，可用于將所有模擬量(例如鉑電阻溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、大氣壓力傳感器、相對壓力傳感器、光照強度傳感器等模擬量參數(shù))傳入中心處理器； 當(dāng)模擬量輸出在0-3V(超過3V的模擬量可以進行電壓變換以適合各類型傳感器)時，中心處理器都可以精準(zhǔn)檢測并采集到，通過中心處理器內(nèi)部的ADC模塊，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 最終可存儲到外部儲存器和SD/TF卡讀寫模塊中或傳輸?shù)酵獠縍S-485總線上;所述多參數(shù)模擬通道1至n由電阻分壓實現(xiàn)，使用兩只標(biāo)準(zhǔn)千分之一精度電阻進行一定比例分壓，可以將模擬輸出電壓按比例降低，從而實現(xiàn)低于3V基準(zhǔn)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量;一般情況下應(yīng)選擇較大阻值電阻進行分壓，以便使測量回路的電流減小，從而減小模擬通道1至n的輸出電流負(fù)擔(dān)，這樣做也減少了本變送器的整體發(fā)熱量，降低了本變送器的工作及待機溫度，使本變送器使用壽命延長。
[0027]本實用新型的多參數(shù)數(shù)字通道1至m通過將位于其前端相應(yīng)個數(shù)的測量用數(shù)字傳感器(該傳感器的具體功能需根據(jù)產(chǎn)品需求而定；目前市面上數(shù)字傳感器越來越多，性能和制造水平逐漸提升，在適當(dāng)環(huán)境下可通過選擇數(shù)字傳感器替換模擬傳感器)接入中心處理器內(nèi)的接口 I/O實現(xiàn);所述多參數(shù)數(shù)字通道可以連接市面上常見的數(shù)字接口協(xié)議，最長用的有IIC、SP1、單總線、UART、并行數(shù)字等，根據(jù)實際的數(shù)字傳感器接口，選擇對應(yīng)的數(shù)字接口， 按照一般的數(shù)字通訊規(guī)約進行數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)字量傳輸?shù)街行奶幚砥?，最終可存儲到外部儲存器和SD/TF卡讀寫模塊中，或傳輸?shù)酵獠縍S-485總線上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、存儲與互傳。 [〇〇28]本實用新型的SD/TF卡讀寫模塊，用于讀寫多環(huán)境參數(shù)記錄的數(shù)據(jù)，可以一次寫入多環(huán)境參數(shù)的數(shù)字量值，SD/TF讀寫模塊可將數(shù)據(jù)寫入SD卡或TF卡內(nèi)部，如使用標(biāo)準(zhǔn)FAT32 文件系統(tǒng)，可將最終的數(shù)據(jù)保存為TXT或CSV文件格式，方便用戶將SD卡或TF卡內(nèi)部的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到采集終端上;本實施例的SD/TF卡讀寫模塊，使用若干電阻及電容搭建而成，該電路屬于公開國際標(biāo)準(zhǔn)電路，不再詳述；由于低速卡在未來趨勢和讀寫速度上都有很多問題，故 SD卡或TF卡大都使用高速2.0版本卡;SD卡和TF卡在使用前均需進行FAT32格式化操作。
[0029]本實用新型的無線模塊，用于無線收發(fā)數(shù)據(jù)，可將外部記錄類儀表內(nèi)每個通道(即上述多參數(shù)模擬通道1至n和多參數(shù)數(shù)字通道1至m)測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪慌_采集終端上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳或離線監(jiān)控的目的;無線模塊與中心處理器的SPI連接進行數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)控制， 無線模塊的供電由外部供電模塊提供;將要發(fā)送的無線數(shù)據(jù)通過中心處理器內(nèi)的SPI模塊傳輸至無線模塊中進行發(fā)送，在發(fā)送該無線數(shù)據(jù)時，不定間隔發(fā)送幾次數(shù)據(jù)可達到抗無線信號干擾的目的，發(fā)送數(shù)據(jù)包盡量簡短有效，接收信號需進行數(shù)據(jù)校驗后方可認(rèn)為數(shù)據(jù)有效；由于無線模塊在工作時功耗大，所以盡量減少通訊時間可以有效的降低無線模塊帶來的使整個變送器功耗增大的問題，無線模塊的通訊接口采用SPI數(shù)字傳輸協(xié)議，為了提高通訊速率(減少無線模塊的工作時間)才使用中心處理器內(nèi)的SPI模塊完成通訊。本實施例的其中無線模塊使用433MHZ頻段無線通訊模塊，其芯片型號是笙科電子的A7108,屬第四代高效能芯片。
[0030]本實用新型的外部數(shù)據(jù)存儲器，用于接收中心處理器發(fā)送的數(shù)字信號，外部數(shù)據(jù)存儲器通過信號線與中心處理器的接口 I/O相連，可存儲本變送器配置數(shù)據(jù)及相關(guān)用戶信息，每次變送器上電工作時，所述中心處理器會讀取外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)的變送器配置數(shù)據(jù)和相關(guān)用戶信息；外部數(shù)據(jù)存儲器的供電由電源控制電路提供;外部數(shù)據(jù)存儲器的實現(xiàn)電路由非易失性存儲器EEPROM、多個電阻組成，其中EEPROM的信號線分別由電阻上拉到供電電壓，同時信號線直接連接中心處理器的接口 I/O。在測量相應(yīng)的傳感器參數(shù)后，將測量數(shù)據(jù)通過信號線存入EEPROM中實現(xiàn)自動記錄測量數(shù)據(jù)；同時EEPROM可以進行少量的字節(jié)操作讀寫;本實施例中還將一些開機信息等內(nèi)容存儲在EEPROM中，每次開機時都進行必要的讀取操作，用于完成開機初始化。本實施例的EEPROM的型號為微芯公司的AT24C256或者采用FLASH或者其他存儲類芯片替代EEPROM;如將數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)置在中心處理器中，也可以省略此部分。
[0031]本實用新型的按鍵由點觸開關(guān)和電阻組成，其中點觸開關(guān)的一端與外部供電模塊的電源正極連接，另一端連接電阻一端，電阻另一端接地，點觸開關(guān)和電阻的公共端連接中心處理器的接口 I/O;所述按鍵用于人機交互輸入，可改變無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器的狀態(tài)和工作模式，按鍵通過信號線與中心處理器內(nèi)部的接口 I/O相連，中心處理器定時掃描電平變化以達到感知按鍵是否按下的目的；按鍵的供電由外部供電模塊提供;本實施例的點觸開關(guān)和電阻是通用產(chǎn)品。
[0032]本實用新型的RS485轉(zhuǎn)換模塊用于轉(zhuǎn)換電平，實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)交換;RS485轉(zhuǎn)換模塊需與外部的RS-485總線連接兩根信號線，RS485轉(zhuǎn)換模塊另一端與中心處理器內(nèi)部的SCI相連接，RS485轉(zhuǎn)換模塊的供電由外部供電模塊直接提供;本實施例的RS485轉(zhuǎn)換模塊為RS-485轉(zhuǎn)換芯片，是市場通用芯片，列舉型號如MAX3485、MAX485、AT485，可實現(xiàn)其電平轉(zhuǎn)換功能即可。
[0033]本實用新型的外部晶振器通過信號線直接與中心處理器內(nèi)的低速時鐘相連，用于為中心處理器提供時鐘基準(zhǔn)，本實施例的外部晶振器的型號為精工公司的SM。
[0034]本實用新型的中心處理器負(fù)責(zé)本變送器的運行，中心處理器包括SC1、SP1、CPU、接口 I/0、ADC、電源管理、高速時鐘及低速時鐘多個模塊，各模塊與中心處理器外部相應(yīng)模塊組成各種功能單元;其中，外部供電模塊與中心處理器內(nèi)的電源管理連接來完成整個中心處理器內(nèi)部的電源功率控制，以達到中心處理器最低能耗的目的；高速時鐘與低速時鐘在中心處理器內(nèi)部相連接，中心處理器內(nèi)部的高速時鐘通過低速時鐘倍頻而來，中心處理器使用內(nèi)部控制邏輯切換高速時鐘和低速時鐘，高速時鐘可在處理數(shù)據(jù)和與外部計算機通訊等較高運算量時使用，低速時鐘與外部晶振器配合工作完成本變送器的定時觸發(fā)事件功能，在大多數(shù)情況下使用低速時鐘，使本變送器的功耗降低，這樣解決了處理速度與功耗之間的矛盾，降低單機功耗可以有效的減少變送器供電時對電源選購的需求，從而在降低成本的同時保證本變送器可靠運行;ADC模塊完成所有的模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量工作;接口 I/O與外界所有數(shù)字接口相連并完成數(shù)字通訊與控制;SCI模塊與RS485轉(zhuǎn)換模塊連接完成本變送器的串行通訊;SPI模塊則單獨與無線模塊連接完成無線數(shù)字通訊功能；中心處理器的CPU完成本變送器的數(shù)字運算實現(xiàn)所有邏輯及功能運算。本實施例的中心處理器的型號為TI公司的MSP430F425。當(dāng)變送器正常上電啟動時，中心處理器作為變送器核心，開始整個變送器工作流程，中心處理器首先讀取外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)的EEPROM，可獲得必要的初始化信息，進行初始化后，所有多參數(shù)數(shù)字通道I至m、多參數(shù)模擬通道I至η可以定時進行正常的數(shù)據(jù)采集和處理等任務(wù)性工作，由于實際環(huán)境中的各種環(huán)境參數(shù)都在變化過程中，對于測量來說是不利的，中心處理器只有通過一段時間平均數(shù)字濾波，才能將測量參數(shù)從變化的數(shù)據(jù)中精確提取出來，中心處理器根據(jù)實際測量結(jié)果自動將不符合條件的數(shù)據(jù)剔除，并將有效數(shù)據(jù)進行顯示、保存、無線傳輸、有線RS-485總線傳輸。
[0035]無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器工作流程為:將多參數(shù)模擬通道I至η每一通道通過中心處理器內(nèi)的ADC進行模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，將多參數(shù)數(shù)字通道I至m每一通道通過中心處理器內(nèi)的I/O接口進行數(shù)字通訊，并將最終的各通道數(shù)字量存入中心處理器；中心處理器將多通道數(shù)字量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)形式并存入SD/TF卡中；外部數(shù)據(jù)存儲器存儲變送器配置數(shù)據(jù)，同時在每一次啟動變送器時將該配置數(shù)據(jù)讀入中心處理器，用于相應(yīng)的變送器初始化;變送器通過RS485轉(zhuǎn)換模塊實時接收RS-485總線上的外部通訊數(shù)據(jù)到中心處理器，中心處理器根據(jù)相應(yīng)命令及校驗數(shù)據(jù)結(jié)果選擇發(fā)送或不發(fā)送反饋數(shù)據(jù)到RS-485總線，完成問答式通訊;另一方面無線模塊可將多通道數(shù)據(jù)定時打包、無線發(fā)送數(shù)據(jù)至測控終端(遠端無線數(shù)據(jù)接收方)；變送器擁有實時時鐘，每次開機時讀取實時時間，變送器可以定時讀取實時時鐘保證變送器時間的可靠；中心處理器實時掃描按鍵引起的電平變化完成人機交互;在上述過程中外部供電模塊完成大多數(shù)模塊的供電，另一部分電路由電源控制電路提供，電源控制電路的電能直接來源于外部供電模塊，而不同模塊的電能通斷控制由中心處理器的I/O接口與電源控制電路完成，這樣做可最大程度上減少電能損耗使整個變送器低功耗運行；同時低功耗運行可以很好的降低變送器的自身發(fā)熱，最小程度影響實際環(huán)境測量值。
[0036]本變送器可記錄多環(huán)境參數(shù)的各類實時測量值及相關(guān)參數(shù)，具體環(huán)境測量參數(shù)由產(chǎn)品配置決定，從一個通道到多個通道都可以接入到變送器，每個通道分別記錄數(shù)據(jù)，這樣做可有效地解決采集終端故障導(dǎo)致變送器內(nèi)有效數(shù)據(jù)未被主控制節(jié)點有效接收的問題，也可以將變送器與記錄類儀表很好的整合，可完整記錄歷史數(shù)據(jù)并后期追溯。另一方面，由無線模塊提供的無線數(shù)據(jù)傳輸功能，可在變送器的有線通路出現(xiàn)故障時，使用無線傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C上，提高了產(chǎn)品可靠性和備份能力;在一些場合，可以將無線傳輸作為主要數(shù)據(jù)傳輸方式而省去為每個節(jié)點連接布線的工作，即提高布點效率又降低維護成本;其次，多環(huán)境參數(shù)測量可以有效的降低多參數(shù)分別采集時的成本，不必每一個環(huán)境參數(shù)都配置一臺單獨的變送器。
[0037]上述本實用新型的具體實施例只是作為舉例說明本實用新型的技術(shù)方案，其中各電路的實現(xiàn)電路以及各主要器件的型號均不能用以限定本實用新型的保護范圍；例如，將中心處理器中的ADC改為設(shè)在中心處理器外的獨立芯片；將中心處理器換作功能相似或高級的中心處理器;數(shù)據(jù)存儲器使用FLASH或其它型號；電源控制電路的Tl使用其他型號的芯片;無線模塊換用不同廠家或頻段的通訊模塊;無線模塊改用無線模組與中心處理器一同封裝的高級整合芯片;使用其他介質(zhì)進行數(shù)據(jù)存儲;使用其他格式文件進行數(shù)據(jù)存儲;諸如一類的技術(shù)方案的等同替換都屬于本實用新型專利的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種無線多環(huán)境參數(shù)記錄式變送器，其特征在于，該變送器包括:n個模擬信號測量 用傳感器、n個多參數(shù)模擬通道、m個數(shù)字信號測量用傳感器、m個多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù) 存儲器、外部晶振器、按鍵、外部實時時鐘、無線模塊、SD/TF卡讀寫模塊、電源控制電路、 RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及中心處理器;上述各器件的連接關(guān)系為:在每個多參數(shù)模 擬通道和多參數(shù)數(shù)字通道的前端各連接一個相應(yīng)的測量用傳感器，所有多參數(shù)模擬通道、 所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、外部晶振器、按鍵、外部實時時鐘、無線模塊、SD/TF 卡讀寫模塊、RS485轉(zhuǎn)換模塊、外部供電模塊及電源控制電路均分別與中心處理器連接，電 源控制電路分別與所有多參數(shù)模擬通道、所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、無線模塊 相連，外部供電模塊分別與按鍵、帶有電池的外部實時時鐘、SD/TF卡讀寫模塊、RS485轉(zhuǎn)換 模塊、電源控制電路相連;RS485轉(zhuǎn)換模塊通過RS-485總線與外部測控系統(tǒng)相連;外部供電 模塊通過電源線與外部電源相連。2.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于，所述中心處理器主要包括以下硬件模塊: 3(:1、3?1、0?1]、接口1/0^0(:、電源管理、高速時鐘及低速時鐘;其中，3(:1與1?485轉(zhuǎn)換模塊連 接，SPI與無線模塊連接，接口 I/O分別與所有多參數(shù)數(shù)字通道、外部數(shù)據(jù)存儲器、按鍵、外部 實時時鐘、SD/TF卡讀寫模塊、電源控制電路連接，ADC與所有多參數(shù)模擬通道連接，電源管 理與外部供電模塊連接，低速時鐘與高速時鐘連接，低速時鐘與外部晶振器連接。3.如權(quán)利要求2所述的變送器，其特征在于，所述電源控制電路由晶體管和電阻組成， 其中電阻的一端與中心處理器內(nèi)的I/O模塊相連，另一端與晶體管的基極相連，晶體管的發(fā) 射極與外部供電模塊的正極輸出相連，晶體管的集電極分別與本變送器內(nèi)部無線模塊、夕卜 部數(shù)據(jù)存儲器、所有多參數(shù)數(shù)字通道、所有多參數(shù)模擬通道所在的電路相連。4.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于，所述外部供電模塊的電路由四只二極管、 三端穩(wěn)壓芯片、自恢復(fù)保險管以及三只電容組成；四只二極管組成的整流電路與外部電源 相連，該整流電路的正輸出端連接自恢復(fù)保險管，自恢復(fù)保險管的另一端連接經(jīng)第一電容 (C1)與第二電容(C2)并聯(lián)后的一端形成濾波電路，第一電容(C1)與第二電容(C2)并聯(lián)后的 該端還連接到三端穩(wěn)壓芯片的輸入端，三端穩(wěn)壓芯片地端接電源地，三端穩(wěn)壓芯片的輸出 端為電源輸出端，第三電容(C3)的一端連接電源輸出端;整流電路的負(fù)輸入端，三只電容的 另一端均接電源地。5.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于，所述的外部實時時鐘內(nèi)部帶有電池。6.如權(quán)利要求2所述的變送器，其特征在于，所述按鍵由點觸開關(guān)和電阻組成，其中點 觸開關(guān)的一端與外部供電模塊的電源正極連接，另一端連電阻的一端，電阻的另一端接地， 點觸開關(guān)和電阻的公共端通過連接中心處理器的接口 I/O。7.如權(quán)利要求2所述的變送器，其特征在于，所述中心處理器內(nèi)部的高速時鐘由低速時 鐘倍頻得到。8.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于，所述的無線模塊的通訊接口采用SPI數(shù)字 傳輸協(xié)議，無線模塊使用433MHZ頻段無線通訊模塊。9.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于，所述的SD/TF卡讀寫模塊使用標(biāo)準(zhǔn)FAT32文 件系統(tǒng)，由若干電阻及電容搭建而成的標(biāo)準(zhǔn)電路。
【文檔編號】G08C17/02GK205692368SQ201620596999
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月17日 公開號201620596999.5, CN 201620596999, CN 205692368 U, CN 205692368U, CN-U-205692368, CN201620596999, CN201620596999.5, CN205692368 U, CN205692368U
【發(fā)明人】張宏濤, 梁強威, 戴自祝, 董麗維
【申請人】北京天建華儀科技發(fā)展有限公司