專利名稱：一種i/o類型可編程設(shè)置智能變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)設(shè)備校驗技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種i/o類型可編程設(shè)置智能變送器。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中大量使用了信號變送裝置即變送器來將現(xiàn)場的各種信號變換成適合遠(yuǎn)傳和適合數(shù)采設(shè)備接收的信號。但在實際使用的過程中發(fā)現(xiàn)變送器輸入的信號類型有多種線性電阻信號，電壓信號，電流信號，熱電阻PT100等。范圍也各不相同，例如電壓可能有1 5V輸入的小范圍，也有(T300V的較大范圍。使用PT100測溫的設(shè)備也會有不同的溫度測量范圍。因為數(shù)采設(shè)備的生產(chǎn)廠家不一樣或者應(yīng)用目的不一樣，其能夠接收的信號類型和范圍也不同，所以要求變送器的輸出也多種多樣。尤其是數(shù)采設(shè)備與遠(yuǎn)方監(jiān)控軟件之間有一定的信號換算關(guān)系，而現(xiàn)場信號為了匹配這種換算關(guān)系，在信號變送的過程中也需要對現(xiàn)場信號進(jìn)行一定的換算?？偠灾?，現(xiàn)場信號的隔離變送情況是多樣且復(fù)雜的。在使用變送器的過程中需要在變送器制造商提供的一個系列的變送器中挑選出合適的型號，有些復(fù)雜變送情況可能需要多級變送才能達(dá)到目的，有些非標(biāo)準(zhǔn)變送采用普通變送器甚至是不可能實施的。例如，當(dāng)一些大型復(fù)雜應(yīng)用中可能會用到不同廠家不同標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，各級數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間可能存在不同的變換關(guān)系，這時候需要使用多臺傳統(tǒng)普通變送器對這些變送進(jìn)行轉(zhuǎn)換和匹配，現(xiàn)場信號的采集精度必然會下降，而且使用的變送器越多發(fā)生故障的可能性就越大。發(fā)明人針對上述缺陷開發(fā)了一種通用，易用，用戶可編程設(shè)置輸入輸出，小型的信號采集變送裝置。通用性即只需要一個型號的裝置即可滿足所有的需要；易用性是指在更改變送器的輸入輸出類型和范圍以及變送關(guān)系時方便快捷；小型化是為了滿足直接替換現(xiàn)場已經(jīng)在使用的變送器型號，現(xiàn)場往往受到安裝空間的限制需要變送器體積小巧，特別是厚度要??；低的成本則適合于大規(guī)模的應(yīng)用。要求該裝置同時具有數(shù)據(jù)采集和變送的功能，它可以采集工業(yè)現(xiàn)場的電阻，直流電壓，直流電流三種類型的信號，經(jīng)過真值運算后以一定的格式通過RS485通訊端口發(fā)送給后臺設(shè)備。該變送器也可以將電阻，直流電壓，直流電流三種類型的信號變換成后臺數(shù)采設(shè)備所需要的信號類型和范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種I/O類型可編程設(shè)置智能變送器，使之具有通用、易用、用戶可編程設(shè)置輸入輸出，體積小的信號采集變送功能的裝置。實現(xiàn)本發(fā)明的目的之技術(shù)解決方案如下一種I/O類型可編程設(shè)置智能變送器，包括主控CPU、開關(guān)電源，其特征在于，還包括有輸入端子、輸出端子，RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口、AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片；所述的主控CPU通過SPI總線分別與 AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片連接，AD轉(zhuǎn)換芯片通過引腳AIN2 ( + )、AINl ( + )、AINl (-)與輸入端子連接，DA轉(zhuǎn)換芯片通過引腳V0UT、I0UT與輸出端子連接；RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口分別與主控CPU連接。
進(jìn)一步地，所述輸入端子、輸出端子具有兩個隔離耐壓500Vp-p的隔離磁柵，輸入端子，輸出端子，通訊口是互相隔離了的，保證了變送器在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的安全性。進(jìn)一步地，所述輸入輸出端子是可拆卸的，使接線方便、減少了安全隱患。進(jìn)一步地，所述RS232編程和調(diào)試接口使用戶通過該接口利用編程和調(diào)試工具軟件對變送器進(jìn)行編程和精度校正，用戶也可以通過該接口對變送器固件進(jìn)行升級。
更進(jìn)一步地，所述RS485通訊接口使用戶通過該接口遠(yuǎn)端實時獲得采樣數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端調(diào)整變送器輸入，輸出和變送參數(shù)，以及進(jìn)行變送精度校正。用戶可根據(jù)圖形化編程軟件對輸入輸出變送關(guān)系進(jìn)行較大范圍的編程，由軟件自動計算變送參數(shù)，用戶在編程結(jié)束后點擊軟件設(shè)置按鈕，軟件自動將變送參數(shù)下載到變送器。本發(fā)明的工作原理是，變送器使用一片16位AD轉(zhuǎn)換芯片對輸入信號進(jìn)行高精度采樣，采樣獲得的數(shù)據(jù)通過CPU進(jìn)行變送運算后傳送給DA轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成電壓或者電流信號輸出。變送器將采集到的輸入信號通過CPU經(jīng)過真值運算后提供給RS485通訊接口，RS485通訊接口按照一定的通訊協(xié)議與后臺計算機(jī)交換數(shù)據(jù)。用戶可以通過RS485通訊接口遠(yuǎn)端實時獲得采樣數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端調(diào)整變送器輸入，輸出和變送參數(shù)，以及進(jìn)行變送精度校正。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下
I、本變送器的一個主要特點就是用戶可自主編程。用戶可以對輸入物理量的類型進(jìn)行編程，可以選擇電阻輸入，直流電壓輸入，直流電流輸入；還可以編程選擇輸出的類型和范圍。因此本變送器具有較強(qiáng)的通用性。2、輸入輸出隔離，隔離耐壓500VPP。3、高精度，變送精度0.2級。4、薄型設(shè)計使得變送器體積小巧，非常適合緊湊的電力設(shè)備安裝環(huán)境。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖示意圖。圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本發(fā)明所述的輸入輸出電路示意圖。圖4是本發(fā)明一實施例示意圖。圖5、圖6、圖7是本發(fā)明使用實施例示意圖。
具體實施例方式參見圖I、圖2，圖3，本發(fā)明包括主控CPU、開關(guān)電源、還包括輸入輸出端子，RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口、AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片；所述的主控CPU通過SPI總線分別與AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片連接，RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口分別與主控CPU連接。主控CPU選用STC12C5A60S2芯片，CPU通過SPI總線的MOSI, MIS0，SCLK，這三根信號線和AD-CS，AD-/CS，DA-CS這三根片選信號與AD和DA連接在一起。AD-/DRDY, AD-/RESET 是 AD 芯片的控制信號。DA-LATCH, DA-CLEAR，DA-/FAULT 是 DA 的控制信號。AD轉(zhuǎn)換芯片選用一片AD7705，通過引腳AIN2 ( + )、AIN1 ( + )、AIN1 (_)與輸入端子連接，DA轉(zhuǎn)換芯片選用一片DA AD5412 ;通過引腳VOUT、IOUT與輸出端子連接；RS232編程和調(diào)試接口選用SP232芯片構(gòu)成了編程和調(diào)試接口電路，RS485通訊接口電路選用SP485。開關(guān)電源使用了一片T0242單片開關(guān)電源IC構(gòu)成。參見圖3所知，所述的輸入輸出端子具有兩個隔離耐壓500Vp-p的隔離磁柵，使其輸入端子、輸出端子、通訊接口是互相隔離的，保證了變送器在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的安全性。輸入輸出電路包括一片AD AD7705, 一片DA :AD5412。ADUM1401，ADUMl201是隔離磁柵。AD8276，AD8603構(gòu)成了一個用于測量電阻的5mA激勵電流源。而且輸入輸出端子是可拆卸的，使接線方便、減少了安全隱患。例如，用戶安裝空間有限，接線困難，該設(shè)計使得用戶可以將端子拆掉，將線接好后插入變送器，接線方便安全。開關(guān)電源的連接開關(guān)電源輸出三組電壓一組+5V提供給AD，一組+5V給CPU和通訊接口，+15V和-15V是給DA供電的。本變送器具有一個RS232編程和調(diào)試接口。用戶通過該接口利用編程和調(diào)試工具軟件可以對變送器進(jìn)行編程和精度校正，用戶也可以通過該接口對變送器固件進(jìn)行升級。參見圖4可知，RS232編程和調(diào)試接口的設(shè)計在此是非常重要的。能使用戶通過該接口利用編程和調(diào)試工具軟件對變送器進(jìn)行編程和精度校正，用戶也可以通過該接口對變送器固件進(jìn)行現(xiàn)場升級。例如，當(dāng)變送器用于數(shù)據(jù)采集時，如果變送器與后臺數(shù)據(jù)收集計算之間的通訊協(xié)議發(fā)生改變時，用戶只需要使用本變送器配套的上位機(jī)軟件就可以對它的固件進(jìn)行現(xiàn)場升級以適應(yīng)這一變化。在這一過程中用戶不需要更換新的變送器，也不需要把變送器從現(xiàn)場拆除。所述RS485通訊接口使用戶通過該接口遠(yuǎn)端實時獲得采樣數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端調(diào)整變送器輸入，輸出和變送參數(shù)，以及進(jìn)行變送精度校正。在本變送器編程調(diào)試軟件支持下，用戶使用該軟件對它進(jìn)行編程非常直觀和方便。用戶可根據(jù)需要增加變送器類型，自主設(shè)置變送器輸入輸出類型、范圍。校正變送器精度和對變送器進(jìn)行編程。本變送器配套的上位機(jī)軟件在編程中起到重要的作用并主要是基于事件觸發(fā)來工作的。比較關(guān)鍵的事件有三個
I、連接按鍵點擊事件。包括開始、初始化串口、發(fā)送信息查詢包、結(jié)束步驟。2、設(shè)置按鍵點擊事件。包括開始、判斷設(shè)置數(shù)據(jù)是否有效，如果是，讀取變送參數(shù)，發(fā)送設(shè)置數(shù)據(jù)包，結(jié)束；如果否，則進(jìn)入結(jié)束步驟。3、設(shè)置串口定時事件。包括開始，判斷，接收到一個有效的數(shù)據(jù)包嗎，如果是繼續(xù)判斷，接收到一個信息包嗎，如果是，更新信息；如果否，繼續(xù)判斷，接收到一個實時信息包嗎，如果是，更新實時數(shù)據(jù)，連接按鍵點擊事件步驟；如果否，再繼續(xù)判斷，接收到設(shè)置數(shù)據(jù)包嗎，如果是，更新設(shè)置，如果否，進(jìn)入結(jié)束步驟。提供用戶使用實施例如下
為了方便用戶使用，我們設(shè)計了一個簡單的輸入信號調(diào)理電路，用戶只需要調(diào)節(jié)三只精密電阻的阻值，并配與我們的圖形化編程軟件就可以快速生成自己所需要的變送器類型。我們以一個例子來說明變送器的編程過程。例如用戶需要一個輸入端連接的是熱電阻PT100，溫度測量范圍0 15(TC，對應(yīng)溫度輸出1-5V的電壓信號的變送器。STEPl:用戶設(shè)置輸入
圖5所示，用戶首先選擇AD通道，這里我們選擇通道I。然后設(shè)置輸入類型，這設(shè)置的是PT100，PTlOO熱電 阻是無源器件，在對它進(jìn)行測量時需要一個激勵電流，這里勾選這一項，并輸入激勵電流的大小5mA。接下來設(shè)置輸入最大值為150°C，最小值為0°C .在輸入設(shè)置窗口可以看到圖形化的輸入示意圖，示意圖上表示的連接情況和實際是完全一樣的。STEP2:用戶設(shè)置輸出
圖6所示，根據(jù)需要我們設(shè)置的輸出類型為電壓，輸出最大值5V，最小值IV 圖7所示，STEP3:用戶設(shè)置一個自定義的變送器型號 STEP4:用戶點擊完成添加按鈕
編程軟件自動計算出變送器內(nèi)部運算所需要的變送參數(shù)。STEP5:用戶點擊設(shè)置按鍵，將變送參數(shù)下載到變送器，完成變送器的編程?？梢娪脩魧ψ兯推鬟M(jìn)行編程是非常靈活和方便的。用戶修改輸入輸出類型實施例如下
修改前型號為TSM1804，輸入類型為電阻，范圍為0-180Q ;輸出類型為電流，范圍為4—20mAo修改后型號為TSM100，輸入類型為PT100，范圍為100-138. 5 Q對應(yīng)溫度范圍為O-IOO0C ;輸出類型為電壓，范圍為0-5V。本變送器具備了一套圖形化用戶編程工具軟件，用戶使用該軟件對它進(jìn)行編程非常直觀和方便的。用戶可根據(jù)圖形化編程軟件對輸入輸出變送關(guān)系進(jìn)行較大范圍的編程，由軟件自動計算變送參數(shù)，用戶在編程結(jié)束后點擊軟件設(shè)置按鈕，軟件自動將變送參數(shù)下載到變送器。
權(quán)利要求
1.一種I/o類型可編程設(shè)置智能變送器，包括主控CPU、開關(guān)電源、其特征在于，還包括有輸入端子、輸出端子，RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口、AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片；所述的主控CPU通過SPI總線分別與AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片連接，AD轉(zhuǎn)換芯片通過引腳AIN2 ( + )> AINl ( + )> AINl (_)與輸入端子連接，DA轉(zhuǎn)換芯片通過引腳VOUT、IOUT與輸出端子連接；RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口分別與主控CPU連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種I/O類型可編程設(shè)置智能變送器，其特征在于，所述輸入輸出端子具有兩個隔離耐壓500Vp-p的隔離磁柵，使其輸入端子、輸出端子、通訊接口是互相隔離的，保證了變送器在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的安全性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種I/O類型可編程設(shè)置智能變送器，其特征在于，所述輸入端子、輸出端子是可拆卸的，使接線方便、減少了安全隱患。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種I/O類型可編程設(shè)置智能變送器，其特征在于，所述RS232編程和調(diào)試接口使用戶通過該接口利用編程和調(diào)試工具軟件對變送器進(jìn)行編程和精度校正，用戶也可以通過該接口對變送器固件進(jìn)行升級。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種I/O類型可編程設(shè)置智能變送器，其特征在于，所述RS485通訊接口使用戶通過該接口遠(yuǎn)端實時獲得采樣數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端調(diào)整變送器輸入，輸出和變送參數(shù)，以及進(jìn)行變送精度校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種I/O類型可編程設(shè)置智能變送器，其特征在于，用戶可根據(jù)圖形化編程軟件對輸入輸出變送關(guān)系進(jìn)行較大范圍的編程，由軟件自動計算變送參數(shù)，用戶在編程結(jié)束后點擊軟件設(shè)置按鈕，軟件自動將變送參數(shù)下載到變送器。
全文摘要
一種I/O類型可編程設(shè)置智能變送器，涉及電力系統(tǒng)設(shè)備校驗技術(shù)領(lǐng)域。包括主控CPU通過SPI總線分別與AD轉(zhuǎn)換芯片以及DA轉(zhuǎn)換芯片連接，RS232編程和調(diào)試接口、RS485通訊接口分別與主控CPU連接。輸入輸出端子具有兩個隔離耐壓隔離磁柵；輸入輸出端子，通訊口是互相隔離的，保證了變送器在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的安全性。用戶通過RS232編程和調(diào)試接口對變送器進(jìn)行自行編程和精度校正，對其固件進(jìn)行升級。通過RS485通訊接口遠(yuǎn)端實時獲得采樣數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)端調(diào)整變送器輸入，輸出和變送參數(shù)以及進(jìn)行變送精度校正。輸入輸出端子是可拆卸的，減少了安全隱患。隔離耐壓500Vpp，變送精度0.2級；體積小巧薄型。
文檔編號G05B19/04GK102636192SQ20121013113
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者嚴(yán)勇, 劉彥琴, 劉玉龍, 劉翔宇, 張華強(qiáng) 申請人:成都電業(yè)局