專利名稱：一種智能4～20mA兩線制光電物位變送器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種智能4 20mA兩線制光電物位變送器。
背景技術：
在油品儲罐測量中鋼帶物位計應用十分廣泛，而在鋼帶物位計中采用紅外光電傳感器檢測液位的方式為最多。目前在現(xiàn)場自動化信息管控系統(tǒng)中，4 20mA信號的應用已得到普遍認同，具有4 20mA輸出的鋼帶物位計也越來越多得到廣泛應用。但在目前使用中的光電液位變送器因為處理電路的限制，變送器普遍采用三線制，其中兩根為供電電源，一根為4 20mA信號輸出，該電路工作條件要求較高且存在諸多缺點和不足在有本安防爆要求的使用場所，因為變送器要求供電電壓較高、工作電流大，選配安全柵非常困難；變送器三線制的工作方式還會導致現(xiàn)場工程線纜成本的增加；變送器在4 20mA三線制輸出形式下沒有載波的HART數(shù)字接口，與控制室無法實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，儀表維護困難；變送器液位檢測的紅外光電傳感器關鍵部分采用普通門電路自身邏輯處理，數(shù)據(jù)出錯率高；變送器紅外光電傳感器長時間的工作老化使傳輸特性變化，匹配偏差的增大造成工作穩(wěn)定性降低；對傳感液位的格雷碼帶制作工藝要求嚴、生產(chǎn)成本高以及現(xiàn)場運行維護工作強度大寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種智能4 20mA兩線制光電物位變送器，以克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷。其具有低功耗、供電范圍寬，對傳感器數(shù)據(jù)有超強糾錯能力，穩(wěn)定可靠性高，減小現(xiàn)場人員的維護強度等優(yōu)點。本發(fā)明的技術方案為一種智能4 20mA兩線制光電物位變送器，其特征在于包括處理器，以及與處理器相連的電源轉(zhuǎn)換電路、光電傳感器控制檢測單元、DA轉(zhuǎn)換器和HART通訊單元；其中，處理器控制采集光電傳感器控制檢測單元從而得到液位信號，該液位信號通過DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為4 20mA標準信號，同時通過HART通訊單元在4 20mA載波符合Bell202國際標準協(xié)議，實現(xiàn)變送器與控制室之間的雙向數(shù)字通訊。包括與電源轉(zhuǎn)換電路相連的極性轉(zhuǎn)換電路或單二極管，以實現(xiàn)對變送器電源的不分極性的接入。所述極性轉(zhuǎn)換電路為二極管整流橋電路。所述電源轉(zhuǎn)換電路是DC-DC轉(zhuǎn)換電路，用于轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)工作電源。所述處理器采用低功耗的處理器，以降低系統(tǒng)功耗。所述DA轉(zhuǎn)換器采用直接轉(zhuǎn)換為4 20mA的D/I型DA轉(zhuǎn)換器，或者為D/V轉(zhuǎn)換和V/I轉(zhuǎn)換組合的復合型轉(zhuǎn)換電路。所述HART通訊單元采用符合Bel 1202標準的HART芯片，HART通訊單元解調(diào)由控制室發(fā)過來的Bell202載波電壓信號為通訊指令，然后把變送器數(shù)據(jù)以電流形式調(diào)制載波到壙20mA電流環(huán)上，最終達到控制室系統(tǒng)與變送器設備之間的雙向數(shù)據(jù)交換傳輸。
本發(fā)明的技術效果為
1.變送器實現(xiàn)了Γ20Π1Α兩線制信號傳輸，在同類產(chǎn)品中屬于首創(chuàng)；
2.變送器的數(shù)據(jù)糾錯處理能力強，可靠性有較大提高；
3.變送器供電范圍寬，適應了在本安防爆場合儀表對更多的安全柵選擇；
4.變送器在兩線制基礎上支持HART通訊接口，方便雙向數(shù)據(jù)傳輸和儀表維護；
5.變送器對自身的健康狀態(tài)有診斷功能，可以做到故障提前預知與處理；
6.變送器的性能的提高和適應能力的增強，降低了現(xiàn)場人員的維護工作量。7.變送器采用了低功耗糾錯能力強的光電傳感器的處理電路，整機功耗低、電源供范圍寬，數(shù)據(jù)糾錯能力強，在大大提高光導物位計的性能的基礎上實現(xiàn)了 4 20mA兩線制變送輸出，方便DCS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成。


圖1為本發(fā)明示意圖。附圖標記如下
1.極性轉(zhuǎn)換電路、2.電源轉(zhuǎn)換電路、3.處理器、4.光電傳感器控制檢測單元、5. DA轉(zhuǎn)換器、6. HART通訊單元。
具體實施例方式本發(fā)明涉及物位測量儀表技術領域，具體的說涉及一種智能Γ20πιΑ兩線制光電物位變送器電路。參見圖1，本發(fā)明涉及的一種智能4 20mA兩線制光電物位變送器的具體為包括處理器3，以及與處理器3相連的電源轉(zhuǎn)換電路2、光電傳感器控制檢測單元4、DA
轉(zhuǎn)換器5和HART通訊單元6 ；其中，處理器3控制采集光電傳感器控制檢測單元4從而得到液位信號，該液位信號通過DA轉(zhuǎn)換器5轉(zhuǎn)換為4 20mA標準信號，同時通過HART通訊單元6在4 20mA載波符合Bell202國際標準協(xié)議，實現(xiàn)變送器與控制室之間的雙向數(shù)字通訊。本發(fā)明中還可包括與電源轉(zhuǎn)換電路2相連的極性轉(zhuǎn)換電路1或單二極管，以實現(xiàn)對變送器電源的不分極性的接入。其實現(xiàn)現(xiàn)場變送器的接線正負不分極性，該方式可以方便用戶不必要的極性識別或由此造成的設備損壞。所述極性轉(zhuǎn)換電路1具體可為二極管整流橋電路。本發(fā)明中的電源轉(zhuǎn)換電路2可為DC-DC轉(zhuǎn)換電路，用于把二極管整流橋整流后的電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)工作電源。該轉(zhuǎn)換電路輸入電壓范圍寬，轉(zhuǎn)換效率高，以適應現(xiàn)場的寬電源供電和變送器系統(tǒng)功耗的要求。本發(fā)明中的處理器3可采用低功耗的處理器，以降低系統(tǒng)功耗。該處理器3與光電傳感器控制檢測單元(4)連接并按照其邏輯要求完成液位數(shù)據(jù)的采集處理；處理器(3)與HART通訊單元(6 )、DA轉(zhuǎn)換器(5 )等電路完成相應功能的實現(xiàn)。本發(fā)明中的光電傳感器控制檢測單元4，功耗低、糾錯能力強的、電路邏輯電平識別能力強，適應性好，可靠性能高，非常適合多通道光電轉(zhuǎn)換電路的信號處理，并有自診斷能力。光電傳感器控制檢測單元4的部分電路可以由集成在處理器中內(nèi)部功能模塊實現(xiàn)，如AD轉(zhuǎn)換器、比較器等，以減少外圍器件，降低故障點數(shù)量，提高產(chǎn)品可靠性。本發(fā)明中的DA轉(zhuǎn)換器5可采用直接轉(zhuǎn)換為4 20mA的D/I型DA轉(zhuǎn)換器，也可以為D/V轉(zhuǎn)換和V/I轉(zhuǎn)換組合的復合型轉(zhuǎn)換電路。DA轉(zhuǎn)換器5采用高精度DA數(shù)模4 20mA轉(zhuǎn)換電路，通過處理器3輸出的數(shù)字量直接把變送器的回路電流調(diào)整轉(zhuǎn)換為4 20mA模擬信號，還可以通過DA轉(zhuǎn)換器把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電壓模擬量，再通過V-I模擬電壓轉(zhuǎn)換為4 20mA模擬信號組成的復合電路，也可以是由脈沖寬度調(diào)制方式實現(xiàn)的數(shù)字量與4 20mA轉(zhuǎn)換的復合電路。DA轉(zhuǎn)換器5用于把采集數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4 20mA的模擬信號。本發(fā)明中的HART通訊單元6采用符合Bell202標準的HART芯片，該單元解調(diào)由控制室發(fā)過來的Bell202載波電壓信號為通訊指令，然后把變送器數(shù)據(jù)以電流形式調(diào)制載波到4 20mA電流環(huán)上，最終達到控制室系統(tǒng)與變送器設備之間的雙向數(shù)據(jù)交換傳輸。該單元由HART modem芯片及其外圍電路組成。該單元符合Bell202國際標準協(xié)議，內(nèi)部集成了調(diào)制解調(diào)器，其數(shù)字接口與處理器相連，采用頻移鍵控FSK技術調(diào)制出疊加在4 20mA模擬信號上編碼載波信號，并可以解調(diào)出HART單元接收到的載波信號給處理器，以實現(xiàn)計算機與變送器之間的上行和下行的雙向數(shù)據(jù)交互傳輸。如圖1所示，由外部電源通過極性轉(zhuǎn)換電路1，把不分極性的外部電源整流進行極性轉(zhuǎn)換后給電源轉(zhuǎn)換電路DC—DC的輸入端，電源轉(zhuǎn)換輸出系統(tǒng)電源，供處理器和其他電路使用。處理器采用超低功耗MSP430系列MCU，在IMHz工作時鐘下，2. 2V供電電源時的功耗只有^OuA,最低工作電壓1. 8V，處理器片內(nèi)有8路12bitAD轉(zhuǎn)換器，方便與光電傳感器控制檢測單元的功能實現(xiàn)；處理器也同時與DA轉(zhuǎn)換器、HART通訊單元等電路接口完成相應功能的實現(xiàn)和數(shù)據(jù)運算處理。處理器通過控制光電傳感器控制檢測電路單元，使輸出相應紅外傳感器接收通道的電壓輸出信號，該信號由處理器內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器完成采樣，并通過內(nèi)部設定的門限值，進行邏輯糾錯判斷而輸出相應的液位值。4 20mA電流信號的轉(zhuǎn)換采用美國ADI公司推出的一種單片高性能模式轉(zhuǎn)換器(數(shù)字/電流)，為16bit串行SPI方式輸入，4 20mA輸出，它提供了高集成、低功耗、高精度的信號轉(zhuǎn)換方案。HART通訊采用HART modem專用芯片，該芯片片內(nèi)集成了符合BELL202標準的調(diào)制解調(diào)器，與其外圍電路來實現(xiàn)HART協(xié)議規(guī)定數(shù)字通訊的編譯碼。HART通訊的數(shù)據(jù)采用頻移鍵控FSK技術進行調(diào)制解調(diào)信號，調(diào)制的信號即在4 20mA模擬信號上疊加一個頻率，該頻率符合BELL202標準，1200HZ表示“0”，2200HZ表示“ 1 ”，信號幅度0. 5mA,在一個信號周期內(nèi)，F(xiàn)SK信號的平均值為0，不會對4 20mA模擬信號產(chǎn)生任何影響；同時也對接收的頻率信號解調(diào)輸出給處理器以完成雙向的數(shù)據(jù)傳輸。
權利要求
1.一種智能4 20mA兩線制光電物位變送器，其特征在于包括處理器(3)，以及與處理器(3)相連的電源轉(zhuǎn)換電路(2)、光電傳感器控制檢測單元(4)、DA轉(zhuǎn)換器(5)和HART通訊單元(6 )；其中，處理器(3 )控制采集光電傳感器控制檢測單元(4 )從而得到液位信號，該液位信號通過DA轉(zhuǎn)換器(5)轉(zhuǎn)換為4 20mA標準信號，同時通過HART通訊單元(6)在4 20mA載波符合Bell202國際標準協(xié)議，實現(xiàn)變送器與控制室之間的雙向數(shù)字通訊。
2.根據(jù)權利要求1所述智能4 20mA兩線制光電物位變送器，其特征在于包括與電源轉(zhuǎn)換電路(2)相連的極性轉(zhuǎn)換電路(1)或單二極管，以實現(xiàn)對變送器電源的不分極性的接入。
3.根據(jù)權利要求2所述智能4 20mA兩線制光電物位變送器，其特征在于所述極性轉(zhuǎn)換電路(1)為二極管整流橋電路。
4.根據(jù)權利要求3所述智能4 20mA兩線制光電物位變送器，其特征在于所述電源轉(zhuǎn)換電路(2)是DC-DC轉(zhuǎn)換電路，用于轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)工作電源。
5.根據(jù)權利要求1所述智能4 20mA兩線制光電物位變送器，其特征在于所述處理器(3)采用低功耗的處理器，以降低系統(tǒng)功耗。
6.根據(jù)權利要求1所述智能4 20mA兩線制光電物位變送器，其特征在于所述DA轉(zhuǎn)換器(5)采用直接轉(zhuǎn)換為4 20mA的D/I型DA轉(zhuǎn)換器，或者為D/V轉(zhuǎn)換和V/I轉(zhuǎn)換組合的復合型轉(zhuǎn)換電路。
7.根據(jù)權利要求1所述智能4 20mA兩線制光電物位變送器，其特征在于所述HART通訊單元(6)采用符合Bel 1202標準的HART芯片，HART通訊單元(6)解調(diào)由控制室發(fā)過來的Bell202載波電壓信號為通訊指令，然后把變送器數(shù)據(jù)以電流形式調(diào)制載波到Γ20πιΑ電流環(huán)上，最終達到控制室系統(tǒng)與變送器設備之間的雙向數(shù)據(jù)交換傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能4～20mA兩線制光電物位變送器，其特征在于包括處理器，以及與處理器相連的電源轉(zhuǎn)換電路、光電傳感器控制檢測單元、DA轉(zhuǎn)換器和HART通訊單元；其中，處理器控制采集光電傳感器控制檢測單元從而得到液位信號，該液位信號通過DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為4～20mA標準信號，同時通過HART通訊單元在4～20mA載波符合Bell202國際標準協(xié)議，實現(xiàn)變送器與控制室之間的雙向數(shù)字通訊。其具有低功耗、供電范圍寬，對傳感器數(shù)據(jù)有超強糾錯能力，穩(wěn)定可靠性高，減小現(xiàn)場人員的維護強度等優(yōu)點。
文檔編號G01F23/292GK102564530SQ201110411608
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權日2011年12月12日
發(fā)明者周勤建, 強亮, 李文杰, 王衛(wèi)東, 陳建文 申請人:西安福安創(chuàng)意咨詢有限責任公司