變送器及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種變送器，以及使用這種變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和產(chǎn)業(yè)化，傳感器使用量極大地增加。通常傳感器的模擬信號(hào)都需要通過(guò)變送器匹配傳送才能進(jìn)行進(jìn)一步處理，因此，對(duì)變送器的需求量和功能要求也就越來(lái)越多。
[0003]圖1是示意性說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中傳感器和變送器的典型拓?fù)涞氖疽鈭D，其中所包含的各組件的連接關(guān)系如圖1中所示。如圖1中所示，虛線(xiàn)框所表示的現(xiàn)有技術(shù)中變送器Tl、T2、…Tn需要根據(jù)不同種類(lèi)的傳感器S1、S2、…Sn分別提供相應(yīng)的不同的不通用的放大器A1、A2、…An進(jìn)行信號(hào)放大，分別通過(guò)相應(yīng)的獨(dú)立的模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器C1、C2、…Cn進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，分別通過(guò)單獨(dú)的數(shù)字化接口電路I1、12、…In進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。如果打算用單線(xiàn)傳輸輸出信號(hào)，則還需要通過(guò)諸如可編程邏輯控制器(PLC)之類(lèi)的η轉(zhuǎn)I路接口電路M進(jìn)行復(fù)用。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，由于傳感器種類(lèi)繁多，指標(biāo)各異，一般一種傳感器只能使用特定的變送器，即一個(gè)傳感器配一個(gè)變送器，變送器不能共享也不能通用，這會(huì)造成如下問(wèn)題:
[0005]1、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建成本高。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，變送器成本通常會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)傳感器。隨著傳感器數(shù)量的增加，這一成本成倍數(shù)增長(zhǎng)。
[0006]2、變送器生產(chǎn)成本高。不同信號(hào)的傳感器甚至同種信號(hào)的單個(gè)傳感器的變送器必須專(zhuān)用。這樣，一方面增加了使用者的成本，也同時(shí)增加了生產(chǎn)者的成本。需要生產(chǎn)的變送器的種類(lèi)太多，每種傳感器的數(shù)量就不可能做的很大。這樣，為了分?jǐn)偝杀?，單個(gè)變送器的售價(jià)就難以降低，并難以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
[0007]3、浪費(fèi)電力且系統(tǒng)壽命短。變送器處理路數(shù)低，不能復(fù)用，而且，即使在不需要數(shù)據(jù)的時(shí)間，各變送器也必須處于工作狀態(tài)，這樣不僅浪費(fèi)電力，還導(dǎo)致系統(tǒng)壽命短。通常一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配有多個(gè)多種傳感器，在慢速采集數(shù)據(jù)的條件下，例如在采集間隔十幾分鐘、甚至一兩個(gè)小時(shí)或一天的常態(tài)系統(tǒng)中，這種電力浪費(fèi)和系統(tǒng)壽命短的現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本申請(qǐng)是考慮到至少一部分上述問(wèn)題而做出的。
[0009]本申請(qǐng)的一個(gè)目的是提供一種變送器，包括:多選一復(fù)用開(kāi)關(guān)，配置為通過(guò)多個(gè)輸入端分別接收多個(gè)通道的多個(gè)傳感器信號(hào)，從所述多個(gè)傳感器信號(hào)中選擇一個(gè)傳感器信號(hào)，并通過(guò)一個(gè)輸出端輸出所選擇的傳感器信號(hào)；第一變?cè)鲆娣糯笃?，配置為接收所選擇的傳感器信號(hào)，以第一增益范圍內(nèi)的增益放大所選擇的傳感器信號(hào)，并輸出被放大的傳感器信號(hào)；控制參數(shù)輸入端，配置為接收來(lái)自所述變送器外部的輸入控制參數(shù)；以及運(yùn)算和開(kāi)關(guān)選擇器，配置為根據(jù)所述輸入控制參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，來(lái)控制所述多選一復(fù)用開(kāi)關(guān)選擇所述一個(gè)傳感器信號(hào)，以及控制所述第一變?cè)鲆娣糯笃鞯乃鲈鲆妗?br>[0010]本申請(qǐng)的另一個(gè)目的是提供一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括:多個(gè)傳感器，配置為產(chǎn)生多個(gè)通道的多個(gè)傳感器信號(hào)；變送器，配置為包括:多選一復(fù)用開(kāi)關(guān)，配置為通過(guò)多個(gè)輸入端分別接收多個(gè)通道的多個(gè)傳感器信號(hào)，從所述多個(gè)傳感器信號(hào)中選擇一個(gè)傳感器信號(hào)，并通過(guò)一個(gè)輸出端輸出所選擇的傳感器信號(hào)第一變?cè)鲆娣糯笃?，配置為接收所選擇的傳感器信號(hào)，以第一增益范圍內(nèi)的增益放大所選擇的傳感器信號(hào)，并輸出被放大的傳感器信號(hào)；控制參數(shù)輸入端，配置為接收來(lái)自所述變送器外部的輸入控制參數(shù)；以及運(yùn)算和開(kāi)關(guān)選擇器，配置為根據(jù)所述輸入控制參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，來(lái)控制所述多選一復(fù)用開(kāi)關(guān)選擇所述一個(gè)傳感器信號(hào)，以及控制所述第一變?cè)鲆娣糯笃鞯乃鲈鲆?；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，配置為接收所述變送器輸出的被放大的傳感器信號(hào)，并將所述被放大的傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字傳感器信號(hào)；接口電路，配置為接收所述數(shù)字傳感器信號(hào)，并將所述數(shù)字傳感器信號(hào)編碼和封裝成為數(shù)字輸出；以及中央控制單元，配置為向所述變送器發(fā)送所述輸入控制參數(shù)，接收所述數(shù)字輸出，并將所述數(shù)字輸出解封裝和解碼，以再現(xiàn)和顯示所述多個(gè)傳感器信號(hào)。
[0011]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以根據(jù)各種傳感器的信號(hào)特點(diǎn)設(shè)定各路接入信號(hào)種類(lèi)、所需增益，并且能夠完成多路復(fù)用、以及休眠喚醒。
[0012]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以輸入多種類(lèi)型的傳感器輸入信號(hào)，并可動(dòng)態(tài)地任意選擇通道。每路信號(hào)可以有獨(dú)立的配置，即，是否使用初級(jí)放大器、如何確定初級(jí)放大倍數(shù)、二級(jí)放大倍數(shù)。
[0013]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用單片機(jī)或處理器等硬件和內(nèi)嵌軟件控制傳感器信號(hào)的放大和調(diào)制。根據(jù)程序和配置文件來(lái)改變輸入信號(hào)的兩級(jí)放大倍數(shù)，并可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)改變。
[0014]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用內(nèi)嵌軟件控制多路開(kāi)關(guān)的切換，實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號(hào)公用兩級(jí)放大器輪詢(xún)功能。
[0015]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用內(nèi)嵌軟件實(shí)現(xiàn)休眠功能，在非采集期進(jìn)行系統(tǒng)休眠并能在預(yù)定采集時(shí)間喚醒并進(jìn)行采集。
[0016]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用數(shù)?；旌想娐?，集成有運(yùn)算和開(kāi)關(guān)選擇器，可以高度集成為小尺寸單板甚至芯片而無(wú)特殊供電要求。
[0017]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大，可對(duì)變送器各端口和規(guī)則進(jìn)行配置和編程，可接受外部同步信號(hào)切換通道并且輸出當(dāng)前通道號(hào)供外部處理，可在不需要高速連續(xù)采集的情況下取代大多數(shù)變送器，并且同時(shí)取代多個(gè)類(lèi)型的傳感器變送器而只需更新內(nèi)嵌軟件即可。
[0018]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有數(shù)字控制量輸出可進(jìn)行擴(kuò)展，支持更多擴(kuò)展特性，例如，對(duì)于需要特定溫度補(bǔ)償?shù)哪承┨囟▊鞲衅?，可增加多路?dú)立的溫度補(bǔ)償模塊由運(yùn)算和開(kāi)關(guān)選擇器控制；再如，可接外部電路實(shí)現(xiàn)變送器級(jí)聯(lián)控制，極大增加可用性。另外，例如可用PLC連接運(yùn)算和開(kāi)關(guān)選擇器進(jìn)行控制。
[0019]采用本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，單個(gè)變送器可支持多達(dá)十幾路甚至上百路的傳感器信號(hào)，并可設(shè)計(jì)成級(jí)聯(lián)和可擴(kuò)展，能夠極大地降低采購(gòu)和使用成本。
[0020]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以在80%以上的非實(shí)時(shí)高速采集的場(chǎng)合應(yīng)用，可以把單路變送器的成本從幾千元降低到幾百元，幾十元甚至更低，極大地降低成本，促進(jìn)傳感器大規(guī)模應(yīng)用。
[0021]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以把部署和現(xiàn)場(chǎng)安裝費(fèi)用降低50%甚至更多。
[0022]采用本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，生產(chǎn)模塊化標(biāo)準(zhǔn)化效率提高近一倍以上。
[0023]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠降低能耗，以單路傳感器變送器的要求采集頻率I小時(shí)為例，總計(jì)N路；使用傳統(tǒng)電路，變送器需要時(shí)刻供電，假設(shè)單路A/D轉(zhuǎn)換器和接口電路總功耗為100個(gè)單位，使用本申請(qǐng)的智能變送器后，單個(gè)A/D和接口電路總功率可以下降到接近100/N，使用路數(shù)越多，節(jié)能越明顯。
[0024]本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不需要硬件開(kāi)關(guān)，壽命長(zhǎng)，電路簡(jiǎn)單，可靠性高，適合批量生產(chǎn)。
[0025]采用本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于使用內(nèi)嵌軟件控制，擁有極大的靈活性和擴(kuò)展性，工作模式多種多樣，每一路都可以擁有獨(dú)立的配置和特性供運(yùn)算和開(kāi)關(guān)選擇器判斷和使用，從而成為真正的通用和高度集中的復(fù)用變送器。例如對(duì)于水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通常情況需要多種傳感器和變送器，多路A/D和接口電路，如針對(duì)酸堿度PH值、溶解氧、溫度、壓力、渾濁度等等，通常有10路以上的傳感器和變送器，而使用本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行軟件設(shè)定之后，可以使多個(gè)多種傳感器共用單路變送器、單路A/D轉(zhuǎn)換和接口電路。
[0026]采用本申請(qǐng)的智能變送器和使用這種智能變送器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)變送器可進(jìn)行編程，使用運(yùn)算和開(kāi)關(guān)選擇器通過(guò)軟件控制初級(jí)或次級(jí)放大器的放大倍數(shù)進(jìn)行信號(hào)智能匹配轉(zhuǎn)換傳輸