本實(shí)用新型涉及工業(yè)控制領(lǐng)域，具體的說，是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的HART儀表分析平臺(tái)。

背景技術(shù)：

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起和快速發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wirelesssensornetworks，WSNs)綜合了嵌入式計(jì)算技術(shù)、遙感測(cè)控技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，交叉發(fā)展而成的軍民兩用戰(zhàn)略高新技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心，是新一代信息技術(shù)革命的重要推動(dòng)力。

HART（高速可尋址遠(yuǎn)程傳感器）通信廣泛用于數(shù)字信號(hào)傳輸。HART協(xié)議使用FSK技術(shù)，在4~20mA信號(hào)過程量上疊加一個(gè)頻率信號(hào)，成功地把模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)雙向同時(shí)通訊，而不互相干擾。HART協(xié)議參照了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的開放性互連模型，使用OSI標(biāo)準(zhǔn)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。HART協(xié)議規(guī)定了傳輸?shù)奈锢硇问?、消息結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式和一系列操作命令，是一種主從協(xié)議。當(dāng)通訊模式為"問答式"的時(shí)候，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備只做出被要求的應(yīng)答。

目前市場(chǎng)上，雖然已經(jīng)有手持操作器可以用于現(xiàn)場(chǎng)HART儀表的參數(shù)調(diào)整和測(cè)試維護(hù)，但僅在HART儀表需要調(diào)?；蚓S護(hù)時(shí)才接入系統(tǒng)，無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的HART儀表分析平臺(tái)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)HART儀表的實(shí)時(shí)監(jiān)控。而且，本實(shí)用新型中的HART無(wú)線適配器采用無(wú)源供電模式，有效節(jié)能。

本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于物聯(lián)網(wǎng)的HART儀表分析平臺(tái)，包括上位機(jī)和通過無(wú)線網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)通訊的多個(gè)HART無(wú)線適配器；所述HART無(wú)線適配器通過HART總線與HART儀表一一對(duì)應(yīng)連接，同時(shí)與物聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無(wú)線通訊，所述HART無(wú)線適配器包括殼體和安裝在殼體內(nèi)的電路板；所述電路板上設(shè)置有：

HART處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理；

串口自供電電源轉(zhuǎn)換電路，與HART處理器連接并將串口負(fù)壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的3.3V正電壓向HART處理器供電；

人機(jī)交互接口模塊，包括輸入單元、I2C接口電路，輸入單元通過I2C接口電路與HART處理器連接；

存儲(chǔ)器，與HART處理器連接并用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；

調(diào)制解調(diào)模塊，分別與HART處理器、HART儀表連接，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)HART處理器、HART儀表之間的數(shù)據(jù)通訊；

ZIGBEE收發(fā)模塊，與HART處理器連接并與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過ZIGBEE無(wú)線信號(hào)進(jìn)行通訊；

GSM收發(fā)模塊，與HART處理器連接并與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過GSM無(wú)線信號(hào)進(jìn)行通訊。

本實(shí)用新型中，所述HART無(wú)線適配器包括殼體和安裝在殼體內(nèi)的電路板；所述電路板上設(shè)置有HART處理器、串口自供電電源轉(zhuǎn)換電路、人機(jī)交互接口模塊、存儲(chǔ)器、調(diào)制解調(diào)模塊、ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊。

所述HART處理器，通過ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊接收上位機(jī)發(fā)送的指令并通過調(diào)制解調(diào)模塊向HART儀表發(fā)送請(qǐng)求指令，同時(shí)通過調(diào)制解調(diào)模塊將HART儀表返回的參數(shù)信號(hào)再通過ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊回傳給上位機(jī)。

所述串口自供電電源轉(zhuǎn)換電路，與HART處理器連接并將串口負(fù)壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的3.3V正電壓向HART處理器供電。本實(shí)用新型通過串口自供電電源轉(zhuǎn)換電路從串口直接向HART處理器進(jìn)行無(wú)源供電，節(jié)省資源。

所述人機(jī)交互接口模塊，包括輸入單元、I2C接口電路，用于接收操作者輸入的指令。

所述ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)進(jìn)行雙向無(wú)線通訊。

為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述HART處理器包括主控單元、自動(dòng)收發(fā)控制電路；

所述主控單元，分別與I2C接口電路、ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊、自動(dòng)收發(fā)控制電路；

所述自動(dòng)收發(fā)控制電路，檢測(cè)端接主控單元，控制端接調(diào)制解調(diào)模塊的受控端，自動(dòng)控制調(diào)制解調(diào)模塊的通信方向。

為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述自動(dòng)收發(fā)控制電路包括可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2、電阻R1、電容C1、反相器U3；

所述可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2的外部電容連接腳Cext以及外部電容和電阻連接腳RCext之間連接電容C1，外部電容和電阻連接腳RCext通過電阻R1接電源V1，清除腳CLR以及正邊沿觸發(fā)輸入腳B接電源V1，負(fù)邊沿觸發(fā)輸入腳A作為自動(dòng)收發(fā)控制電路的檢測(cè)端接主控單元，正脈沖輸出腳Q接反相器U3的輸入端；

所述反相器U3的輸出端作為自動(dòng)收發(fā)控制電路的控制端接調(diào)制解調(diào)模塊的受控端。

為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述調(diào)制解調(diào)模塊包括集成振蕩器的HART芯片U1以及HART芯片U1外圍設(shè)置的時(shí)鐘電路；所述HART芯片U1采用AD5700系列芯片，同時(shí)時(shí)鐘電路采用標(biāo)準(zhǔn)晶振ZTE460E晶振；

所述HART芯片U1的請(qǐng)求發(fā)送連接腳RTS作為調(diào)制解調(diào)模塊的受控端與反相器U3的輸出端連接，發(fā)送數(shù)據(jù)連接腳TXD與中控單元的數(shù)據(jù)輸出端連接并向調(diào)制器輸入數(shù)據(jù)，載波檢測(cè)連接腳CD與主控單元的載波信號(hào)接收端連接并進(jìn)行有效載波反饋，接收數(shù)據(jù)連接腳RXD與主控單元的UART接口連接并將解調(diào)器輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送至中控單元，HART FSK信號(hào)輸入腳HART_IN和HART FSK信號(hào)輸出腳分別通過2.2nF電容與HART儀表連接并進(jìn)行HART信號(hào)的輸入輸出；

所述HART芯片U1的晶振電路使能引腳XTAL_EN、時(shí)鐘配置控制引腳CLK_CFG1、時(shí)鐘配置控制引腳CLK_CFG0、時(shí)鐘輸出引腳CLKOUT分別與時(shí)鐘電路連接進(jìn)行時(shí)鐘配置和時(shí)鐘輸出。

所述HART芯片U1與HART儀表之間還設(shè)置有其隔離作用的第一隔離電路。

為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述串口自供電電源轉(zhuǎn)換電路包括與串口連接的反壓電路和與HART處理器連接的穩(wěn)壓電路，接入串口的+10V/-10V電壓先通過反壓電路轉(zhuǎn)換成+10V電壓再經(jīng)過穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成+3.3V電壓輸出至HART處理器。

為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述人機(jī)交互接口模塊還包括與I2C接口電路連接的用于反映工作狀態(tài)的LED指示燈電路以及與HART處理器連接的用于顯示的顯示器。

為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述GSM收發(fā)模塊為一集成GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)單元、功放單元的電路板。

為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述HART處理器與ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊之間還設(shè)置有隔離電路。

為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊還分別連接一防雷模塊；所述防雷模塊采用壓敏電阻。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

（1）本實(shí)用新型中與HART儀表一一對(duì)應(yīng)連接的HART無(wú)線適配器通過調(diào)制解調(diào)模塊與HART儀表進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)通過ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊與上位機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊，基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)HART儀表的實(shí)時(shí)監(jiān)控；

（2）本實(shí)用新型中HART無(wú)線適配器通過串口自供電電源轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)源供電，HART無(wú)線適配器與HART儀表通過HART總線連接時(shí)無(wú)需進(jìn)行供電線路排布且節(jié)約能源；

（3）本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾性能強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型中HART無(wú)線適配器電路板上電路原理框圖；

圖3為HART處理器與調(diào)制解調(diào)模塊連接示意圖；

圖4為AD5700芯片功能框圖；

其中，1-自動(dòng)收發(fā)控制電路；2-調(diào)制解調(diào)模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1：

如圖1、圖2所示，本實(shí)施例所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的HART儀表分析平臺(tái)，包括上位機(jī)和通過無(wú)線網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)通訊的多個(gè)HART無(wú)線適配器；所述HART無(wú)線適配器通過HART總線與HART儀表一一對(duì)應(yīng)連接，同時(shí)與物聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無(wú)線通訊，所述HART無(wú)線適配器包括殼體和安裝在殼體內(nèi)的電路板；所述電路板上設(shè)置有HART處理器、串口自供電電源轉(zhuǎn)換電路、人機(jī)交互接口模塊、存儲(chǔ)器、調(diào)制解調(diào)模塊、ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊、隔離電路、防雷模塊。

所述HART處理器，第一接入端接串口自供電電源轉(zhuǎn)換電路，第二接入端接人機(jī)交互接口模塊，第三接入端接存儲(chǔ)器，第四接入端接調(diào)制解調(diào)模塊，第五接入端接隔離電路連接并通過隔離電路分別與ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊連接。

所述串口自供電電源轉(zhuǎn)換電路，與HART處理器連接并將串口負(fù)壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的3.3V正電壓向HART處理器供電。

所述人機(jī)交互接口模塊，包括依次連接的輸入單元、I2C接口電路、LED指示燈電路，同時(shí)I2C接口電路與HART處理器連接。

所述存儲(chǔ)器，與HART處理器連接并用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

所述調(diào)制解調(diào)模塊，分別與HART處理器、HART儀表連接，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)HART處理器、HART儀表之間的數(shù)據(jù)通訊。

所述ZIGBEE收發(fā)模塊，與HART處理器連接并與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過ZIGBEE無(wú)線信號(hào)進(jìn)行通訊。

所述GSM收發(fā)模塊，與HART處理器連接并與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過GSM無(wú)線信號(hào)進(jìn)行通訊。

所述隔離電路，分別與HART處理器、ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊連接對(duì)其之間的信號(hào)同時(shí)起到隔離作用。

所述防雷模塊，與ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊一一對(duì)應(yīng)連接。所述防雷模塊采用壓敏電阻。

如圖1所示，現(xiàn)場(chǎng)有1#HART儀表、2#HART儀表、……、N#HART儀表共N個(gè)HART儀表，每個(gè)HART儀表通過HART總線連接一個(gè)HART無(wú)線適配器；1#HART無(wú)線適配器、2#HART無(wú)線適配器、……、N#HART無(wú)線適配器通過ZIGBEE/GSM信號(hào)與物聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通訊且物聯(lián)網(wǎng)中無(wú)線網(wǎng)關(guān)通過CAN總線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控多個(gè)HART設(shè)備的功能。

工作原理：

本實(shí)用新型中，多個(gè)與HART儀表一一對(duì)應(yīng)連接的HART無(wú)線適配器通過ZIGBEE信號(hào)或GSM信號(hào)接入物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過無(wú)線網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)進(jìn)行通訊。所述HART無(wú)線適配器采用串口自供電電源轉(zhuǎn)換電路對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行無(wú)源供電，在數(shù)據(jù)通訊方面：HART無(wú)線適配器中HART處理器一端通過調(diào)制解調(diào)模塊與HART儀表進(jìn)行HART數(shù)據(jù)通訊，另一端通過ZIGBEE收發(fā)模塊、GSM收發(fā)模塊接入物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。通過上述方式，實(shí)現(xiàn)HART儀表中HART數(shù)據(jù)的讀取，從而基于物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)HART儀表有效監(jiān)控。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例的在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步優(yōu)化，如圖3所示，所述自動(dòng)收發(fā)控制電路包括可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2、電阻R1、電容C1、反相器U3。

所述可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U2的外部電容連接腳Cext以及外部電容和電阻連接腳RCext之間連接電容C1，外部電容和電阻連接腳RCext通過電阻R1接電源V1，清除腳CLR以及正邊沿觸發(fā)輸入腳B接電源V1，負(fù)邊沿觸發(fā)輸入腳A作為自動(dòng)收發(fā)控制電路的檢測(cè)端接主控單元，正脈沖輸出腳Q接反相器U3的輸入端。

所述反相器U3的輸出端作為自動(dòng)收發(fā)控制電路的控制端接調(diào)制解調(diào)模塊的受控端。

本實(shí)施例中自動(dòng)收發(fā)控制電路通過控制調(diào)制解調(diào)模塊受控端接收信號(hào)為高頻或低頻，控制調(diào)制解調(diào)模塊的通訊方向。所述自動(dòng)收發(fā)控制電路功率低，可根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的指令自動(dòng)控制調(diào)制解調(diào)模塊的通訊方向，簡(jiǎn)化控制電路、降低電路開發(fā)難度及調(diào)試難度。

本實(shí)施例的其他部分與上述實(shí)施例相同，故不再贅述。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例的在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步優(yōu)化，如圖3所示，所述調(diào)制解調(diào)模塊包括集成振蕩器的HART芯片U1以及HART芯片U1外圍設(shè)置的時(shí)鐘電路。

所述HART芯片U1采用AD5700系列芯片，同時(shí)時(shí)鐘電路采用標(biāo)準(zhǔn)晶振ZTE460E晶振。如圖4所示，AD5700系列芯片功能框圖。

所述HART芯片U1的請(qǐng)求發(fā)送連接腳RTS作為調(diào)制解調(diào)模塊的受控端與反相器U3的輸出端連接，發(fā)送數(shù)據(jù)連接腳TXD與中控單元的數(shù)據(jù)輸出端連接并向調(diào)制器輸入數(shù)據(jù)，載波檢測(cè)連接腳CD與主控單元的載波信號(hào)接收端連接并進(jìn)行有效載波反饋，接收數(shù)據(jù)連接腳RXD與主控單元的UART接口連接并將解調(diào)器輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送至中控單元，HART FSK信號(hào)輸入腳HART_IN和HART FSK信號(hào)輸出腳HART_OUT分別通過2.2nF電容與HART儀表連接并進(jìn)行HART信號(hào)的輸入輸出。

所述HART芯片U1的晶振電路使能引腳XTAL_EN、時(shí)鐘配置控制引腳CLK_CFG1、時(shí)鐘配置控制引腳CLK_CFG0、時(shí)鐘輸出引腳CLKOUT分別與時(shí)鐘電路連接進(jìn)行時(shí)鐘配置和時(shí)鐘輸出。

本實(shí)施例中，調(diào)制解調(diào)模塊中HART芯片U1采用AD5700系列芯片、時(shí)鐘電路采用標(biāo)準(zhǔn)晶振ZTE460E晶振，使得調(diào)制解調(diào)模塊整體功率低、抗干擾性能強(qiáng)、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

所述AD5700系列芯片、ZTE460E晶振均為現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的改進(jìn)點(diǎn)并不在于此，故不再贅述其工作原理。

本實(shí)施例的其他部分與上述實(shí)施例相同，故不再贅述。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。