一种现场仪表自取电式无线适配系统技术方案

本发明专利技术涉及一种现场仪表自取电式无线适配系统，取电电路从4-20mA现场仪表输出的电流信号取电存储，并供给主控电路作为维持工作的电源，主控MCU控制信号采集电路对4-20mA现场仪表输出信号进行采集，并将采集信号进行处理后送Zigbee无线传输无线输出，主控MCU将仪表变送的传感量和系统的运行参数送液晶显示模块显示，主控MCU通过串口输出模块和上位机进行数据交互，主控MCU将采集信号送本地存储模块储存。无需外部供电，直接通过现场仪表输出的4-20mA储能充电，实现取电，对主控电路供电，可完成数据定时采集、传输、存储、显示等功能，解决数据传输系统需要外部走线供电的问题，具有数据传输系统零布线、低功耗等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信号传输技术，特别涉及一种现场仪表自取电式无线适配系统。
技术介绍
工业现场仪表输出的信号通常是4_20mA的电流信号，且仪表与控制室之间的距离较远，中控室只能通过有线方式获取仪表的数据，而工业现场设备较多，现场环境较复杂，一旦仪表数量较多时造成布线困难、成本较高。
技术实现思路
本专利技术是针对工业现场仪表与控制室之间布线混乱，不易维护的问题，提出了一种现场仪表自取电式无线适配系统，利用仪表输出的电流信号作为采集和传输系统电路的能量源，并且也不会给原来的仪表变送信号带来影响，通过设计一种针对4_20mA仪表的取电电路获得一个稳定的电源信号，用来给主控电路供电，完成数据采集和传输，这样就解决了主控电路的供电问题，无需外部布线供电。本专利技术的技术方案为:一种现场仪表自取电式无线适配系统，包括主控MCU、4-20mA现场仪表、取电电路、串口输出模块、液晶显示模块、信号采集模块、本地存储模块、Zigbee无线传输模块。取电电路从4-20mA现场仪表输出的电流信号取电存储，并供给主控MCU作为维持工作的电源，主控MCU控制信号采集电路对现场仪表输出信号进行采集，并将采集信号进行处理后送Zigbee无线传输，主控MCU将仪表变送的传感量和系统的运行参数送液晶显示模块显示，且通过串口输出模块和上位机进行数据交互，以及将采集信号送本地存储模块储存。所述取电电路包括电流方向控制电路、充电电路、稳压电路、滤波电路，电流方向控制电路为一个整流桥电路，4-20mA现场仪表输出电流信号经过整流桥电路并联到充电电路，给充电电路中超级电容充电，充电电路输出经稳压电路稳压后经η形RC滤波电路滤波后给主控MCU供电。数个现场仪表自取电式无线适配系统组成无线数据采集网路，互相进行信息传递，并将仪表数据通过无线网络传送到网关，主机通过网关访问到现场各个仪表的工作状??τ ο本专利技术的有益效果在于:本专利技术现场仪表自取电式无线适配系统，无需外部供电，直接通过现场仪表输出的4_20mA储能充电，实现取电，然后对主控电路供电，可完成数据定时采集、传输、存储、显示等功能，解决数据传输系统需要外部走线供电的问题，具有数据传输系统零布线、低功耗等优点。【附图说明】图1为本专利技术现场仪表自取电式无线适配系统结构示意图； 图2为本专利技术现场仪表自取电式无线适配系统成网络整体架构图； 图3为本专利技术提供的Zigbee无线数据传输流程图。【具体实施方式】如图1所示为现场仪表自取电式无线适配系统结构示意图，包括4_20mA现场仪表10、取电电路11(采样电阻12、超级电容13、电压调节器14、电压巡检15)、串口输出模块16、液晶显示模块17、信号采集模块18、本地存储模块19、主控MCU 20，以及Zigbee无线传输21。其中，取电电路包括电流方向控制电路、充电电路、稳压电路、滤波电路，这些部分完成主控MCU的电源供电部分，保证系统能够可靠地供电。取电电路11从4-20mA现场仪表10输出的电流信号取电储能，并供给主控MCU 20作为维持工作的电源。主控MCU控制信号采集电路18对4-20mA现场仪表输出信号进行采集，并将采集信号进行处理后送Zigbee无线传输21无线输出。所有的现场仪表通过该系统能够自组网，实现信号采集和传输，系统可以长时间稳定工作且无需外部供电，解决Zigbee数据采集传输系统需更换电池或供电布线的问题。图2是无线适配系统的整体架构，本系统实现将工业现场各个离散仪表组网起来，构成一个无线数据采集网路，实现数据采集和无线传输，并且各个仪表之间可以进行信息传递，所有的仪表数据通过无线网络传送到网关，主机通过网关可以访问到现场层各个仪表的工作状态。取电电路模块11包括采样电阻12、超级电容13以及电压调节器14等部分，用来充电储能。先采用一块电源芯片并联到4_20mA电路中，通过采样电阻12和电压调节器14等作用动态调节其输出电压，再通过一块升压DC/DC芯片升压到5V给超级电容13充电，并经过一个降压DC/DCS片降压到3.3V，用来给主控MCU提供一个稳定的电源。充电电路包含一个电压巡检部分15，由专用的电源管理芯片控制，在取电过程中用来监测供电电源剩余电量，一旦电源电量较低，就降低系统工作频率或者让系统睡眠，防止系统由于供电不足而出现故障。如图2所示，电流方向控制电路是一个整流桥电路，其是用来变换电流方向，当现场仪表4-20mA输出方向接反时，仍能保证充电电路的电流输入方向唯一，起到充电电流输入方向防反的作用。稳压电路由稳压管、调整管等部件构成，并且包括一个供电电压检测控制部分，具备输入电压取样、输出电压调节的功能，能够实现自动稳压，保证主控MCU能够供上一个高品质的电源电压。滤波电路是利用31形RC滤波电路，由两个电容和一个电阻组成，两个电容同时进行滤波作用，后者滤波电容可以补偿前者电容滤波不完善的部分，两个电容共同作用滤波，从而大大提高滤波效果，降低干扰、减少噪声，确保电源供电稳定。主控Μ⑶采用基于Atmel的Cortex-MO系列低功耗、高能效的ARM处理器，可用来控制信号采集电路完成电流检测，即测量变送器的输出信号，包括信号调理电路、A/D转换电路、芯片处理电路等，转换得到的数字量经过主控芯片分析处理并等待传输。液晶显示模块是采用一块超低功耗微安级LCD液晶屏，以较低速率刷新显示仪表变送的传感量和系统的运行参数。串口模块采用的是RS232通讯方式，直接和上位机进行数据交互，一方面上传采集数据，另一方面接受上位机命令配置系统参数，如改变系统采集、显示频率等。本地存储模块是采用SD卡方式，首先初始化SPI设置低速模式，发送控制命令CMD，然后判断SD卡Ready状态，再设置SPI高速模式，以定时方式控制仪表数据和报警数据的写入。如图3所示，Zigbee传输数据包的流程是:首先确定目标节点的网络地址和建立源节点通向目标节点的路径，当目标节点的网络地址未知时，则开始查找，查找网络地址成功后，再确定路径是否建立，若未建立则开始搜寻源节点通向目标节点的路径，搜寻成功后，则开始传输数据包，否则丢弃该数据包，重新传输数据，如此循环进行。无线适配系统可以与有线现场仪表进行对接，完成数据采集，获取仪表关键参数，并且将现场离散仪表进行组网，完成数据无线传输，实现现场仪表的无线化改造。无线适配系统是利用Zigbee无线方式传输数据，其组网灵活、功耗较低，可以把现场仪表组网起来，构成一个无线数据采集网络，这样就无需将每个仪表(变送器)都接到控制室，解决了现场和控制室之间布线复杂的难题，只要在控制中心布置一个网关，负责收集现场层所有仪表的数据，并将其传输到上层主机进行分析和处理。采用一种无线适配系统，每个现场仪表连接该系统就可以无线传输数据，并且通过该适配系统将现场各个离散仪表组网起来，即将有线现场仪表接入到无线系统中，每个仪表之间就可以相互传递信息，不但解决其布线的难题，而且改善了数据传输效率。无线适配系统一方面负责收集现场仪表变送的关键参数，另一方面将这些数据以无线的方式传输送到网关，控制中心通过网关可对现场层各类数据进行分析和处理，整个现场仪表就可以集成到工业测控系统中，有效地进行管控和调度。现场仪表自身输出4_20mA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种现场仪表自取电式无线适配系统，其特征在于，包括主控MCU、4‑20mA现场仪表、取电电路、串口输出模块、液晶显示模块、信号采集模块、本地存储模块、Zigbee无线传输模块；取电电路从4‑20mA现场仪表输出的电流信号取电存储，并供给主控MCU作为维持工作的电源，主控MCU控制信号采集电路对现场仪表输出信号进行采集，并将采集信号进行处理后送Zigbee无线传输，主控MCU将仪表变送的传感量和系统的运行参数送液晶显示模块显示，且通过串口输出模块和上位机进行数据交互，以及将采集信号送本地存储模块储存。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜，陈俊杰，王珩，梅会儒，
申请(专利权)人：上海工业自动化仪表研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31