带HART采集功能的隔离式浪涌保护器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种带HART采集功能的隔离式浪涌保护器，包括浪涌泄放采集单元、浪涌信号检测单元、浪涌处理单元、过程信号采集单元、HART信号采集单元、中央处理单元、隔离单元、远程通讯单元、电源单元和至少一个过程信号输出单元。本实用新型专利技术中，将防雷、过程信号隔离抗扰及HART信号采集处理功能集成到一台仪器上，不仅能够泄放雷击电流、防止电磁干扰及防止过电压，还能将现场智能仪表信息及仪器自身的信息同时上传到设备管理系统，获得全生命周期管理的定量数据，同时，通过对电路结构的优化，将防雷、隔离抗扰及HART采集功能集成到一台仪器上，减少了安装所需的空间，结构紧凑，功能齐全，使用效果好。

【技术实现步骤摘要】
带HART采集功能的隔离式浪涌保护器
本技术涉及防雷设备领域，特别涉及一种带HART采集功能的隔离式浪涌保护器。
技术介绍
由于野外现场气候条件恶劣、环境复杂，过程控制中的信号传输回路除了会受到电磁脉冲等各种杂波干扰，还可能受到雷电浪涌及其他因素引起的瞬态浪涌冲击，为了降低这些因素对控制系统的影响，往往会在信号线路上安装电涌保护器以防止雷电浪涌冲击、安装隔离器以防止电磁干扰及故障过电压、安装HART采集器以实现信号比对及故障诊断等等。这样可能会在同一信号线路上安装3个分立的电子仪表，不但会占用过多的安装空间，还会导致故障率升高，而且仍然不能满足控制系统全生命周期管理的要求。因此有必要研发一款具有这三大功能的智能仪表来解决工业现场的实际需求。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供了一种带HART采集功能的隔离式浪涌保护器。本技术的技术方案如下：一种带HART采集功能的隔离式浪涌保护器，包括浪涌泄放采集单元、浪涌信号检测单元、浪涌处理单元、过程信号采集单元、HART信号采集单元、中央处理单元、隔离单元、远程通讯单元、电源单元和至少一个过程信号输出单元；所述浪涌泄放采集单元用于泄放过程信号采集单元输入信号中的雷击电流，并采集雷电流信号送给浪涌信号检测单元；所述浪涌信号检测单元用于对浪涌泄放采集单元采集的雷电流信号进行分析处理，得到雷击的强度和次数，并将雷击的强度和次数信息送给浪涌处理单元；所述浪涌处理单元用于将浪涌信号检测单元送来的信息进行处理后送给中央处理单元；所述过程信号采集单元用于将输入的模拟信号转换为数字信号后送给中央处理单元，以及将HART信号采集单元送来的HART信号返回给现场仪表；所述HART信号采集单元用于提取过程信号采集单元的输入信号中包含的HART信号并进行解调后送给中央处理单元，以及将中央处理单元送来的信息调制成HART信号并送给过程信号采集单元；所述中央处理单元用于对浪涌处理单元、过程信号采集单元和HART信号采集单元送来的信号进行分析处理，并将分析结果输出给隔离单元，以及将隔离单元送来的需要给现场仪表的信息进行处理后送给HART信号采集单元；所述隔离单元包括远程通讯隔离模块以及与过程信号输出单元一一对应的输入输出隔离模块，所述远程通讯隔离模块的一端与所述中央处理单元电连接，另一端与远程通讯单元电连接，每个所述输入输出隔离模块的一端均与所述中央处理单元电连接，另一端与对应的过程信号输出单元电连接；所述远程通讯单元用于完成信号的格式转换以实现与远端设备管理系统之间的相互通信；所述过程信号输出单元用于将隔离单元送来的数字输出信号转换为模拟信号输出；所述电源单元用于给各单元提供供电电压。进一步的，所述浪涌处理单元包括芯片U2、电容C7和电容C11；所述芯片U2的DVCC管脚和AVCC管脚均连接3.3V电压，DVSS管脚和AVSS管脚均连接输入地G_C，所述芯片U2的DVCC管脚还通过电容C7与其DVSS管脚相连，所述电容C11与电容C7并联；所述芯片U2的P1.1管脚、P3.0管脚、P3.1管脚、P3.2管脚、P3.3管脚、P4.0管脚和P4.1管脚分别与浪涌信号检测单元电连接，所述芯片U2的P1.2管脚、P1.3管脚、P2.0管脚、P2.1管脚、P2.2管脚和P3.7管脚分别与显示单元电连接；所述芯片U2的P3.4管脚和P3.5管脚分别与中央处理单元电连接。进一步的，所述过程信号采集单元包括芯片U15、电阻R89、电阻R90、电阻R92、电阻R93、电阻R95、电阻R96、电容C54、电容C57和电容C67；所述芯片U15的DVDD管脚连接3.3V电压，所述芯片U15的AVDD管脚与其DVDD管脚电连接，所述芯片U15的AVDD管脚还通过电容C54连接输入地G_C，所述芯片U15的CS管脚和GND管脚均连接输入地G_C，所述芯片U15的DIN管脚、RTY管脚和SCLK管脚分别与中央处理单元电连接，所述芯片U15的AIN1+管脚通过电阻R90与电阻R89的第一端相连，所述电阻R89的第一端通过电容C57连接输入地G_C，所述芯片U15的AIN1-管脚与其AIN2-管脚电连接，所述芯片U15的AIN2-管脚通过电阻R95连接输入地G_C，所述芯片U15的AIN2-管脚还通过电阻R96连接3.3V电压，所述芯片U15的AIN2+管脚与电阻R92的第一端电连接，所述电阻R92的第一端通过电阻R93连接输入地G_C，所述电容C67与电阻R93并联；所述过程信号采集单元还包括电阻R67、电阻R70、电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、电阻R76、电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R81、电容C43、电容C46、电容C47、场效应管Q12、三极管Q13、接线端子A1、接线端子A2、接线端子A3、接线端子A4、接线端子A5和接线端子A6；所述三极管Q13的发射极通过电阻R77连接25V电压，所述三极管Q13的发射极还通过电阻R78与其基极电连接，所述三极管Q13的基极与场效应管Q12的源极电连接，所述三极管Q13的基极还通过电阻R76与场效应管Q12的漏极电连接，所述三极管Q13的集电极与场效应管Q12的栅极电连接，所述三极管Q13的集电极还通过电阻R81连接输入地G_C，所述场效应管Q12的漏极通过电容C46连接输入地G_C，所述电容C47与电容C46并联，所述场效应管Q12的漏极还与电阻67的第一端电连接，所述电阻67的第一端与电阻R92的第二端电连接，第二端与接线端子A1电连接；所述电阻67的两端还分别与涌泄放采集单元电连接；所述电阻R89的第二端通过电容C43连接输入地G_C，所述电阻R89的第二端还通过电阻R73与电阻R72的第一端电连接，所述电阻R72的第一端通过电阻R75连接输入地G_C，所述电阻R74与电阻R75并联，所述电阻R72的第二端与电阻R70的第一端电连接，所述电阻R70的第二端与HART信号采集单元电连接，所述电阻R70的第二端通过还与电阻R71的第一端电连接，所述电阻R71的第二端电与接线端子A2电连接，所述电阻71的两端还分别与涌泄放采集单元电连接；所述电阻R79的第一端连接输入地G_C，第二端与接线端子A3电连接，所述电阻R79的两端还分别与涌泄放采集单元电连接；所述接线端子A4、接线端子A5和接线端子A6相互电连接后作为大地接地端子与涌泄放采集单元电连接。进一步的，所述HART信号采集单元包括芯片U23、芯片U24、电阻R119、电阻R121、电阻R124、电阻R129、电阻R135、电阻R137、电阻R139、电阻R140、电阻R142、电阻R144、电阻R147、电阻R149、电容C93、电容C94、电容C95、电容C96、电容C98、电容C99、电容C100、电容C101、电容C103、电容C105和电容C106；所述芯片U24的REF_EN管脚、XTAL_EN管脚、CLK_CFG1管脚和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带HART采集功能的隔离式浪涌保护器，其特征在于：包括浪涌泄放采集单元(1)、浪涌信号检测单元(2)、浪涌处理单元(3)、过程信号采集单元(4)、HART信号采集单元(5)、中央处理单元(6)、隔离单元(7)、远程通讯单元(8)、电源单元和至少一个过程信号输出单元(9)；/n所述浪涌泄放采集单元(1)用于泄放过程信号采集单元(4)输入信号中的雷击电流，并采集雷电流信号送给浪涌信号检测单元(2)；/n所述浪涌信号检测单元(2)用于对浪涌泄放采集单元(1)采集的雷电流信号进行分析处理，得到雷击的强度和次数，并将雷击的强度和次数信息送给浪涌处理单元(3)；/n所述浪涌处理单元(3)用于将浪涌信号检测单元(2)送来的信息进行处理后送给中央处理单元(6)；/n所述过程信号采集单元(4)用于将输入的模拟信号转换为数字信号后送给中央处理单元(6)，以及将HART信号采集单元(5)送来的HART信号返回给现场仪表；/n所述HART信号采集单元(5)用于提取过程信号采集单元(4)的输入信号中包含的HART信号并进行解调后送给中央处理单元(6)，以及将中央处理单元(6)送来的信息调制成HART信号并送给过程信号采集单元(4)；/n所述中央处理单元(6)用于对浪涌处理单元(3)、过程信号采集单元(4)和HART信号采集单元(5)送来的信号进行分析处理，并将分析结果输出给隔离单元(7)，以及将隔离单元(7)送来的需要送给现场仪表的信息进行处理后送给HART信号采集单元(5)；/n所述隔离单元(7)包括远程通讯隔离模块(71)以及与过程信号输出单元(9)一一对应的输入输出隔离模块(72)，所述远程通讯隔离模块(71)的一端与所述中央处理单元(6)电连接，另一端与远程通讯单元(8)电连接，每个所述输入输出隔离模块(72)的一端均与所述中央处理单元(6)电连接，另一端与对应的过程信号输出单元(9)电连接；/n所述远程通讯单元(8)用于完成信号的格式转换以实现与远端设备管理系统之间的相互通信；/n所述过程信号输出单元(9)用于将隔离单元(7)送来的数字输出信号转换为模拟信号输出；/n所述电源单元用于给各单元提供供电电压。/n...

【技术特征摘要】
1.一种带HART采集功能的隔离式浪涌保护器，其特征在于：包括浪涌泄放采集单元(1)、浪涌信号检测单元(2)、浪涌处理单元(3)、过程信号采集单元(4)、HART信号采集单元(5)、中央处理单元(6)、隔离单元(7)、远程通讯单元(8)、电源单元和至少一个过程信号输出单元(9)；
所述浪涌泄放采集单元(1)用于泄放过程信号采集单元(4)输入信号中的雷击电流，并采集雷电流信号送给浪涌信号检测单元(2)；
所述浪涌信号检测单元(2)用于对浪涌泄放采集单元(1)采集的雷电流信号进行分析处理，得到雷击的强度和次数，并将雷击的强度和次数信息送给浪涌处理单元(3)；
所述浪涌处理单元(3)用于将浪涌信号检测单元(2)送来的信息进行处理后送给中央处理单元(6)；
所述过程信号采集单元(4)用于将输入的模拟信号转换为数字信号后送给中央处理单元(6)，以及将HART信号采集单元(5)送来的HART信号返回给现场仪表；
所述HART信号采集单元(5)用于提取过程信号采集单元(4)的输入信号中包含的HART信号并进行解调后送给中央处理单元(6)，以及将中央处理单元(6)送来的信息调制成HART信号并送给过程信号采集单元(4)；
所述中央处理单元(6)用于对浪涌处理单元(3)、过程信号采集单元(4)和HART信号采集单元(5)送来的信号进行分析处理，并将分析结果输出给隔离单元(7)，以及将隔离单元(7)送来的需要送给现场仪表的信息进行处理后送给HART信号采集单元(5)；
所述隔离单元(7)包括远程通讯隔离模块(71)以及与过程信号输出单元(9)一一对应的输入输出隔离模块(72)，所述远程通讯隔离模块(71)的一端与所述中央处理单元(6)电连接，另一端与远程通讯单元(8)电连接，每个所述输入输出隔离模块(72)的一端均与所述中央处理单元(6)电连接，另一端与对应的过程信号输出单元(9)电连接；
所述远程通讯单元(8)用于完成信号的格式转换以实现与远端设备管理系统之间的相互通信；
所述过程信号输出单元(9)用于将隔离单元(7)送来的数字输出信号转换为模拟信号输出；
所述电源单元用于给各单元提供供电电压。


2.根据权利要求1所述的带HART采集功能的隔离式浪涌保护器，其特征在于：所述浪涌处理单元(3)包括芯片U2、电容C7和电容C11；所述芯片U2的DVCC管脚和AVCC管脚均连接3.3V电压，DVSS管脚和AVSS管脚均连接输入地G_C，所述芯片U2的DVCC管脚还通过电容C7与其DVSS管脚相连，所述电容C11与电容C7并联；所述芯片U2的P1.1管脚、P3.0管脚、P3.1管脚、P3.2管脚、P3.3管脚、P4.0管脚和P4.1管脚分别与浪涌信号检测单元(2)电连接，所述芯片U2的P1.2管脚、P1.3管脚、P2.0管脚、P2.1管脚、P2.2管脚和P3.7管脚分别与显示单元(10)电连接；所述芯片U2的P3.4管脚和P3.5管脚分别与中央处理单元(6)电连接。


3.根据权利要求1所述的带HART采集功能的隔离式浪涌保护器，其特征在于：所述过程信号采集单元(4)包括芯片U15、电阻R89、电阻R90、电阻R92、电阻R93、电阻R95、电阻R96、电容C54、电容C57和电容C67；
所述芯片U15的DVDD管脚连接3.3V电压，所述芯片U15的AVDD管脚与其DVDD管脚电连接，所述芯片U15的AVDD管脚还通过电容C54连接输入地G_C，所述芯片U15的CS管脚和GND管脚均连接输入地G_C，所述芯片U15的DIN管脚、RTY管脚和SCLK管脚分别与中央处理单元(6)电连接，所述芯片U15的AIN1+管脚通过电阻R90与电阻R89的第一端相连，所述电阻R89的第一端通过电容C57连接输入地G_C，所述芯片U15的AIN1-管脚与其AIN2-管脚电连接，所述芯片U15的AIN2-管脚通过电阻R95连接输入地G_C，所述芯片U15的AIN2-管脚还通过电阻R96连接3.3V电压，所述芯片U15的AIN2+管脚与电阻R92的第一端电连接，所述电阻R92的第一端通过电阻R93连接输入地G_C，所述电容C67与电阻R93并联；
所述过程信号采集单元(4)还包括电阻R67、电阻R70、电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、电阻R76、电阻R77、电阻R78、电阻R79、电阻R81、电容C43、电容C46、电容C47、场效应管Q12、三极管Q13、接线端子A1、接线端子A2、接线端子A3、接线端子A4、接线端子A5和接线端子A6；所述三极管Q13的发射极通过电阻R77连接25V电压，所述三极管Q13的发射极还通过电阻R78与其基极电连接，所述三极管Q13的基极与场效应管Q12的源极电连接，所述三极管Q13的基极还通过电阻R76与场效应管Q12的漏极电连接，所述三极管Q13的集电极与场效应管Q12的栅极电连接，所述三极管Q13的集电极还通过电阻R81连接输入地G_C，所述场效应管Q12的漏极通过电容C46连接输入地G_C，所述电容C47与电容C46并联，所述场效应管Q12的漏极还与电阻67的第一端电连接，所述电阻67的第一端与电阻R92的第二端电连接，第二端与接线端子A1电连接；所述电阻67的两端还分别与涌泄放采集单元(1)电连接；
所述电阻R89的第二端通过电容C43连接输入地G_C，所述电阻R89的第二端还通过电阻R73与电阻R72的第一端电连接，所述电阻R72的第一端通过电阻R75连接输入地G_C，所述电阻R74与电阻R75并联，所述电阻R72的第二端与电阻R70的第一端电连接，所述电阻R70的第二端与HART信号采集单元(5)电连接，所述电阻R70的第二端通过还与电阻R71的第一端电连接，所述电阻R71的第二端电与接线端子A2电连接，所述电阻71的两端还分别与涌泄放采集单元(1)电连接；所述电阻R79的第一端连接输入地G_C，第二端与接线端子A3电连接，所述电阻R79的两端还分别与涌泄放采集单元(1)电连接；所述接线端子A4、接线端子A5和接线端子A6相互电连接后作为大地接地端子与涌泄放采集单元(1)电连接。


4.根据权利要求1所述的带HART采集功能的隔离式浪涌保护器，其特征在于：所述HART信号采集单元(5)包括芯片U23、芯片U24、电阻R119、电阻R121、电阻R124、电阻R129、电阻R135、电阻R137、电阻R139、电阻R140、电阻R142、电阻R144、电阻R147、电阻R149、电容C93、电容C94、电容C95、电容C96、电容C98、电容C99、电容C100、电容C101、电容C103、电容C105和电容C106；
所述芯片U24的REF_EN管脚、XTAL_EN管脚、CLK_CFG1管脚和IOVCC管脚均其VCC管脚电连接，所述芯片U24的VCC管脚通过电阻R147连接3.3V电压，所述芯片U24的VCC管脚通过电容C103连接输入地G_C，所述电容C105与电容C103并联，所述芯片U24的DUPLEX管脚、AGND管脚、CLK_CFG0管脚、XTAL1管脚、DGND管脚和FILTER_SEL管脚均连接输入地G_C，所述芯片U23的RESET管脚通过电容C106连接输入地G_C，所述芯片U24的RESET管脚还通过电阻R149连接3.3V电压，所述芯片U24的HART_OUT管脚通过电容C93连接输入地G_C，所述芯片U24的REG_CAP管脚通过电容C94连接输入地G_C，所述芯片U24的RTS管脚通过电阻R140与中央处理单元(6)电连接，所述芯片U24的TXD管脚通过电阻R142与中央处理单元(6)电连接，所述芯片U24的RXD管脚通过电阻R144与中央处理单元(6)电连接；
所述芯片U24的REF管脚通过电容C98连接输入地G_C，所述芯片U24的REF管脚还通过电阻R135与其ADC_IP管脚电连接，所述芯片U24的ADC_IP管脚通过电阻R139连接输入地G_C，所述芯片U24的ADC_IP管脚还通过电容C100与电阻R137的第一端电连接，所述电阻R137的第一端通过电容C101连接输入地G_C，所述电阻R137的第二端通过电容C99与电阻R124的第一端电连接，所述电阻R124的第一端通过电容95与过程信号采集单元(4)电连接；
所述电阻R124的第二端通过电容C96与芯片U23的NO管脚电连接，所述芯片U23的NO管脚通过电阻R121连接3.3V电压，所述芯片U23的NO管脚还通过电阻R129连接输入地G_C...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻杭斌，
申请(专利权)人：重庆正博仪器工业有限公司，
类型：新型
国别省市：重庆;50