本發明專利技術涉及一種現場儀表自取電式無線適配系統，取電電路從4-20mA現場儀表輸出的電流信號取電存儲，并供給主控電路作為維持工作的電源，主控MCU控制信號采集電路對4-20mA現場儀表輸出信號進行采集，并將采集信號進行處理后送Zigbee無線傳輸無線輸出，主控MCU將儀表變送的傳感量和系統的運行參數送液晶顯示模塊顯示，主控MCU通過串口輸出模塊和上位機進行數據交互，主控MCU將采集信號送本地存儲模塊儲存。無需外部供電，直接通過現場儀表輸出的4-20mA儲能充電，實現取電，對主控電路供電，可完成數據定時采集、傳輸、存儲、顯示等功能，解決數據傳輸系統需要外部走線供電的問題，具有數據傳輸系統零布線、低功耗等優點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種信號傳輸技術，特別涉及一種現場儀表自取電式無線適配系統。
技術介紹
工業現場儀表輸出的信號通常是4_20mA的電流信號，且儀表與控制室之間的距離較遠，中控室只能通過有線方式獲取儀表的數據，而工業現場設備較多，現場環境較復雜，一旦儀表數量較多時造成布線困難、成本較高。
技術實現思路
本專利技術是針對工業現場儀表與控制室之間布線混亂，不易維護的問題，提出了一種現場儀表自取電式無線適配系統，利用儀表輸出的電流信號作為采集和傳輸系統電路的能量源，并且也不會給原來的儀表變送信號帶來影響，通過設計一種針對4_20mA儀表的取電電路獲得一個穩定的電源信號，用來給主控電路供電，完成數據采集和傳輸，這樣就解決了主控電路的供電問題，無需外部布線供電。本專利技術的技術方案為:一種現場儀表自取電式無線適配系統，包括主控MCU、4-20mA現場儀表、取電電路、串口輸出模塊、液晶顯示模塊、信號采集模塊、本地存儲模塊、Zigbee無線傳輸模塊。取電電路從4-20mA現場儀表輸出的電流信號取電存儲，并供給主控MCU作為維持工作的電源，主控MCU控制信號采集電路對現場儀表輸出信號進行采集，并將采集信號進行處理后送Zigbee無線傳輸，主控MCU將儀表變送的傳感量和系統的運行參數送液晶顯示模塊顯示，且通過串口輸出模塊和上位機進行數據交互，以及將采集信號送本地存儲模塊儲存。所述取電電路包括電流方向控制電路、充電電路、穩壓電路、濾波電路，電流方向控制電路為一個整流橋電路，4-20mA現場儀表輸出電流信號經過整流橋電路并聯到充電電路，給充電電路中超級電容充電，充電電路輸出經穩壓電路穩壓后經η形RC濾波電路濾波后給主控MCU供電。數個現場儀表自取電式無線適配系統組成無線數據采集網路，互相進行信息傳遞，并將儀表數據通過無線網絡傳送到網關，主機通過網關訪問到現場各個儀表的工作狀??τ ο本專利技術的有益效果在于:本專利技術現場儀表自取電式無線適配系統，無需外部供電，直接通過現場儀表輸出的4_20mA儲能充電，實現取電，然后對主控電路供電，可完成數據定時采集、傳輸、存儲、顯示等功能，解決數據傳輸系統需要外部走線供電的問題，具有數據傳輸系統零布線、低功耗等優點。【附圖說明】圖1為本專利技術現場儀表自取電式無線適配系統結構示意圖； 圖2為本專利技術現場儀表自取電式無線適配系統成網絡整體架構圖； 圖3為本專利技術提供的Zigbee無線數據傳輸流程圖。【具體實施方式】如圖1所示為現場儀表自取電式無線適配系統結構示意圖，包括4_20mA現場儀表10、取電電路11(采樣電阻12、超級電容13、電壓調節器14、電壓巡檢15)、串口輸出模塊16、液晶顯示模塊17、信號采集模塊18、本地存儲模塊19、主控MCU 20，以及Zigbee無線傳輸21。其中，取電電路包括電流方向控制電路、充電電路、穩壓電路、濾波電路，這些部分完成主控MCU的電源供電部分，保證系統能夠可靠地供電。取電電路11從4-20mA現場儀表10輸出的電流信號取電儲能，并供給主控MCU 20作為維持工作的電源。主控MCU控制信號采集電路18對4-20mA現場儀表輸出信號進行采集，并將采集信號進行處理后送Zigbee無線傳輸21無線輸出。所有的現場儀表通過該系統能夠自組網，實現信號采集和傳輸，系統可以長時間穩定工作且無需外部供電，解決Zigbee數據采集傳輸系統需更換電池或供電布線的問題。圖2是無線適配系統的整體架構，本系統實現將工業現場各個離散儀表組網起來，構成一個無線數據采集網路，實現數據采集和無線傳輸，并且各個儀表之間可以進行信息傳遞，所有的儀表數據通過無線網絡傳送到網關，主機通過網關可以訪問到現場層各個儀表的工作狀態。取電電路模塊11包括采樣電阻12、超級電容13以及電壓調節器14等部分，用來充電儲能。先采用一塊電源芯片并聯到4_20mA電路中，通過采樣電阻12和電壓調節器14等作用動態調節其輸出電壓，再通過一塊升壓DC/DC芯片升壓到5V給超級電容13充電，并經過一個降壓DC/DCS片降壓到3.3V，用來給主控MCU提供一個穩定的電源。充電電路包含一個電壓巡檢部分15，由專用的電源管理芯片控制，在取電過程中用來監測供電電源剩余電量，一旦電源電量較低，就降低系統工作頻率或者讓系統睡眠，防止系統由于供電不足而出現故障。如圖2所示，電流方向控制電路是一個整流橋電路，其是用來變換電流方向，當現場儀表4-20mA輸出方向接反時，仍能保證充電電路的電流輸入方向唯一，起到充電電流輸入方向防反的作用。穩壓電路由穩壓管、調整管等部件構成，并且包括一個供電電壓檢測控制部分，具備輸入電壓取樣、輸出電壓調節的功能，能夠實現自動穩壓，保證主控MCU能夠供上一個高品質的電源電壓。濾波電路是利用31形RC濾波電路，由兩個電容和一個電阻組成，兩個電容同時進行濾波作用，后者濾波電容可以補償前者電容濾波不完善的部分，兩個電容共同作用濾波，從而大大提高濾波效果，降低干擾、減少噪聲，確保電源供電穩定。主控Μ⑶采用基于Atmel的Cortex-MO系列低功耗、高能效的ARM處理器，可用來控制信號采集電路完成電流檢測，即測量變送器的輸出信號，包括信號調理電路、A/D轉換電路、芯片處理電路等，轉換得到的數字量經過主控芯片分析處理并等待傳輸。液晶顯示模塊是采用一塊超低功耗微安級LCD液晶屏，以較低速率刷新顯示儀表變送的傳感量和系統的運行參數。串口模塊采用的是RS232通訊方式，直接和上位機進行數據交互，一方面上傳采集數據，另一方面接受上位機命令配置系統參數，如改變系統采集、顯示頻率等。本地存儲模塊是采用SD卡方式，首先初始化SPI設置低速模式，發送控制命令CMD，然后判斷SD卡Ready狀態，再設置SPI高速模式，以定時方式控制儀表數據和報警數據的寫入。如圖3所示，Zigbee傳輸數據包的流程是:首先確定目標節點的網絡地址和建立源節點通向目標節點的路徑，當目標節點的網絡地址未知時，則開始查找，查找網絡地址成功后，再確定路徑是否建立，若未建立則開始搜尋源節點通向目標節點的路徑，搜尋成功后，則開始傳輸數據包，否則丟棄該數據包，重新傳輸數據，如此循環進行。無線適配系統可以與有線現場儀表進行對接，完成數據采集，獲取儀表關鍵參數，并且將現場離散儀表進行組網，完成數據無線傳輸，實現現場儀表的無線化改造。無線適配系統是利用Zigbee無線方式傳輸數據，其組網靈活、功耗較低，可以把現場儀表組網起來，構成一個無線數據采集網絡，這樣就無需將每個儀表(變送器)都接到控制室，解決了現場和控制室之間布線復雜的難題，只要在控制中心布置一個網關，負責收集現場層所有儀表的數據，并將其傳輸到上層主機進行分析和處理。采用一種無線適配系統，每個現場儀表連接該系統就可以無線傳輸數據，并且通過該適配系統將現場各個離散儀表組網起來，即將有線現場儀表接入到無線系統中，每個儀表之間就可以相互傳遞信息，不但解決其布線的難題，而且改善了數據傳輸效率。無線適配系統一方面負責收集現場儀表變送的關鍵參數，另一方面將這些數據以無線的方式傳輸送到網關，控制中心通過網關可對現場層各類數據進行分析和處理，整個現場儀表就可以集成到工業測控系統中，有效地進行管控和調度。現場儀表自身輸出4_20mA本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種現場儀表自取電式無線適配系統，其特征在于，包括主控MCU、4?20mA現場儀表、取電電路、串口輸出模塊、液晶顯示模塊、信號采集模塊、本地存儲模塊、Zigbee無線傳輸模塊；取電電路從4?20mA現場儀表輸出的電流信號取電存儲，并供給主控MCU作為維持工作的電源，主控MCU控制信號采集電路對現場儀表輸出信號進行采集，并將采集信號進行處理后送Zigbee無線傳輸，主控MCU將儀表變送的傳感量和系統的運行參數送液晶顯示模塊顯示，且通過串口輸出模塊和上位機進行數據交互，以及將采集信號送本地存儲模塊儲存。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：王勝，陳俊杰，王珩，梅會儒，
申請(專利權)人：上海工業自動化儀表研究院，
類型：發明
國別省市：上海;31
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