專利名稱：具備gprs傳輸功能的hart總線采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)總線和無線數(shù)據(jù)傳輸，尤其是一種用于工業(yè)現(xiàn)場總線和遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)难b置。
背景技術(shù)：
目前，在HART現(xiàn)場總線的現(xiàn)有技術(shù)中，只有關(guān)于現(xiàn)場手操器以及與高速以太網(wǎng)連接的技術(shù)，尚沒有現(xiàn)場總線與無線遠(yuǎn)程傳輸結(jié)合的技及設(shè)備；在有關(guān)GPRS的專利中也沒有與HART現(xiàn)場總線相關(guān)的專利技術(shù)與設(shè)備裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型就是要結(jié)合GPRS無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和HART現(xiàn)場總線技術(shù)，提供一種具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，它符合HART現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，HART現(xiàn)場總線采集的數(shù)據(jù)可以通過GPRS模塊直接發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心也可以發(fā)送控制指令給現(xiàn)場的HART總線設(shè)備。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，由主控CPU、HART接口、GPRS模塊、天線、電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路、看門狗、FLASH存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器、配置端口和I/O接口組成，至少有一個(gè)HART接口與主控CPU相連進(jìn)行HART總線調(diào)制信號(hào)和主控CPU之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換；GPRS模塊通過串行接口與主控CPU相連，并通過與之相連接的天線將信號(hào)傳送至GPRS網(wǎng)絡(luò)的基站；看門狗、FLASH存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器和I/O接口與主控CPU相連進(jìn)行雙向信息交換；電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路分別給主控CPU、HART接口、GPRS模塊、FLASH存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器供電。
HART接口為符合HART現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的接口；HART接口與主控CPU的接口為串行或者并行接口；每個(gè)HART接口可以與16個(gè)現(xiàn)場儀表連接。
HART接口通過變壓器或光電隔離，整形和濾波電路，電平轉(zhuǎn)換電路后，進(jìn)行HART信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，再與CPU進(jìn)行連接。
GPRS無線傳輸接口可以實(shí)現(xiàn)HART總線與GPRS網(wǎng)絡(luò)之間的雙向數(shù)據(jù)通信。
主控CPU可以為8位、16位或者32位微處理器；主控CPU具有TCP/IP協(xié)議，或者GPRS模塊具有TCP/IP協(xié)議。
電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路符合工業(yè)現(xiàn)場要求，可以適應(yīng)寬電壓輸入(8～36伏)。
看門狗、RAM、FLASH和EEROM可以集成在主控CPU內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，也可以利用外接相應(yīng)的芯片實(shí)現(xiàn)。
配置端口為RS23、RS485或者USB等串行接口，可以連接到使用計(jì)算機(jī)對裝置的參數(shù)進(jìn)行配置和修改。
本實(shí)用新型可以在工業(yè)現(xiàn)場采用HART總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化和標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)采集，直接將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心；而現(xiàn)有技術(shù)采集方案需要利用HART接口與計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后再通過計(jì)算機(jī)將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。本實(shí)用新型特別適合在分布式多點(diǎn)采集和無人值守場合下的工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，具有成本低(不需要配備現(xiàn)場計(jì)算機(jī))、符合工業(yè)現(xiàn)場要求、可以快速部署等優(yōu)勢。


圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)示意圖；圖2是HART總線與主控CPU連接框圖；圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
如圖1所示，一種具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，是由主CPU、HART接口、GPRS模塊、天線、電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路、看門狗、FLASH存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器、配置端口和I/O接口組成；其中電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路將輸入的直流電壓進(jìn)行調(diào)整和穩(wěn)壓分別提供裝置的各個(gè)部分進(jìn)行供電，根據(jù)系統(tǒng)所選器件的要求，電源穩(wěn)壓電路可以提供多重電壓的輸出；主控CPU的程序存儲(chǔ)在FLASH存儲(chǔ)器內(nèi)、數(shù)據(jù)和緩沖區(qū)放置在RAM存儲(chǔ)器內(nèi)、裝置的參數(shù)存儲(chǔ)在EEROM內(nèi)(掉電不丟失)；裝置的一個(gè)或多個(gè)HART接口通過串行或者并行接口與主控CPU相連；GPRS模塊通過串行接口與主控CPU相連，并通過與之相連接的天線將信號(hào)發(fā)送至GPRS網(wǎng)絡(luò)的基站；GPRS無線傳輸接口，可以實(shí)現(xiàn)HART總線與GPRS網(wǎng)絡(luò)之間的雙向數(shù)據(jù)通信；GPRS模塊通過串行接口與主控CPU連接，實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)與裝置之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸；主控CPU可以通過配置端口對GPRS模塊的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如控制中心的IP地址和端口號(hào)等，參數(shù)保存在裝置的EEROM中。
HART接口提供HART總線調(diào)制信號(hào)和主控CPU之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換工作。HART接口為符合HART現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的接口；HART接口與主控CPU的接口為串行或者并行接口；每個(gè)HART接口可以與16個(gè)現(xiàn)場儀表連接。
主控CPU可以為8位、16位或者32位微處理器；主控CPU具有TCP/IP協(xié)議，或者GPRS模塊具有TCP/IP協(xié)議。
電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路可以適應(yīng)寬電壓輸入(8～36伏)，符合工業(yè)現(xiàn)場要求。
看門狗、RAM、FLASH和EEROM可以集成在主控CPU內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，也可以利用外接相應(yīng)的芯片實(shí)現(xiàn)。
I/O端口可以為數(shù)字信號(hào)或者模擬信號(hào)的輸入輸出，它可以提供工業(yè)現(xiàn)場的非HART儀表的信號(hào)采集和輸出控制。
配置端口為RS23、RS485或者USB等串行接口，可以連接到使用計(jì)算機(jī)對裝置的參數(shù)進(jìn)行配置和修改。
如圖2所示，HART接口在保證HART信號(hào)的雙向傳輸?shù)耐瑫r(shí)，通過變壓器或者光電隔離將工業(yè)現(xiàn)場的信號(hào)與裝置的內(nèi)部電路隔離(隔離電壓大于1500V)，保證系統(tǒng)的安全可靠；經(jīng)過整形和濾波電路將去除干擾信號(hào)，保證信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確可靠，然后通過電平轉(zhuǎn)換電路后，進(jìn)行HART信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，再與CPU進(jìn)行連接。
實(shí)施例1主控CPU采用ATMEL MEGA128RISC CPU，其中內(nèi)置了128K FLASH，4K RAM和4K EEPROM，采用內(nèi)置看門狗。HART接口采用模塊化結(jié)構(gòu)，有四個(gè)HART接口，每個(gè)HART接口采用一個(gè)獨(dú)立的CPU，ATMEL MEGA 8進(jìn)行控制，它通過SPI接口與主控CPU進(jìn)行通信。HART接口采用SMAR公司的HART調(diào)制芯片HT2012芯片，實(shí)現(xiàn)HART信號(hào)的調(diào)制。采用變壓器隔離方式實(shí)現(xiàn)HART總線和裝置內(nèi)部電路的隔離。GPRS模塊采用西門子公司的MC35i，它與MEGA128的一個(gè)串口連接，此模塊不包含TCP/IP協(xié)議，主控CPU包含TCP/IP協(xié)議棧。配置端口采用RS232接口，采用MAXIM的MAX202芯片與MEGA128的另外一個(gè)串口連接；電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路采用采用美國國家半導(dǎo)體公司的高效率的DC-DC電路LM2596，實(shí)現(xiàn)寬電壓輸入和大電流輸出。
實(shí)施例2本實(shí)施例用來說明具體應(yīng)用。如圖3所示，在控制中心設(shè)置一臺(tái)數(shù)據(jù)采集和控制服務(wù)器，它通過DDN專網(wǎng)(或者ADSL等)與INTERNET連接，并且INTERNET可以訪問(提供地址或者域名)；系統(tǒng)配置了三個(gè)具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，每個(gè)裝置配置了四個(gè)HART接口，每個(gè)HART接口最多可以連接16個(gè)HART現(xiàn)場總線設(shè)備和儀表；這三個(gè)具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置可以在GPRS網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋的地方進(jìn)行部署，可以分布在全國甚至全世界；采集和控制服務(wù)器的配置如下采用聯(lián)想公司電腦，P42.8G、256M RAM、60G硬盤、17寸液晶顯示器。
具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置在上電初始化時(shí)，程序自動(dòng)撥號(hào)上GPRS網(wǎng)絡(luò)，并通過INTERNET與采集和控制服務(wù)器連接；當(dāng)具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置與采集和服務(wù)器連接成功后，就建立了采集服務(wù)器和采集裝置之間的雙向數(shù)據(jù)連接，采集服務(wù)器可以向裝置發(fā)送控制和采集命令，可以靈活指定采集某個(gè)采集裝置中的然后一個(gè)HART接口中的HART設(shè)備或儀表的信息，HART設(shè)備或儀表的返回的信息經(jīng)由采集裝置發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過INTERNET傳送至采集和控制服務(wù)器，服務(wù)器可以將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化的信息顯示并可以保存至數(shù)據(jù)庫。
權(quán)利要求1.一種具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，由主控CPU、HART接口、GPRS模塊、天線、電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路、看門狗、FLASH存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器、配置端口、和I/O接口組成，其特征在于，至少有一個(gè)HART接口與主控CPU相連進(jìn)行HART總線調(diào)制信號(hào)和主控CPU之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換；GPRS模塊通過串行接口與主控CPU相連，并通過與之相連接的天線將信號(hào)傳送至GPRS網(wǎng)絡(luò)的基站；配置端口可以連接至計(jì)算機(jī)進(jìn)行參數(shù)的修改和配置；看門狗、FLASH存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器和I/O接口與主控CPU相連進(jìn)行雙向信息交換；電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路分別給主控CPU、HART接口、GPRS模塊、FLASH存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，其特征在于，所述HART接口為符合HART現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的接口；所述HART接口與主控CPU的接口為串行或者并行接口；每個(gè)HART接口可以與16個(gè)現(xiàn)場儀表連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，其特征在于，所述HART接口通過變壓器或光電隔離，整形和濾波電路，電平轉(zhuǎn)換電路后，進(jìn)行HART信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，再與CPU進(jìn)行連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，其特征在于，所述GPRS無線傳輸接口可以實(shí)現(xiàn)HART總線與GPRS網(wǎng)絡(luò)之間的雙向數(shù)據(jù)通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，其特征在于，所述主控CPU可以為8位、16位或者32位微處理器；并且具有TCP/IP協(xié)議，或者GPRS模塊具有TCP/IP協(xié)議。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，其特征在于，所述電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路符合工業(yè)現(xiàn)場要求，可以適應(yīng)寬電壓8～36伏輸入。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，其特征在于，所述看門狗、RAM、FLASH和EEROM可以集成在主控CPU內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，也可以利用外接相應(yīng)的芯片實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，其特征在于，所述配置端口為RS23、RS485或者USB等串行接口，可以連接到使用計(jì)算機(jī)對裝置的參數(shù)進(jìn)行配置和修改。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具備GPRS傳輸功能的HART總線采集裝置，由主控CPU、HART接口、GPRS模塊、天線、電源穩(wěn)壓和調(diào)整電路、看門狗、FLASH存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器、配置端口和I/O接口組成。至少有一個(gè)HART接口與主控CPU相連進(jìn)行HART總線調(diào)制信號(hào)和主控CPU之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換；GPRS模塊通過串行接口與主控CPU相連，并通過與之相連接的天線將信號(hào)傳送至GPRS網(wǎng)絡(luò)的基站；看門狗、FLASH存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器和I/O接口與主控CPU相連進(jìn)行雙向信息交換。它符合HART現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，HART采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS模塊直接發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心也可以發(fā)送控制指令給現(xiàn)場的HART總線設(shè)備。
文檔編號(hào)H04B7/00GK2833671SQ20052004464
公開日2006年11月1日 申請日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者陳琛, 杜正杰, 沈?qū)W軍 申請人:上海師范大學(xué)