CN115048329A - 一种基于powerbus总线技术的数字变送器 - Google Patents

一种基于powerbus总线技术的数字变送器 Download PDF

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Abstract

一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，属于变送器技术领域。本发明包括电路底板、设于电路底板上的变送模块电路，变送模块电路连接传感器电桥电路和二线制总线，变送模块电路包括传感器模拟采集模块、总线供电及通讯模块、中央处理器模块；总线供电及通讯模块控制输出DC直流电源，为整个变送模块电路供电，并将二线制总线上的指令数据进行解调后，发送至中央处理器模块；中央处理器模块根据接收到的指令，通过传感器模拟采集模块对传感器电桥电路上的数据进行采集，然后对采集到的数据进行滤波、标定和数字化处理后，发送至总线供电及通讯模块进行调制，并发送至二线制总线。本发明线路更为简单，测试更为便捷，电压更为稳定。

Description

一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器
技术领域
本发明涉及变送器技术领域，尤其涉及一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器。
背景技术
现场力学传感器在现场测试***应用场景中，常遇到传感器节点多、节点分步广、距离远等问题。例如某海上平台重心测量***，最多使用128个力传感器，每个传感器距离10M以上。该场景采用集中采集处理的方法，需要采用128通道的采集***，布线最长超过1000M。会遇到采集***复杂，线缆过重，干扰大等问题。另一种方式是采用RS485总线模块，通过模块采集和传输数据，但需要另外供电，在1000M以上的测试线缆条件下，常遇到供电电压下降，供电不足的问题，同时由于模块线缆包括RS485线缆、电源线缆，测试线缆最少需要4线。
现有技术中，例如专利号为ZL202021212513.6的中国实用新型专利公开了一种支持双通讯协议的压力变送器主控模块，包括电路板、安装在电路板上的微处理器和安装在电路板上与微处理器相连接的外部晶振、电源模块、电源接口、传感器接口、D/A模块、ATEX防爆电路、液晶显示接口、JTAG软件仿真接口；所述主控模块上还安装有与微处理器相连接的RS485通讯模块、HART通讯模块和RS485通讯接口。该类压力变送器依旧会存在上述供电不足，线路复杂的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，其采用二线制总线供电及通讯，线路更为简单，测试更为便捷，同时总线电压最高可支持48V，有效减少了电压不足的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，包括电路底板、设于电路底板上的变送模块电路，所述变送模块电路连接传感器电桥电路和二线制总线，所述变送模块电路包括传感器模拟采集模块、总线供电及通讯模块、中央处理器模块；
所述总线供电及通讯模块控制输出DC直流电源，为整个变送模块电路供电，并将所述二线制总线上的指令数据进行解调后，发送至所述中央处理器模块；所述中央处理器模块根据接收到的指令，通过所述传感器模拟采集模块对所述传感器电桥电路上的数据进行采集，然后对采集到的数据进行滤波、标定和数字化处理后，发送至所述总线供电及通讯模块进行调制，并发送至所述二线制总线。
本发明采用二线制总线实现供电和通讯，并通过总线供电及通讯模块对通讯数据进行调制解调，从而确保传感器电桥电路和二线制总线之间通讯的准确性和高效性，不仅简化了线路结构，同时总线电压最高可支持48V，有效减少了电压不足的问题。
作为本发明优选，所述传感器模拟采集模块包括：
模拟滤波电路单元，用于在采集信号前进行模拟滤波，改善信号质量，减少后续数据处理的工作量和困难；
模拟信号采集电路单元，用于力传感器桥电路信号的采集。
作为本发明优选，所述总线供电及通讯模块包括：
防护电路单元，用于对所述变送模块电路进行过流保护，避免过大的电流造成变送器的损坏；
DC直流处理电路单元，用于将所述二线制总线上的电流转化为所述变送模块电路所需的DC直流电流；
PB311总线数据处理电路单元，用于对信号进行调制或解调，并收发数据。具体为：对二线制总线数据进行调制，以供中央处理模块通讯；以及对传感器电桥电路数据进行解调，以供二线制总线通讯。其适用于工业现场，只需二线制总线即可同时实现通讯和供电功能，可以支持现场256个节点，3000M距离的现场条件使用，并支持树形、星形等多种布线拓扑。
作为本发明优选，所述中央处理器模块对模拟数字采集、处理后，打包成MODBUS通讯格式数据，以方便各种测试***集成使用。
作为本发明优选，所述电路底板上设有覆盖所述变送模块电路的屏蔽罩，以有效防止外界的信号干扰，确保测试结果的准确性。
作为本发明优选，所述电路底板上相背的两端设有分别用于连接所述传感器电桥电路和二线制总线的端子，所述端子处于所述屏蔽罩外部。
作为本发明优选，所述电路底板上于所述变送模块电路周围设有适配所述屏蔽罩的卡圈，所述屏蔽罩卡装于所述卡圈外侧面。即屏蔽罩仅需套至卡圈外侧，通过两者的过盈配合，以利用两者之间的摩擦力实现稳定安装，同时该结构也更便于拆卸维护。优选的，卡圈可采用摩擦力较大的橡胶材质，并可在卡圈外侧面上设计凸点来增大摩擦力。
作为本发明优选，所述卡圈外侧面上沿其周向设有环形槽，所述环形槽内设有防水圈。由于本变送器需要在海上平台使用，因此会受到潮湿环境的影响，设置防水圈，以确保变送器的防水性。
作为本发明优选，所述防水圈的直径大于所述环形槽的深度，所述屏蔽罩内侧面上设有配合防水圈的卡槽。利用防水圈与其容置槽的紧密配合性，通过设计，使得卡圈上的环形槽的深度小于防水圈的直径，即使得部分防水圈露出环形槽外，同时在屏蔽罩内侧面上加工出相应的卡槽，以卡入该部分防水圈，从而利用防水圈来实现对于屏蔽罩与卡圈安装配合位置的定位和限位，不仅能够确保屏蔽罩安装位置的准确性，同时还能够增加屏蔽罩安装的稳定性，防止意外脱落。
作为本发明优选，所述屏蔽罩具体采用0.35mm厚的白铜，屏蔽效果佳。
本发明的优点是：
1、采用二线制总线同时完成通讯和供电功能，简化了线路；
2、在传感器近端完成数据采集和处理功能，减少了由于线缆而造成干扰；
3、支持MODBUS通讯协议，方便各种测试***集成使用；
4、尺寸大小为24*28*3.5，结构小巧紧凑，方便集成于传感器内部或其他测试部件中；
5、内部集成了防护电路，可以直接使用，无需任何外部器件。
附图说明
图1为本发明一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器工作状态的连接结构示意图；
图2为本发明中变送模块电路的模块原理图；
图3为本发明一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器的结构示意图；
图4为本发明一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器的内部结构示意图；
图5为本发明中卡圈与屏蔽罩的配合结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
如图1-5所示，本发明提供一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，包括电路底板1、设于电路底板上的变送模块电路3、设于电路底板1上并覆盖于所述变送模块电路3的屏蔽罩2，所述变送模块电路通过所述电路底板两端的端子分别连接传感器电桥电路5和二线制总线6，而屏蔽罩2具体采用0.35mm厚的白铜制成，能够有效防止外界的信号干扰，确保测试结果的准确性。
具体的，所述变送模块电路3具体包括传感器模拟采集模块31、总线供电及通讯模块32、中央处理器模块33。其中，所述传感器模拟采集模块31包括：
模拟滤波电路单元311，用于在采集信号前进行模拟滤波，改善信号质量，减少后续数据处理的工作量和困难；
模拟信号采集电路单元312，用于力传感器桥电路信号的采集。
所述总线供电及通讯模块32包括：
防护电路单元321，用于对所述变送模块电路进行过流保护，避免过大的电流造成变送器的损坏；
DC直流处理电路单元322，用于将所述二线制总线6上的电流转化为所述变送模块电路3所需的DC直流电流；
PB311总线数据处理电路单元323，用于对数据进行调制或解调，并收发数据。具体为：对二线制总线数据进行调制，以供中央处理模块通讯；以及对传感器电桥电路数据进行解调，以供二线制总线通讯。其适用于工业现场，只需二线制总线即可同时实现通讯和供电功能，可以支持现场256个节点，3000M距离的现场条件使用，并支持树形、星形等多种布线拓扑。
所述中央处理器模块33通过所述模拟滤波电路单元311和模拟信号采集电路单元312，对所述传感器电桥电路5的数据进行采集，然后对采集到的数据进行滤波、标定和数字化处理后，发送至所述总线供电及通讯模块32进行调制，最后发送至所述二线制总线6。并且，所述中央处理器模块33会对模拟数字采集、处理后，打包成MODBUS通讯格式数据，以方便各种测试***集成使用。
综上所述，本数字变送器工作时：首先，二线制总线6上的电流及二线制POWERBUS总线数据通过防护电路单元321进入变送器内；其中，电流经过所述DC直流处理电路单元322转化为可供变送器使用的直流电；而二线制POWERBUS总线数据经过PB311总线数据处理电路单元323的解调后，发送至中央处理模块33，包括一些测试指令等。然后，中央处理器模块33根据接收到的指令，通过所述模拟滤波电路单元311和模拟信号采集电路单元312，对所述传感器电桥电路5的数据进行采集，然后对采集到的数据进行滤波、标定和数字化处理，打包成MODBUS通讯格式数据后，发送至所述总线供电及通讯模块的PB311总线数据处理电路单元323进行调制，最后PB311总线数据处理电路单元323将调制后的数据发送至二线制总线6，供终端控制器或其他节点通讯使用。接着，总线供电及通讯模块32继续监听二线制总线6上的数据。
进一步的，所述电路底板1上相背的两端设有分别用于连接所述传感器电桥电路5和二线制总线6的端子，所述端子处于所述屏蔽罩2外部，以便于变送器与外界的连接操作。
而为了方便屏蔽罩2的安装，所述电路底板1上于所述变送模块电路3周围设有适配所述屏蔽罩2的卡圈7，所述屏蔽罩2卡装于所述卡圈7外侧面，即屏蔽罩2仅需套至卡圈7外侧，通过两者的过盈配合，以利用两者之间的摩擦力实现稳定安装，同时该结构也更便于拆卸维护。优选的，卡圈可采用摩擦力较大的橡胶材质，并可在卡圈外侧面上设计凸点来增大摩擦力。
另外，由于本变送器需要在海上平台使用，因此会受到潮湿环境的影响，所以为了确保变送器的防水性，在所述卡圈7外侧面上沿其周向设置环形槽71，并在环形槽71内设有防水圈72，以防止水进入屏蔽罩内部，确保内部电路结构的防水性。并且，利用防水圈与其容置槽的紧密配合性，通过设计，使得卡圈上的环形槽71的深度小于防水圈72的直径，即使得部分防水圈露出环形槽外，同时在屏蔽罩2内侧面上加工出相应的卡槽21，以卡入该部分防水圈，从而利用防水圈来实现对于屏蔽罩与卡圈安装配合位置的定位和限位，不仅能够确保屏蔽罩安装位置的准确性，同时还能够增加屏蔽罩安装的稳定性，防止意外脱落。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，该具体实施方式是基于本发明整体构思下的一种实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，包括电路底板、设于电路底板上的变送模块电路，其特征在于，所述变送模块电路连接传感器电桥电路和二线制总线，所述变送模块电路包括传感器模拟采集模块、总线供电及通讯模块、中央处理器模块；
所述总线供电及通讯模块控制输出DC直流电源，为整个变送模块电路供电，并将所述二线制总线上的指令数据进行解调后，发送至所述中央处理器模块；所述中央处理器模块根据接收到的指令，通过所述传感器模拟采集模块对所述传感器电桥电路上的数据进行采集，然后对采集到的数据进行滤波、标定和数字化处理后，发送至所述总线供电及通讯模块进行调制，并发送至所述二线制总线。
2.根据权利要求1所述的一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，其特征在于，所述传感器模拟采集模块包括：
模拟滤波电路单元，用于在采集信号前进行模拟滤波，改善信号质量；
模拟信号采集电路单元，用于力传感器桥电路信号的采集。
3.根据权利要求1所述的一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，其特征在于，所述总线供电及通讯模块包括：
防护电路单元，用于对所述变送模块电路进行过流保护；
DC直流处理电路单元，用于将所述二线制总线上的电流转化为所述变送模块电路所需的DC直流电流；
PB311总线数据处理电路单元，用于对信号进行调制或解调，并收发数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，其特征在于，所述中央处理器模块对模拟数字采集、处理后，打包成MODBUS通讯格式数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，其特征在于，所述电路底板上设有覆盖所述变送模块电路的屏蔽罩。
6.根据权利要求5所述的一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，其特征在于，所述电路底板上相背的两端设有分别用于连接所述传感器电桥电路和二线制总线的端子，所述端子处于所述屏蔽罩外部。
7.根据权利要求5所述的一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，其特征在于，所述电路底板上于所述变送模块电路周围设有适配所述屏蔽罩的卡圈，所述屏蔽罩卡装于所述卡圈外侧面。
8.根据权利要求7所述的一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，其特征在于，所述卡圈外侧面上沿其周向设有环形槽，所述环形槽内设有防水圈。
9.根据权利要求8所述的一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，其特征在于，所述防水圈的直径大于所述环形槽的深度，所述屏蔽罩内侧面上设有配合防水圈的卡槽。
10.根据权利要求5所述的一种基于POWERBUS总线技术的数字变送器，其特征在于，所述屏蔽罩具体采用0.35mm厚的白铜。
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