CN208270992U - 智能网络传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能网络传感器装置，包括传感器本体，所述传感器本体包括温度采集芯片、标准信号采集电路、数模转换芯片、RS‑485差分驱动芯片、电源模块和光电隔离芯片；所述温度采集芯片，用于采集不同型号的铂电阻的阻值；所述标准信号采集电路，用于采集标准直流电流/电压信号，如4‑20mA或1‑5V直流量输入信号；所述数模转换芯片，用于将模拟信号转化为数字信号；所述光电隔离芯片，采用双通道数字隔离器，能够实现电平转换，且能对输入、输出电信号起到良好的隔离作用；传感器本体还包括备用电阻量接口和备用直流量接口，在现场运行中，如果某一路接口损坏，传感器本体可以将信号的输入连线更换到备用端子上，使现场能够快速恢复生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，具体为智能网络传感器装置。
背景技术
传感器广泛应用于工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术等多个领域，但是普遍存在的问题是目前的传感器装置的能够接入的模拟量信号类型单一，并且是固定的，即接电压的端子是不能接入电流的，接入PT100电阻式温度传感器的接口不能连接PT1000电阻式温度传感器，传统的传感器一般不具备通信接口，传感器的自适应功能差，不具有组态配置或编程功能。普通传感器一般不设信号采集备用接口，某一路接口故障时，需要更换传感器，不具有变更连接新的端子的配置功能。本专利针对以上缺陷进行技术改革。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种智能网络传感器装置，可以通过温度采集芯片采集不同型号的铂电阻的阻值，还可以通过标准信号采集电路采集标准直流电流/电压信号，且包括备用电阻量接口和备用直流量接口，当接口发生损坏时可以快速恢复生产。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
智能网络传感器装置，包括传感器本体，所述传感器本体包括：
温度采集芯片，用于采集不同型号的铂电阻的阻值；
标准信号采集电路，用于采集标准直流电流/电压信号；
数模转换芯片，用于将模拟信号转化为数字信号；
光电隔离芯片，采用双通道数字隔离器，能够实现电平转换，且能对输入、输出电信号起到良好的隔离作用；
RS-485差分驱动芯片，用于与主站设备和从站设备通讯而组成自动化网络管理***；
控制芯片，用于控制LCD显示屏显示所采集信号的具体数值，以及控制RS-485差分驱动芯片将所采集信号传送到主站设备；
电源模块，用于给传感器本体提供电能；
LCD显示屏，用于显示温度值或标准直流电流/电压信号对应的物理量的数值；
所述温度采集芯片的输出端和标准信号采集电路的输出端均与数模转换芯片的输入端相连，所述数模转换芯片的输出端与光电隔离芯片的输入端相连，所述光电隔离芯片分别与控制芯片和RS-485差分驱动芯片相连，所述电源模块分别与控制芯片、光电隔离芯片、数模转换芯片、标准信号采集电路、温度采集芯片和RS-485差分驱动芯片相连，以上所有连接均为电性相连；
所述传感器本体还包括LCD显示屏、按键盘、电阻量接口、备用电阻量接口、直流量接口、备用直流量接口、电源接口和通讯接口，所述LCD显示屏设置于传感器本体的上方，所述按键盘设置于LCD显示屏的下方，且按键盘和LCD显示屏均与控制芯片相连，所述电阻量接口、备用电阻量接口、直流量接口、备用直流量接口和通讯接口均设置在传感器本体的***，所述电阻量接口和备用电阻量接口均与温度采集芯片相连，所述直流量接口和备用直流量接口均与标准信号采集电路相连，所述通讯接口与RS-485差分驱动芯片相连，所述电源接口与电源模块相连。
优选的，所述按键盘包括上、下、左、右、Ent和Esc六个按键。
优选的，所述控制芯片的型号为STM32F103VCT6。
优选的，所述光电隔离芯片的型号为ADuM1201。
优选的，所述温度采集芯片的型号为MAX31865。
优选的，所述通讯接口包括COM1通讯接口和COM2通讯接口。
优选的，所述RS-485差分驱动芯片的型号为SN65LBC184。
优选的，所述光电隔离芯片的型号为ADuM1201。
优选的，所述电源模块的型号为URA2405_ZP-6WR3。
优选的，所述数模转换芯片的型号为AD7799。
与现有技术相比，本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型公开了一种智能网络传感器装置,包括传感器本体，所述传感器本体包括温度采集芯片、标准信号采集电路、数模转换芯片、RS-485差分驱动芯片和光电隔离芯片，所述温度采集芯片用于采集不同型号的铂电阻的阻值，电阻量接口4或备用电阻量接口5均可以接入PT100电阻式温度传感器或者接入PT1000电阻式温度传感器，所述标准信号采集电路用于采集标准直流电流/电压信号，适用于采集输出信号为标准直流电流/电压信号的所有传感器，标准电流信号和标准电压信号均可以接入直流量接口6或备用直流量接口7，这样减少了接口的数量，避免了工作人员在现场使用过程中可能会出现接线错误的情况。所述光电隔离芯片，采用ADUM120系列双通道数字隔离器，不仅能够实现电平转换，可以将数模转换芯片转换后的模拟信号进行放大，而且能对输入、输出的电信号起到良好的隔离作用，传感器本体具有RS485自使用波特率的通讯接口，所述通讯接口包括COM1通讯接口和COM2通讯接口，均可以与主站设备或从站设备电性相连而组成自动化网络管理***，报告故障点信息，通过组态配置或现场用户进行编程，方便了用户的使用与调试维护，给维护工程人员的现场解决问题带来方便，同时也提高了生产效率；传感器本体在现场运行中，如果某一路接口损坏，传感器本体可以将信号的输入连线更换到备用端子上，通过软件菜单配置的方式，自动对应原有的信号类型，使现场能够快速恢复生产。
附图说明
图1为本实用新型智能网络传感器装置的电路连接框图；
图2为本实用新型智能网络传感器装置的结构示意图；
图3为本实用新型中控制芯片的电路示意图；
图4为本实用新型中标准信号采集电路的电路示意图；
图5为本实用新型中温度采集芯片的电路示意图；
图6为本实用新型中数模转换芯片的电路示意图；
图7为本实用新型中光电隔离芯片的电路示意图；
图8为本实用新型中RS-485差分驱动芯片中U1芯片的电路示意图；
图9为本实用新型中RS-485差分驱动芯片中U2芯片的电路示意图；
图10为本实用新型中铂电阻三线接法示意图；
图11为本实用新型中LCD显示屏的电路示意图。
图中：1、传感器本体；2、LCD显示屏；3、按键盘；4、电阻量接口；5、备用电阻量接口；6、直流量接口；7、备用直流量接口；8、COM1通讯接口；9、COM2通讯接口；10、电源接口；11、控制芯片；12、光电隔离芯片；13、数模转换芯片；14、温度采集芯片；15、标准信号采集电路；16、RS-485差分驱动芯片；17、电源模块。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-11，本实用新型提供的一种实施例：
一种智能网络传感器装置，包括传感器本体1，所述传感器本体1包括温度采集芯片14、标准信号采集电路15、数模转换芯片13、RS-485差分驱动芯片16、电源模块17和光电隔离芯片12；所述温度采集芯片14，用于采集不同型号的铂电阻的阻值，即电阻量接口4或备用电阻量接口5均可以接入PT100电阻式温度传感器或者接入PT1000电阻式温度传感器；所述标准信号采集电路15用于采集标准直流电流/电压信号，如4-20mA或1-5V直流量输入信号，适用于采集输出信号为标准直流电流/电压信号的所有传感器，如压力传感器、流量传感器、液位传感器；标准电流信号和标准电压信号均可以接入直流量接口6或备用直流量接口7，这样减少了接口的数量，避免了工作人员在现场使用过程中可能会出现接线错误的情况；所述数模转换芯片13，用于将模拟信号转化为数字信号；所述光电隔离芯片12，采用双通道数字隔离器，能够实现电平转换，且能对输入、输出电信号起到良好的隔离作用；所述RS-485差分驱动芯片16，用于与主站设备或从站设备通讯而组成自动化网络管理***；所述LCD显示屏2，用于显示温度值或标准直流电流/电压信号对应的物理量的数值；所述电源模块17，用于给传感器本体1提供电能；其中所述温度采集芯片14的输出端和标准信号采集电路15的输出端均与数模转换芯片13的输入端相连，所述数模转换芯片13的输出端与光电隔离芯片12的输入端相连，所述光电隔离芯片12分别与控制芯片11和RS-485差分驱动芯片16相连，所述电源模块17分别与控制芯片11、光电隔离芯片12、数模转换芯片13、标准信号采集电路15、温度采集芯片14和RS-485差分驱动芯片16相连为其提供电能，以上所有连接均为电性相连。所述传感器本体1还包括LCD显示屏2、按键盘3、电阻量接口4、备用电阻量接口5、直流量接口6、备用直流量接口7、电源接口10和通讯接口，所述按键盘3用来设置LCD显示屏2上所显示的参数，所述电阻量接口4、备用电阻量接口5、直流量接口6、备用直流量接口7和通讯接口均设置在传感器本体1的***，所述电阻量接口4和备用电阻量接口5均与温度采集芯片14相连，所述直流量接口6和备用直流量接口7均与标准信号采集电路15相连，通讯接口与RS-485差分驱动芯片16相连，所述通讯接口包括COM1通讯接口8和COM2通讯接口9，均可以与主站设备或从站设备电性相连而组成自动化网络管理***，报告故障点信息，通过组态配置或现场用户进行编程，方便了用户的使用与调试，为维护人员到现场解决问题带来方便，同时也提高了生产效率。所述电源接口10与电源模块17相连，用于给传感器本体1提供电能。由于传感器本体1设置了备用电阻量接口5和备用直流量接口7，故传感器本体1在现场运行过程中，如果电阻量接口4或直流量接口6发生损坏，可以将信号的输入连线更换到相对应的备用电阻量接口5或备用直流量接口7备用接口上，然后通过软件菜单配置的方式自动对应原有的信号类型、节点类型、回路编号，从而使现场能够快速恢复生产。所述LCD显示屏2设置于传感器本体1的上方，所述按键盘3设置于LCD显示屏2的下方，且按键盘3和LCD显示屏2均与控制芯片11相连，所述按键盘3包括上、下、左、右、Ent和Esc六个按键，通过“▲”、“▼”、进行选择，按“Ent”进入该选择界面，按“Esc”键，取消参数修改。所述LCD显示屏2设有实时数据和寄存器值菜单选项，“实时数据”即为当前电压值或当前电流值或当前温度值，与寄存器存入的路号相对应，根据输入信号的类型具体为温度、电流或电压，单位对应设置为℃、A或V。所述寄存器值为存入对应的路号值，电阻量接口4、备用电阻量接口5、直流量接口6和备用直流量接口7所对应的路号分别为1、2、3和4，每一个“寄存器”对应的“路号”是可以配置的，方便在某一路模拟量接口故障或对应接口位置发生变化时进行配置，使现场能够快速恢复生产。
具体实施：本实施例所采用的RS-485差分驱动芯片16的具体型号为SN65LBC184，光电隔离芯片12的具体型号为ADuM1201，电源模块17的具体型号为URA2405_ZP-6WR3，数模转换芯片13的具体型号为AD7799，温度采集芯片14的具体型号为MAX31865，控制芯片11的具体型号为STM32F103VCT6。具体操作为给传感器本体1通上电源，在电阻量接口4、备用电阻量接口5、直流量接口6或备用直流量接口7接入带测量的信号，然后在LCD显示屏2上设置好对应参数并进行参数观察。其中LCD显示屏2参数设置的具体操作如下：
浏览：选中需要浏览的参数项，按“Ent”键，进入菜单，可以通过“▲”、“▼”、进行浏览。
设置：在浏览状态再次按“Ent”键，进入密码输入状态，输入正确的密码后，参数处于“闪烁”状态，再次按“Ent”键，该参数进入“反显”状态，通过“▲”、“▼”、进行参数选择、修改。
修改完成后按“Ent”键，参数自动存储，可以进行下一个参数修改；
修改过程中按“Esc”键，取消参数修改，恢复该参数的原来值。
测量的实时数据可以通过RS-485差分驱动芯片16经由通讯接口传输给主站设备。
当直流量接口6或备用直流量接口7外部连接流量传感器，且流量传感器输出端是4-20mA的电流信号时，该电流信号首先经过标准信号采集电路15进行电压转换，然后经过数模转换芯片13将该模拟信号转化成数字信号，经过光电隔离芯片12进行隔离后将该数字信号传送给控制芯片11，控制芯片11内部有特定的程序，可以将该数字信号进行处理转化为流量值，控制芯片11控制LCD显示屏2将该流量值进行显示，同时控制芯片11控制也可以通过RS-485差分驱动芯片将该流量值传送给主站设备；当直流量接口6或备用直流量接口7外部连接压力传感器时，控制芯片11通过RS-485差分驱动芯片连接主站设备，主站设备能够对控制芯片11烧录处理压力传感器信号的特定程序，烧录完程序之后，就可以按照处理流量传感器信号的流程对压力传感器信号进行相同的处理。
工作原理：请参阅图4，传感器本体1所采集的直流量信号，包括标准电压信号和标准电流信号，标准电压信号可以接收0-5V、1-5V的信号，标准电流信号可以接收0-20mA、4-20mA的信号，标准电流信号和标准电压信号均可以接入直流量接口6或备用直流量接口7，所述标准信号采集电路15包括电阻1R1、电阻1R2和电容1C3，其中标准电压信号或标准电流信号均从电阻1R1的左端输入，I1为电流信号，V1为电压信号，当连接电流信号I1时，电流信号I1从电阻1R1的左端输入，然后通过电阻1R2转换为电压信号；当输入信号为电压信号V1时，电压信号V1从1R1的左端输入，经过电阻1R1和电阻1R2进行分压，取得电压信号，由于电阻1R1和电阻1R2的阻值是固定的，故可以推知采集信号的大小。电压信号经过电阻1R3转换成电流信号，该电流信号经过电容1C1进行滤波，滤波后的信号经过瞬态抑制二极管T1进行保护，再经过由两个稳压二极管反向并联组成的限幅电路D1进行幅度限制，最后经过电压跟随电路，电压跟随电路由运算放大器U10A和电阻1R4以及电容1C2组成，有进行缓冲和隔离的作用；经过电压跟随电路转化为信号S1，再由电容1C3进行稳压，最终信号S1从电容1C3的上端输出，进入数模转换芯片13；数模转换芯片13将S1信号转换成数字量传送给光电隔离芯片12，光电隔离芯片12将该数字量信号进行放大传送给控制芯片11，同时光电隔离芯片12也将控制芯片11的输入端进行了隔离，控制芯片11将该放大的信号进行数据处理，然后控制LCD显示屏2显示所采集信号的具体数值，以及控制RS-485差分驱动芯片将所采集信号通过COM1通讯接口8或COM2通讯接口9传送到主站设备；其中按键盘3可以控制LCD显示屏2显示的是直流量接口6和备用直流量接口7中哪一路接口对应的物理量的数值。
请参阅图5和11，电阻量的信号采集采用三线制接线方式，Rcable1用于温度补偿，Rcable2、Rcable3用于连接热电阻RTD，可以为PT100热电阻，也可以为PT1000热电阻；由于采用了三线制的连接方式，故减除了导线对热电阻信号的影响。所述温度采集芯片14，用于采集PT100热电阻或PT1000热电阻的阻值并将其转换成温度值，然后将转换后的温度值传送给数模转换芯片13；数模转换芯片13将该温度信号转换成数字量传送给光电隔离芯片12，光电隔离芯片12将该数字量信号进行放大传送给控制芯片11，同时光电隔离芯片12也将控制芯片11的输入端进行了隔离，控制芯片11将该放大的信号进行数据处理，然后控制LCD显示屏2显示所采集信号的具体数值，以及控制RS-485差分驱动芯片将所采集信号通过COM1通讯接口8或COM2通讯接口9传送到主站设备；其中按键盘3可以控制LCD显示屏2显示的是电阻量接口4和备用电阻量接口5中哪一路接口对应的物理量的数值。
所述数模转换芯片13的引脚7与标准信号采集电路15的电容1C3的上端相连，引脚1和2分别与温度采集芯片14的SCLK和CS端相连，且引脚15和16分别与光电隔离芯片12的6引脚和7引脚相连；所述光电隔离芯片12的2引脚和3引脚分别与控制芯片11的51引脚和52引脚相连；数模转换芯片13将温度采集芯片14采集到的温度以及标准信号采集电路15采集到的电流和电压这些模拟信号转换成数字信号，传送给光电隔离芯片12，光电隔离芯片12具有将控制芯片11的输入端与其他电路进行隔离的作用，从而提高控制芯片11的处理数据的精度，同时光电隔离芯片12还具有将数字信号放大的作用，避免输入信号太微弱导致信号采集不准确，从而提高了信号采集的精确度。
所述RS-485差分驱动芯片16包括U1芯片和U2芯片，所述U1芯片的2引脚和3引脚短接，且U1芯片的3引脚和4引脚分别与控制芯片11的25引脚和26引脚相连，U1芯片的6引脚和7引脚均与COM1通讯接口相连；所述U2芯片的2引脚和3引脚短接，且U2芯片的3引脚和4引脚分别与控制芯片11的68引脚和69引脚相连，U2芯片的6引脚和7引脚均与COM2通讯接口相连；COM1通讯接口和COM2通讯接口均可以与主站设备或从站设备电性相连而组成自动化网络管理***，报告故障点信息，通过组态配置或现场用户进行编程，方便了用户的使用与调试，为维护人员到现场解决问题带来方便，同时也提高了生产效率。
所述按键盘3包括上、下、左、右、Ent和Esc六个按键，依次与控制芯片16的77引脚、35引脚、36引脚、89引脚、90引脚和91引脚相连；
所述LCD显示屏2的引脚由上至下分别与控制芯片16的61引脚、62引脚、38引脚、39引脚、40引脚、41引脚和42引脚相连。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种智能网络传感器装置，包括传感器本体(1)，其特征在于：所述传感器本体(1)包括：
温度采集芯片(14)，用于采集不同型号的铂电阻的阻值；
标准信号采集电路(15)，用于采集标准直流电流/电压信号；
数模转换芯片(13)，用于将模拟信号转化为数字信号；
光电隔离芯片(12)，采用双通道数字隔离器，能够实现电平转换，且能对输入、输出电信号起到隔离作用；
RS-485差分驱动芯片(16)，用于与主站设备和从站设备通讯而组成自动化网络管理***；
控制芯片(11)，用于控制LCD显示屏(2)显示所采集信号的具体数值，以及控制RS-485差分驱动芯片(16)将所采集信号传送到主站设备；
电源模块(17)，用于给传感器本体(1)提供电能；
LCD显示屏(2)，用于显示温度值或标准直流电流/电压信号对应的物理量的数值；
所述温度采集芯片(14)的输出端和标准信号采集电路(15)的输出端均与数模转换芯片(13)的输入端相连，所述数模转换芯片(13)的输出端与光电隔离芯片(12)的输入端相连，所述光电隔离芯片(12)分别与控制芯片(11)和RS-485差分驱动芯片(16)相连，所述电源模块(17)分别与控制芯片(11)、光电隔离芯片(12)、数模转换芯片(13)、标准信号采集电路(15)、温度采集芯片(14)和RS-485差分驱动芯片(16)相连，以上所有连接均为电性相连；
所述传感器本体(1)还包括LCD显示屏(2)、按键盘(3)、电阻量接口(4)、备用电阻量接口(5)、直流量接口(6)、备用直流量接口(7)、电源接口(10)和通讯接口，所述LCD显示屏(2)设置于传感器本体(1)的上方，所述按键盘(3)设置于LCD显示屏(2)的下方，且按键盘(3)和LCD 显示屏(2)均与控制芯片(11)相连，所述电阻量接口(4)、备用电阻量接口(5)、直流量接口(6)、备用直流量接口(7)和通讯接口均设置在传感器本体(1)的***，所述电阻量接口(4)和备用电阻量接口(5)均与温度采集芯片(14)相连，所述直流量接口(6)和备用直流量接口(7)均与标准信号采集电路(15)相连，所述通讯接口与RS-485差分驱动芯片(16)相连，所述电源接口(10)与电源模块(17)相连。
2.根据权利要求1所述的智能网络传感器装置，其特征在于：所述按键盘(3)包括上、下、左、右、Ent和Esc六个按键。
3.根据权利要求1所述的智能网络传感器装置，其特征在于：所述控制芯片(11)的型号为STM32F103VCT6。
4.根据权利要求1所述的智能网络传感器装置，其特征在于：所述光电隔离芯片(12)的型号为ADuM1201。
5.根据权利要求1所述的智能网络传感器装置，其特征在于：所述温度采集芯片(14)的型号为MAX31865。
6.根据权利要求1所述的智能网络传感器装置，其特征在于：所述通讯接口包括COM1通讯接口(8)和COM2通讯接口(9)。
7.根据权利要求1所述的智能网络传感器装置，其特征在于所述RS-485差分驱动芯片(16)的型号为SN65LBC184。
8.根据权利要求1所述的智能网络传感器装置，其特征在于：所述电源模块(17)的型号为URA2405_ZP-6WR3。
9.根据权利要求1所述的智能网络传感器装置，其特征在于：所述数模转换芯片(13)的型号为AD7799。
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2018
- 2018-06-04 CN CN201820852511.XU patent/CN208270992U/zh not_active Expired - Fee Related
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