帶gprs功能的傳感器用網絡數字儀表的製作方法

2023-04-23 19:47:41 2

專利名稱：帶gprs功能的傳感器用網絡數字儀表的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數字網絡化用的二次數字儀表，特別是一種集多功能於 一體的帶GPRS(通用分組無線業務General Packet Radio Service的英文簡稱) 功能的傳感器用網絡數字儀表。它主要適用於油田、化工、電力、供暖、 供水等行業的在線測量、計量及控制，實現網絡管理，也可用於其它類 似的行業之中。
技術背景目前，油田、化工、電力、供暖、供水等行業生產作業的測量、計量 及控制，是保障生產作業正常進行、保證產品質量的重要因素。在很多環境 下，人工測量無法進行，也不能保證準確。傳感器用數字二次儀表是完成這 個任務的必需的保障。傳感器用數字二次儀表的測量實現方法是，將二線制 的傳感器信號引入到二次儀表中，二次儀表提供傳感器用的電源，當傳感器 測量的信號有變化時，在二線制上的電流就有變化，變化範圍是4 20mA。 二 次儀表將這個電流的模擬量變化，轉換成數位訊號進行顯示或傳輸。這些生 產參數的測量及控制， 一般都要用數字二次儀表來進行測量，並且要通過組 網的方式，進行異地的集散控制。其主要方式有一是採用長距離電纜的有線組網方法，將生產現場的傳感器信號通過現 場二次儀表用二線制的方式，經過長距離的電纜引入控制室；或通過長距離 電纜接到控制室的二次儀表，進入控制中心；或經過長距離電纜直接進入控 制中心。這種方法不僅需要有架空或地溝的施工，費時費力，而且這個方案 的實施、施工、維護等都需要很大的人力、財力和物力的投入。如公告號為CN 1140778C的"高精度智能化數字地溫儀"，公開了一種高精度的溫度傳感器 和智能化的二次儀表。它由探頭和二次儀表組成，中間通過長距離電纜連接， 實現有線組網，因沒有異地傳輸功能，故無法形成網絡。二是使用無線頻道進行組網，這個方法也必須有當地無線電管理委員會 特別批准的頻道，同時，有串道影響。成本高、維修量大、維護困難，並且 數據的準確及無線電網絡的暢通都受了很多客觀因素的影響，不能達到比較 理想的效果。如公告號為CN 1226598C的"電子計數網絡智能型煤氣表"，通 過DCPL總線方式實現數據傳輸。DCPL網絡即是直流電力線載波通訊網絡。 它需要有單獨鋪設，各項費用消耗較大。不能有效地利用現有的公共資源。公 開號為CN 1477540A的"基於移動通訊的遠程儀表讀取系統和方法"，主要用 於城市的公共事業上，使用移動通訊網絡發送用戶的計量信息。但是系統的 組成結構比較複雜，成本也比較高，最主要的是抗幹擾性能較差，不能適應 大型的工業生產現場的複雜工作環境。公開號為CN 18117110A的"一種基於 單片機的網絡化儀器儀表系統無線升級及相應裝置"，使用了 GPRS對裝置中 的目標單片機進行升級，沒有描述和體現出對工業現場的物理量數據進行檢 測、處理等功能。同樣，最主要的還是無法滿足大型工業生產現場複雜的工 作環境所要求的抗幹擾性能要求。在其他專利申請中，雖然有使用網絡等技術，但還不是使用GPRS移動 網絡公共資源。 發明內容本發明的目的是提供一種帶GPRS功能的傳感器用網絡數字儀表，它結 構設計簡單、合理，有效地解決了現有技術中存在的測量不穩定、抗幹擾性
能差、傳輸容易受幹擾等缺陷，其操作容易、調節方便，不僅為工業現場生 產參數的在線自動測量和傳輸提供可靠的保障，而且能降低測量成本，明顯 提高測量的準確性、及時性，顯著提高工作效率和減少操作人員的勞動強度， 更利於有毒有害作業的監控。本發明的目的是這樣實現的該儀表包括信號控制處理電路和GPRS通 信功能模塊及其電源電路，其技術要點是所述信號控制處理電路由U1控制處理晶片分別經U2總線驅動晶片和U4與非門晶片連接U3測量晶片構成， 電路中的測量晶片U3與工業現場的任何一種具有4-20mA標準信號的傳感器 P連接，測量晶片U3的選通，通過總線驅動晶片U2與控制處理晶片Ul連 接，數據傳送直接與控制處理晶片Ul連接，控制處理晶片Ul與GPRS通訊 功能模塊Ull連接，利用GPRS通訊功能模塊Ull在移動通訊網絡上發送和 接收數據，接收到的數據由儀表的控制處理晶片U1進行處理，並執行相關的 網絡控制命令。由於本發明信號控制處理電路中的測量晶片U3與工業現場的任何一種具 有4-20mA標準信號的傳感器P連接，測量晶片U3的選通，通過總線驅動芯 片U2與控制處理晶片Ul連接，數據傳送直接與控制處理晶片Ul連接，控 制處理晶片Ul與GPRS通訊功能模塊Ull連接，利用GPRS通訊功能模塊 Ull在移動通訊網絡上發送和接收數據，接收到的數據由儀表的控制處理芯 Ul進行處理，並執行相關的網絡命令，採用了GPRS傳輸方法，實現通訊功 能和數字儀表一體化，所以可以充分利用現有的公共資源，能夠有效地解決 現有技術中存在的測量不穩定、傳輸容易受幹擾、測量系統成本高、維修工 作量大等缺陷。GPRS特別適用於間斷的、突發性的或頻繁的、少量的數據傳 輸，也適用於偶爾的大數據量傳輸。這一特點正適合大多數移動互聯的應用。 因此，該GPRS傳輸方法相對原來的GSM的撥號方式的電路交換數據傳送方 式，GPRS的分組交換技術，具有"實時在線"、"按量計費"、"快捷登錄"、"高 速傳輸"、"自如切換"的優點。因其可以實現數字儀表的GPRS網絡化，不僅 可以在任何地方完成對現場參數的測量和檢測,為實現在線自動測量和傳輸 提供可靠的保障，而且能降低測量成本，故明顯提高測量的準確性，顯著提 高工作效率和減少操作人員的勞動強度，更利於有毒有害作業的監控。
以下結合附圖對本發明作進一步描述。

圖1是本發明的一種電氣原理圖。圖中序號說明Ul控制處理晶片、U2總線驅動晶片、U3測量晶片、U4 與非門晶片、U11GPRS通訊模塊、P傳感器。
具體實施方式
根據圖1詳細說明本發明的組成和工作過程。該儀表包括信號控制處理 電路和GPRS通信功能模塊及其電源電路(電源電路採用常用技術和接法， 這裡不再贅述)。其中，信號控制處理電路由Ul控制處理晶片分別經U2總 線驅動晶片和U4與非門晶片連接U3測量晶片構成。本實施例中，Ul採用 單片機晶片中的一種89C51, U3採用模數轉換晶片中的一種AD574, U2採 用總線驅動晶片中的一種74LS373， U4採用與非門中的一種74LS02， Ull採 用GPRS通訊功能模塊中的任意一種。工業生產現場的任何一種具有4-20mA標準信號的傳感器P信號，通過測 量晶片U3的輸入引腳13，輸入到測量晶片U3中(通過調節R1、 R2的值， 經過測量晶片U3引腳8、 10、 12，來改變測量晶片U3的測量參考電壓)，轉 化成數位訊號，控制處理晶片U1的輸出引腳30、 31、 32、 33、 34、 35、 36、37、 38、 39，對應輸出到驅動晶片U2的輸入引腳11、 1、 18、 17、 14、 13、 8、 7、 4、 3上，驅動晶片U2的輸出引腳2、 5、 19，連接到測量晶片U3的 輸入引腳5、 4、 3上，控制處理晶片U1以此來決定控制選通測量晶片U3的 時機。同時控制處理晶片U1的引腳31—39，與測量晶片U3的數據輸出引腳 2、 20—27相連接，控制處理晶片Ul的引腳36、 37、 38、 39，與測量晶片 U3的數據輸出引腳19、 18、 17、 16相連接。控制處理晶片U1，通過自身的 引腳10、 11與GPRS通訊功能模塊Ull上的RS232接口連接。總線驅動晶片 U2的引腳1、控制處理晶片Ul的引腳31、 20都接地。控制處理晶片Ul的 引腳1與測量晶片U3的引腳28相連接。控制處理晶片Ul的引腳16、 17， 連接到與非門晶片U4的引腳2、 3上。非門晶片U4的引腳1，與測量晶片 U3的引腳6連接。測量晶片U3的引腳7接+15V，測量晶片U3的引腳11接 -15V,測量晶片U3的引腳15、 19短接，並分別接地。工作時，測量晶片U3實時對工業生產現場的任何一種具有4-20mA標準 信號的傳感器P，進行測量和轉換。控制晶片U1，通過總線驅動晶片U2，來 選通測量晶片U3，當測量晶片U3被控制處理晶片Ul選通後，Ul可以將U3 實時測量轉換的工業現場的測量數據讀取到控制處理晶片U1中，經過運算、 處理後，按照預先設定的要求，控制處理晶片U1，利用GPRS通訊功能模塊 Ull在移動通訊網絡上發送數據到要求的目的地，這個目的地可以是電腦系 統、生產控制中心，也可以發送到指定的用戶手機上。控制中心的指令通過網際網路、行動網路發送到儀表中，由儀表的控制 處理晶片Ul進行處理，並執行有關的網絡命令等。這樣本儀表就可以具有"實時在線"、"按量計費"、"快捷登錄"、"高速傳 輸"的優點。聯絡暢通、節省資金、維護方便。
實時在線，儀表隨時可以與網絡保持聯繫。當儀表網際網路或移動通訊網 絡時，就在無線信道上發送和接受數據，就算沒有數據傳送，儀表還一直與 網絡保持聯接，不但可以由儀表一側發起數據傳輸，還可以從控制中心、電 腦系統以及指定手機一側隨時啟動發送數據，不像普通撥號上網那樣斷線後 還得重新撥號才能通訊聯絡。按量計費，儀表可以一直在線，按照儀表接收和發送數據包的數量來收 取費用，沒有數據流量的傳遞時，儀表即使掛在網上，也是不收費的。快捷登錄，儀表一開機，就始終附著在GPRS網絡上，每次使用時只需 一個激活的過程， 一般只需1 3秒的時間馬上就能登錄至網際網路，而固定撥 號方式接入網際網路需要撥號、驗證用戶名密碼、登錄伺服器等過程，至少需 要8 10秒甚至更長的時間。高速傳送，GPRS採用分組交換的技術，數據傳輸速率最高理論值能達 171.2kb/s，但實際速度受到編碼的限制和手機終端的限制，可能會有所不同。
權利要求
1、一種帶GPRS功能的傳感器用網絡數字儀表，包括信號控制處理電路和GPRS通信功能模塊及其電源電路，其特徵在於所述信號控制處理電路由U1控制處理晶片分別經U2總線驅動晶片和U4與非門晶片連接U3測量晶片構成，電路中的測量晶片U3與工業現場的任何一種傳感器P的4-20mA的標準信號連接，測量晶片U3的選通，通過總線驅動晶片U2與控制處理晶片U1連接，數據傳送直接與控制處理晶片U1連接，控制處理晶片U1與GPRS通訊功能模塊U11連接，利用GPRS通訊功能模塊U11在移動通訊網絡上發送和接收數據，接收到的數據由控制處理芯U1進行處理，並執行相關的網絡命令。
全文摘要
一種帶GPRS功能的傳感器用網絡數字儀表，包括信號控制處理電路和GPRS通信功能模塊及其電源電路，其技術要點是所述信號控制處理電路中的測量晶片U3與工業現場的任何一種傳感器P的4-20mA的標準信號連接，數據傳送直接與控制處理晶片U1連接，控制處理晶片U1與GPRS通訊功能模塊U11連接，利用GPRS通訊功能模塊U11在移動通訊網絡上發送和接收數據。它結構設計合理、簡單、抗幹擾性強，操作容易、調節方便，不僅對實現複雜工業生產現場生產參數的在線自動測量和傳輸提供可靠的保障，而且能降低測量成本，明顯提高測量的準確性、及時性，顯著提高工作效率和減少勞動強度，更利於有毒有害作業的監控。
文檔編號G08C19/00GK101162550SQ20071015835
公開日2008年4月16日 申請日期2007年11月20日 優先權日2007年11月20日
發明者孫家全, 張明明, 李豔麗, 宇 白, 巖 馬 申請人:瀋陽儀表科學研究院