工控工程師中級(jí)職稱論文(2)
工控工程師中級(jí)職稱論文篇二
無(wú)線工控采集變送器
摘要：設(shè)計(jì)一款基于470M短距離無(wú)線的采集變送器,采集方面它擁有開(kāi)關(guān)量采集、頻率采集、電壓采集、電流采集，對(duì)應(yīng)的變送器方面他擁有繼電器輸出、頻率輸出、電壓輸出、電流輸出，另外還具有485總線接口，可以連接485設(shè)備也可以直接連接上位機(jī)。這樣的硬件設(shè)備在工業(yè)中將會(huì)得到非常廣泛的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：短距離無(wú)線傳輸;多種信號(hào)采集;變送器
中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599(2011)23-0000-01
Wireless Industrial Control Collective Transmitter
Xu Hongning
(ShenYang Ware Digital Technology Co.Ltd,Shenyang 110015,China)
Abstract:Design a wireless collective transmistter based on 470M short distance,and from the view of collection,it has switching value collection,frequency collection,electronic pressure collection,circuit collection and the corresponding transimitter,electronic relay output,frequency output,electronic pressure output,circuit output and also has 485 gpib,which can connect 485 equipment and upper monitor,which can be widely used in industrial field.
Keywords:Short distance wireless transmission;Various signals collection;Transmitter
一、設(shè)備用途
工業(yè)信號(hào)透?jìng)鲬?yīng)用：在很多工業(yè)場(chǎng)合中，采集設(shè)備與終端設(shè)備之間的距離達(dá)到上百米，之間的接線是很繁瑣的問(wèn)題，而且由于做信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)質(zhì)純銅線材價(jià)格非常昂貴，再加上人工成本和維護(hù)成本過(guò)高，使整個(gè)系統(tǒng)的成本大大增加，而且由于工業(yè)環(huán)境惡劣，會(huì)導(dǎo)致線材很容易老化或損壞，而幾百米的線長(zhǎng)又很難維修等一系列問(wèn)題;無(wú)線工控采集變送器正是解決此類問(wèn)題的最佳產(chǎn)品，它既有采集部分也有變送部分，完全可以當(dāng)做線材來(lái)使用，無(wú)線信號(hào)替代了線材，使壽命、維護(hù)性、安裝、成本等都得到了實(shí)質(zhì)性的解決。但是目前市場(chǎng)上相關(guān)產(chǎn)品卻很少見(jiàn)，所以它擁有很大的市場(chǎng)空間。
遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用：將此設(shè)備一個(gè)接到上位機(jī)電腦上，一個(gè)接到工業(yè)機(jī)柜中，它就可以把機(jī)柜中的開(kāi)關(guān)量、頻率、電流電壓等數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)電腦中，有電腦做存儲(chǔ)分析，還可以通過(guò)電腦下發(fā)控制指令，使工業(yè)機(jī)柜中的無(wú)線工控采集變送器輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)值。
由于引入了無(wú)線電，所以除了通過(guò)485與電腦通訊外，還可以設(shè)計(jì)很多無(wú)線設(shè)備與其通訊，例如可以設(shè)計(jì)一款手持設(shè)備，使用戶可以通過(guò)手持設(shè)備來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行采集與控制，這樣的應(yīng)用會(huì)使產(chǎn)品有更強(qiáng)的靈活性。
二、硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)由13部分組成，即主控芯片、電源、485總線、撥碼開(kāi)關(guān)、RF電路、電壓采集、電壓輸出、電流采集、電流輸出、開(kāi)關(guān)量采集、繼電器輸出、頻率采集、頻率輸出。下面分別介紹每個(gè)部分。
(一)主控芯片。選擇的是32位ST公司的ARM芯片STM32F103RBT6[1]，這款芯片基于Cortex-M3內(nèi)核,內(nèi)部外設(shè)十分豐富。(二)電源部分。系統(tǒng)使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電壓12V，再由各個(gè)轉(zhuǎn)換芯片為各部分電路供電。電路中沒(méi)有開(kāi)關(guān)電源芯片的大電感，所以不會(huì)產(chǎn)生高頻干擾。(三)485總線。由于主控芯片為3.3V電壓芯片，所以系統(tǒng)選用SP3485芯片做485總線的傳輸，這部分電路是芯片的典型接法。(四)撥碼開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)接入8路撥碼開(kāi)關(guān)，用戶可以通過(guò)這些撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置系統(tǒng)的工作模式，RF工作頻點(diǎn)和工作通道等。(五)RF部分。系統(tǒng)選擇的是SI4432射頻芯片。按照系統(tǒng)的功能，我們需要的射頻部分應(yīng)該是小數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)距離抗干擾性強(qiáng)的應(yīng)用。SI4432內(nèi)部集成射頻功放，發(fā)送功率可以達(dá)到20Db，是目前單芯片傳輸距離最遠(yuǎn)的芯片，空曠距離理論上可以達(dá)到2000米。通過(guò)對(duì)主控芯片的設(shè)置，它可以工作在不同的頻段，即使在同一頻段，還可以設(shè)置不同的同步字，而且芯片內(nèi)部有硬件的CRC校驗(yàn)，保證了數(shù)據(jù)的正確性和抗干擾性。 RF射頻部分PCB時(shí)要十分注意，稍有差錯(cuò)就會(huì)大大降低傳輸距離，具體參考SI4432的芯片手冊(cè)[2]。(六)電壓采集。標(biāo)準(zhǔn)變送器的輸出電壓為0-5V，而我們的主控芯片只能承受3.3V的電壓，所以我們要用精密電阻來(lái)分壓采集，為了防止接入電壓過(guò)高燒毀主控芯片，系統(tǒng)接入一支3.3V穩(wěn)壓管，確保主控芯片采集引腳的電壓不會(huì)高過(guò)供電電壓。(七)電壓輸出(圖1)。系統(tǒng)通過(guò)主控芯片來(lái)輸出PWM波,經(jīng)過(guò)RC濾波,調(diào)節(jié)占空比就可以精確的輸出電壓值,由于R11、C6、R12、C7組成的RC濾波網(wǎng)絡(luò)為無(wú)源濾波，自身輸出電阻過(guò)大，沒(méi)有負(fù)載能力，所以后面設(shè)計(jì)了電壓放大電路，并采用大輸入阻抗的同向放大器接法
(八)電流采集。通過(guò)一個(gè)電阻把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，引入主控芯片AD采集端口即可，同電壓采集電路一樣，接上一個(gè)穩(wěn)壓二極管來(lái)保證主控芯片引腳電壓不超過(guò)3.3V。(九)電流輸出。電壓輸出電路的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)壓流轉(zhuǎn)換得到。此電路在輸出4-20mA區(qū)間具有很好的線性關(guān)系。(十)開(kāi)關(guān)量輸入。通過(guò)光電耦合器來(lái)采集外界的開(kāi)關(guān)量，好處是外界的開(kāi)關(guān)信號(hào)不會(huì)損壞主控芯片。(十一)開(kāi)關(guān)量輸出。系統(tǒng)為防止LM7805穩(wěn)壓芯片過(guò)熱，所以繼電器選擇的是12V驅(qū)動(dòng)。(十二)頻率采集。通過(guò)一個(gè)高速光耦來(lái)采集外界的頻率信號(hào)，光耦在此選擇6N137，可以采集10MHz的頻率，當(dāng)然受很多因素影響，包括主控芯片的主頻、工藝等，可能采集不到10MHz的頻率，但是作為工業(yè)系統(tǒng)的一般應(yīng)用，無(wú)線工控采集變送器的頻率是足夠高的。(十三)頻率輸出
系統(tǒng)通過(guò)中功率三極管來(lái)輸出PWM頻率，不僅頻率可調(diào)，占空比也可調(diào)。
參考文獻(xiàn)：
[1]STM32F103RBT6中文手冊(cè)
[2]SI4432芯片手冊(cè)
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