工业现场数据无线采集传输装置的制作方法

1.本实用新型涉及dtu领域，尤其涉及工业现场数据无线采集传输装置。


背景技术：

2.dtu(data transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为ip数据或将ip数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。dtu作为工业控制系统中的的一个关键执行单元，其可靠性以及稳定性直接影响整个工业控制系统。为保证dtu的良好运行，一般会对dtu输出电流和电压进行检测，通过检测其电流和电压大小获知dtu的供电电压是否正常。测试方法为：输入不同大小的电流值至dtu，在不同测量电流值的测量下通过dtu的串口获取dtu暂存的电流值，将测量电流值与暂存电流值进行比较，看电流大小是否和输入的测量电流值大小一样，如果不一致则报错。由于每次测量的测量电流值不同，需要使用可调电流源提供多路测量电流，但是目前使用的可调电流源由于内部结构的一些影响因素导致实际输出电流会产生不同程度的波动，影响可调电流源的稳定性，造成测量结果有误，经常发生误报的现象。因为，为了解决上述问题，本实用新型提供了工业现场数据无线采集传输装置，在保证无线传输的前提下，还提供稳定并且可调的测量电流，降低误报率，保证dtu稳定工作。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型提出了工业现场数据无线采集传输装置，在保证无线传输的前提下，还提供稳定并且可调的测量电流，降低误报率，保证dtu稳定工作。
4.本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了工业现场数据无线采集传输装置，其包括dtu、单片机和可调电流源，dtu包括若干个串口和模拟量端口，可调电流源包括数模转换芯片和恒流源；
5.单片机的数字输出端通过数模转换芯片与恒流源的输入端电性连接，恒流源的输出端与dtu的模拟量端口连接，单片机与dtu的串口连接，并读取当前dtu的电流值。
6.在以上技术方案的基础上，优选的，恒流源包括电压跟随器、同相放大器和缓冲器；
7.单片机的数字输出端通过数模转换芯片与电压跟随器的输入端电性连接，电压跟随器的输出端通过同相放大器分别与dtu的模拟量端口、缓冲器的输入端电性连接，缓冲器的输出端与同相放大器的输入端电性连接。
8.在以上技术方案的基础上，优选的，同相放大器包括：第一运算放大器和电阻r1
‑
r4；
9.电压跟随器的输出端与电阻r1的一端电性连接，电阻r1的另一端与第一运算放大器的同相输入端电性连接，第一运算放大器的反相输入端通过电阻r2接地，电阻r3并联在第一运算放大器的反相输入端及其输出端之间，第一运算放大器的输出端通过电阻r4分别与dtu的模拟量端口以及缓冲器的输入端电性连接。
10.在以上技术方案的基础上，优选的，缓冲器包括：第二运算放大器和电阻r5；
11.第一运算放大器的输出端通过电阻r4与第二运算放大器的同相输入端电性连接，第二运算放大器的反相输入端与其输出端电性连接，第二运算放大器的输出端通过电阻r5与第一运算放大器的同相输入端电性连接。
12.在以上技术方案的基础上，优选的，恒流源还包括：电流反馈电路；
13.电流反馈电路的输入端与缓冲器的输入端电性连接，电流反馈电路的输出端与单片机的数字输入端电性连接。
14.在以上技术方案的基础上，优选的，电流反馈电路包括：采样电阻r6、电阻r7和a/d转换芯片；
15.采样电阻r6的一端与第二运算放大器的同相输入端电性连接，采样电阻的另一端分别与电阻r7的一端以及a/d转换芯片的模拟输入端电性连接，a/d转换芯片的数字输出端与单片机的数字输入端电性连接。
16.在以上技术方案的基础上，优选的，还包括与单片机模拟输入端电性连接的温度检测电路。
17.本实用新型的工业现场数据无线采集传输装置相对于现有技术具有以下有益效果：
18.(1)通过设置电压跟随器，起隔离作用，数模转换芯片输出的基准电压作为其输入，其输出电压与输入的基准电压极性相同，高输入阻抗的电压跟随器相当于把电路前后级断开，起到了“隔离”的作用，使后级电路在进行基准电压和反馈电压的比较时不会因为负载的突然变化影响到前级电路，也就不会影响基准电压的稳定性；
19.(2)电压跟随器与同相放大器串联在一定程度上增加了恒流源的内阻，进而提高电源的恒流保持能力；
20.(3)通过设置电流反馈电路，一方面构成了电流反馈回路，通过采集同相放大器输出的电流信号，并将该电流信号反馈给单片机，当同相放大器输出的电流信号与预设值之间误差超过预设误差时，单片机将重新产生控制信号，直至同相放大器输出的电流信号在误差范围内，保证了恒流源输出的可靠性；另一方面，通过外接的显示器，可以显示电流值大小，以便确定当前测试电流值大小。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型工业现场数据无线采集传输装置的结构图；
23.图2为本实用新型工业现场数据无线采集传输装置中恒流源的结构图；
24.图3为本实用新型工业现场数据无线采集传输装置中恒流源的电路图。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清
楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
26.如图1所示，本实用新型的工业现场数据无线采集传输装置，其包括dtu、单片机和可调电流源。
27.dtu作为工业控制系统中的的一个关键执行单元，其包括若干个串口。为了验证dtu模拟输入端口是否正常，需要将4ma、8ma、12ma和20ma的测试电流输入至dtu模拟量端口，通过串口调试工具读取dtu暂存的电流值，将测量电流值与暂存电流值进行比较，看电流大小是否和输入的测量电流值大小一样，如果不一致则报错。
28.可调电流源，产生不同的测试电流。由于目前使用的可调电流源由于内部结构的一些影响因素导致实际输出电流会产生不同程度的波动，影响可调电流源的稳定性，造成测量结果有误，经常发生误报的现象。因此，为了解决上述问题，本实施例的可调电流源采用数字可调电源提供不同大小的测试电流，并且在数字可调电源中设置了恒流源，保证数字可调电流源输出的电流信号波动较小，稳定性高，降低误报概率。优选的，可调电流源包括数模转换芯片和恒流源；单片机的数字输出端通过数模转换芯片与恒流源的输入端电性连接，恒流源的输出端与dtu的模拟量端口连接。
29.单片机，在本实施例中通过spi总线与数模转换芯片连接，单片机通过spi通信方式将预设输出电流值传递给数模转换芯片，该芯片通过接收到的预设值来调节基准电压输出。优选的，单片机可以选择stm32系列芯片，在此不做限定。数模转换芯片采用dac841l芯片，dac841l芯片的sync、sclk和din引脚分别与stm32系列芯片的i/o口电性连接，dac841l芯片的vout引脚与恒流源的输入端电性连接。
30.恒流源，提供稳定的电流信号。串联补偿型恒流源的输出范围比较小，无法满足对电流值要求较大的场合，并且其稳定时间也较短，因此，为了保证恒流源在具备足够的稳定度的前提下扩大电流输出量程以及稳定时间，大大增加了恒流源的适用范围。优选的，如图2所示，恒流源包括：电压跟随器、同相放大器、缓冲器和电流反馈电路。
31.电压跟随器，起隔离作用，数模转换芯片输出的基准电压作为其输入，其输出电压与输入的基准电压极性相同，高输入阻抗的电压跟随器相当于把电路前后级断开，起到了“隔离”的作用，使后级电路在进行基准电压和反馈电压的比较时不会因为负载的突然变化影响到前级电路，也就不会影响基准电压的稳定性。
32.同相放大器，在这里是比较的作用。电压跟随器的输出端通过同相放大器分别与dtu的模拟量端口、缓冲器的输入端电性连接。本实施例中，同相放大器与电压跟随器串联在一定程度上增加了恒流源的内阻，进而提高电源的恒流保持能力。优选的，如图3所示，同相放大器包括：第一运算放大器和电阻r1
‑
r4；电压跟随器的输出端与电阻r1的一端电性连接，电阻r1的另一端与第一运算放大器的同相输入端电性连接，第一运算放大器的反相输入端通过电阻r2接地，电阻r3并联在第一运算放大器的反相输入端及其输出端之间，第一运算放大器的输出端通过电阻r4分别与dtu的模拟量端口以及缓冲器的输入端电性连接。
33.缓冲器，构成了同相放大器的正反馈环路，即使负载变动同相放大器的电力不变，其作用是减少误差。缓冲器的输入端与同相放大器的输出端电性连接，缓冲器的输出端与同相放大器的输入端电性连接。优选的，如图3所示，缓冲器包括：第二运算放大器和电阻
r5；第一运算放大器的输出端通过电阻r4与第二运算放大器的同相输入端电性连接，第二运算放大器的反相输入端与其输出端电性连接，第二运算放大器的输出端通过电阻r5与第一运算放大器的同相输入端电性连接。缓冲器将同相放大器的输出电压对同相放大器进行正反馈，通过增加负载电阻的方法补偿电流的下降。
34.电流反馈电路，一方面，构成了电流反馈回路，通过采集同相放大器输出的电流信号，并将该电流信号反馈给单片机，当同相放大器输出的电流信号与预设值之间误差超过预设误差时，单片机将重新产生控制信号，直至同相放大器输出的电流信号在误差范围内，保证了恒流源输出的可靠性；另一方面，通过外接的显示器，可以显示电流值大小，以便确定当前测试电流值大小。本实施例中，电流反馈电路的输入端与缓冲器的输入端电性连接，电流反馈电路的输出端与单片机的数字输入端电性连接。优选的，如图3所示，电流反馈电路包括：采样电阻r6、电阻r7和a/d转换芯片；具体的，采样电阻r6的一端与第二运算放大器的同相输入端电性连接，采样电阻的另一端分别与电阻r7的一端以及a/d转换芯片的模拟输入端电性连接，a/d转换芯片的数字输出端与单片机的数字输入端电性连接。其中，采样电阻r6将同相放大器输出的电流信号转换为电压信号，以便被a/d转换芯片采集。
35.温度检测电路，用于检测dtu实时温度。其与单片机模拟输入端电性连接。温度检测电路可以采用现有技术实现，在此不再累述。
36.本实施例的工作原理为：单片机通过spi通信方式将预设输出电流值传递给数模转换芯片，该芯片通过接收到的预设值来调节基准电压输出，所述基准电压经过电压跟随器隔离后输入至同相放大器，同相放大器的输出通过缓冲器正反馈至同相放大器的输入端，调整同相放大器的输出信号，同相放大器的输出信号一方面输入至dtu的模拟量端口，通过串口调试工具获取dtu数据，比较获取数据与输入电流值大小是否相等，如果不一致则报错；另一方面输入至电流反馈电路，经电流反馈电路模数转换后反馈至单片机，单片机根据反馈信号得知恒流源输出信号是否与预设值，如果不一致，则重新产生控制信号，直至同相放大器输出的电流信号在误差范围内。
37.本实施例的有益效果为：通过设置电压跟随器，起隔离作用，数模转换芯片输出的基准电压作为其输入，其输出电压与输入的基准电压极性相同，高输入阻抗的电压跟随器相当于把电路前后级断开，起到了“隔离”的作用，使后级电路在进行基准电压和反馈电压的比较时不会因为负载的突然变化影响到前级电路，也就不会影响基准电压的稳定性；
38.电压跟随器与同相放大器串联在一定程度上增加了恒流源的内阻，进而提高电源的恒流保持能力；
39.通过设置电流反馈电路，一方面构成了电流反馈回路，通过采集同相放大器输出的电流信号，并将该电流信号反馈给单片机，当同相放大器输出的电流信号与预设值之间误差超过预设误差时，单片机将重新产生控制信号，直至同相放大器输出的电流信号在误差范围内，保证了恒流源输出的可靠性；另一方面，通过外接的显示器，可以显示电流值大小，以便确定当前测试电流值大小。
40.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。