一种低功耗本安型Namur无线适配器的制作方法

一种低功耗本安型namur无线适配器
技术领域
1.本实用新型属于应用于工业领域的无线传感设备，具体说是一种基于wia
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pa工业无线网络的本质安全型低功耗namur适配器。


背景技术：

2.namur接口的接近开关传感器在工业领域应用广泛，最典型的应用就是其与安全栅连接，实现namur信号的有线传输。但是往往许多应用场景面临有线施工困难，施工成本高等问题。如果采用无线传输方案，为namur传感器供电，实现低功耗，长达2年以上的电池使用寿命是设计的难点。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种基于wia
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pa工业无线网络的本质安全型低功耗namur适配器。以wia
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pa无线模块为核心，可以与namur接口的传感器连接，为传感器供电并采集状态信息，整体应用低功耗设计，本质安全设计技术，并采用大容量安全型电池组供电，具有低压保护，过流保护功能，既保证了电池的使用寿命又提高了防爆安全性。
4.本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：
5.一种低功耗本安型namur无线适配器，包括：核心板以及分别与其连接的电池模块以及天线；
6.所述核心板包括：wia无线模块以及分别与其连接的电量采集电路、电源电路、干簧管、namur告警电路、namur采集电路，所述namur采集电路通过安全栅电路与外部namur传感器相连，所述天线与wia无线模块相连，所述电池模块分别与核心板中的电量采集电路和电源电路相连。
7.所述电池模块包括顺序连接的电池组、电池保护板以及电量测试接口，所述电池保护板还分别与核心板中的电量采集电路和电源电路相连。
8.所述电源电路包括顺序连接的dc/dc转换电路和ldo电路，所述dc/dc转换电路与电池模块中的电池保护板相连，所述ldo电路与wia无线模块相连。
9.所述天线为鞭状天线。
10.所述wia无线模块包括：无线射频芯片以及与其连接的射频放大电路，所述无线射频芯片分别与电量采集电路、电源电路、干簧管、namur告警电路、namur采集电路相连，所述射频放大电路与天线相连。
11.所述电量采集电路包括顺序连接的开关芯片、采样电阻、跟随器和滤波器，所述开关芯片与电池模块中的电池保护板相连，所述滤波器与wia无线模块中的无线射频模块相连。
12.所述安全栅电路为齐纳式安全栅电路。
13.所述齐纳式安全栅电路包括限流电阻r20、保险丝f1、电容c35以及三个齐纳二极管d5、d6、d7，其中：
14.namur采集电路的正极输出端依次通过保险丝f1、限流电阻r20连接外部namur传感器的正极，namur采集电路的负极输出端通过电容c35连接外部namur传感器的负极，保险丝f1和限流电阻r20之间的节点分别通过齐纳二极管d5、d6、d7连接外部namur传感器的负极，外部namur传感器的负极接地。
15.所述核心板和电池模块设于金属壳体内。
16.所述金属壳体为铝合金壳体。
17.本实用新型具有以下有益效果及优点：
18.1.本实用新型无线namur适配器可与namur传感器连接，可完成传感器的供电，信号采集，并具有外接传感器短路告警，断线告警功能。
19.2.本实用新型无线namur适配器采用低功耗设计，电池组供电可达3年以上。
20.3.本实用新型无线namur适配器采用本安设计，防爆等级ex ib iic t3。
附图说明
21.图1为wia
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pa无线namur适配器原理框图；
22.图2为dc/dc转换电路图；
23.图3为ldo电源电路图；
24.图4为wia
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pa无线模块电路图；
25.图5为安全栅电路图；
26.图6为namur信号采集电路图；
27.图7为namur传感器断线告警电路图；
28.图8为namur传感器短路告警电路图；
29.图9为电量采集电路图。
具体实施方式
30.下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
31.本实用新型设计了一种无线低功耗namur适配器具有namur接口、通过本安认证、且功耗低，能够使用电池供电。
32.一种基于wia
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pa工业无线网络的本质安全型低功耗namur适配器，包括电池组，无线核心板，小型鞭状天线，铝合金壳体。
33.所述无线核心板采用本安设计技术，防爆等级ex ib iic t3。
34.无线核心板包括dc/dc转换电路、ldo电源电路、wia
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pa无线模块、电量采集电路，namur接口电路。
35.dc/dc转换电路将电池组输出的7.2vdc电压转换成3.3vdc直流电压，转换效率高，可提供低纹波直流信号，并具有反接保护，过压保护功能；
36.ldo电源电路将3.3vdc电压转换成3.0vdc电压，进一步将电源纹波降低到50mv以下，降低对射频信号的干扰，并具有输出过压保护。
37.wia
‑
pa无线模块由无线射频芯片及射频放大电路组成，主要完成数字信号的调制解调及射频放大接收功能，将数字信号转换成2.4ghz～2.4835ghz的射频信号通过天线辐射到空间，同时接收空间微弱的射频信号，解调成数字信号。
38.电量采集电路可采集电池电压，由开关芯片，采样电阻，跟随器，滤波器组成。
39.namur接口电路实现外接namur传感器的供电，及信号采集。采用低电压供电，安全栅设计。
40.如图1所示为wia
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pa无线namur适配器原理框图，
41.硬件部分由核心板，电池模块及天线组成，可外接namur传感器。
42.核心板由电源电路，电量采集电路，namur采集电路，namur告警电路，安全栅电路等组成。
43.电源电路包括dc/dc转换电路和ldo电路。如图2所示，dc/dc转换电路将电池组提供的7.2v电压转换为3.3v。如图3所示，ldo电路将3.3v转换为3.0v，为wia无线模块供电，ldo可进一步优化纹波及噪声，有利于提高无线通信的射频性能，如图4所示。
44.安全栅电路为齐纳式安全栅电路，j9的1、2管脚外接两线制namur传感器。安全栅电路由限流电阻，3个齐纳二极管，一次性保险丝组成，并需要浇封处理，如图5所示。限流电阻的阻值、功率，二极管的齐纳电压，保险丝的过流保护值，需要根据外接传感器本安参数计算得出。
45.namur信号采集电路由取样电阻，运算放大器，电压基准等组成，如图6所示。取样电路实现传感器电流信号转换为电压信号。电压基准电路及运算放大器电路实现传感器信号电流大小等级的判断，从而实现namur信号的采集。
46.namur传感器断线告警电路，如图7所示。namur传感器短路告警电路，如图8所示。由运算放大器，电压基准电路等组成。根据namur传感器断线、短路状态产生电平的大小，确定不同的电压基准电路判断阈值，从而实现对应的告警功能。
47.电量采集电路对电池电量进行监测，如图9所示，当电量过低时发出告警，提醒操作人员更换电池。根据电池的放电特性，电压越低时电量越低，故可监控电池电压。
48.该电路由负载开关tps27082，采样电阻，跟随器tlv2761，滤波器组成。采用了低功耗设计理念，跟随器tlv2761使用无线模块i/0供电，可控制供电。电量采集输入端串联负载开关tps27082，可控制输入信号关断。当采集电量时，为该部分电路供电；平时则为关断状态，漏电流ua级。