工控工程師中級職稱論文篇二

　　無線工控采集變送器

　　摘要：設計一款基于470M短距離無線的采集變送器,采集方面它擁有開關量采集、頻率采集、電壓采集、電流采集，對應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設備也可以直接連接上位機。這樣的硬件設備在工業(yè)中將會得到非常廣泛的應用。

　　關鍵詞：短距離無線傳輸;多種信號采集;變送器

　　中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：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、設備用途

　　工業(yè)信號透傳應用：在很多工業(yè)場合中，采集設備與終端設備之間的距離達到上百米，之間的接線是很繁瑣的問題，而且由于做信號傳輸的優(yōu)質純銅線材價格非常昂貴，再加上人工成本和維護成本過高，使整個系統的成本大大增加，而且由于工業(yè)環(huán)境惡劣，會導致線材很容易老化或損壞，而幾百米的線長又很難維修等一系列問題;無線工控采集變送器正是解決此類問題的最佳產品，它既有采集部分也有變送部分，完全可以當做線材來使用，無線信號替代了線材，使壽命、維護性、安裝、成本等都得到了實質性的解決。但是目前市場上相關產品卻很少見，所以它擁有很大的市場空間。

　　遠程監(jiān)控應用：將此設備一個接到上位機電腦上，一個接到工業(yè)機柜中，它就可以把機柜中的開關量、頻率、電流電壓等數據傳輸到上位機電腦中，有電腦做存儲分析，還可以通過電腦下發(fā)控制指令，使工業(yè)機柜中的無線工控采集變送器輸出相應的數據值。

　　由于引入了無線電，所以除了通過485與電腦通訊外，還可以設計很多無線設備與其通訊，例如可以設計一款手持設備，使用戶可以通過手持設備來對設備進行采集與控制，這樣的應用會使產品有更強的靈活性。

　　二、硬件設計

　　整個系統由13部分組成，即主控芯片、電源、485總線、撥碼開關、RF電路、電壓采集、電壓輸出、電流采集、電流輸出、開關量采集、繼電器輸出、頻率采集、頻率輸出。下面分別介紹每個部分。

　　(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內核,內部外設十分豐富。(二)電源部分。系統使用工業(yè)標準電壓12V，再由各個轉換芯片為各部分電路供電。電路中沒有開關電源芯片的大電感，所以不會產生高頻干擾。(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)撥碼開關。系統接入8路撥碼開關，用戶可以通過這些撥碼開關來設置系統的工作模式，RF工作頻點和工作通道等。(五)RF部分。系統選擇的是SI4432射頻芯片。按照系統的功能，我們需要的射頻部分應該是小數據量遠距離抗干擾性強的應用。SI4432內部集成射頻功放，發(fā)送功率可以達到20Db，是目前單芯片傳輸距離最遠的芯片，空曠距離理論上可以達到2000米。通過對主控芯片的設置，它可以工作在不同的頻段，即使在同一頻段，還可以設置不同的同步字，而且芯片內部有硬件的CRC校驗，保證了數據的正確性和抗干擾性。 RF射頻部分PCB時要十分注意，稍有差錯就會大大降低傳輸距離，具體參考SI4432的芯片手冊[2]。(六)電壓采集。標準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分壓采集，為了防止接入電壓過高燒毀主控芯片，系統接入一支3.3V穩(wěn)壓管，確保主控芯片采集引腳的電壓不會高過供電電壓。(七)電壓輸出(圖1)。系統通過主控芯片來輸出PWM波,經過RC濾波,調節(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濾波網絡為無源濾波，自身輸出電阻過大，沒有負載能力，所以后面設計了電壓放大電路，并采用大輸入阻抗的同向放大器接法

　　(八)電流采集。通過一個電阻把電流信號轉換為電壓信號，引入主控芯片AD采集端口即可，同電壓采集電路一樣，接上一個穩(wěn)壓二極管來保證主控芯片引腳電壓不超過3.3V。(九)電流輸出。電壓輸出電路的基礎上，經過壓流轉換得到。此電路在輸出4-20mA區(qū)間具有很好的線性關系。(十)開關量輸入。通過光電耦合器來采集外界的開關量，好處是外界的開關信號不會損壞主控芯片。(十一)開關量輸出。系統為防止LM7805穩(wěn)壓芯片過熱，所以繼電器選擇的是12V驅動。(十二)頻率采集。通過一個高速光耦來采集外界的頻率信號，光耦在此選擇6N137，可以采集10MHz的頻率，當然受很多因素影響，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)系統的一般應用，無線工控采集變送器的頻率是足夠高的。(十三)頻率輸出

　　系統通過中功率三極管來輸出PWM頻率，不僅頻率可調，占空比也可調。

　　參考文獻：

　　[1]STM32F103RBT6中文手冊

　　[2]SI4432芯片手冊

　　
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