專利名稱：用于農業傳感器的通用智能變送裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及農業傳感器技術領域，特別涉及一種用于農業傳感器的通用智能
變送裝置。
背景技術：
農業生產活動中，農業設備在運行中要經常對一些機械量、幾何量、化學量、生物量進行檢測或監視。比如機械量包括位移、速度、加速度、力、カ矩、功率、壓カ、流量、溫度、 硬度、密度、溫度、比重和粘度等；幾何量包括長度、角度、形狀、位置、表面粗糙度、表面波形等。從信號的角度來看，都需要通過傳感器，將其轉換成電信號(近代還可以轉換成光信號)，而后再通過變送器發送給處理器進行處理。由于農業生產實際需求測量參數多、通信標準不統一，目前有將多種信息采集、協議集成一體的趨勢。公開號為CN201903367U的實用新型專利公開了ー種通用型HART變送器模塊，其采用多通道信號采樣模塊對多路模擬及數字型傳感器進行采樣后進行濾波、放大并送入微處理器模塊；恒壓/恒流激勵模塊接收微處理器模塊的控制信號為傳感器提供激勵電壓或電流；微處理器模塊對采樣信號進行計算、處理及轉換后，通過HART通信模塊完成HART信號的調制及解調輸出到HART主站，通過電流輸出模塊輸出4_20mA環路電流至上層控制系統。現有的變送器大都是針對單種傳感器變送成標準的4 20mA電流信號或HART等現場總線信號。只能連接ー種傳感器進行變送，如溫度傳感器、壓カ傳感器、濕度傳感器等，導致現場需要安裝不同種類、形狀各異的變送裝置，維護裝配操作不便。同時很多變送器只能夠變送輸出ー種信號，比如4-20mA電流信號，不能夠滿足農業工程中對接ロ的需求。現代農業迫切需要ー種通用接ロ，以方便地連接所需的傳感器，并且轉換輸出為多種標準信號。
實用新型內容(一 )要解決的技術問題本實用新型要解決的技術問題是如何提供一種用于農業傳感器的通用智能變送裝置，以適應不同種類的傳感器。( ニ )技術方案為解決上述技術問題，本實用新型提供一種用于農業傳感器的通用智能變送裝置，其包括通用傳感器単元和處理器単元；所述通用傳感器単元，連接傳感器和所述處理器単元，用于接收來自傳感器的傳感器信號，并發送給所述處理器単元；所述處理器単元用于將所述傳感器信號轉換為4 20mA電流信號、RS485信號、以太網信號或者無線信號中的至少ー種；所述傳感器信號包括模擬信號、開關信號、頻率信號和帶協議的數字信號。優選地，所述通用傳感器単元包括傳感器接ロ、模擬量通道、開關量通道和數字量通道；所述傳感器接ロ連接傳感器和所述模擬量通道、開關量通道、數字量通道和電流源模塊；所述模擬量通道，還連接所述處理器単元，用于將來自傳感器的模擬信號輸送給所述處理器単元；所述開關量通道，還連接所述處理器単元，用于將來自傳感器的開關信號或者頻率信號輸送給所述處理器単元；所述數字量通道，還連接所述處理器単元，用于將來自傳感器的帶協議的數字信號輸送給所述處理器単元。優選地，所述通用傳感器單元還包括電流源模塊和電壓源模塊；所述電流源模塊連接所述傳感器接ロ，用于為所述傳感器接ロ提供參考電流源；所述電壓源模塊連接所述電流源模塊、處理器単元和傳感器接ロ，用于為所述電流源模塊、處理器単元和傳感器接ロ提供參考電壓。優選地，所述模擬量通道包括第一運放和第二運放；所述第一運放連接所述傳感器接ロ，用于將來自傳感器的電流模擬信號轉換為電壓模擬信號后發送給所述第二運放，或者將來自傳感器的電壓模擬信號直接發送給所述第二運放；所述第二運放連接所述第一運放和所述處理器単元，用于將來自所述第一運放的電壓模擬信號放大后發送給所述處理器単元。優選地，所述模擬量通道還包括儀用放大器、低通濾波器和模數轉換器；所述儀用放大器連接所述傳感器接ロ，用于對來自傳感器的差分模擬信號或弱電模擬信號進行放大處理；所述低通濾波器連接所述儀用放大器，用于對放大后的差分模擬信號或弱電模擬信號進行濾波處理；所述模數轉換器連接所述低通濾波器和所述處理器単元，用于將濾波后的差分模擬信號或弱電模擬信號轉換為數字信號，并發送給所述處理器単元。優選地，所述裝置還包括與所述處理器単元相連接的通訊單元；所述通訊単元包括用于輸出4 20mA電流信號的電流通訊接ロ、用于輸出RS485信號的RS485通訊接ロ、用于輸出以太網信號的以太網通訊接ロ或者用于輸出無線信號的無線通訊接口中的至少ー種。 優選地，所述系統還包括撥碼設置単元；所述撥碼設置單元連接所述處理器單元，用于設置所述裝置的地址，以及傳感器種類和量程。優選地，所述系統還包括顯示單元；所述顯示單元連接所述處理器単元，用于顯示傳感器采集到的相關信息。優選地，所述系統還包括存儲單元；所述存儲單元連接所述處理器単元，用于存儲所述裝置的參數、傳感器校對曲線和傳感器參數。優選地，所述系統還包括電源單元；所述電源單元連接所述通用傳感器単元、處理器單元、通訊單元、撥碼設置単元、顯示單元和存儲單元。(三)有益效果本實用新型所述用于農業傳感器的通用智能變送裝置具有以下優勢(I)所述通用傳感器単元，能夠連接模擬標準電壓、電流、非標電壓電流、開關量、帶協議的數字量傳感器，方便實現大部分農業環境監測變送，無需獨立設計或裝配專用傳感器變送器，一個變送器即可感知變送多種傳感器信號；并且可以根據傳感器實際情況，選擇不同放大倍數、濾波系數以及不同精度、速度的模數轉換器，使得信息采集更為準確和靈活；(2)所述通訊単元支持4 20mA電流信號、RS485信號、以太網信號或者無線信號輸出，能夠滿足現場信息傳輸多種需求。
圖I是本實用新型實施例所述的用于農業傳感器的通用智能變送裝置模塊結構示意圖；圖2是本實用新型實施例所述通用傳感器単元和處理器単元內部模塊結構示意圖；圖3是本實用新 型實施例所述用于農業傳感器的通用智能變送裝置的上蓋示意圖；圖4是本實用新型實施例所述用于農業傳感器的通用智能變送裝置的下蓋示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進ー步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。圖I是本實用新型實施例所述的用于農業傳感器的通用智能變送裝置模塊結構示意圖。如圖I所示，所述裝置包括電源單元100，以及與所述電源単元100連接的通用傳感器単元200、撥碼設置単元300、顯示單元400、存儲單元500、處理器単元600和通訊單元 700。所述電源単元100用于為所述通用傳感器単元200、撥碼設置単元300、顯示單元400、存儲單元500、處理器單元600和通訊單元700供電。所述通用傳感器単元200，連接傳感器和所述處理器単元600，用于接收來自傳感器的傳感器信號，并發送給所述處理器単元600。所述傳感器信號包括模擬信號、開關信號、頻率信號和帶協議的數字信號。所述撥號設置單元300連接所述處理器単元600，用于設置所述裝置的地址，以及傳感器種類和量程。所述顯示単元400連接所述處理器単元600，用于顯示傳感器采集到的相關信息。所述存儲単元500連接所述處理器単元600，用于存儲所述裝置的參數、傳感器校對曲線和傳感器參數，從而使所述裝置具有自校準功能。所述處理器単元600用于將通過所述模擬量通道204輸入的模擬信號、通過所述開關量通道205輸入的開關信號或頻率信號，以及通過所述數字量通道206輸入的帶協議的數字信號，轉換為4 20mA電流信號、RS485信號、以太網信號或者無線信號中的至少ー種。所述通訊単元700具體包括均與所述處理器単元600相連接的電流通訊接ロ701、RS485通訊接ロ、以太網通訊接口和無線通訊接ロ。所述電流通訊接ロ 701用于輸出4 20mA電流信號；所述RS485通訊接ロ用于輸出RS485信號；所述以太網通訊接ロ用于輸出以太網信號；所述無線通訊接ロ用于輸出無線信號。圖2是本實用新型實施例所述通用傳感器単元和處理器単元內部模塊結構示意圖，如圖2所示，所述通用傳感器単元200具體包括傳感器接ロ 201、電流源模塊202、電壓源模塊203、模擬量通道204、開關量通道205和數字量通道206。所述電流源模塊202、電壓源模塊203、模擬量通道204、開關量通道205和數字量通道206均連接所述電源単元100。所述處理器單元600具體包括AD(模式轉換)模塊601、SPI (Serial PeripheralInterface,串行外設接ロ )模塊 602、I2C(Inter-Integrated Circuit, 一種兩線式串行總線)模塊603、計數器604和I/O (輸入/輸出)模塊605。所述傳感器接ロ 201連接傳感器，以接收傳感器信號。所述電流源模塊202連接所述傳感器接ロ 201，用于為所述傳感器接ロ 201提供參考電流源。所述電壓源模塊203連接所述電流源模塊202、傳感器接ロ 201和AD模塊601，用于為所述電流源模塊202、傳感器接ロ 201和AD模塊601提供標準穩定的3V參考電壓 。所述模擬量通道204 (圖2中虛線所圍區域)具體又包括第一子通道和第二子通道。所述第一子通道包括第一運放2041和第二運放2042 ;第ニ子通道包括儀用放大器2043、低通濾波器2044和模數轉換器2045。所述第一子通道主要用于輸入電流模擬信號或者電壓模擬信號，具體的所述第一運放2041采用TLV2451向芯片，其連接所述傳感器接ロ201，用于將傳感器采集的電流模擬信號轉換為電壓模擬信號后發送給所述第二運放，或者將傳感器采集的電壓模擬信號直接發送給所述第二運放；所述第二運放2042采用MCP6S92芯片，其連接所述第一運放2041和SPI模塊602，用于將來自所述第一運放的電壓模擬信號放大4、8、16或者32倍后發送給所述SPI模塊602 ;所述SPI模塊602還連接所述AD模塊，被放大的電壓模擬信號經所述SPI模塊602到達所述AD模塊，經過模數轉換后提交給所述處理器単元600。所述第二子通道主要用于輸入差分模擬信號或弱電模擬信號，具體的所述儀用放大器2043采用INA155芯片，其連接所述傳感器接ロ 201，用于對傳感器采集的差分模擬信號或弱電模擬信號進行放大處理；所述低通濾波器2044采用MAX7413芯片，其連接所述儀用放大器2043，用于對放大后的差分模擬信號或弱電模擬信號進行濾波處理；所述模數轉換器2045，采用MCP3421芯片，其連接所述低通濾波器2044，用于將經過濾波處理的差分模擬信號或弱電模擬信號轉換為數字信號；所述模數轉換器2045還連接所述I2C模塊，以通過所述I2C模塊將所述數字信號提交給所述處理器単元600。所述開關量通道205連接所述傳感器接ロ 201和計數器604，用于將來自傳感器的開關信號或者頻率信號輸送給所述處理器単元600。所述數字量通道206連接所述傳感器接ロ 201和I/O模塊605，用于將來自傳感器的帶協議的數字信號輸送給所述處理器単元600。圖3是本實用新型實施例所述用于農業傳感器的通用智能變送裝置的上蓋示意圖；圖4是本實用新型實施例所述用于農業傳感器的通用智能變送裝置的下蓋示意圖。如圖3和圖4所示，所述裝置還包括上蓋801和下蓋802。所述上蓋801上設置有段碼液晶8011，所述段碼液晶8011連接所述顯示単元400。所述上蓋801上還設置有第一防水接頭8012和第二防水接頭8013 ;所述第一防水接頭8012連接所述通訊単元700 ;所述第二防水接頭8013連接所述通用傳感器單元200。所述下蓋802通過螺釘100與電路板900相連接，所述電源単元100、通用傳感器単元200、撥碼設置単元300、顯示單元400、存儲單元500、處理器單元600和通訊單元700均設置在所述電路板900上。所述上蓋801和下蓋802通過密封圈實現密封連接，防護等級達到IP67，能夠滿足農業應用環境。本實用新型實施例所述用于農業傳感器的通用智能變送裝置具有以下優勢(I)所述通用傳感器単元，能夠連接模擬標準電壓、電流、非標電壓電流、開關量、帶協議的數字量傳感器，方便實現大部分農業環境監測變送，無需獨立設計或裝配專用傳感器變送器，一個變送器即可感知變送多種傳感器信號；并且可以根據傳感器實際情況，選擇不同放大倍數、濾波系數以及不同精度、速度的模數轉換器，使得信息采集更為準確和靈活；(2)所述通訊單元支持4 20mA電流信號、RS485信號、以太網信號或者無線信號輸出，能夠滿足現場信息傳輸多種需求。以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關技術領 域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求1.一種用于農業傳感器的通用智能變送裝置，其特征在于，包括通用傳感器単元和處理器単元；所述通用傳感器単元，連接傳感器和所述處理器単元，用于接收來自傳感器的傳感器信號，并發送給所述處理器単元；所述處理器単元用于將所述傳感器信號轉換為4 20mA電流信號、RS485信號、以太網信號或者無線信號中的至少ー種；所述傳感器信號包括模擬信號、開關信號、頻率信號和帶協議的數字信號。
2.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述通用傳感器単元包括傳感器接ロ、模擬量通道、開關量通道和數字量通道；所述傳感器接ロ連接傳感器和所述模擬量通道、開關量通道、數字量通道和電流源模塊；所述模擬量通道，還連接所述處理器単元，用于將來自傳感器的模擬信號輸送給所述處理器単元；所述開關量通道，還連接所述處理器単元，用于將來自傳感器的開關信號或者頻率信號輸送給所述處理器単元；所述數字量通道，還連接所述處理器単元，用于將來自傳感器的帶協議的數字信號輸送給所述處理器単元。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述通用傳感器單元還包括電流源模塊和電壓源模塊；所述電流源模塊連接所述傳感器接ロ，用于為所述傳感器接ロ提供參考電流源；所述電壓源模塊連接所述電流源模塊、處理器単元和傳感器接ロ，用于為所述電流源模塊、處理器単元和傳感器接ロ提供參考電壓。
4.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述模擬量通道包括第一運放和第二運放；所述第一運放連接所述傳感器接ロ，用于將來自傳感器的電流模擬信號轉換為電壓模擬信號后發送給所述第二運放，或者將來自傳感器的電壓模擬信號直接發送給所述第二運放；所述第二運放連接所述第一運放和所述處理器単元，用于將來自所述第一運放的電壓模擬信號放大后發送給所述處理器単元。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述模擬量通道還包括儀用放大器、低通濾波器和模數轉換器；所述儀用放大器連接所述傳感器接ロ，用于對來自傳感器的差分模擬信號或弱電模擬信號進行放大處理；所述低通濾波器連接所述儀用放大器，用于對放大后的差分模擬信號或弱電模擬信號進行濾波處理；所述模數轉換器連接所述低通濾波器和所述處理器単元，用于將濾波后的差分模擬信號或弱電模擬信號轉換為數字信號，并發送給所述處理器単元。
6.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括與所述處理器単元相連接的通訊單元；所述通訊単元包括用于輸出4 20mA電流信號的電流通訊接ロ、用于輸出RS485信號的RS485通訊接ロ、用于輸出以太網信號的以太網通訊接ロ或者用于輸出無線信號的無線通訊接ロ中的至少ー種。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述系統還包括撥碼設置単元；所述撥碼設置單元連接所述處理器単元，用于設置所述裝置的地址，以及傳感器種類和量程。
8.如權利要求7所述的裝置,其特征在于,所述系統還包括顯示單元；所述顯示單元連接所述處理器単元，用于顯示傳感器采集到的相關信息。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述系統還包括存儲單元；所述存儲単元連接所述處理器単元，用于存儲所述裝置的參數、傳感器校對曲線和傳感器參數。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述系統還包括電源單元；所述電源単元連接所述通用傳感器単元、處理器単元、通訊單元、撥碼設置単元、顯示單元和存儲單元。
專利摘要本實用新型公開了一種用于農業傳感器的通用智能變送裝置，涉及農業傳感器技術領域。所述裝置包括通用傳感器單元和處理器單元；所述通用傳感器單元，連接傳感器和所述處理器單元，用于接收來自傳感器的傳感器信號，并發送給所述處理器單元；所述處理器單元用于將所述傳感器信號轉換為4～20mA電流信號、RS485信號、以太網信號或者無線信號中的至少一種；所述傳感器信號包括模擬信號、開關信號、頻率信號和帶協議的數字信號。所述裝置通過所述通用傳感器單元，能夠連接模擬標準電壓、電流、非標電壓電流、開關量、帶協議的數字量傳感器，方便實現大部分農業環境監測變送，一個變送器即可感知變送多種傳感器信號。
文檔編號G01D21/02GK202372210SQ20112054433
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者單飛飛, 吳文彪, 張馨, 李文龍, 田洪武, 鮑鋒 申請人:北京農業智能裝備技術研究中心