一功能安全型hart測量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供的一種功能安全型HART測量系統，包括：用于采集溫度信號的信號輸入采樣電路、及連接信號輸入采樣電路的輸出端的信號輸出電路，其中，信號輸入采樣電路包括第一診斷電路；第一診斷電路包括：第一A/D采樣器、第二A/D采樣器、及信號比較器；第一A/D采樣器用于對信號輸入采樣電路采集的溫度信號進行采樣并送出第一采樣信號至信號比較器，第二A/D采樣器也同時采樣溫度信號并生成第二采樣信號，信號比較器用于比較第一采樣信號及第二采樣信號，在比較超過預設偏差時，輸出故障信號，使得信號輸出電路在接收到故障信號時，輸出小于故障理論值的電流，從而實現HART測量系統的診斷功能，大大提升設備安全性。
【專利說明】—功能安全型HART測量系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及HART測量系統，特別是涉及一種功能安全型HART測量系統。
【背景技術】
[0002]現有HART溫度測量儀表，僅實現溫度信號調理、變送輸出的功能以及HART (Highway Addressable Remote Transducer,可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議)信號通訊的功能，僅能監測到輸入信號的故障，不能監測到儀表內部發生的故障，若儀表內部發生故障，輸入信號正常的情況下，輸出故障信號，或在可能在輸入信號異常的情況下仍輸出正常信號；前者可能造成后續生產設備的誤停車等情況，可能造成巨大的經濟損失；而后者則有可能對現場的危險因素不報警，可能造成設備的損壞，甚至在某些危險場合會造成人員等重大傷亡。
【發明內容】
[0003]鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種功能安全型HART測量系統，解決上述現有技術中現有HART溫度測量儀表無診斷功能的問題。
[0004]為實現上述目標及其他相關目標，本實用新型提供一種功能安全型HART測量系統，包括:信號輸入采樣電路，用于采集溫度信號；所述信號輸入采樣電路包括第一診斷電路；所述第一診斷電路包括:第一A/D采樣器、第二A/D采樣器、及信號比較器；所述第一A/D采樣器連接所述第二 A/D采樣器，用于對信號輸入采樣電路采集的溫度信號進行采樣并送出第一采樣信號至信號比較器；所述第二 A/D采樣器，也同時采樣所述溫度信號并生成第二采樣信號；所述信號比較器，連接所述第一 A/D采樣器、及第二 A/D采樣器，用于比較所述第一采樣信號及第二采樣信號，在比較超過預設偏差時，輸出故障信號；信號輸出電路，連接所述信號輸入采樣電路的輸出端，用于在所述系統無故障的情況下輸出正常工作電流值范圍內的電流來傳遞信號，并用于在接收到所述故障信號時，輸出小于故障理論值的電流；HART通訊電路，連接所述信號輸出電路的輸出端，用于將所述信號輸出電路的輸出電流經調制及解調后輸出；電源模塊，用于對所述信號輸入采樣電路和信號輸出電路分線路進行供電。
[0005]可選的，所述第二 A/D采樣器通過多路復用開關連接至第一 A/D采樣器。
[0006]可選的，所述信號輸入米樣電路包括:A/D轉換器,包括所述第一A/D米樣器；第一處理芯片，連接所述A/D轉換器的輸出端，集成有所述第二 A/D采樣器及信號比較器。
[0007]可選的，所述第一處理芯片為單片機，所述第一診斷電路對所述第一處理芯片診斷，包括:單片機RAM的診斷、單片機FLASH的診斷、單片機堆棧的診斷、單片機的基本功能寄存器的診斷、單片機的程序計數器的診斷、單片機的堆棧指針的診斷、單片機的時鐘診斷、及單片機的通訊的診斷。
[0008]可選的，所述信號輸出電路包括:第二診斷電路；所述第二診斷電路包括第三A/D采樣器，所述第三A/D采樣器用于對所述輸出電流采樣。
[0009]可選的，所述信號輸出電路包括:第二處理芯片及連接所述第二處理芯片輸出端的D/A轉換器，所述D/A的輸出端輸出所述輸出電流；所述第三A/D采樣器集成于所述第二處理芯片。
[0010]可選的，所述第二處理芯片為單片機，所述第二診斷電路對所述第二處理芯片診斷，包括:單片機RAM的診斷、單片機FLASH的診斷、單片機堆棧的診斷、單片機的基本功能寄存器的診斷、單片機的程序計數器的診斷、單片機的堆棧指針的診斷、單片機的時鐘診斷、及單片機的通訊的診斷。
[0011]可選的，所述HART通訊電路，連接所述第二處理芯片。
[0012]可選的，所述正常工作電流值范圍為4?20mA。
[0013]可選的，所述故障理論值小于4mA或大于20mA。
[0014]如上所述，本實用新型提供的一種功能安全型HART測量系統，包括:用于采集溫度信號的信號輸入采樣電路、及連接所述信號輸入采樣電路的輸出端的信號輸出電路，其中，所述信號輸入采樣電路包括第一診斷電路；所述第一診斷電路包括:第一 A/D采樣器、第二 A/D采樣器、及信號比較器；所述第一 A/D采樣器用于對信號輸入采樣電路采集的溫度信號進行采樣并送出第一采樣信號至信號比較器，所述第二 A/D采樣器還用于采樣所述溫度信號并生成第二采樣信號，所述信號比較器用于比較所述第一采樣信號及第二采樣信號，在比較超過預設偏差時，輸出故障信號，使得所述信號輸出電路在接收到所述故障信號時，輸出小于故障理論值的電流，從而實現HART測量系統的診斷功能，大大提升設備安全性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1顯示為本實用新型一實施例中功能安全型HART測量系統的結構示意圖。
[0016]圖2顯示為本實用新型一實施例中第一診斷電路的結構示意圖。
[0017]圖3顯示為本實用新型一實施例中第一診斷電路的電路原理示意圖。
[0018]圖4顯示為本實用新型一實施例中功能安全型HART測量系統的具體實現結構示意圖。
[0019]元件標號說明
[0020]I功能安全型HART測量系統
[0021]11信號輸入采樣電路
[0022]111 第一診斷電路
[0023]1111 第一 A/D 采樣器
[0024]1112 第二 A/D 采樣器
[0025]1113 信號比較器
[0026]12信號輸出電路
[0027]13HART通訊電路
[0028]14電源模塊
【具體實施方式】
[0029]以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0030]請參閱圖1，本實用新型提供一種功能安全型HART測量系統1，包括:具有第一診斷電路111的信號輸入采樣電路11、信號輸出電路12、HART通訊電路13、及電源模塊14等。
[0031]所述信號輸入采樣電路11，用于采集溫度信號；請一并參閱圖2，所述第一診斷電路111包括:第一 A/D采樣器1111、第二 A/D采樣器1112、及信號比較器1113 ;所述第一 A/D采樣器1111連接信號比較器1113，用于對信號輸入采樣電路11的溫度信號進行采樣并送出第一米樣信號至信號比較器1112 ;所述第二 A/D米樣器1112,也同時米樣(優選為分時采樣)所述溫度信號并生成第二采樣信號；所述信號比較器1113，連接所述第一 A/D采樣器1111、及第二 A/D采樣器1112，用于比較所述第一采樣信號及第二采樣信號，在比較超過預設偏差時，輸出故障信號。
[0032]請參閱圖3，以一具體實施例來展示第一 A/D采樣器1111和第二 A/D采樣器1112之間的連接，所述第二 A/D采樣器1112通過多路復用開關連接至第一 A/D采樣器1111 ;具體來講，第一 A/D采樣器1111至少具有A0、Al、A2三端，所述ADC2具有A3、A4兩端，所述多路復用開關包括一個至少有16腳的芯片U27。
[0033]其中，AO端經電容C54接至Al端，AO端通過電容C56連接至A2端，AO端經電容C57接地，AO端連接電阻R64 —端，R64另一端連接R67 —端，R67另一端接參考電平Vref ；R68 一端連接于R64和R67的公共端，R65 —端連接于Al端，R65另一端連接于R68的另一端；外部的現場熱電阻RTD —端連接所述R64、R67和R68的公共端，電阻RTD另一端連接所述R65的另一端；A1端經電容C55連接A2端；A1端經電容C58接地；A2端經電容C59接地，A2端連接電阻R66的一端，所述電阻R66的另一端連接R65和R68的公共端，且R66的另一端還經電阻R69接地。
[0034]所述芯片U27的16腳接電壓VCC3-1，16腳還經電容C60接地；所述第一 A/D采樣器1111的AO端接至U27的12腳，Al端接至U27的I腳和14腳，A2端接至U27的5腳；A3端和A4端分別接至U27的13腳和3腳；U27的2腳、4腳、10腳及9腳懸空待接；U27的6、7、8腳接地；U27的15腳經電阻R71接電壓VCC3，15腳還經電阻R72接地；11腳經電阻R73接電壓VCC3-1，11腳還經電阻R74接地。在一實施例中，所述電壓VCC3及VCC3-1均可由所述電源模塊14提供，所述VCC3可為5V，VCC3-1為3.3V。
[0035]以上電路結構僅為例示，在現有技術中均可參考加以變化實現，并非以本實施例所示為限，且本領域技術人員應當可以根據本實用新型的教示結合現有技術實現。
[0036]在一具體實施例中，如圖4所不,所述信號輸入米樣電路11還包括:A/D轉換器、及第一處理芯片；所述第一 A/D采樣器1111可集成于所述A/D轉換器內；所述第一處理芯片連接所述A/D轉換器的輸出端，集成有所述第二 A/D采樣器1112及信號比較器1113。
[0037]所述第一處理芯片可為單片機(MCUl)，所述第一診斷電路111對所述第一處理芯片診斷，包括:單片機RAM的診斷、單片機FLASH的診斷、單片機堆棧的診斷、單片機的基本功能寄存器的診斷、單片機的程序計數器的診斷、單片機的堆棧指針的診斷、單片機的時鐘診斷、及單片機的通訊的診斷。
[0038]所述信號輸出電路12，連接所述信號輸入采樣電路11的輸出端，用于在所述系統無故障的情況下輸出正常工作電流值范圍內的電流來傳遞信號，并用于在接收到所述故障信號時，輸出小于故障理論值的電流；可選的，為了同時偵測信號輸出電路12本身是否存在故障，所述信號輸出電路12包括:第二診斷電路；所述第二診斷電路包括第三A/D采樣器，所述第三A/D采樣器用于對所述輸出電流采樣。
[0039]在一具體實施例中，所述信號輸出電路12包括第二處理芯片及連接所述第二處理芯片輸出端的D/A轉換器，所述D/A的輸出端輸出所述輸出電流；所述第三A/D采樣器集成于所述第二處理芯片；可選的，所述第二處理芯片為單片機(MCU2)，所述第二診斷電路對所述第二處理芯片診斷，包括:單片機RAM的診斷、單片機FLASH的診斷、單片機堆棧的診斷、單片機的基本功能寄存器的診斷、單片機的程序計數器的診斷、單片機的堆棧指針的診斷、單片機的時鐘診斷、及單片機的通訊的診斷。
[0040]所述HART通訊電路13，連接所述信號輸出電路12的輸出端，用于將所述信號輸出電路12的輸出電流經調制及解調后輸出。可選的，所述HART通訊電路13，連接所述第二處理芯片，并對輸出信號進行傳輸。
[0041]所述電源模塊14，用于對所述信號輸入采樣電路11和信號輸出電路12分線路進行供電。如圖4所示所述電源模塊14可以將電壓經直流轉交流轉換后分別經相互獨立的交流轉直流模塊而分別對第一處理芯片和第二處理芯片獨立供電。
[0042]具體來說，本實用新型的電路除了常規的溫度信號調理、變送輸出的功能以及HART信號通訊的功能以外，還實現以下安全指標:HART測量系統I對功能安全功能是輸出4?20mA，精度保證5 %，當輸出電流與對應輸入信號相比，偏差超過5 %，輸出安全電流小于3.6mA ；2)內部診斷:當系統檢測到內部故障時，輸出安全電流小于3.6mA ；3)輸入監測:輸入電路能夠監測線路故障，包括斷線和短路；輸入斷路時，輸出電流大于21mA;當輸入短路時，輸出電流小于3.6mA ；4)輸出監測:當輸出電路開路時，輸出電流小于3.6mA ；
[0043]也就是說，所述正常工作電流值范圍為4?20mA，而所述故障理論值為3.6mA,當輸出電流小于3.6mA的時候,則可認為系統故障發生。
[0044]所述信號輸入采樣電路11對現場熱電阻、熱電偶信號進行測量，請參考上述圖不,第一 A/D米樣器1111可包含24位高精度運放,現場信號一方面送到第一 A/D米樣器1111中進行采樣，另一方面通過例如模擬開關控制，送到第二 A/D采樣器1112中，第二 A/D采樣器1112采樣輸入信號，單片機第一處理芯片周期性的將第二 A/D采樣器1112與第一A/D采樣器1111的采樣信號進行對比，若偏差超過指標，則產生內部故障；第二 A/D采樣器1112還通過分壓電阻R71，R72，R73，R74將輸入模塊各級電壓分壓后進行采樣監控，第一處理芯片可周期性的將采樣值與理論值對比。
[0045]需說明的是，上述單片機對信號的例如分時周期性采樣或比對處理方式本身為現有技術，屬于本實用新型在實現HART診斷的技術方案中所利用到的現有技術手段。
[0046]綜上所述，本實用新型提供的一種功能安全型HART測量系統，包括:用于采集溫度信號的信號輸入采樣電路、及連接所述信號輸入采樣電路的輸出端的信號輸出電路，其中，所述信號輸入采樣電路包括第一診斷電路；所述第一診斷電路包括:第一 A/D采樣器、第二 A/D采樣器、及信號比較器；所述第一 A/D采樣器用于對信號輸入采樣電路采集的溫度信號進行采樣并送出第一采樣信號至信號比較器，所述第二 A/D采樣器還用于采樣所述溫度信號并生成第二采樣信號，所述信號比較器用于比較所述第一采樣信號及第二采樣信號，在比較超過預設偏差時，輸出故障信號，使得所述信號輸出電路在接收到所述故障信號時，輸出小于故障理論值的電流，從而實現HART測量系統的診斷功能，大大提升設備安全性。
[0047]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種功能安全型HART測量系統，其特征在于，包括: 信號輸入采樣電路，用于采集溫度信號；所述信號輸入采樣電路包括第一診斷電路； 所述第一診斷電路包括--第一 A/D采樣器、第二 A/D采樣器、及信號比較器；所述第一A/D采樣器連接所述第二 A/D采樣器，用于對信號輸入采樣電路采集的溫度信號進行采樣并送出第一采樣信號至信號比較器；所述第二 A/D采樣器，也同時采樣所述溫度信號并生成第二采樣信號；所述信號比較器，連接所述第一 A/D采樣器、及第二 A/D采樣器，用于比較所述第一采樣信號及第二采樣信號，在比較超過預設偏差時，輸出故障信號； 信號輸出電路，連接所述信號輸入采樣電路的輸出端，用于在所述系統無故障的情況下輸出正常工作電流值范圍內的電流來傳遞信號，并用于在接收到所述故障信號時，輸出小于故障理論值的電流； HART通訊電路，連接所述信號輸出電路的輸出端，用于將所述信號輸出電路的輸出電流經調制及解調后輸出； 電源模塊，用于對所述信號輸入采樣電路和信號輸出電路分線路進行供電。
2.根據權利要求1所述的功能安全型HART測量系統，其特征在于，所述第二A/D采樣器通過多路復用開關連接至第一 A/D采樣器。
3.根據權利要求1所述的功能安全型HART測量系統，其特征在于，所述信號輸入采樣電路包括: A/D轉換器,包括所述第一 A/D米樣器； 第一處理芯片，連接所述A/D轉換器的輸出端，集成有所述第二 A/D采樣器及信號比較器。
4.根據權利要求3所述的功能安全型HART測量系統，其特征在于，所述第一處理芯片為單片機，所述第一診斷電路對所述第一處理芯片診斷，包括:單片機RAM的診斷、單片機FLASH的診斷、單片機堆棧的診斷、單片機的基本功能寄存器的診斷、單片機的程序計數器的診斷、單片機的堆棧指針的診斷、單片機的時鐘診斷、及單片機的通訊的診斷。
5.根據權利要求1所述的功能安全型HART測量系統，其特征在于，所述信號輸出電路包括:第二診斷電路；所述第二診斷電路包括第三A/D采樣器，所述第三A/D采樣器用于對所述輸出電流米樣。
6.根據權利要求5所述的功能安全型HART測量系統，其特征在于，所述信號輸出電路包括:第二處理芯片及連接所述第二處理芯片輸出端的D/A轉換器，所述D/A的輸出端輸出所述輸出電流；所述第三A/D采樣器集成于所述第二處理芯片。
7.根據權利要求6所述的功能安全型HART測量系統，其特征在于，所述第二處理芯片為單片機，所述第二診斷電路對所述第二處理芯片診斷，包括:單片機RAM的診斷、單片機FLASH的診斷、單片機堆棧的診斷、單片機的基本功能寄存器的診斷、單片機的程序計數器的診斷、單片機的堆棧指針的診斷、單片機的時鐘診斷、及單片機的通訊的診斷。
8.根據權利要求6所述的功能安全型HART測量系統，其特征在于，所述HART通訊電路，連接所述第二處理芯片。
9.根據權利要求1所述的功能安全型HART測量系統，其特征在于，所述正常工作電流值范圍為4?20mA。
10.根據權利要求9所述的功能安全型HART測量系統，其特征在于，所述故障理論值小 于4mA或大于20mA。
【文檔編號】G01K15/00GK204228299SQ201420634874
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】單峻俊, 方襲, 陳出新, 周婷, 趙騰 申請人:上海辰竹儀表有限公司