专利名称：用于农业传感器的通用智能变送装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及农业传感器技术领域，特别涉及一种用于农业传感器的通用智能
变送装置。
背景技术：
农业生产活动中，农业设备在运行中要经常对一些机械量、几何量、化学量、生物量进行检测或监视。比如机械量包括位移、速度、加速度、力、カ矩、功率、压カ、流量、温度、 硬度、密度、温度、比重和粘度等；几何量包括长度、角度、形状、位置、表面粗糙度、表面波形等。从信号的角度来看，都需要通过传感器，将其转换成电信号(近代还可以转换成光信号)，而后再通过变送器发送给处理器进行处理。由于农业生产实际需求测量參数多、通信标准不统一，目前有将多种信息采集、协议集成一体的趋势。公开号为CN201903367U的实用新型专利公开了ー种通用型HART变送器模块，其采用多通道信号采样模块对多路模拟及数字型传感器进行采样后进行滤波、放大并送入微处理器模块；恒压/恒流激励模块接收微处理器模块的控制信号为传感器提供激励电压或电流；微处理器模块对采样信号进行计算、处理及转换后，通过HART通信模块完成HART信号的调制及解调输出到HART主站，通过电流输出模块输出4_20mA环路电流至上层控制系统。现有的变送器大都是针对单种传感器变送成标准的4 20mA电流信号或HART等现场总线信号。只能连接ー种传感器进行变送，如温度传感器、压カ传感器、湿度传感器等，导致现场需要安装不同种类、形状各异的变送装置，维护装配操作不便。同时很多变送器只能够变送输出ー种信号，比如4-20mA电流信号，不能够满足农业工程中对接ロ的需求。现代农业迫切需要ー种通用接ロ，以方便地连接所需的传感器，并且转换输出为多种标准信号。

实用新型内容(一 )要解决的技术问题本实用新型要解决的技术问题是如何提供一种用于农业传感器的通用智能变送装置，以适应不同种类的传感器。( ニ )技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于农业传感器的通用智能变送装置，其包括通用传感器単元和处理器単元；所述通用传感器単元，连接传感器和所述处理器単元，用于接收来自传感器的传感器信号，并发送给所述处理器単元；所述处理器単元用于将所述传感器信号转换为4 20mA电流信号、RS485信号、以太网信号或者无线信号中的至少ー种；所述传感器信号包括模拟信号、开关信号、频率信号和带协议的数字信号。优选地，所述通用传感器単元包括传感器接ロ、模拟量通道、开关量通道和数字量通道；所述传感器接ロ连接传感器和所述模拟量通道、开关量通道、数字量通道和电流源模块；所述模拟量通道，还连接所述处理器単元，用于将来自传感器的模拟信号输送给所述处理器単元；所述开关量通道，还连接所述处理器単元，用于将来自传感器的开关信号或者频率信号输送给所述处理器単元；所述数字量通道，还连接所述处理器単元，用于将来自传感器的带协议的数字信号输送给所述处理器単元。优选地，所述通用传感器单元还包括电流源模块和电压源模块；所述电流源模块连接所述传感器接ロ，用于为所述传感器接ロ提供參考电流源；所述电压源模块连接所述电流源模块、处理器単元和传感器接ロ，用于为所述电流源模块、处理器単元和传感器接ロ提供參考电压。优选地，所述模拟量通道包括第一运放和第二运放；所述第一运放连接所述传感器接ロ，用于将来自传感器的电流模拟信号转换为电压模拟信号后发送给所述第二运放，或者将来自传感器的电压模拟信号直接发送给所述第二运放；所述第二运放连接所述第一运放和所述处理器単元，用于将来自所述第一运放的电压模拟信号放大后发送给所述处理器単元。优选地，所述模拟量通道还包括仪用放大器、低通滤波器和模数转换器；所述仪用放大器连接所述传感器接ロ，用于对来自传感器的差分模拟信号或弱电模拟信号进行放大处理；所述低通滤波器连接所述仪用放大器，用于对放大后的差分模拟信号或弱电模拟信号进行滤波处理；所述模数转换器连接所述低通滤波器和所述处理器単元，用于将滤波后的差分模拟信号或弱电模拟信号转换为数字信号，并发送给所述处理器単元。优选地，所述装置还包括与所述处理器単元相连接的通讯单元；所述通讯単元包括用于输出4 20mA电流信号的电流通讯接ロ、用于输出RS485信号的RS485通讯接ロ、用于输出以太网信号的以太网通讯接ロ或者用于输出无线信号的无线通讯接口中的至少ー种。 优选地，所述系统还包括拨码设置単元；所述拨码设置单元连接所述处理器单元，用于设置所述装置的地址，以及传感器种类和量程。优选地，所述系统还包括显示单元；所述显示单元连接所述处理器単元，用于显示传感器采集到的相关信息。优选地，所述系统还包括存储单元；所述存储单元连接所述处理器単元，用于存储所述装置的參数、传感器校对曲线和传感器參数。优选地，所述系统还包括电源单元；所述电源单元连接所述通用传感器単元、处理器单元、通讯单元、拨码设置単元、显示单元和存储单元。(三)有益效果本实用新型所述用于农业传感器的通用智能变送装置具有以下优势(I)所述通用传感器単元，能够连接模拟标准电压、电流、非标电压电流、开关量、带协议的数字量传感器，方便实现大部分农业环境监测变送，无需独立设计或装配专用传感器变送器，一个变送器即可感知变送多种传感器信号；并且可以根据传感器实际情况，选择不同放大倍数、滤波系数以及不同精度、速度的模数转换器，使得信息采集更为准确和灵活；(2)所述通讯単元支持4 20mA电流信号、RS485信号、以太网信号或者无线信号输出，能够满足现场信息传输多种需求。
图I是本实用新型实施例所述的用于农业传感器的通用智能变送装置模块结构示意图；图2是本实用新型实施例所述通用传感器単元和处理器単元内部模块结构示意图；图3是本实用新 型实施例所述用于农业传感器的通用智能变送装置的上盖示意图；图4是本实用新型实施例所述用于农业传感器的通用智能变送装置的下盖示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进ー步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。图I是本实用新型实施例所述的用于农业传感器的通用智能变送装置模块结构示意图。如图I所示，所述装置包括电源单元100，以及与所述电源単元100连接的通用传感器単元200、拨码设置単元300、显示单元400、存储单元500、处理器単元600和通讯单元 700。所述电源単元100用于为所述通用传感器単元200、拨码设置単元300、显示单元400、存储单元500、处理器单元600和通讯单元700供电。所述通用传感器単元200，连接传感器和所述处理器単元600，用于接收来自传感器的传感器信号，并发送给所述处理器単元600。所述传感器信号包括模拟信号、开关信号、频率信号和带协议的数字信号。所述拨号设置单元300连接所述处理器単元600，用于设置所述装置的地址，以及传感器种类和量程。所述显示単元400连接所述处理器単元600，用于显示传感器采集到的相关信息。所述存储単元500连接所述处理器単元600，用于存储所述装置的參数、传感器校对曲线和传感器參数，从而使所述装置具有自校准功能。所述处理器単元600用于将通过所述模拟量通道204输入的模拟信号、通过所述开关量通道205输入的开关信号或频率信号，以及通过所述数字量通道206输入的带协议的数字信号，转换为4 20mA电流信号、RS485信号、以太网信号或者无线信号中的至少ー种。所述通讯単元700具体包括均与所述处理器単元600相连接的电流通讯接ロ701、RS485通讯接ロ、以太网通讯接口和无线通讯接ロ。所述电流通讯接ロ 701用于输出4 20mA电流信号；所述RS485通讯接ロ用于输出RS485信号；所述以太网通讯接ロ用于输出以太网信号；所述无线通讯接ロ用于输出无线信号。图2是本实用新型实施例所述通用传感器単元和处理器単元内部模块结构示意图，如图2所示，所述通用传感器単元200具体包括传感器接ロ 201、电流源模块202、电压源模块203、模拟量通道204、开关量通道205和数字量通道206。所述电流源模块202、电压源模块203、模拟量通道204、开关量通道205和数字量通道206均连接所述电源単元100。所述处理器单元600具体包括AD(模式转换)模块601、SPI (Serial PeripheralInterface,串行外设接ロ )模块 602、I2C(Inter-Integrated Circuit, 一种两线式串行总线)模块603、计数器604和I/O (输入/输出)模块605。所述传感器接ロ 201连接传感器，以接收传感器信号。所述电流源模块202连接所述传感器接ロ 201，用于为所述传感器接ロ 201提供參考电流源。所述电压源模块203连接所述电流源模块202、传感器接ロ 201和AD模块601，用于为所述电流源模块202、传感器接ロ 201和AD模块601提供标准稳定的3V參考电压 。所述模拟量通道204 (图2中虚线所围区域)具体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运放2041和第二运放2042 ;第ニ子通道包括仪用放大器2043、低通滤波器2044和模数转换器2045。所述第一子通道主要用于输入电流模拟信号或者电压模拟信号，具体的所述第一运放2041采用TLV2451向芯片，其连接所述传感器接ロ201，用于将传感器采集的电流模拟信号转换为电压模拟信号后发送给所述第二运放，或者将传感器采集的电压模拟信号直接发送给所述第二运放；所述第二运放2042采用MCP6S92芯片，其连接所述第一运放2041和SPI模块602，用于将来自所述第一运放的电压模拟信号放大4、8、16或者32倍后发送给所述SPI模块602 ;所述SPI模块602还连接所述AD模块，被放大的电压模拟信号经所述SPI模块602到达所述AD模块，经过模数转换后提交给所述处理器単元600。所述第二子通道主要用于输入差分模拟信号或弱电模拟信号，具体的所述仪用放大器2043采用INA155芯片，其连接所述传感器接ロ 201，用于对传感器采集的差分模拟信号或弱电模拟信号进行放大处理；所述低通滤波器2044采用MAX7413芯片，其连接所述仪用放大器2043，用于对放大后的差分模拟信号或弱电模拟信号进行滤波处理；所述模数转换器2045，采用MCP3421芯片，其连接所述低通滤波器2044，用于将经过滤波处理的差分模拟信号或弱电模拟信号转换为数字信号；所述模数转换器2045还连接所述I2C模块，以通过所述I2C模块将所述数字信号提交给所述处理器単元600。所述开关量通道205连接所述传感器接ロ 201和计数器604，用于将来自传感器的开关信号或者频率信号输送给所述处理器単元600。所述数字量通道206连接所述传感器接ロ 201和I/O模块605，用于将来自传感器的带协议的数字信号输送给所述处理器単元600。图3是本实用新型实施例所述用于农业传感器的通用智能变送装置的上盖示意图；图4是本实用新型实施例所述用于农业传感器的通用智能变送装置的下盖示意图。如图3和图4所示，所述装置还包括上盖801和下盖802。所述上盖801上设置有段码液晶8011，所述段码液晶8011连接所述显示単元400。所述上盖801上还设置有第一防水接头8012和第二防水接头8013 ;所述第一防水接头8012连接所述通讯単元700 ;所述第二防水接头8013连接所述通用传感器单元200。所述下盖802通过螺钉100与电路板900相连接，所述电源単元100、通用传感器単元200、拨码设置単元300、显示单元400、存储单元500、处理器单元600和通讯单元700均设置在所述电路板900上。所述上盖801和下盖802通过密封圈实现密封连接，防护等级达到IP67，能够满足农业应用环境。本实用新型实施例所述用于农业传感器的通用智能变送装置具有以下优势(I)所述通用传感器単元，能够连接模拟标准电压、电流、非标电压电流、开关量、带协议的数字量传感器，方便实现大部分农业环境监测变送，无需独立设计或装配专用传感器变送器，一个变送器即可感知变送多种传感器信号；并且可以根据传感器实际情况，选择不同放大倍数、滤波系数以及不同精度、速度的模数转换器，使得信息采集更为准确和灵活；(2)所述通讯单元支持4 20mA电流信号、RS485信号、以太网信号或者无线信号输出，能够满足现场信息传输多种需求。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领 域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求1.一种用于农业传感器的通用智能变送装置，其特征在于，包括通用传感器単元和处理器単元；所述通用传感器単元，连接传感器和所述处理器単元，用于接收来自传感器的传感器信号，并发送给所述处理器単元；所述处理器単元用于将所述传感器信号转换为4 20mA电流信号、RS485信号、以太网信号或者无线信号中的至少ー种；所述传感器信号包括模拟信号、开关信号、频率信号和带协议的数字信号。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述通用传感器単元包括传感器接ロ、模拟量通道、开关量通道和数字量通道；所述传感器接ロ连接传感器和所述模拟量通道、开关量通道、数字量通道和电流源模块；所述模拟量通道，还连接所述处理器単元，用于将来自传感器的模拟信号输送给所述处理器単元；所述开关量通道，还连接所述处理器単元，用于将来自传感器的开关信号或者频率信号输送给所述处理器単元；所述数字量通道，还连接所述处理器単元，用于将来自传感器的带协议的数字信号输送给所述处理器単元。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述通用传感器单元还包括电流源模块和电压源模块；所述电流源模块连接所述传感器接ロ，用于为所述传感器接ロ提供參考电流源；所述电压源模块连接所述电流源模块、处理器単元和传感器接ロ，用于为所述电流源模块、处理器単元和传感器接ロ提供參考电压。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述模拟量通道包括第一运放和第二运放；所述第一运放连接所述传感器接ロ，用于将来自传感器的电流模拟信号转换为电压模拟信号后发送给所述第二运放，或者将来自传感器的电压模拟信号直接发送给所述第二运放；所述第二运放连接所述第一运放和所述处理器単元，用于将来自所述第一运放的电压模拟信号放大后发送给所述处理器単元。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述模拟量通道还包括仪用放大器、低通滤波器和模数转换器；所述仪用放大器连接所述传感器接ロ，用于对来自传感器的差分模拟信号或弱电模拟信号进行放大处理；所述低通滤波器连接所述仪用放大器，用于对放大后的差分模拟信号或弱电模拟信号进行滤波处理；所述模数转换器连接所述低通滤波器和所述处理器単元，用于将滤波后的差分模拟信号或弱电模拟信号转换为数字信号，并发送给所述处理器単元。
6.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述处理器単元相连接的通讯单元；所述通讯単元包括用于输出4 20mA电流信号的电流通讯接ロ、用于输出RS485信号的RS485通讯接ロ、用于输出以太网信号的以太网通讯接ロ或者用于输出无线信号的无线通讯接ロ中的至少ー种。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述系统还包括拨码设置単元；所述拨码设置单元连接所述处理器単元，用于设置所述装置的地址，以及传感器种类和量程。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述系统还包括显示单元；所述显示单元连接所述处理器単元，用于显示传感器采集到的相关信息。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述系统还包括存储单元；所述存储単元连接所述处理器単元，用于存储所述装置的參数、传感器校对曲线和传感器參数。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述系统还包括电源单元；所述电源単元连接所述通用传感器単元、处理器単元、通讯单元、拨码设置単元、显示单元和存储单元。
专利摘要本实用新型公开了一种用于农业传感器的通用智能变送装置，涉及农业传感器技术领域。所述装置包括通用传感器单元和处理器单元；所述通用传感器单元，连接传感器和所述处理器单元，用于接收来自传感器的传感器信号，并发送给所述处理器单元；所述处理器单元用于将所述传感器信号转换为4～20mA电流信号、RS485信号、以太网信号或者无线信号中的至少一种；所述传感器信号包括模拟信号、开关信号、频率信号和带协议的数字信号。所述装置通过所述通用传感器单元，能够连接模拟标准电压、电流、非标电压电流、开关量、带协议的数字量传感器，方便实现大部分农业环境监测变送，一个变送器即可感知变送多种传感器信号。
文档编号G01D21/02GK202372210SQ20112054433
公开日2012年8月8日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者单飞飞, 吴文彪, 张馨, 李文龙, 田洪武, 鲍锋 申请人:北京农业智能装备技术研究中心