Универсальный автономный беспроводной измеритель-коммутатор контроллеров и датчиков с цифровыми и аналоговыми выходами Российский патент 2019 года по МПК G01R19/00 

Предлагаемое изобретение предназначено для измерения, преобразования и управления сигналов от контроллеров и датчиков с последующей передачей по сети LoraWAN. и

Известен Беспроводной измеритель давления (БИД-1), Производитель: АМТ, Чипсет: SX1272, Технология: LoRaWAN,

Частоты: 868 МГц., содержащий элемент питания, источник питания, преобразователь напряжения контроллер STM, радиопередатчик, вычислительное устройство подключенное к первичному преобразователю. Предназначен для непрерывного измерения и преобразования давления абсолютного, избыточного, разрежения, давления-разрежения, разности давлений и гидростатического давления нейтральных и агрессивных, газообразных и жидких сред в цифровой сигнал с последующей передачей по сети LoraWAN. (см. http://www.auroramobile.ru/product_851.html)

В устройстве- прототипе после подачи питания, датчик не переходит в режим ожидания команд от master-устройства, а в первую очередь производит измерения и выдает данные в линию, затем переходит в режим ожидания. Это дает возможность отключения датчика после получения данных.

Основной недостаток прототипа: Протокол передачи данных/опроса устройства: ModBUS RTU, что не позволяет работать с датчиками давления с выходным током 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, 0-0,01 В / 0-1 В / 0-10 В, импульсный выход. Это снижает функциональные возможности устройства-прототипа.

Задачей создания изобретения является - расширение функциональных возможностей устройства при работе с данными от датчиков и контроллеров: RS-485, RS-422, RS-232, Modbus, 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, 0-0,01 В / 0-1 В / 0-10 В, импульсный выход.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, таких как беспроводной измеритель для измерения, преобразования и управления давления в цифровой сигнал с последующей передачей по сети LoraWAN, содержит прибор измерения с выходными токами сигнала токовая петля 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, выход которого связан с первым входом/выходом контроллера и входом повышающего преобразователя напряжения, выход которого подключен ко второму входу/выходу контроллера, и входу делителя напряжения, выход которого последовательно связан с логическими ключами, расположенными на контроллере, при этом ключи, и контроллер подключены к источнику питания. На контроллере расположены всего восемь входов/выходов для подключения датчиков и контроллеров. Третий и четвертый вход/выход контроллера последовательно связан с выходом делителя напряжения, вход делителя напряжения связан с выходом прибора измерения с выходными сигналами 0-0,01 В / 0-1 В / 0-10 В. Пятый и шестой вход/выход контроллера последовательно связан с выходом преобразователя для интерфейсов RS-485, RS-422, RS-232, Modbus, вход интерфейса связан с выходом прибора с выходными сигналами RS-485, RS-422, RS-232, Modbus. Седьмой и восьмой вход/выход контроллера последовательно напрямую связан с прибором с выходным дискретным сигналом типа «сухой контакт».

Выше перечисленная совокупность существенных признаков, позволяет получить следующий технический результат- расширение функциональных возможностей устройства при работе с данными от датчиков и контроллеров: RS-485, RS-422, RS-232, Modbus, 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, 0-0,01 В / 0-1 В / 0-10 В, импульсный выход.

Изобретение иллюстрируется блок схемой, где на Фиг. позициями обозначены:

1 - прибор измерения с выходным током сигнала токовая петля 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА;

2 - контроллер;

3 - повышающий преобразователь напряжения;

4 - делитель напряжения;

5 - 6 - логические ключи;

7 - источник питания;

8 - преобразователь интерфейсов RS-485, RS-422, RS-232, Modbus;

9 - прибор измерения с выходными сигналами 0-0,01 В/0-1 В/0-10 В;

10 - прибор с выходными сигналами RS-485, RS-422, RS-232, Modbus;

11 - прибор с выходным дискретным сигналом типа «сухой контакт».

Беспроводной измеритель (Фиг.) для измерения, преобразования и управления давления в цифровой сигнал с последующей передачей по сети LoraWAN, содержит прибор измерения с выходным током сигнала токовая петля 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА 1, выход которого связан с первым входом/выходом контроллера 2 и входом повышающего преобразователя напряжения 3, выход которого подключен ко второму входу/выходу контроллера 2, и входу делителя напряжения 4, выход которого последовательно связан с логическими ключами 5,6, расположенными на контроллере 2, при этом ключи 5,6, и контроллер 2 подключены к источнику питания 7. Для измерения и преобразования данных с прибора измерения с выходными сигналами 0-0,01 В / 0-1 В / 0-10 В в цифровой сигнал с последующей передачей по сети LoraWAN используется прибор с выходными сигналами 0-0,01 В / 0-В / 0-10 В(9), первый выход которого связан со входом делителя напряжения (4) который связан с третьим входом/выходом контроллера (2). Второй выход прибора измерения (9) с выходными сигналами 0-0,01 В / 0-1 В / 0-10 В связан с четвертым входом/выходом контроллера (2). Для получения данных с прибора с выходными сигналами RS-485, RS-422, RS-232, Modbus (10), используется преобразователь интерфейсов RS-485, RS-422, RS-232, Modbus (8), входы которого связаны с выходами прибора с выходными сигналами RS-485, RS-422, RS-232, Modbus (8), а выходы преобразователя интерфейсов RS-485, RS-422, RS-232, Modbus (8) связаны с пятым и шестым входом/выходом контроллера (2). Для работы с прибором с выходным дискретным сигналом типа «сухой контакт» 11, используются седьмой и восьмой входом/выход контроллера (2) связанные напрямую с прибором с выходным дискретным сигналом типа «сухой контакт».

Устройство работает следующим образом.

Напряжение питания от источника питания 7 подается на контроллер 2 и на логический ключ 6. После подачи питания контроллер регистрируется в сети Lora, на ключе 5 устанавливает логический 0 (отключение питания прибора измерения 1). После выдержки времени, на ключи 5 и 6 от контроллера 2 поступает логическая 1, открывает ключ 5, он открывает ключ 6, напряжение питания поступает на, повышающий преобразователь напряжения 3. На прибор измерения 1 поступает напряжение питания, на 5 сек. После выдержки времени производится замер напряжения питания по аналоговому входу контроллера 2, через делитель напряжения 4. Также замеряем по аналоговому входу контроллера 2 ток потребления прибора измерения. Выдаем в сеть Lora измеренные данные. Отключаем питание от повышающего преобразователя 3 посредством установки логического 0 на ключе 6.

Применение стандартного датчика давления с выходным током 4-20 мА, вынуждает применять повышающий преобразователь напряжения с довольно большим током потребления от батареи 3,6в (до 120 мА). И включать его на время начала работы датчика (в данном случае на 6 сек). Это резко снижает общее время работы от батареи питания. Зато позволяет подключаться к любому виду датчиков, главное - чтобы выходной сигнал датчика был 4-20 мА. И передавать любой вид параметра (давление, температура, уровень, вибрация, расход, угол открытия задвижки) в сеть Lora.

Схема работы предполагает одновременное и попеременное подключение блоков 8, 9, 10 и 11. Соответственно: в устройство может быть подключен прибор (9) стороннего производителя с выходными сигналами 0-0,01 В / 0-1 В / 0-10 В, совместно с прибором (10) через преобразователь (8) также сторонних производителей, и дополнительно прибор (11) с выходным дискретным сигналом типа «сухой контакт». Для аналогии: приборы 9 - это датчики для измерения давления, уровня и т.п. приборы 10 - это всевозможные контроллеры которые умеют работать через RS-485, RS-422, RS-232, Modbus через преобразователь(8) приборы 11 - это электросчетчики, счетчики воды, охранные датчики и т.п.

Из описания и практического применения настоящего технического решения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения.

Данное описание и чертежи рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

Изобретение предназначено для измерения, преобразования и управления сигналов от контроллеров и датчиков и других приборов с последующей передачей по сети LoraWAN. Беспроводной измеритель для измерения, преобразования и управления давления в цифровой сигнал с последующей передачей по сети LoraWAN содержит прибор измерения с выходным током сигнала токовая петля 4-20 мА 1, выход которого связан с первым входом/выходом контроллера 2 и входом преобразователя 3, выход которого подключен ко второму входу/выходу контроллера 2 и входу делителя напряжения 4, выход которого последовательно связан с логическими ключами 5, 6, расположенными на контроллере 2, а выходы ключей 5, 6 и контроллера 2 подключены к источнику питания 7. Устройство дополнительно содержит преобразователь интерфейсов RS-485, RS-422, RS-232, Modbus; прибор измерения с выходными сигналами 0-0,01 В / 0-1 В / 0-10 В; прибор с выходными сигналами RS-485, RS-422, RS-232, Modbus; прибор с выходным дискретным сигналом типа «сухой контакт» (8-11). Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Беспроводной измеритель для измерения, преобразования и управления давления в цифровой сигнал с последующей передачей по сети LoraWAN, характеризуется тем, что содержит:

- прибор измерения с выходными токами сигнала токовая петля 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА,

- выход которого связан с первым входом/выходом контроллера (2) и входом повышающего преобразователя напряжения (3),

- выход которого подключен ко второму входу/выходу контроллера (2) и входу делителя напряжения (4),

- выход которого последовательно связан с логическими ключами (5, 6), расположенными на контроллере (2),

- при этом ключи (5, 6) и контроллер (2) подключены к источнику питания (7),

- третий и четвертый вход/выход контроллера (2) последовательно связан с выходом делителя напряжения 4,

- вход делителя напряжения (4) связан с выходом прибора измерения с выходными сигналами 0-0,01 В / 0-1В / 0-10 В (9),

- при этом пятый и шестой вход/выход контроллера (2) последовательно связан с выходом преобразователя для интерфейсов RS-485, RS-422, RS-232, Modbus (8),

- вход интерфейса (8) связан с выходом прибора с выходными сигналами RS-485, RS-422, RS-232, Modbus (10),

- седьмой и восьмой вход/выход контроллера (2) последовательно напрямую связан с прибором с выходным дискретным сигналом типа «сухой контакт» (11).