Измерительные системы с радиоканалом
Сейчас получают распространение измерительные системы, в которых передача информации осуществляется по радиоканалу. Их также называют беспроводные сети и сенсоры. Применяются 2 варианта таких систем (рис. 41).
Используются стандартные датчики, сигналы которых по проводам доводятся до узла беспроводной передачи данных – первые системы. Второй вид – используются беспроводные датчики, сигналы которых принимаются специальным устройством и вводятся в компьютер. Система первого типа содержит датчики Д1-Дn считывания аналоговой и четырьмя дискретными сигналами. Информация от которых поступает в узлы беспроводной передачи данных 1 и 1 штрих. Из этих узлов по радиоканалу информация передается в операторную 4, где есть приемник информации 2 с демодулятором, которые обеспечивает ввод данных в компьютер 3. Как видно в таких системах провода отсутствуют только между блоками 1-1 штрих и 2. В системах второго типа используются беспроводные датчики. В них выходной сигнал является радиочастотным. Датчик содержит первичный измерительный преобразователь, который преобразует измеряемый параметр П в аналоговый сигнал. Последний преобразуется с помощью АЦП в соответствующий код и вводится в микропроцессор. Результат выводится на табло 1, а также вводится в радиопередатчик 3, который создает радиосигнал промодулированной информации об измеряемых параметрах. В состав датчика также включается источник питания, литиевые аккумуляторы, напряжением 3,6В, запаса энергии которых хватает на 5 лет. Частоты, используемые в беспроводных датчиках, как в первом, так и во втором видах систем составляют 0,9ГГц-0,928ГГц или 2,4ГГц-2,48ГГц. Дальность передачи до 600м. Структурная схема системы второго типа на рис в). Тут в известных комплектах содержится до 100 датчиков. Радиосигналы от которых воспринимаются беспроводными шлюзами (шлюзами-центрами). Из них по проводам информация вводится в базовую станцию 2, а затем в компьютер 3. Преимущество беспроводных систем – возможность использования датчиков в труднодоступных местах, отсутствие затрат на линии передачи и их монтаж, возможность простой конфигурации системы и высокая надежность.
Hart-коммуникатор и hart-протокол
Это магистрально-адресуемый удаленный преобразователь. Данный протокол и устройство для его реализации (коммуникатор) обеспечивают возможность дополнительной коммуникации интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов. Дл этого используется дополнительные нанесения на аналоговый сигнал синусоидальных колебаний (рис. 42),
с помощью которых передаются дискретные сигналы 1 и 0. Сигнал интеллектуальных датчиков, изменяющихся во времени в диапазоне от 4 до 20мА, дополнительно моделируется двумя частотными сигналами. Условная 1 передается одним периодом колебания 1200Гц, а условный 0 двумя периодами колебаний 2200Гц. Так как результирующая этих колебаний, амплитуда которых 0,5мА, за период колебаний равна 0, то это почти не сказывается на результате передачи аналогового сигнала.
Рисунок 43 – система с коммуникатором и датчиками. Обычно система включает до 15 интеллектуальных датчиков, которые можно настраивать, обслуживать из коммуникатора или компьютера. Кроме этих элементов в системе есть блок питания, общий для всех датчиков, мультиплексор, модем- HART, компьютер. Коммуникатор может быть подключен в любо точке системы и с его помощью можно перенастраивать датчики, осуществлять их диагностику и обслуживание. Известны также подобные частично беспроводные системы, в которых используется радиомодем. С помощью коммуникатора осуществляются процедуры:
Включается в действие тот или иной датчик или исполнительный механизм
Изменяются в известных пределах настройки датчика или исполнительного механизма
Осуществляется обслуживание датчика и его диагностика.
На рисунке 44: 1 – усилитель, входной буфер, в него поступают частотные сигналы 0 и 1 из канала связи, 2 – фильтр, фильтрует сигнал, 3 – демодулятор, модем, 5 – микроконтроллер, он позволяет выводить информацию о датчике, его диапазоне измерений и состоянии, 6 – выводит информацию - табло, 7 – клавиатура, 8 – блок стабилизации напряжения питания, 9 аккумулятор. Формирование управляющих воздействий осуществляет клавиатура. Сформированные сигналы через модулятор и выходной буфер 4 посылаются в канал связи. Также имеется устройство подзарядки.