技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能制造領(lǐng)域，是顛覆傳統(tǒng)技術(shù)的新概念智能儀表。

背景技術(shù)

傳感器是指將非電信號轉(zhuǎn)換成有規(guī)律的電信號的測量裝置，其產(chǎn)生于工業(yè)自動化時代，輸出的電信號是模擬量電壓或電流。當(dāng)前的主要規(guī)范是4—20MA或0—10V，也有部分產(chǎn)品是0-10MA、0—20MA或0—5V。

人類社會進(jìn)入本世紀(jì)后，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，日新月異。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，科學(xué)技術(shù)正朝著物聯(lián)網(wǎng)和信息化邁進(jìn)。物聯(lián)網(wǎng)還未全面實現(xiàn)，又提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，隨之而來的還有大數(shù)據(jù)和人工智能等更遠(yuǎn)大更神奇的目標(biāo)。當(dāng)前，國際上所有的傳感器都只能輸出模擬量，而上述從信息化到人工智能一系列的高科技，都要求系統(tǒng)的輸入信號必須是數(shù)字量。因此，盡管傳感器產(chǎn)業(yè)商機(jī)巨大、應(yīng)用廣泛，但其與數(shù)字系統(tǒng)的融合成為困擾世界科技界和工業(yè)界久攻不克的國際難題。這一點(diǎn)，不僅工程技術(shù)人員深有體會，而且，包括中國在內(nèi)的各大科技強(qiáng)國，都在對相關(guān)課題進(jìn)行攻關(guān)。我國提出的課題是：“突破傳統(tǒng)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)，針對工業(yè)需求，面向廣域測控，實現(xiàn)底層物聯(lián)網(wǎng)到互聯(lián) 網(wǎng)無縫融合和集成?！?/p>

該課題既指電工測量，也包括各種非電量的測量轉(zhuǎn)換。電工儀表智能化尚且困難重重，非電量檢測的智能化更無從談起。當(dāng)前的傳感儀表五花八門，各自為戰(zhàn)，操作復(fù)雜，不通網(wǎng)絡(luò)，所采用的技術(shù)路線，對智能化而言，是緣木求魚，南轅北轍。各界深受其累，卻破解無門。

當(dāng)今公知的傳感儀表中，廣受歡迎的是一款稱為變頻式的儀表。其操作過程是：輸入傳感器的下限值(0或4MA),調(diào)電位器WL，使儀表顯示全0；輸入傳感器電量上限值(10MA、20MA、5V或10V)，調(diào)電位器WH，使儀表顯示被測非電量的最大值(例如800℃或1000KG)。顯然，儀表的工作原理和技術(shù)路線是模擬技術(shù)，與數(shù)字化毫無關(guān)聯(lián)。某鋼廠欲將800℃左右的溫度實測值用LED大屏幕顯示，將開發(fā)任務(wù)交其供應(yīng)商——某高資質(zhì)科技開發(fā)公司。該公司面對4—20MA的溫度傳感器和變頻儀表，束手無策。將此任務(wù)交由本企業(yè)，用自制的智能儀表圓滿完成。此開發(fā)產(chǎn)品一度被多家鋼廠采購。此案例也成為發(fā)明人設(shè)計智能萬用傳感表的動因和技術(shù)基礎(chǔ)。

傳感技術(shù)數(shù)字化，是全世界科技界、工業(yè)界亟待解決的重大難題，其落后狀況嚴(yán)重阻礙了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、信息化等多項高科技的發(fā)展進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容

廣域測控智能電工儀表的難題尚未解決，隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，傳感技術(shù)智能化的迫切要求又應(yīng)運(yùn)而生。而今，要發(fā)展“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)、推進(jìn)天基信息網(wǎng)、未來互聯(lián)網(wǎng)、移動信息網(wǎng)的全面融合”，“形成具有全球競爭優(yōu)勢的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)集群”，“研發(fā)智能機(jī)器人，高端成套裝備”等現(xiàn)代高端科技，必須首先攻克久受其累的數(shù)據(jù)采集關(guān)。本發(fā)明的橫空出世，將給上述重大工程以極大的促進(jìn)。

本發(fā)明是以獨(dú)家發(fā)明的能自主運(yùn)行、智能換檔、廣域測控的智能儀表為核心，再賦予儀表以數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算功能，從而成為一只顛覆傳統(tǒng)的智能萬用傳感表。

智能萬用傳感表由信號接口、采樣電路、模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、顯示器、通訊接口和按鈕幾部分組成。信號接口有電壓端口V、電流端口MA和地線端口GND共三個。高阻抗輸入電阻RI和R1組成分壓電路并與V端口及模擬開關(guān)相連；低阻抗電阻R2與MA端口及模擬開關(guān)相連，電流信號從R2入地。得到的采樣電壓送模擬開關(guān)。與單片機(jī)相連的模擬開關(guān)，將采集到的電壓或電流信號模擬量，在單片機(jī)控制下送入A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送入單片機(jī)暫存。

傳感器是將非電量轉(zhuǎn)換成有規(guī)律的電量的器件，其轉(zhuǎn)換后電量的最大值與被測非電模擬量最大值相對應(yīng)。設(shè)被測非電模擬量最大值為A，傳感器最大輸出電量數(shù)據(jù)為B，靜態(tài)數(shù)據(jù)為0。由于傳感器的非電量數(shù)據(jù)與傳感器輸出的電量數(shù)據(jù)成比例關(guān)系，所以有K＝A/B,這里的K，我們命名為傳感系數(shù)，其含義是：單位電量對應(yīng)的非電量值。當(dāng)輸入儀表的電量值為任意值X時，非電量對應(yīng)值Y＝KX，據(jù)此，便可方便地實時測出各種非電量數(shù)據(jù)。

本儀表的選檔和設(shè)置通過面板上的四個按鍵來完成。面板上有選擇鍵M，低位置數(shù)鍵L、高為置數(shù)鍵H和確認(rèn)鍵Y及復(fù)位鍵R。點(diǎn)擊M鍵，可依次選擇0—5V、0—10V、0—10MA、0—20MA、4—20MA各檔。選中某檔時，點(diǎn)擊L鍵輸入非電量最大值A(chǔ)的低2位，點(diǎn)擊H鍵輸入非電量A的高2位。無誤后，點(diǎn)擊Y鍵確認(rèn)，單片機(jī)響應(yīng)，將設(shè)置的檔位和A值、該檔的K值及線路結(jié)構(gòu)值存儲，儀表便固定工作于設(shè)定模式。不改變設(shè)置，儀表工作狀態(tài)不會改變。

測量過程中，數(shù)據(jù)實時顯示，并經(jīng)過自動切換上傳給上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)融合網(wǎng)絡(luò)。