基于无线通信技术的执行机构的制作方法

本实用新型涉及一种执行机构，尤其涉及一种基于无线通信技术的执行机构。

背景技术：

电动执行机构是工业自动化领域三大主要仪表之一，广泛应用于电力、冶金、石化、轻纺、食品、医药等行业。随着电子技术的不断发展，工业过程控制中对执行机构的性能要求日益提高。目前市面上大多数执行机构采用有线方式，尤其是智能执行机构产品技术成熟，在保留了传统的4～20ma工业标准电信号的基础上，还具备了如hart、profibus、ff等类型的现场总线通讯方式。但是有线方式不适合在恶劣的现场环境中使用，无线执行机构可以弥补这个空缺，可以用在布线困难、较危险、腐蚀性较高等有线仪表不便使用的场合，在工业控制领域具有广阔的应用前景。执行机构作为测控系统中一个重要单元，无线化具有重要意义。

然而，工厂现有系统通信体系完整，改变整体传输协议成本高、开发周期长，且不确定的信号干扰、网络延时等问题制约着无线执行机构在工业现场的普及。较好的方案是只改变底层设备间的通信协议，上层管理设备保持不变，在重要测点仍使用有线执行机构保证测量的实时性和准确性；在高腐蚀、高污染等场合中，使用无线执行机构作为补充测量，使底层参数检测更加充分。

现有工业无线仪器仪表大多采用组成局域网或广域网的方式无线传输信息，但远距离和低功耗只能二选一，且有着丢包多、功耗大、电池寿命短的弊端。

因此，本实用新型致力于提供一种无线通信上可以实现低功耗、距离远的执行机构。

技术实现要素：

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于无线通信技术的执行机构，其中，包括：控制单元连接阀位反馈单元、驱动模块、无线通信模块、执行机构本体；所述无线通信模块包括：通信处理器、射频芯片、外围电路接口、无线收发天线；所述控制单元包括：微处理器上连接有采样电路、显示器、红外遥控接收器、故障检测装置、报警输出装置。

如上所述的基于无线通信技术的执行机构，其中，所述微处理器包括：主控mcu、辅助mcu。

如上所述的基于无线通信技术的执行机构，其中，所述阀位反馈单元包括位置检测电路和力矩开关。

如上所述的基于无线通信技术的执行机构，其中，所述驱动模块包括固态继电器。

如上所述的基于无线通信技术的执行机构，其中，所述控制单元包括：aduc831处理器。

如上所述的基于无线通信技术的执行机构，其中，还包括电源模块，所述电源模块连接所述控制单元供电。

如上所述的基于无线通信技术的执行机构，其中，所述控制单元内部集成12位ad转换器、12位da转换器，62kb的flash存储器及2kb的ram。

如上所述的基于无线通信技术的执行机构，其中，所述无线通信模块为：lora无线通信模块或nb-iot无线通信模块。

如上所述的基于无线通信技术的执行机构，其中，所述执行机构本体包括：位置发送器，所述位置发送器与所述控制单元通信。

如上所述的基于无线通信技术的执行机构，其中，所述驱动模块与所述执行机构本体的三相电动机通信。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型解决了现有技术中丢包多、功耗大、电池寿命短的问题，通过设置由通信处理器、射频芯片、外围电路接口、无线收发天线组成的无线通信模块，实现了低功耗远距离物联网模块在执行机构的安装，最终实现了低功耗、远距离的通信。

附图说明

图1是本实用新型基于无线通信技术的执行机构的电路框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述：

图1是本实用新型基于无线通信技术的执行机构的电路框图，请参见图1，一种基于无线通信技术的执行机构，其中，包括：控制单元连接阀位反馈单元、驱动模块、无线通信模块1、执行机构本体；无线通信模块1包括：通信处理器、射频芯片、外围电路接口、无线收发天线；控制单元包括：微处理器上连接有采样电路、显示器2、红外遥控接收器、故障检测装置、报警输出装置。外部具有红外遥控器10与红外遥控接收器通信。

本实用新型来自采样电路的信号与来自阀位反馈单元的模拟信号经过微处理器进行比较运算，根据两者偏差输出控制信号到驱动模块，驱动模块输出控制电机运动，同时电机的行程通过阀位反馈单元反馈到微处理器形成闭环控制。外界信号通过无线通信模块1处理后，送入微处理器，人机界面设定参数输出至微处理器，微处理器输出状态值给人机界面显示。

进一步的，微处理器包括：主控mcu12、辅助mcu。主要变量、控制信息、过程参数、设备组态、校准和其他信息均由智能电动执行机构本体内的muc通过无线通信模块1收发。

进一步的，阀位反馈单元包括位置检测电路和力矩开关。

进一步的，驱动模块包括固态继电器。

进一步的，控制单元包括：aduc831处理器。微处理器采用ad公司的aduc831处理器，辅助cpu选用pic18f87k90，所述阀位反馈单元、驱动模块通过uart串行接口与所述aduc831处理器进行数据通信。

进一步的，还包括电源模块7，电源模块7连接控制单元供电。

进一步的，控制单元内部集成12位ad转换器、12位da转换器，62kb的flash存储器及2kb的ram。

进一步的，微处理器上连接温度保护3、监控继电器4。电子力矩检测电路6、信号处理模块11。

具体的，驱动模块为驱动电路9。

进一步的，无线通信模块1为：lora无线通信模块1或nb-iot无线通信模块1。

具体的，本实用新型采用lora无线通信模块1可以为：

lora无线通信模块1是高性能、低功耗的lora无线通信模块1，模块内嵌多种网络服务协议栈，可提供完善的短信和数据传输服务，模块通过udp协议与远端的云服务器进行数据通信，可实现测量数据、工作状态、健康状况等信息的定期推送。具有以下优点：

(1)低功耗。采用aloha方法进行通讯，主控制器在正常情况下具有极低的工作电流和微小的休眠状态电流，只在节点有数据要发送的时候向网络同步数据。lora无线通信模块1在不通讯时处于休眠模式，延长电池的使用寿命。

(2)远距离。lora无线通信模块1基于线性调频扩频调制，可解调低于20db的噪声。在理想条件，即相同的发射功率，天线增益和环境因素条件下，lora的通信距离是nb-iot的4倍，是lte的42倍。城镇可达2-5km，郊区可达15km。降低通信速率换来了高灵敏度和可靠的网络连接，同时提高了网络效率并消除了干扰。

(3)易扩展。lora扩频通信技术通信距离远，在较大范围内只使用一个网关即可连接区域内终端，大大降低了组网成本。此外，由于lora技术组成星形网络结构，具有安装工序简单、无需提前布线、组网灵活、通讯距离远、抗干扰能力强等优点。可实现多设备间的数据传输和远程维护，当用户需要升级时，经协商和授权后可远程对设备进行固件更新、维护等操作，可节省大量的人力和物力成本。

更进一步的，还可以采用nb-iot无线通信模块1，具体为：

nb-iot无线通信模块1包括通信处理器及射频芯片、外围电路接口和无线收发天线。所述收发天线设置在执行机构壳体外部，进行无线通信。微处理器采用aduc831处理器，该处理器将信息通过uart串行接口发送至nb-iot无线通信模块11。mcu控制单元12内部集成12位ad转换器、12位da转换器，62kb的flash存储器及2kb的ram，可以节省许多外围芯片，大大简化硬件电路设计。nb-iot无线通信模块11是高性能、低功耗的nb-iot无线通信模块1，模块内嵌多种网络服务协议栈，可提供完善的短信和数据传输服务，模块通过udp协议与远端的云服务器进行数据通信，可实现测量数据、工作状态、健康状况等信息的定期推送。具有以下优点：

(1)统一的接口标准。无需面对多种总线的软硬件协议处理，使用统一的无线传输协议，可将数以千计的执行机构集中进行实时采集监测、数据接入、请求应答、系统维护。依靠网络运营商的通信保障能力，可获得持续稳定的数据传输服务。

(2)便捷的现场实施。在不更换dcs控制系统等上层设备传输方式的基础上，特别适用于室外布置、离散布置、距离远、高腐蚀、难布线、移动设备温度测量等场景，节省电缆桥架和安装费用，增设新的无线测量点也不会带来预算的压力，企业预期的单个接连模块不超过5美元，更容易扩展和升级。

(3)超强的接入能力。nb-iot可通过基站直接上传至云端，部署优势明显，nb-iot的一个扇区能够支持10万个连接，具有低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构等优点，可为物联网产品提供广阔的空间平台；在同样的频段下，nb-iot比现有的网络增益20db，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；可实现远程维护，当用户需要升级时，经协商和授权后可远程对设备进行固件更新、维护等操作，可节省大量的人力和物力成本。

进一步的，执行机构本体包括：位置发送器5，位置发送器5与控制单元通信。

进一步的，驱动模块与执行机构本体的三相电动机8通信。

在本实用新型的实施过程中，可以采用以下操作，以lora为例：

工业控制网络包括lora工业无线网络和fcs/dcs工业有线网络，其中fcs/dcs控制系统的工程师站或操作员站运行与原网络中只有有线设备传输时相同的应用程序。接入到工业无线网络中的lora无线通信模块1接收到lora物联网的消息后，先将报文送至输入缓冲寄存器中，待报文接收完毕后，微处理器进行数据包解析，然后运算并进行相应的执行和处理。驱动模块执行完成后，通过阀位反馈单元将阀位值经数据转换、放大、处理后送至微处理器，微处理器按照lora协议的要求对数据进行计算和处理，并封装lora数据应答帧，通过udp协议异步串行方式将数据通过射频芯片和天线发送至lora物联网，形成闭环控制。

以上实施方式，lora替换成nb-iot同样适用。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员可以无需创造性劳动或者通过软件编程就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。