КОНСТРУКЦИЯ LCD ДЛЯ РАБОТЫ ПРИ НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
LCD STRUCTURE FOR OPERATION AT LOW TEMPERATURE

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Полевые устройства, такие как передатчики переменных процесса, используются в индустрии управления процессами для дистанционного считывания переменной процесса. Полевые устройства, такие как исполнительные органы, используются индустрией управления процессами для дистанционного управления физическими параметрами процесса, такими как скорость потока, температура и т.д. Переменная процесса может быть передана в место управления от полевого устройства, такого как передатчик переменных процесса, для обеспечения информации об этом процессе для контроллера. Контроллер может затем передать информацию управления к полевому устройству, такому как исполнительный орган, для модификации параметра процесса. Например, информация, относящаяся к давлению текучей среды процесса, может быть передана к месту управления и использована для управления процессом, таким как нефтепереработка.
Передатчики переменных процесса используются для контролирования переменных процесса, связанных с текучими средами, такими как суспензии, жидкости, пары и газы на химических, деревообрабатывающих, нефтяных, газовых, фармацевтических, пищевых и других заводах обработки текучих сред. Переменные процесса включают в себя давление, температуру, поток, уровень, pH, электропроводность, мутность, плотность, концентрацию, химический состав и другие свойства текучей среды. Исполнительные органы процесса включают в себя регулировочные клапаны, насосы, нагреватели, мешалки, охладители, соленоиды, отверстия и другие устройства управления текучей средой.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обеспечен способ управления жидкокристаллическим дисплеем (ЖКД) (LCD), интегрированным в пределах датчика, для работы при низкой температуре. Способ включает в себя обеспечение электрической энергии для LCD, обеспечение электрического сигнала к LCD для обновления отображаемой информации, измерение температуры окружающей среды, ближайшей к LCD, и осуществление регулировок энергии и информации обновления, подаваемых к LCD, на основе температуры окружающей среды. Другой аспект изобретения включает в себя полевое устройство, включающее в себя LCD, электронный модуль управления, выполненный с возможностью обеспечения энергии и сигналов связи для LCD, и датчик температуры, связанный с электронным модулем управления. Электронный модуль управления выполнен с возможностью измерения температуры окружающей среды, ближайшей к LCD, и управления энергией и связью, подаваемых к LCD, на основе температуры в LCD.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 является схематическим изображением полевого устройства типа, полезного для вариантов осуществления данного изобретения.
Фиг. 2 является блок-схемой, иллюстрирующей работу полевого устройства для расширения работы LCD ниже его номинальной (предельно допустимой) рабочей температуры в соответствии с некоторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 3 обеспечивает список параметров и их начальных значений в соответствии с некоторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 4 является блок-схемой способа считывания температуры LCD в соответствии с некоторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 5А является блок-схемой, иллюстрирующей стадию обновления LCD дисплея в соответствии с некоторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 5В является блок-схемой, иллюстрирующей другую стадию обновления LCD дисплея в соответствии с некоторым вариантом осуществления данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему части полевого устройства 10 согласно одному варианту осуществления изобретения. Полевое устройство 10 включает в себя жидкокристаллический дисплей (LCD) 110, который связан с электронным модулем управления 120. Электронный модуль управления 120 включает в себя, в одном варианте осуществления, контроллер 122, связанный с запоминающим устройством 124 и коммуникационным портом 126, а также измерительные схемы 130, которые могут быть частью электронного модуля управления 120.
Энергетическая сеть принимает электрическую энергию от источника 132 питания. Источник 132 питания может быть любого типа соответствующего электрического источника питания, включающего батарею, источник питания переменного тока (АС), контур управления процессом или любое другое устройство.
Полевое устройство 10 включает в себя датчик 134, связанный с электронным модулем 120 управления. Датчик 134 обеспечивает входной сигнал, относящийся к параметру, подлежащему измерению полевым устройством 10. Датчик 134 может включать в себя один или несколько элементов датчика с использованием любой соответствующей технологии. Датчик 134 может составлять одно целое с LCD 110 и электрически связан с измерительными схемами 130, которые могут включать в себя известные схемы управления входом датчика. Полевое устройство 10 также включает в себя датчик 112 температуры, связанный с электронным модулем 120 управления через измерительные схемы 130. Датчик 112 температуры считывает температуру окружающей среды, ближайшей к LCD 110. Датчик 112 температуры может использовать любую доступную технологию, включающую в себя термопары, термометры сопротивления (RTD) и/или термовыключатели/термостаты. Датчик 112 температуры показан электрически связанным с измерительными схемами 130, но следует понимать, что датчик 112 температуры может быть в электрической связи с коммуникационным портом 126 или любыми другими схемами управления связью, включающими в себя непосредственно связанные с контроллером 122, не выходя за рамки объема изобретения.
Блок-схема 100 является функциональной и схематической, и следует понимать, что другие реализации электронных схем в пределах полевого устройства 10 могут быть реализованы, не выходя за рамки объема изобретения. Например, память 124 и/или коммуникационный порт 126 могут быть физически заключены внутри контроллера 122. Энергетическая сеть 128 может включать в себя любые варианты осуществления энергетической сети, включающей в себя регуляторы, делители напряжения, ограничители тока и т.п. LCD 110 может быть доступным в продаже устройством, изготовленным на заказ жидкокристаллическим дисплеем любого размера или формы, и может иметь любой способ электрической связи с электронным модулем 120 управления для целей принятия данных от электронного модуля 120 управления.
LCD, такие как LCD 110, имеют ограниченный диапазон рабочей температуры. Например, некоторые LCD, имеющие рабочий диапазон, который простирается только до -4°F (-20°С). Другие LCD могут иметь рабочие диапазоны, которые определяются быть выше или ниже по температуре, чем -4°F. Варианты осуществления данного изобретения могут быть применены к любому LCD с любой рабочей температурой.
Фиг. 2 является блок-схемой, иллюстрирующей способ 200, описывающий работу полевого устройства 10 для расширения работы LCD 110 ниже его номинальной рабочей температуры в соответствии с некоторым вариантом осуществления данного изобретения. В блоке 202 электронный модуль 120 управления инициализирует необходимые параметры для переменных, используемых в изобретении. С краткой ссылкой на фиг. 3, идентифицируется список параметров и их начальных значений. Например, Sensor_Value (значение датчика) задано как несчитанное, Display_Value (значение дисплея) задано как неопределенное, и Dynamic_Power_Supply (динамический источник питания) задан как «выключен». Другие параметры, такие как Setpoint_1 (заданная величина 1), установлены на значения, которые, в одном варианте осуществления, хранятся в памяти 124 электронного модуля 120 управления. Значение параметров, перечисленных на фиг. 3, станет более очевидным, по мере того как функция электронного модуля 120 управления описывается более подробно ниже.
Раз уж стадия инициализации параметров выполнена в блоке 202, электронный модуль 120 управления будет считывать значение 204 датчика от датчика 134. Затем электронный модуль 120 управления будет считывать LCD температуру от датчика 112 температуры, как показано в блоке 206. Раз уж как значение датчика, так и значение температуры были получены, электронный модуль 120 управления обновит дисплей LCD 110, как показано в блоке 208. Электронный модуль 120 управления затем циклически переходит обратно к блоку 204 для повторения процесса считывания значения датчика, принятия значения температуры и обновления дисплея.
Стадия 204 считывания значения датчика от датчика 134 может быть завершена любым количеством способов. Как описано выше, элемент датчика может быть электрически связанным с измерительными схемами 130. Далее, стадия считывания значения датчика может включать в себя любое количество способов для обеспечения единственного значения. В качестве примера, электронный модуль 120 управления может считать несколько значений от датчика 134 и выполнить усредняющую функцию для устранения или для того, чтобы иметь дело с гистерезисом или пиками напряжения в показаниях датчика. Любая доступная процедура для считывания и обработки значения датчика может использоваться, не выходя за рамки объема изобретения.
Фиг. 4 является блок-схемой способа 250, который предусматривает стадию 206 считывания LCD температуры более подробно согласно одному варианту осуществления изобретения. После начала в блоке 252 электронный модуль 120 управления считывает LCD температуру от датчика 112 температуры. Как и со стадией 204, описанной выше, любое число процедур ввода датчика может быть использовано для обеспечения значения для LCD температуры. Раз уж LCD температура была считана, она сравнивается с Setpoint_1 в блоке принятия решения 256. Если LCD температура не меньше, чем Setpoint_1, то Dynamic_Power_Supply устанавливается на Off («выключен»), Update_Interval (интервал обновления) устанавливается на Normal и Reduced_Complexity (уменьшенная сложность) устанавливается на Off. На данном этапе функция 206 считывания LCD температуры завершается, и электронный модуль 120 управления перемещается к блоку 274, который является концом этой процедуры.
Возвращаясь опять к блоку 256, если LCD температура меньше, чем Setpoint_1, то Dynamic_Power_Supply устанавливается на On (включен), как описано в блоке 260. Раз уж Dynamic_Power_Supply установлен на On, электронный модуль 120 управления будет обеспечивать дополнительную энергию для LCD 110. В одном варианте осуществления второй источник 146 питания LCD подается или в ином случае связывается с LCD в дополнение к первому источнику 144 питания LCD. Альтернативно, дополнительная энергия подается на первой линии 144 источника питания LCD от энергетической сети к LCD. Дополнительная энергия, обеспеченная для LCD, может быть отведена от других схем в пределах электронного модуля 120 управления. При более низких температурах множество электрических устройств в пределах электронного модуля 120 управления может потребовать меньше энергии. Таким образом, эта энергия может быть подана к LCD 110 без влияния на функцию каждого компонента в пределах электронного модуля 120 управления. Энергетическая сеть 128 может включать в себя любой тип схем, необходимых для отвода энергии от других устройств к LCD дисплею. Дополнительно, или альтернативно, любой соответствующий термочувствительный элемент может быть считан или использован для динамического варьирования энергии к LCD на основе температуры. Температурно-чувствительный диод может быть использован таким образом, что при падении температуры напряжение диода также падает. Падение напряжения может быть считано, и больше энергии может быть подано к LCD драйверам.
Раз уж Dynamic_Power_Supply был установлен на On (включен), в блоке 260 электронный модуль 120 управления затем переходит к блоку 262 принятия решения для определения того, является ли LCD температура меньшей, чем Setpoint_2. Следует понимать, что в одном варианте осуществления Setpoint_2 имеет более низкое значение, чем Setpoint_1. Например, Setpoint_2 в одном варианте осуществления составляет -15°F (-26°С). Setpoint_2 может варьироваться в зависимости от номинальной рабочей температуры LCD 110. Если LCD температура является не меньшей, чем Setpoint_2, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 264, в котором Update_Interval устанавливается на Normal, и Reduced_Complexity устанавливается на Off. Электронный модуль 120 управления затем переходит к блоку 274, который представляет собой конец стадии 206 считывания LCD температуры.
Возвращаясь опять к блоку 262, если определено, что температура окружающей среды LCD меньше, чем Setpoint_2, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 266 и Update_Interval устанавливается на Extended (расширенный). Update_Interval определяет промежуток времени, который протекает между обновлениями LCD дисплея. Когда температура окружающей среди LCD выше Setpoint_2, Update_Interval устанавливается на Normal. В одном варианте осуществления Normal имеет значение или в ином случае соответствует интервалу обновления в три секунды. Таким образом, когда Update_Interval установлен на Normal, LCD обновляется каждые три секунды. Альтернативно, значением, приписанным к Normal, может быть любое число, которое обеспечивает доступную скорость обновления дисплея, когда температура окружающей среды LCD выше, чем Setpoint_1. В одном варианте осуществления значение, приписанное к Extended, составляет шесть секунд. Таким образом, когда температура окружающей среды в LCD ниже Setpoint_2, дисплей обновлялся бы каждые шесть секунд. Значением, приписанным к Extended, может быть любое значение, которое обеспечивает доступные скорости обновления для LCD, когда температура ниже Setpoint_2. Например, значением, приписанным к Extended, могли бы быть восемь секунд, десять секунд или двадцать секунд. Альтернативно, Extended может быть установлено на различные значения в зависимости от того, насколько температура окружающей среды LCD ниже Setpoint_2.
Раз уж Update_Interval был установлен на Extended в блоке 266, электронный модуль 120 управления сравнивает температуру окружающей среды LCD с Setpoint_3 в блоке 268. Следует оценить, что Setpoint_3 является более низким значением температуры, чем значение температуры Setpoint_2. В одном варианте осуществления Setpoint_3 устанавливается на -28°F (-33,3°С). Значением Setpoint_3 может быть любое значение, которое соответствует величине, при которой должны быть предприняты дополнительные шаги (стадии) сверх расширения скорости обновления и обеспечения дополнительной энергии для LCD, предпринятые выше. Если определено, что температура окружающей среды LCD выше, чем Setpoint_3, то Reduced_Complexity выключается на стадии 270 и электронный модуль 120 управления переходит к стадии 274, которая является концом функции установки температуры.
Возвращаясь к блоку 268, если температура окружающей среды LCD, однако, ниже, чем Setpoint_3, то Reduced_Complexity 272 устанавливается на On. Последствия того, что Reduced_Complexity установлена на On, будут обсуждаться позже относительно процесса обновления дисплея, соответствующего блоку 208. Раз уж Reduced_Complexity была установлена на On на стадии 272, электронный модуль 120 управления переходит к стадии 274, которая представляет собой конец стадии 206 считывания LCD температуры.
Со ссылкой на фиг. 5А, блок-схема 300 обеспечивает функциональное описание стадии 208 обновления LCD дисплея, выполняемого электронным модулем 120 управления согласно одному варианту осуществления изобретения. Начиная с блока 302, электронный модуль 120 управления переходит к блоку 304 принятия решения, где он сравнивает значение Update_Time со значением Update_Interval. Update_Time является таймером, который отслеживает количество времени, которое протекает с тех пор, как последний раз был обновлен LCD дисплей. Если Update_Time не равен или больше, чем Update_Interval, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 314, который представляет собой конец функции обновления дисплея. Альтернативно, электронный модуль 120 управления может оставаться в блоке 304, пока Update_Time не больше, чем Update_Interval.
Если определено, что Update_Time в самом деле больше, чем Update_Interval, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 306. В блоке 306 электронный модуль 120 управления проверяет состояние Reduced_Complexity. Если Reduced_Complexity установлена на Off, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 308. В блоке 308 электронный модуль 120 управления приписывает переменную дисплея значению переменной значения датчика. Дисплей затем обновляется всей информацией, которая обычно обеспечивается для дисплея. Эта информация включает в себя в одном варианте осуществления значение дисплея и единицу измерения, связанную с этим значением дисплея. Альтернативно, любое число позиций может быть включено в LCD дисплей. Раз уж дисплей был обновлен, Update_Time устанавливается в исходное состояние и электронный модуль 120 управления переходит к блоку 314, который представляет собой конец процедуры обновления дисплея.
Возвращаясь опять к блоку 306, если электронный модуль 120 управления определяет, что Reduced_Complexity установлен на On, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 310 принятия решения. В блоке 310 принятия решения Display_Value сравнивается со значением датчика. Если Display_Value равно значению датчика, то дисплей не обновляется и электронный модуль 120 управления переходит к блоку 314, который представляет собой конец функции обновления дисплея. Однако если Display_Value не равно значению датчика, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 312, где Display_Value устанавливается равным значению датчика. Затем дисплей обновляется новым Display_Value. Однако никакие другие элементы на дисплее не обновляются. Возможно, что только видимый элемент на дисплее 110 будет самим значением датчика. Раз уж LCD дисплей был обновлен, Update_Time устанавливается на нуль и электронный модуль 120 управления переходит к блоку 314, который представляет собой конец процедуры обновления дисплея.
Со ссылкой на фиг. 5В, блок-схема 350 обеспечивает функциональное описание стадии 208 обновления дисплея согласно другому варианту осуществления изобретения. Электронный модуль 120 управления начинает работу в блоке 352 и переходит к блоку 354 принятия решения. В блоке 354 принятия решения Update_Time сравнивается с Update_Interval. Если Update_Time не равно или больше, чем Update_Interval, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 364, который представляет собой конец процедуры обновления дисплея.
С возвратом опять к блоку 354, если Update_Time больше или равно Update_Interval, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 356 принятия решения. В блоке 356, если Reduced_Complexity установлена на Off, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 358. В блоке 358 Display_Value устанавливается равным значению датчика, LCD дисплей обновляется значением Display_Value, также как и вся другая информация, которая может быть видна на дисплее 110. Update_Time затем устанавливается на нуль, и электронный модуль 120 управления переходит к блоку 364, концу стадии 208. Возвращаясь опять к блоку 356, если Reduced_Complexity установлена на On, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 360. В блоке 360 Display_Value сравнивается со значением датчика. Если Display_Value равно значению датчика или находится в пределах заданного Допуска значения датчика, то электронный модуль 120 управления переходит к блоку 364, концу стадии 208. Допуском является значение, установленное на стадии инициализации значения. Хотя переменной Допуска, в одном варианте осуществления, приписано единственное, неизменяемое значение, Допуск может альтернативно иметь множество различных значений, соответствующих различным значениям Допуска в зависимости от того, насколько температура окружающей среды LCD ниже Setpoint_3. Посредством изменения значения LCD дисплея только тогда, когда Sensor_Value отличается от Display_Value больше, чем на значение Допуска, некоторая точность может быть пожертвована на LCD 110. Однако LCD 110 может функционировать при более низкой температуре, так как дисплей не обновляется так часто.
Возвращаясь опять к блоку 360, если Display_Value отличается от Sensor_Value больше, чем на значение, приписанное Допуску, то Display_Value устанавливается равным Sensor_Value, и значение дисплея обновляется на LCD 110. Следует понимать, что никакие другие части дисплея, которые могут быть видны, не будут обновляться. Например, единица измерения, которая может быть нормально отображена, не будет обновлена. Update_Time затем устанавливается в исходное состояние, и электронный модуль 120 управления переходит к блоку 364, который является концом функции обновления дисплея.
Хотя варианты осуществления, показанные на фиг. 5А и 5В и описанные выше, отличаются в их подходе к управлению дисплеем, когда температура ниже Setpoint_3, следует понимать, что в другом варианте осуществления могла бы быть реализована дополнительная Setpoint, имеющая более низкую температуру, чем Setpoint_3. В таком варианте осуществления дисплей может не обновляться, пока значение датчика не отличается от Display_Value, когда температура ниже Setpoint_3. Когда температура ниже дополнительной Setpoint, однако значение Допуска предполагается и значение дисплея было бы обновлено, только когда Display_Value не находится в пределах уровня допуска значения датчика. Такой вариант осуществления ограничил бы величину времени, в которое предполагается допуск, при сравнении Display_Value и значения датчика, тем самым уменьшая вероятность того, что значение дисплея не равно в точности тому, чем является значение датчика в любой заданный момент.
Хотя данное изобретение было описано со ссылкой на несколько альтернативных вариантов осуществления, специалистам в данной области техники будет ясно, что могут быть сделаны изменения в форме и подробностях, не выходя за рамки сущности и объема изобретения.