CN102175290A

CN102175290A - 基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统及传输方法

Info

Publication number: CN102175290A
Application number: CN 201110005567
Authority: CN
Inventors: 赵军; 苏嵘
Original assignee: SHANGHAI KANGHUI COMMUNICATION INFORMATION NETWORK CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI KANGHUI COMMUNICATION INFORMATION NETWORK CO Ltd
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: CN102175290B

Abstract

本发明公开一种基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统及传输方法，该系统包括内含磁力传感器的流量传感器、光耦电路和微控制器；所述流量传感器通过所述光耦电路与微控制器相连。所述的传输方法为：将通过该数据采集系统的微控制器所计算得出的流体的流量值，通过有线方式与所述微控制器相连，利用串行接口或CAN接口连接车载GPS终端，然后通过通讯协议实现数据的传递。利用该数据采集系统，通过微控制器将实际累计的脉冲数乘以转子的容积，计算出实际通过该流量传感器的流体的流量值；采用该光耦电路中的将上拉电阻和光耦配合使用的电路结构，能够有效减少电磁干扰，保证了对流体的流量的测量精度。

Description

基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统及传输方法

技术领域

本发明涉及汽车信息化技术领域，尤其涉及一种基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统及传输方法。

背景技术

随着以计算机技术、卫星定位和网络技术为基础的汽车信息系统技术日益发展，信息网络汽车呼之欲出。智能网络汽车不仅仅是一种交通工具，而且能成为办公、通讯、娱乐的场所。它综合现有的硬件与软件技术，包括卫星全球定位、无线通信、网络访问、语音识别、平面显示、夜视技术、人工神经网络和智能技术等。主要的功能有远程诊断与车辆控制功能、移动办公功能、汽车网址功能、道路导航功能等。

依照上述功能，信息网络汽车的系统主要由两部分组成，一部分是车辆本身的内部网络系统，它由车载网络计算机控制，通过数据总线连接无数个子网，控制发动机及其他总成、平面显视与仪表盘显示器、中控门锁、无线电话等，各个子网都具有不同的时钟速度和各自的功能。另一部分则是车辆外部的联网系统，包括全球定位系统(GPS)监测中心、互联网及区域网服务商、车辆服务中心、单位或家庭电脑等。

申请号为CN201020275376.0，名称为“车辆数据采集终端”的实用新型专利公开了一种能够通过主控模块实时采集、存储车辆运转过程中的诸如位置信息、发动机运转、车辆加速度变化、车辆转向、车窗门禁、照明灯、空调等的变化或控制信息，并可通过GPRS无线通信模块发送出去，为车辆提供全程跟踪等服务，达到提高车辆的安全系数和有利于车辆故障/车祸后的事故重建等目的。但该车辆数据采集终端，还不具备对构成车辆动力系统的发动机(引擎)的油耗、燃油流量等信息进行实时采集的功能。而申请号为CN201020504169.8，名称为“流量传感器”的实用新型专利申请，则公开了一种对小流量的液体流量进行测量、并能实现液-电转换的旋转活塞式流量传感器，适用于对内燃机供油系统的燃油流量等指标进行测量的应用场合，但其流量计量结果只能显示在本地。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统及传输方法，通过接收所述传感器的开/关量信号，再将其转化为脉冲计数信号，进而测得流经所述传感器的液体流量等数据；并可以将相应的测量结果通过车辆数据采集终端或通过其他通讯方式发送出去。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统，包括内含磁力传感器的流量传感器，该数据采集系统还包括光耦电路和微控制器；所述流量传感器通过所述光耦电路与微控制器相连；其中，

所述流量传感器，用于进行流体流量的测量；

所述光耦电路，用于接收所述流量传感器中的继电器开、关信号，并将继电器的开关信号转换为高、低电平信号传送给所述微控制器；所述光耦电路进一步包括电阻R1、电阻R2和光电耦合器；所述磁力传感器的一接头与所述光电耦合器内部发光二极管的阴极端相连，所述发光二极管的阳极端则通过电阻R1与电源正极相接；所述磁力传感器的另一接头与该光电耦合器内部三极管的发射极端相接，并接地；该三极管集电极端则通过电阻R2与电源正极相接，且该三极管集电极端直接与微控制器的输入输出接口相连；

所述微控制器，用于对所述光耦电路产生的脉冲信号计数，以及计算通过所述流量传感器的流体的流量值。

这里，所述微控制器利用实际累计的脉冲数乘以转子的容积，计算出实际通过该流量传感器的流体的流量值。

一种基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统的数据传输方法，通过所述的光耦电路连接流量传感器和微控制器，然后将通过该数据采集系统的微控制器所计算得出的流体的流量值，通过所述微控制器的通信接口，并利用串行接口或通过CAN接口连接车载GPS终端，最后采用相应的通讯协议将数据传送出去。

其中，所述串行接口包括UART转RS232C接口和USB接口。

一种基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统的数据传输方法，通过所述的光耦电路连接流量传感器和微控制器，然后将通过该数据采集系统的微控制器所计算得出的流体的流量值，利用所述微控制器的通信接口连接无线局域网模块或广域网模块进行通信，从而实现数据的传送。

其中，所述无线局域网模块，包括Zigbee芯片、Wi-Fi和WLAN芯片。

所述广域网通讯模块，包括GPRS、CDMA1X、CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA通讯模块。

一种数据采集系统的安装方法，所述数据采集系统安装于车辆主油箱和中间油箱的供油管路之间；或将所述数据采集系统于车辆供油管路和回油管路上各安装一个。

一种数据采集系统的流量计，该流量计包含两套所述数据采集系统，其测量电路和通讯电路设置于所述两套数据采集系统之间的不锈钢环内。

本发明所提供的基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统及传输方法，具有以下优点：

利用该数据采集系统提供的电路，通过微控制器将实际累计的脉冲数乘以转子的容积，即可计算出实际通过该流量传感器的流体的流量值。并且，由于该电路结构中采用的光耦电路，通过这种将上拉电阻和光耦配合使用的电路结构，能够有效减少电磁干扰，保证了对流体的流量的测量精度。

附图说明

图1为现有旋转活塞式流量传感器的结构示意图；

图2为本发明的数据采集系统的工作原理示意图；

图2a为本发明数据采集系统的光耦(TLP)输出脉冲信号波形图；

图3为图2所示数据采集系统的数据传输方式之一；

图4为图2所示数据采集系统的数据传输方式之二；

图5为图2所示数据采集系统的数据传输方式之三；

图6为图2所示数据采集系统的数据传输方式之四；

图7为图2所示数据采集系统的数据传输方式之五；

图8为图2所示数据采集系统的数据传输方式之六；

图9为本发明数据采集系统在车辆上的安装方式之一；

图10为本发明数据采集系统在车辆上的安装方式之二；

图10a为图10所示安装方式的流量测量方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。

图1为现有旋转活塞式流量传感器的结构示意图，如图1所示，该旋转活塞式流量传感器由圆桶状的本体(中心设置有圆柱状的固定轴、挡板)、圆桶状的转子、感应器等部件组成。该流量传感器是利用定容积原理进行流体流量测量的，通过被测液体的流动，密封的环形腔室容积在压力差作用下交替变换，并带动转子做摆线运动，磁偶极组将转子的规律摆动转换为圆周运动，磁力传感器磁力传感器(图中圆角矩形框所示)在非接触式的感应中产生了闭合和断开的开关量信号。所述磁力传感器内部的核心部件叫干簧管，流量传感器内部转子的转动通过磁偶极组转换为线性上下摆动，从而使干簧管内的继电器闭合和断开。

图2为本发明的数据采集系统的工作原理示意图，如图2所示，该数据采集系统包括电源(V+)、磁力传感器(MR)、光耦电路和微控制器(MCU)；所述流量传感器通过所述光耦电路与微控制器相连。所述流量传感器，用于进行流体流量的测量；所述光耦电路，用于接收所述流量传感器中的继电器开、关信号，并传送给所述微控制器；所述微控制器，用于对所述光耦电路产生的脉冲信号计数，以及计算所述通过流量传感器的流体的流量值。

其中，所述磁力传感器内部包含有继电器；所述光耦电路进一步包括电阻R1、电阻R2和光电耦合器(TLP)。

所述磁力传感器的一接头与所述光电耦合器内部发光二极管的阴极端相连，所述发光二极管的阳极端则通过电阻R1与电源(V+)相接。所述磁力传感器的另一接头与该光电耦合器内部三极管的发射极端相接，并接地(GND)；该三极管集电极端则通过电阻R2与电源(V+)相接，且该三极管集电极端直接与微控制器(MCU)的输入输出(I/O)接口相连。

如图2所示，当图中流量计内部的转子转动一周，则磁力传感器内部的继电器闭合一次，从而导通所述光耦电路的左侧电路，有电流I_F从电源的正极流过R1和TLP的左侧的发光二极管到电源的负极，此时光耦导通；右侧电路(即含电阻R2、MCU和三极管)则会产生低电平信号输入微控制器(MCU)的I/O接口。当磁力传感器(MR)内部的继电器断开时，则左侧电路断开，即光耦不导通，此时微控制器(MCU)的I/O接口输入的是高电平信号，这样就完成了一个脉冲信号的计数。实际电路产生的脉冲信号波形，如图2a所示。

采用上述数据采集系统的电路，能够利用实际累计的脉冲数乘以转子的容积，即可计算出实际通过该流量传感器的流体的流量值。

下面介绍该数据采集系统的各种数据传输方式：

图3为图2所示数据采集系统的数据传输方式之一，如图3所示，现在绝大多数的车载GPS终端都有相应的输入输出(I/O)接口，我们可以按图3的接法和车载GPS终端相连，这种通过光耦接入车载GPS终端的好处是可以抗干扰，车辆本身就是一个复杂的电磁环境，各种电磁信号交织在一起，给车载的各种电子设备引入大量的电磁干扰，所以为了避免这些电磁干扰带来的扰动，采用这种将上拉电阻和光耦配合使用的电路结构，能够有效减少电磁干扰。

图4、图5和图6分别为图2所示数据采集系统的另外几种有线数据传输方式。现有的微控制器(MCU)通常都提供相应的通信接口，如UART接口、USB接口或CAN控制器接口。如果车载GPS终端不提供I/O接口，或者I/O接口被其他设备占用，则可通过下列三种方案来解决：

(1)如图4所示，现在的MCU标配都有UART接口，只需要外接一个UART转RS232C电平的接口芯片，就可以通过RS232C接口和绝大多数的车载GPS终端相连，然后双方确定一个通讯协议，就可以实现数据的传送；

(2)如图5所示，通过MCU自带的USB接口和车载GPS终端相连，然后双方确定一个通讯协议，就可以实现数据的传送；

(3)如图6所示，通过MCU自带的CAN控制器，外接一个CAN的收发器，就可以接在车载GPS终端的CAN总线上，双方确定一个通讯协议，就可以实现数据的传送。

图7和图8分别为图2所示数据采集系统的两种无线数据传输方式，如图所示，所述的无线数据传输方式，通过与所述数据采集系统的微控制器相连的无线通信接口连接无线局域网或广域网，将该微控制器计算得出的流体的流量值传送出去。上述无线数据传输方式，主要面向一些车辆无车载GPS终端设备，但需要定期统计车辆油耗的客户。具体为：

(1)局域组网方式，每个流量计都外接一个无线局域网模块(如Zigbee芯片、Wi-Fi、WLAN)，这样只需要个人终端(如台式机、笔记本电脑、)集成或外接上述三种无线无线局域网模块，即可对一定范围内的车辆的油耗进行集中记录，如图7所示。

(2)广域组网方式，对一些车辆无法在规定的时间内无法集中，而又需要记录车辆油耗，我们采用广域网芯片(如GPRS/CDMA1X/CDMA2000/WCDMA/TD-SCDMA)等广域无线通讯模块，实时的向后台服务器或个人终端传送数据，如图8所示。

图9为本发明数据采集系统在车辆上的安装方式之一，如图9所示，在一些动力系统中，引擎的多余燃油被传送至一个带有散热器的中间油箱中，而不是回送至主油箱中。因此我们应当在主油箱至中间油箱的供油管路上进行流量测量。而流量传感器的负载和测量结果正好是引擎的油耗，因此，采用图2所示的一套数据采集系统即可完成流量的测量。

图10为本发明数据采集系统在车辆上的安装方式之二，如图10所示，在一些动力系统中，引擎的多余燃油被回送至主油箱中，因此在主油箱与引擎之间形成了一个回路。这种情况，需要在供油管路与回油管路上各安装一个流量传感器。引擎的油耗是供油流量与回油流量的差值。而流量传感器的负载分别取决于供油与回油的流量大小，如图10a所示，需要采用2套数据采集系统，将各自测得的回油流量相减，即可得到实际消耗的燃油的流量。

针对图10a的测量方式，还可单独设计一款流量计产品，将测量电路和通讯传递电路放在中间的不锈钢环内。这种结构安装方便、紧凑，除了能保护流量计顶部的磁力传感器和电路不受外界应力的损坏外，还具有防止电磁干扰的功能。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统，包括内含磁力传感器的流量传感器，其特征在于，该数据采集系统还包括光耦电路和微控制器；所述流量传感器通过所述光耦电路与微控制器相连；其中，

所述流量传感器，用于进行流体流量的测量；

所述光耦电路，用于接收所述流量传感器中的继电器开、关信号，并将继电器的开关信号转换为高、低电平信号传送给所述微控制器；所述光耦电路包括电阻R1、电阻R2和光电耦合器；所述磁力传感器的一接头与所述光电耦合器内部发光二极管的阴极端相连，所述发光二极管的阳极端则通过电阻R1与电源正极相接；所述磁力传感器的另一接头与该光电耦合器内部三极管的发射极端相接，并接地；该三极管集电极端则通过电阻R2与电源正极相接，且该三极管集电极端直接与微控制器的输入输出接口相连；以及

2.根据权利要求1所述的基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统，其特征在于，所述微控制器利用实际累计的脉冲数乘以转子的容积，计算出实际通过该流量传感器的流体的流量值。

3.一种基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统的数据传输方法，其特征在于，通过权利要求1所述的光耦电路连接流量传感器和微控制器，然后将通过该数据采集系统的微控制器所计算得出的流体的流量值，通过所述微控制器的通信接口，并利用串行接口或通过CAN接口连接车载GPS终端，最后采用相应的通讯协议将数据传送出去。

4.根据权利要求3所述的基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统的数据传输方法，其特征在于，所述串行接口包括UART转RS232C接口和USB接口。

5.一种基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统的数据传输方法，其特征在于，通过权利要求1所述的光耦电路连接流量传感器和微控制器，然后将通过该数据采集系统的微控制器所计算得出的流体的流量值，利用所述微控制器的通信接口连接无线局域网模块或广域网模块进行通信，从而实现数据的传送。

6.根据权利要求5所述的基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统的数据传输方法，其特征在于，所述无线局域网模块，包括Zigbee芯片、Wi-Fi和WLAN芯片。

7.根据权利要求5所述的基于旋转活塞式流量传感器的数据采集系统的数据传输方法，其特征在于，所述广域网通讯模块，包括GPRS、CDMA1X、CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA通讯模块。

8.一种权利要求1所述数据采集系统的安装方法，其特征在于，所述数据采集系统安装于车辆主油箱和中间油箱的供油管路之间；或将所述数据采集系统于车辆供油管路和回油管路上各安装一个。

9.一种采用权利要求1所述数据采集系统的流量计，其特征在于，该流量计包含两套所述数据采集系统，其测量电路和通讯电路设置于所述两套数据采集系统之间的不锈钢环内。