CN102297713A - 罐壁外贴式无线通讯液位计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了罐壁外贴式无线通讯液位计，该液位计包括三通外壳、WIAPA-M1800无线适配器、主控制器电路板、显示器、3.3V电源、探头、WIA网关，在外壳的两个较大开口处安装显示器和连接电源，在外壳内部安装WIAPA-M1800无线适配器和主控制器电路板，在外壳较小开口处安装无线天线，从主控制器电路板引线至测量探头，显示器通过插针连接至主控制器电路板。本发明利用探头发出并接收超声波信号，基于智能无线网络WIA技术体系符合IEEE802.15.4无线通信标准，主要面向设备间信息的无线通信，特别适合在恶劣的工业现场环境使用，具有很强的抗干扰能力、超低功耗、实时通信等技术特征。
Description
罐壁外贴式无线通讯液位计
技术领域
[0001] 本发明涉及液位计，具体涉及一种罐壁外贴式无线通讯液位计。 背景技术
[0002] 近年来，液位计技术有了很大发展，但对于高温、高压、密闭容器内等各种有毒物质的液位测量一直还处于空白。传统液位计在测量以上工况由于其自身的局限性，都导致无法在类似环境下正常使用，保证安全生产。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于：提供一种罐壁外贴式无线通讯液位计，在满足工业测量范围和精度要求的基础上实现低功耗，是可根据不同型号传感器实时调整参数的无线液位采集仪表，该仪表结合非线性温度补偿电路以及高精度模数转换器件，通过WIA网络从远程上位机下载扩散硅相应的计算系数准确计算出液位数据，并将数据实时上传，同时利用微控制器自身的功耗控制特性以及外围模拟开关电路，使整个仪表有较好的能耗表现。
[0004] 本发明的技术解决方案是：该液位计包括三通外壳、WIAPA-M1800无线适配器、主控制器电路板、显示器、3. 3V电源、探头、WIA网关，在外壳的两个较大开口处安装显示器和连接电源，在外壳内部安装WIAPA-M1800无线适配器和主控制器电路板，在外壳较小开口处安装无线天线，从主控制器电路板引线至测量探头，显示器通过插针连接至主控制器电路板。
[0005] 其中，WIAPA-M1800无线适配器与主控制器均使用MSP430型号单片机，二者之间通过串口进行通讯；显示器采用1¾段位的液晶玻璃材料，主控制器通过HT1621对其进行驱动。
[0006] 本发明的测量方法是：在容器外壁测量点处安装此仪表，在WIA网络覆盖范围内安装WIA网关，并通过RS232串口或以太网与上位机相连。
[0007] 工作时，上位机将测量探头对应的计算参数通过WIA网络下载到仪表，钼热电阻测量仪表所在的环境温度，由电路板的信号调理电路对传感器产生的信号进行差分信号采集、放大、去噪声处理，A/D将模拟电压信号转换为数字信号，主控制器将数字信号与下载的扩散硅计算参数得到准确的温度值，并将数据实时上传。
[0008] 本发明具有以下优点：
1、本发明体积小，重量轻，传感器可与变送器一体化，可视化好，实时性强，安装使用方便。
[0009] 2、模数转换芯片采用16位A\D，可以使分度号为P t 1 O O热电阻的非线性校正采集精度在0. 1级以上，数据处理控制器、通信控制器采用高性能超低功耗16位MSP430微处理器，结合电路板上的信号调理电路、稳压电路、抗干扰电路和开关电路，是整个仪表具有较低的功耗和较高的稳定性。
[0010] 3、本发明采用了先进的信号处理技术及高速信号处理芯片，突破了容器壁厚的影响，实现了密闭容器内液位高度的真正非接触测量，液位信号经A / D转换后输入单片机， 经严格补偿校正运算后，通过无线的方式传送至接收端。
[0011] 4、变送器基于智能无线网络WIA技术体系，使用符合中国无委会规定的自由频带，解决恶劣环境下遍布的各种大型器械、金属管道等对无线信号的反射、散射造成的多径效应，以及马达、器械运转时产生电磁噪声对无线通信的干扰，提供能够满足应用需求的高可靠、实时无线通信服务，主要面向设备间信息的无线通信，特别适合在恶劣的工业现场环境使用，具有很强的抗干扰能力、超低功耗、实时通信等技术特征。
[0012] 5、本发明的超声波探头安装于被测容器外壁的正下方(底部)，无需对被测容器开孔、安装简易，不影响生产，可实现对高温、高压密闭容器内的各种有毒物质、强酸、强碱及各种纯净液体的液位进行精确测量，对被测介质和密闭容器的材质无特殊要求，可广泛使用，满足防爆要求。
附图说明
[0013] 图1为本发明的结构示意图。
[0014] 图2为图1的控制器及其外围电路原理图。
[0015] 图3为图1的压力数据采集及温度补偿电路原理图。
[0016] 图4为图1的无线通信及功耗控制接口图。
[0017] 图5为图1的数据处理电路原理图。
[0018] 图中：1、天线，2、液晶显示屏，3、液位传感器探头，4、外壳。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术解决方案，实施例不应理解为对技术解决方案的限制。
[0020] 如图1-5所示，该液位计包括三通外壳、WIAPA-M1800无线适配器、主控制器电路板、显示器、3. 3V电源、探头、WIA网关，在外壳的两个较大开口处安装显示器和连接电源， 在外壳内部安装WIAPA-M1800无线适配器和主控制器电路板，在外壳较小开口处安装无线天线，从主控制器电路板引线至测量探头，显示器通过插针连接至主控制器电路板；其中， 具体电路连接如下：
电源：3. 3V锂电池供电，主控制器电路板中使用3. 3V转3V可控开关芯片对模拟部分和数字部分提供所需的电源，3. 3V电源由〇3、(：14、(：15、（：16丄20丄21、022、(^4滤波，3¥电源由 C1、C9、C10、C18 滤波；
16位A/D ：选用美国德州电气公司的ADS1110芯片，采用I2C形式的接口，ADSl 110的 1脚与第二运算放大器0P2的输出端连接，ADSl 110的3脚、4脚与上拉电阻R37、R38的一端相连，R7、R8的另一端以及ADSl 110的5脚与+3. 3V电源连接，ADSl 110的2脚和6脚接地；
MCU ：选用美国德州电气公司的MSP430F149芯片，晶振选用3. 6264MHz，程序下载使用标准JTAG接口，XT2IN、XT20UT与晶振连接，之间连接电阻R17，经过Cll、C12到地，MCU的 54、55、56、57脚分别与双排座JP2的1、3、5、7脚相连，MCU的12和22脚分别与JP2的2脚和6脚相连，MCU的58脚与JP2的11脚相连；压力传感器：R42、R43、R44和扩散硅组成传感器应变电桥，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，电桥的输入电压通过TL431稳至2. 5V，从电桥获取的差分信号对热电偶输出信号进行温度补偿，电桥的一个桥臂采用可调电阻R43，通过调节R43可以调整输入到运放的差分电压信号大小，通常用于调整零点；
信号调理电路：扩散硅的一端即电桥的一个平衡点与电阻R45的一端连接，R45的另一端分别与运算放大器OP的同相输入端和放大电阻R47连接，OP的反相输入端分别与电阻 R46的一端、A/D的负输入端连接，R46的另一端电桥的另一个平衡点连接，R47的另一端分别与滤波电容C42的一端、运算放大器OP的输出端、滤波电阻R40连接，R40的另一端与A/ D的正输入端连接，滤波电容C42的另一端、运算放大器的负电源端接地，运算放大器的正电源端与+3. 3V电源连接；
EEPROM存储器：选用Microchip公司的MLC64芯片，采用I2C接口，由3. 3V电源供电， 5、6号管脚通过R20、R21上拉电阻与MCU的P4. 5、P4. 6 口相连，C25用于滤波，1、2、3、4号脚接地用于指示物理地址；
显示器：选用SPI总线结构的48管脚HT1621B驱动液晶屏幕，其中SEGO〜SEG23和 COMO〜COM3共M个管脚与液晶玻璃连接，DATA管脚接上拉电阻R52的一端再与MCU的 P5. 1 口连接，CS管脚接上拉电阻R53的一端再与MCU的Pl. 5 口连接，WR管脚接上拉电阻 R54的一端再与MCU的Pl. 6 口连接，RD管脚接上拉电阻R55的一端再与MCU的Pl. 7 口连接，上拉电阻R52、R53、R54、R55的另一端与VDD连接，VDD与VLCD管脚之间连接R51可变电阻，VDD与VSS分别于主控制器电路板上的3. 3V电源和地线连接，其余管脚悬空； 无线通信：MCU的P3. 4、P3. 5 口与WIAPA-M1800无线通信模块的串口接口相连。
Claims (2)
1.罐壁外贴式无线通讯液位计，其特征在于：该液位计包括三通外壳、WIAPA-M1800无线适配器、主控制器电路板、显示器、3. 3V电源、探头、WIA网关，在外壳的两个较大开口处安装显示器和连接电源，在外壳内部安装WIAPA-M1800无线适配器和主控制器电路板，在外壳较小开口处安装无线天线，从主控制器电路板引线至测量探头，显示器通过插针连接至主控制器电路板；其中，具体电路连接如下：电源：3. 3V锂电池供电，主控制器电路板中使用3. 3V转3V可控开关芯片对模拟部分和数字部分提供所需的电源；16位A/D ：选用美国德州电气公司的ADS1110芯片，采用I2C形式的接口，由于内置1 一 8增益的低噪声可编程仪表放大器，可对来放大电路的电压信号进行放大处理并采样转化为数字信号；MCU ：选对A/D输出的数字信号进行处理，计算出温度，通过无线模块与远程PC通信，接收热电阻计算参数表，将采集到的结果上传PC以及其他实时通信，通过对工作模式的切换进行能耗控制；恒流电路：选用的扩散硅压力传感器是恒流供电型的，供电电流为1. 5mA，恒流电源采用美国国家半导体公司生产的三端可调恒流源LM334，具有1〜40V宽的动态电压范围，恒流源的建立只需一只外接电阻，是无需独立电源供电的真正悬浮恒流源；由于LM334的输出电流具有与绝对温度成正比的敏感特性，只有在温度恒定时电流才恒定，因此需要进行补偿，只要在基本电路中再增加一只电阻和一只二极管，就可以构成抵消LM334温度漂移的零温度系数恒流源；信号调理电路：对扩散硅采集的信号进行放大、滤波；EEPROM存储器：由于不同的热电阻在计算时对应不同的计算参数，故使用64K的 EEPROM存储各种常用热电阻的计算参数；显示器：显示传感器探头所在环境下的压力，测量精度0. ore ；无线通信：采集的数据通过串口发送到WIAPA-M1800无线通信模块，再接入 WIAPA-GW1498无线网关，在远程PC上对数据进行显示，同时在系统初次使用时由PC将对应于每个传感器探头的分度表经该无线模块传送至MCU，保存在外部存储器中。
2.根据权利要求1所述的罐壁外贴式无线通讯液位计，其特征在于硬件连接与工作方式如下：电源：3. 3V锂电池供电，主控制器电路板中使用3. 3V转3V可控开关芯片对模拟部分和数字部分提供所需的电源，3. 3V电源由〇3、（：14、(：15、(：16、020丄21丄22、（^4滤波，3¥电源由 C1、C9、C10、C18 滤波；16位A/D:选用美国德州电气公司的ADS1110芯片，采用I2C形式的接口，ADS1110的1 脚与第二运算放大器0P2的输出端连接，ADSl 110的3脚、4脚与上拉电阻R37、R38的一端相连，R7、R8的另一端以及ADSl 110的5脚与+3. 3V电源连接，DSlllO的2脚和6脚接地； MCU ：选用美国德州电气公司的MSP430F149芯片，晶振选用3. 6264MHz，程序下载使用标准JTAG接口，XT2IN、XT20UT与晶振连接，之间连接电阻R17，经过C11、C12到地，MCU 的54、55、56、57脚分别与双排座JP2的1、3、5、7脚相连，MCU的12和22脚分别与JP2的2 脚和6脚相连，MCU的58脚与JP2的11脚相连；信号调理电路：压力传感器一端即电桥的一个平衡点与电阻R45的一端连接，R45的另一端分别与运算放大器OP的同相输入端和放大电阻R47连接，OP的反相输入端分别与电阻R46的一端、A/D的负输入端连接，R46的另一端电桥的另一个平衡点连接，R47的另一端分别与滤波电容C42的一端、运算放大器OP的输出端、滤波电阻R40连接，R40的另一端与 A/D的正输入端连接，滤波电容C42的另一端、运算放大器的负电源端接地，运算放大器的正电源端与+3. 3V电源连接；EEPROM存储器：选用Microchip公司的MLC64芯片，采用I2C接口，由3. 3V电源供电， 5、6号管脚通过R20、R21上拉电阻与MCU的P4. 5、P4. 6 口相连，C25用于滤波，1、2、3、4号脚接地用于指示物理地址；显示器：选用SPI总线结构的48管脚HT1621B驱动液晶屏幕，其中SEGO〜SEG23和 COMO〜COM3共M个管脚与液晶玻璃连接，DATA管脚接上拉电阻R52的一端再与MCU的 P5. 1 口连接，CS管脚接上拉电阻R53的一端再与MCU的Pl. 5 口连接，WR管脚接上拉电阻 R54的一端再与MCU的Pl. 6 口连接，RD管脚接上拉电阻R55的一端再与MCU的Pl. 7 口连接，上拉电阻R52、R53、R54、R55的另一端与VDD连接，VDD与VLCD管脚之间连接R51可变电阻，VDD与VSS分别于主控制器电路板上的3. 3V电源和地线连接，其余管脚悬空； 无线通信：MCU的P3. 4、P3. 5 口与WIAPA-M1800无线通信模块的串口接口相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111228 |