CN102928130A

CN102928130A - 基于物联网的智能型压力变送器

Info

Publication number: CN102928130A
Application number: CN2012104764142A
Authority: CN
Inventors: 盖广洪; 邓勇生; 赵新; 高波
Original assignee: SHAANXI INSTITUTE OF ELECTRICAL APPLIANCE
Current assignee: SHAANXI INSTITUTE OF ELECTRICAL APPLIANCE
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的智能型压力变送器，包括引压连接管、感压芯体、信号调理模块和壳体，所说的信号调理模块由GPS定位单元、信号综合处理单元、A/D采集模块及信号通信单元组成。GPS定位单元用于变送器的GPS定位，标识出自己的地理位置信息；信号通信单元用于发送出变送器内部的信息，包括压力值信息、地理位置信息等内容，并且接受上位机的指令信息，存于变送器内部的存储器中；信号综合处理单元用于对压力值的采集、滤波、转换以及对通信机制的综合调度等内容；以上的所有单元都在压力变送器的壳体之内。

Description

基于物联网的智能型压力变送器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种压力变送器，特别涉及一种具有定位及信息传输等物联网功能的智能型压力变送器。

背景技术

目前在工业领域对于压力信号的采集主要是通过压力变送器进行测量的。传统的压力变送器多采用有线传输数据的方式，这样在安装使用时必须铺设信号传输电缆，一个不利因素是铺设电缆的花费比较大，不仅对于比较特殊的应用环境，比如偏远山区、沙漠地带铺设电缆不太现实，并且其后期的维护费用也比较高。近几年来，随着物联网概念的提出和工业信息化建设的发展，急需对有压力测量需求的生产现场进行远距离测控和信息网络共享，实现真正的人机互通。就此而言，研究开发出能够适合上述压力测试环境需要的基于物联网的智能型压力变送器系统无疑具有深远的意义。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构合理、成本低、信息传输灵活、安全性好、便于集中管理和监控的基于物联网的智能型压力变送器。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的基于物联网的智能型压力变送器具有一个配装在引压连接管上的壳体，壳体外带有接插件，在壳体内设有和引压连接管相连的感压芯片，其特征是在壳体内还封装有与感压芯片压力输出端联接的信号调理模块，所说信号调理模块由GPS定位单元、信号综合处理单元、A/D采集模块以及与上位机通信连接的信号通信单元组成，GPS定位单元的输出端通过串行口传输到信号综合处理单元的定位输入端，信号综合处理单元与信号通信单元通过串行口交互通信联接，信号通信单元向上位机发送变送器压力值信号和自身地理位置信息，并接受上位机发来的指令信息，A/D采集模块的输出端接至信号综合处理单元的压力采集信号输入端。实际应用中，该智能型压力变送器能够可靠地测量出相应的压力值并对自身的地理位置信息加以汇总，进而在上位机的指令下进行信号的传输。

本发明的技术解决方案还在于：所说的GPS定位单元包括GPS信息接收机和天线，GPS信息接收机的输出端通过串行口传输到信号综合处理单元的定位输入端。

本发明的技术解决方案还在于：所说的信号通信单元包括采用GPRS技术的用于发送压力值信息、经度信息及纬度信息内容的多个信号通信子单元，并且信号通信子单元中含有一张sim卡，各信号通信子单元均与信号综合处理单元通过串行口交互通信联接。

本发明的信号综合处理单元负责各个信号通信子单元的综合调度，在压力信号测量方面，该单元采用均值和滑动滤波相结合的方法来提高测量的准确性；发送到上位机的信号采用加密算法进行处理，保证发送的信息不被窃取和篡改。

与现有技术相比，本发明所述技术方案的有益效果是：

(一)、具有GPS定位功能——本发明所提供的变送器中集成了GPS定位功能，可以获取所安装位置的经度、纬度等位置信息，便于集中管理和监控；

(二)、具有无线传输功能——本发明内部集成了GPRS处理模块，可以通过无线网络的方式传输相应的信息，增加了信息传输的灵活性，减少了在地面铺设信号传输电缆的成本；

(三)、信号传输采用了加密算法——为了保证信号传输的过程信号不被窃取和篡改，本变送器采用加密传输的方式来发送和接受信号，因此具有更高的安全性。

附图说明

图1为本发明所提供智能型压力变送器的总体结构剖视示意图。

图2为本发明感压芯片的示意图。

图3为本发明信号调理模块系统组成的结构功能图。

附图中各数字标号的名称分别是：1－壳体；2－信号调理模块；3－感压芯片；4－引压连接管。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明内容做进一步地详细描述，但本发明的实际应用结构并不仅限于下述的实施例。

参见附图，本发明提出的基于物联网的的智能型压力变送器的总体结构如图1所示，它由带螺纹和密封环的引压连接管1、感压芯体2、信号调理模块3和壳体4组成。其中所述的感压芯体2采用溅射薄膜工艺制作而成，所述的信号调理模块4内含有信号定位、调理硬件电路和信号调理算法，该模块和感压芯体2最终都被封装在壳体4中，引压连接管1与管道螺纹连接。

感压芯体2采用了溅射方法制作，其制法是选用17-4PH不锈钢作为承压膜片的基础材料，经研磨和抛光之后，在其上溅射绝缘层和合金层，最后再利用光刻和刻蚀制作而成。制备完的芯体表面集成了4个电阻(R1、R2、R3、R4)，如图2所示，处于承压膜片的最大变形区，通过光刻工艺把它们组成惠斯顿电桥，进而把压力信号转化为桥路输出电压信号。

信号调理模块4的信号定位、调理硬件电路部分的系统结构如图3所示，包括GPS定位单元、信号通信单元、信号综合处理单元、A/D采集模块、显示模块(图3中没有画出)等。GPS定位单元包括GPS信息接收机和天线部分，由其提供处理的信息包括变送器所在位置的经度及纬度信息，该信息通过串行口传输到信号综合处理单元。信号通信单元采用GPRS技术，其与信号综合处理单元通过串行口交互通信联接，发送压力变送器综合信号处理单元发出的压力值、经度信息、纬度信息等内容，并且接收上位机发生过来的指令信息，存于变送器内部的存储器中，信号通信子单元中含有一张sim卡。信号综合处理单元负责各个信号通信子单元的综合调度和信号处理。在信号接收方面，该单元要通过串行口接受GPS单元的信号、通信单元信号等内容；在信号发送方面，该单元要把相应的信息发送到信号通信单元，使该信息通过GPRS发送到上位机；此外在压力信号测量方面，该单元采用均值和滑动滤波相结合的方法来提高测量的准确性。发送到上位机的信号采用加密算法进行处理，保证发送的信息不被窃取和篡改。在实现加密功能时，还要考虑到CPU的运算能力，因此采用比较简单的加密算法，即换位和置换法。A/D采集模块用于对压力信号的采集，其输出端接至信号综合处理单元的压力采集信号输入端。对采集到的压力信号，为了减小误差和提高精度，采用16点均值和滑动滤波想结合的方法来实现。

具体实施结构中，GPS定位单元中的GPS信息接收机可采用GARMIN GPS25LP模块，信号GPRS通信单元可采用深圳有方公司的M580Z模块，信号综合处理单元可采用美国TI公司的MSP430F5438，对各个模块供电可采用芯片MIC29502BU，该芯片利用不同的电阻来实现不同的供电电压。GPS25LP模块和M580Z模块与MSP430F5438的通信采用串口的形式进行，采用的芯片为MAX3221，用于采集压力信号的A/D采集模块所采用的芯片为AD公司的AD7705。

本发明实施例中的全部或部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。

Claims

1.一种基于物联网的智能型压力变送器，具有一个配装在引压连接管(4)上的壳体(1)，壳体(1)外带有接插件，在壳体(1)内设有和引压连接管相连的感压芯片(2)，其特征在于：在壳体(1)内还封装有与感压芯片(2)压力输出端联接的信号调理模块(3)，所说信号调理模块(3)由GPS定位单元、信号综合处理单元、A/D采集模块以及与上位机通信连接的信号通信单元组成，GPS定位单元的输出端通过串行口传输到信号综合处理单元的定位输入端，信号综合处理单元与信号通信单元通过串行口交互通信联接，信号通信单元向上位机发送变送器压力值信号和自身地理位置信息，并接受上位机发来的指令信息，A/D采集模块的输出端接至信号综合处理单元的压力采集信号输入端。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能型压力变送器，其特征在于：GPS定位单元包括GPS信息接收机和天线，GPS信息接收机的输出端通过串行口传输到信号综合处理单元的定位输入端。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的智能型压力变送器，其特征在于：信号通信单元包括采用GPRS技术的用于发送压力值信息、经度信息及纬度信息内容的多个信号通信子单元，各信号通信子单元均与信号综合处理单元通过串行口交互通信联接。