CN202158923U - 低功耗管道水压智能监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低功耗管道水压智能监测仪，该监测仪包括信号采集模块、核心控制模块、液晶显示模块、时钟模块、通信接口模块、信号存储模块，信号采集模块、液晶显示模块、时钟模块、信号存储模块均分别与核心控制模块连接，核心控制模块通过通信接口模块与外部上位机相连，信号采集模块通过三通连接到水管接口处。本实用新型具有集成度高、结构简单、能耗低的优点。

Description

低功耗管道水压智能监测仪

技术领域

本实用新型涉及管道监测系统设计领域，特别涉及一种低功耗管道水压智能监测仪。

背景技术

目前，输水管道遍布城市农村，与人们的生活息息相关。如果因各种原因导致管道水压异常或破裂都将导致水资源浪费，从而直接影响到附近居民的正常生活。因此有必要密切监测各地输水管道水压数据，及时发现和处理各种水压异常问题。

水压监测装置是专门对管道或压力容器进行压力监测的电子数据记录装置。它集传感器、智能仪表于一体，能够按照设定的时间间隔采集、记录压力数据。压力数据可通过现场数码管或液晶屏显示，也可通过通信接口上传到计算机，配合上位机管理软件，对数据进行统计、分析。水压传感器是水压检测装置中的检测器件，能感受到被测量点处的水压信息，并能将得到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动化检测和控制的首要环节。

现有管道水压监测装置都具备全天候自动定时观测和记录水压的功能，不过这些装置往往采用独立A/D转换模块与控制单元组合应用，系统集成度不高，电路结构较复杂，而且系统始终处于常规工作模式，能耗相对较高。因此，需要提供一种集成度高且能耗低的管道水压监测装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种低功耗管道水压智能监测仪，其具有能量损失小、使用寿命长、智能化程度高、结构简单、易于实现等诸多优点。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：低功耗管道水压智能监测仪，包括：

信号采集模块，用于采集水压信息，并将信息传递到核心控制模块；

核心控制模块，用于对信号采集模块传递的信息进行处理，将结果传递到液晶显示模块显示，同时将结果发送到信号存储模块，并且与上位机进行数据交互；

液晶显示模块，用于实时显示当前时间和核心控制模块传送的水压数据；

时钟模块，用于为核心控制模块提供准确的时间，以及根据时间中断唤醒核心控制模块开始工作；

通信接口模块，用于核心控制模块和上位机之间的通信；

信号存储模块，用于保存当前时钟模块的显示时间和当前水压数据；

上述各模块中，信号采集模块、液晶显示模块、时钟模块、信号存储模块均分别与核心控制模块连接，核心控制模块通过通信接口模块与外部上位机相连，信号采集模块通过三通连接到水管接口处。

所述核心控制模块具体为STC12C5A08AD单片机。该单片机中包括8KFlash ROM，1028字节片内RAM，8路高速10位A/D转换接口，内部集成MAX810专用复位电路，4个16位定时/计数器，32个I/O接口等，集成度高。

所述信号采集模块具体为水压传感器，水压传感器的信号线通过核心控制模块内部的A/D转换接口与核心控制模块相连，由9V层叠电池单独供电。

所述液晶显示模块具体为YJD12832A液晶显示模组，液晶显示模组的数据线、控制线均通过核心控制模块的I/O接口与核心控制模块相连。

所述时钟模块具体为内含I2C总线接口功能的时钟芯片，该芯片通过核心控制模块外部中断口与核心控制模块相连，以便于中断唤醒单片机。

为更好的实现本实用新型的目的，所述时钟模块中含有纽扣电池，以便在断电期间，通过纽扣电池来维持工作。

所述信号存储模块具体为AT24C256芯片，该芯片内含32K字节的EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)，该芯片具有串行总线接口。

所述通信接口模块具体为MAX232及其相关电路，用于实现TTL与RS-232C两种规格电平转换，便于单片机与PC机实现信息交互。

基于上述装置的低功耗管道水压智能监测方法为：初次使用时，核心控制模块初始化所有接口、初始化时钟模块和信号存储模块，并控制液晶显示模块显示初始化信息，待确认初始化完成后开始采集水压数据；核心控制模块根据时钟模块设定的时间有工作和POWER DOWN两种状态，当时钟模块设定的时间到时，核心控制模块进入工作状态，控制信号采集模块采集信号，对信号进行处理，读取时钟模块中当前时间，将相关数据保存到信号存储模块，在液晶显示模块上显示相关数据，待上述操作完成后自动进入POWER DOWN状态，等待下次唤醒。

更进一步的，所述在单片机处于POWER DOWN模式时，通过上位机串口发送指令唤醒单片机。采用这种方式，可以在需要时随时获得当前水管中的水压数据，而无需等到设定的时间到了才开始采集。

作为优选方案，核心控制模块通过控制信号采集模块供电回路的导通和断开来控制信号的采集，具体是在核心控制模块处于POWER DOWN状态时，供电回路断开，信号采集模块不得电，不进行采集；在核心控制模块处于工作状态时，供电回路导通，信号采集模块得电，进行采集。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型中核心控制单元是采用带快速A/D转换接口的单片机，因此不必再增加外围电路扩展A/D转换模块，系统集成度更高，电路结构更简单，整体抗干扰性更强。

2、由于在实际应用中管道水压监测数据并不需要实时的检测、传递，因此本实用新型装置采用的单片机具有POWER DOWN模式，即可根据应用需求设定数据采集时间间隔，这样在不需要采集的时间里单片机即可进入POWERDOWN模式，使系统整体工作电流为μA级，只在定时时间到或者需要上传数据时中断唤醒系统从而进入常规工作模式，常规工作模式下整体工作电流在mA级。采集上传数据的时间要远远小于单片机待机的时间，因此大部分时间系统都处于节能模式，从而大大降低了系统能耗。采用本实用新型既符合当前节能减排的总体趋势，也使得该装置相比同类产品更适用于利用电池供电、无人值守的环境。

3、本实用新型中配置了大容量的信号存储模块，能将采集的水压和时间数据长期保存在本地，即使掉电也不会丢失，便于周期性上传给PC机作整体分析处理。

附图说明

图1是本实用新型装置的结构示意图；

图2是本实用新型装置应用时的控制流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，低功耗管道水压智能监测仪，包括：信号采集模块，用于采集水压信息，并将信息传递到核心控制模块；核心控制模块，用于对信号采集模块传递的信息进行处理，将结果传递到液晶显示模块显示，同时将结果发送到信号存储模块，并且与上位机进行数据交互；液晶显示模块，用于实时显示当前时间和核心控制模块传送的水压数据；时钟模块，用于为核心控制模块提供准确的时间，以及根据时间中断唤醒核心控制模块开始工作；通信接口模块，用于核心控制模块和上位机之间的通信；信号存储模块，用于保存当前时钟模块的显示时间和当前水压数据；上述各模块中，信号采集模块、液晶显示模块、时钟模块、信号存储模块均分别与核心控制模块连接，核心控制模块通过通信接口模块与外部上位机相连，信号采集模块通过三通连接到水管接口处。

本实施例中，核心控制模块采用STC12C5A08AD单片机，内部资源包括8KFlash ROM，1028字节片内RAM，8路高速10位A/D转换接口，内部集成MAX810专用复位电路，4个16位定时/计数器，32个I/O口等。

液晶显示模块具体为YJD12832A液晶显示模组，液晶显示模组的数据线、控制线均通过核心控制模块的I/O接口与核心控制模块相连，用于显示水压数据和当前时间。

所述信号采集模块具体为水压传感器，水压传感器量程0～150MPa，输出信号选择1～5V模拟信号，负载电阻大于50KΩ，工作电压9V。水压传感器信号线与单片机内部A/D转换接口相连，由单片机控制水压采集及数据转换过程。水压传感器由9V层叠电池单独供电，为降低功耗提升电池使用寿命，水压传感器供电回路的导通与断开受单片机控制。节能模式时单片机进入POWERDOWN模式，三极管截止，水压传感器不得电；常规工作模式时，单片机控制三极管导通，水压传感器得电。

所述信号存储模块具体采用ATMEL公司的24C256芯片，该芯片内含32K字节的EEPROM，支持100万次的重复擦写，数据保存长达40年，具有串行总线接口，优化设计适于低电压低功耗应用场合。

所述时钟模块具体选用PHILIPS公司的PCF8563，它是一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片，典型工作电流为0.25μA。PCF8563具有多种报警功能、定时器功能以及中断输出功能，可用于完成各种复杂定时服务，还可为单片机提供看门狗功能。时钟芯片的信号线与单片机的外部中断输入口相连，预设的定时时间到，则发出信号唤醒单片机从节能的POWER DOWN模式进入常规工作模式。

所述通信接口模块具体为MAX232及其相关电路，用于实现TTL与RS-232C两种规格电平转换，便于单片机与PC机实现信息交互。

如图2所示，基于上述装置的低功耗管道水压智能监测方法为：初次使用时，核心控制模块初始化所有接口、初始化时钟模块和信号存储模块，并控制液晶显示模块显示初始化信息，待确认初始化完成后开始采集水压数据。

核心控制模块根据时钟模块设定的时间有工作和POWER DOWN两种状态，在本实施例所示流程图中，核心控制模块包括两种唤醒机制，一种是时钟模块设定的时间到，即定时中断唤醒，核心控制模块进入工作状态，控制信号采集模块采集信号，对信号进行处理，读取时钟模块中当前时间，将相关数据保存到信号存储模块，在液晶显示模块上显示相关数据，待上述操作完成后自动进入POWER DOWN状态，等待下次唤醒；另一种是判断此次中断是否是串口通信中断，是的话就根据通信协议执行相关操作，例如，判断是上传数据指令，则将所有历史数据上传；是清除记录指令，则将存储芯片中历史数据全部清除；是校准时钟指令，则接收来自PC机的时间数据，刷新时钟芯片。通信完毕或通信超时单片机自动进入POWER DOWN模式，等待下次唤醒。

单片机处于POWER DOWN模式时，典型工作电流＜0.1μA，PCF8563典型工作电流为0.25μA，系统整体工作电流不超过10μA。系统常规工作电流不超过20mA。设定时钟芯片10分钟唤醒一次单片机进行水压采集和数据存储，包含等待系统稳定和单片机处理数据时间可控制在6秒以内。如采用4节700MAH的5号电池为单片机电路板供电，9V层叠电池为水压传感器单独供电，本实用新型装置可工作时间长达140天。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.低功耗管道水压智能监测仪，其特征在于，包括：

信号采集模块，用于采集水压信息，并将信息传递到核心控制模块；

核心控制模块，用于对信号采集模块传递的信息进行处理，将结果传递到液晶显示模块显示，同时将结果发送到信号存储模块，并且与上位机进行数据交互；

液晶显示模块，用于实时显示当前时间和核心控制模块传送的水压数据；

时钟模块，用于为核心控制模块提供准确的时间，以及根据时间中断唤醒核心控制模块开始工作；

通信接口模块，用于核心控制模块和上位机之间的通信；

信号存储模块，用于保存当前时钟模块的显示时间和当前水压数据；

上述各模块中，信号采集模块、液晶显示模块、时钟模块、信号存储模块均分别与核心控制模块连接，核心控制模块通过通信接口模块与外部上位机相连，信号采集模块通过三通连接到水管接口处。

2.根据权利要求1所述的低功耗管道水压智能监测仪，其特征在于，所述核心控制模块具体为STC12C5A08AD单片机。

3.根据权利要求1所述的低功耗管道水压智能监测仪，其特征在于，所述信号采集模块具体为水压传感器，水压传感器的信号线通过核心控制模块内部的A/D转换接口与核心控制模块相连，由9V层叠电池单独供电。

4.根据权利要求1所述的低功耗管道水压智能监测仪，其特征在于，所述液晶显示模块具体为YJD12832A液晶显示模组，液晶显示模组的数据线、控制线均通过核心控制模块的I/O接口与核心控制模块相连。

5.根据权利要求1所述的低功耗管道水压智能监测仪，其特征在于，所述时钟模块具体为内含12C总线接口功能的时钟芯片，该芯片通过核心控制模块外部中断口与核心控制模块相连。

6.根据权利要求5所述的低功耗管道水压智能监测仪，其特征在于，所述时钟模块包含纽扣电池，系统断电时，时钟芯片依靠纽扣电池供电保持工作状态。

7.根据权利要求1所述的低功耗管道水压智能监测仪，其特征在于，所述信号存储模块具体为AT24C256芯片，该芯片内含32K字节的EEPROM，该芯片具有串行总线接口。

8.根据权利要求1所述的低功耗管道水压智能监测仪，其特征在于，所述通信接口模块具体为MAX232及其相关电路，用于实现TTL与RS-232C两种规格电平转换。