CN203274990U - 一种太阳能微功耗无线载荷变送器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种太阳能微功耗无线载荷变送器，包括电源控制模块，与电源控制模块相连接的太阳能电池板和锂电池，连接电源控制模块并与系统控制处理中心双相连接，且分别向载荷信号调理模块、载荷传感器模块、系统控制处理中心、低功耗无线通信模块、加速度信号调理模块和加速度传感器模块提供电源的低功耗精密电源管理模块。所述低功耗无线通信模块和系统控制处理中心双相连接。本实用新型采用无线数据传输方式，无电缆，易于密封，解决了因电缆造成的影响修井作业，电缆容易折断、设备可靠性差，接口容易进水等问题；采用太阳能供电，可靠持久。精密电源管理技术，关闭不用的模块以节能；允许多组设备近距离同时工作而不会产生干扰。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种工业无线载荷变送器，特别是一种太阳能微功耗无线载荷变送器。
背景技术
目前在石油采油中，抽油机井功图测量普遍采用有线载荷变送器，其使用直流电源，电源通过电缆与变送器相连而向变送器供电，载荷信号通过电缆传送到测量仪器。但是，该种设备主要存在以下问题:
(1)电缆随变送器一同拉伸到悬绳器，影响正常修井作业;
(2)电缆因外力的作用很容易折断;
(3)电缆易老化;
(4)接头处易进水;
(5)有线载荷变送器采用模拟校准技术，校准精度受人为因素影响大，从而影响实际测量精度。(6)不能实现数据的高密度采集，否则需要频繁的更换设备电池，维护工作量大，成本较高。
现有许多应用的载荷变送器之间以及载荷变送器与总载荷信号收集的主机之间都通过载荷信号线缆连接，通过有线连接的方式来传送载荷信号数据，但这种通过载荷信号连接的方式存在电缆易断裂、易进水，施工、布线和维修较为麻烦和不便，载荷变送器本身的安装也相应比较繁琐。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种太阳能微功耗无线载荷变送器所存在的电缆易折断、设备可靠性差、接口容易进水等问题的微功耗无线载荷变送器。
本实用新型所采用的技术方案是：一种太阳能微功耗无线载荷变送器，包括电源控制模块，与电源控制模块相连接的太阳能电池板和锂电池，连接电源控制模块并与系统控制处理中心双相连接，且分别向载荷信号调理模块、载荷传感器模块、系统控制处理中心、低功耗无线通信模块、加速度信号调理模块和加速度传感器模块提供电源的低功耗精密电源管理模块，所述低功耗无线通信模块和系统控制处理中心双相连接，所述加速度信号调理模块单向连接系统控制处理中心，所述载荷传感器模块采用可变放大增益的差分输入AD。
进一步，所述锂电池为可反复充电式锂电池组。
进一步，低功耗精密电源管理模块包括充电控制芯片U16，U16管脚1连接电阻R17，U16管脚2连接外部电阻VISET，U16管脚4连接太阳能电池板输入端，U16管脚5连接锂电池。
进一步，系统控制处理中心的控制电路包括单片机U5，单片机U5的脚17、37、64、86接电源Vcc；脚96通过上电复位电路连接电源Vcc；脚52通过电阻R2与发光二极管L1的串联接电源Vcc；脚7、25、26为外部设备电源控制电路；脚13与脚14通过晶体振荡器U15相互连接;脚9和脚98接信号调理电路；脚91-脚96接调试接口J3。
进一步，所述低功耗无线通信模块包括无线通信电路U2，无线通信电路U2的脚1、2、3、6、8、10、11、12、13均通过板级引线和控制电路的CPU相连接，脚4、17接电源Vcc，脚4还通过电容C15接数字地；脚5、9、16、18、22、24、26-30接数字地；脚31通过电容C3接数字地；脚25接电源Vcc，还通过电容C1与电容C2的并联接数字地；脚23通过电阻R4接数字地；脚20、21通过电容C10与电感L1的并联相互连接，脚20还通过申感L3与电容C14的串联接数字地，并通过电容C12接数字地；脚21通过电感L1与电容C11的串联接天线插座J2的脚1，并通过电容C10接数字地；天线插座J2脚2接地，无线通信电路U2的脚19通过电容C17接地；脚14、15接晶体振荡器U14的两个端点，晶体振荡器U14的此两个端点还通过电阻R7相连，以及还分别通过电容C18、C19接数字地，晶体振荡器U14的另两个端点接数字地。
本实用新型的一种光伏供电无线载荷变送器具有如下效果:
(1)太阳能电池板采用多晶硅材质，5.5V/120mA输出。
(2)蓄电池：锂电池组，3.7V2200mAh
(3)具有蓄电池反接保护功能；
(4)具有太阳能电池反接保护功能；
(5)具有负载过流及短路保护功能；
(6)具有蓄电池过充过放电保护功能；
(7)具有供电和用电同时使用功能；
(8)采用在线电池电量监测技术。可以实时监测电池电量，电量过低自动报警。
(9)采用无线数据传输方式，去掉连接电缆，解决了因电缆造成的影响修井作业，电缆容易折断、设备可靠性差，接口容易进水等问题;
(10)采用数字校准技术，去掉可调器件，提高设备测量精度和设备的可靠性;
(11)采用微功耗编程技术。为进一步延长电池使用寿命，尽量使设备处于低功耗状态。
(12)采用精确电源管理技术,关闭不用的模块以节能。
(13)采用微功耗码分多址无线传输技术，允许多组设备近距离同时工作而不会产生干扰。
附图说明
图1为本实用新型整体构成框图。
图2为本实用新型低功耗精密电源管理模块电路图。
图3为本实用新型充电过程示意图。
图4为本实用新型系统控制处理中心的控制电路图。
图5为本实用新型载荷信号调理模块电路图。
图6为本实用新型低功耗无线通信模块电路图。
1.电源控制模块 2.太阳能电池板 3.锂电池
4.低功耗精密电源管理模块 5.载荷信号调理模块 6.载荷传感器模块
7.系统控制处理中心 8.低功耗无线通信模块 9.加速度信号调理模块
10.加速度传感器模块
具体实施方式
下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型的一种光伏供电无线载荷变送器。
如图l所示，本实用新型的一种光伏供电无线载荷变送器，包括电源控制模块1，与电源控制模块1相连接的太阳能电池板2和锂电池3，连接电源控制模块1并与系统控制处理中心7双相连接，且分别向载荷信号调理模块5、载荷传感器模块6、系统控制处理中心7和低功耗无线通信模块8提供电源的低功耗精密电源管理模块4，所述低功耗无线通信模块8和系统控制处理中心7双相连接。
所述锂电池3为可反复充电式锂电池组。
如图2所示，电源控制模块1包括充电控制芯片U16，本实施例中U16为CN3065充电控制芯片，CN3065是专门为利用太阳能板等输入电压源对锂电池进行充电管理的芯片，芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。U16管脚1连接电阻R17，充电电流通过R17，最大持续充电电流可大1000mA。从U16管脚2连接外部电阻VISET到地端可以对充电电流进行编程。U16管脚4为太阳能电池板2输入端，此管脚的电压为内部电路的工作电源。当Vin与BAT管脚的电压差小于20mV时，CN3065将进入低功耗模式。此时BAT管脚的电流小于3μA。当输入电压大于低电压检测阈值和电池端电压时，CN3065开始对电池充电，管脚输出低电平，表示充电正在进行。如果电池电压检测输入端(FB)的电压低于3V，充电器用小电流对电池进行预充电。当电池电压检测输入端(FB)的电压超过3V时，充电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由ISET管脚和GND之间的电阻VISET确定。当电池电压检测输入端(FB)的电压接近电池端调制电压时，充电电流逐渐减小，CN3065进入恒压充电模式。当输入电压大于4.45V，并且充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束，端输出高阻态，端输出低电平，表示充电周期结束，充电结束阈值是恒流充电电流的10%。如果要开始新的充电周期，只要将输入电压断电，然后再上电就可以了。当电池电压检测输入端(FB)的电压降到再充电阈值以下时，自动开始新的充电周期。芯片内部的高精度的电压基准源，误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的误差在±1%以内，满足了电池的要求。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时，充电器进入低功耗的睡眠模式，电池端消耗的电流小于3uA，从而增加了待机时间。上述充电过程如图3所示。
如图4所示，系统控制处理中心7的控制电路包括单片机U5，单片机U5的脚17、37、64、86接电源Vcc；脚96通过上电复位电路连接电源Vcc；脚52通过电阻R2与发光二极管L1的串联接电源Vcc；脚7、25、26为外部设备电源控制电路；脚13与脚14通过晶体振荡器U15相互连接；脚9和脚98接信号调理电路；脚91-脚96接调试接口J3。
如图5所示，载荷传感器模块6用来采集抽油机井的拉力，属于弱信号的处理，需要增加滤波，同时采用可变放大增益的差分输入AD。信号采集后会有噪声等干扰需要滤波及信号放大调理。
如图6所示，所述低功耗无线通信模块8包括无线通信电路U2，无线通信电路U2的脚1、2、3、6、8、10、11、12、13均通过板级引线和控制电路的CPU相连接，脚4、17接电源Vcc，脚4还通过电容C15接数字地；脚5、9、16、18、22、24、26-30接数字地；脚31通过电容C3接数字地；脚25接电源Vcc，还通过电容C1与电容C2的并联接数字地；脚23通过电阻R4接数字地；脚20、21通过电容C10与电感L1的并联相互连接，脚20还通过申感L3与电容C14的串联接数字地，并通过电容C12接数字地；脚21通过电感L1与电容C11的串联接天线插座J2的脚1，并通过电容C10接数字地；天线插座J2脚2接地，无线通信电路U2的脚19通过电容C17接地；脚14、15接晶体振荡器U14的两个端点，晶体振荡器U14的此两个端点还通过电阻R7相连，以及还分别通过电容C18、C19接数字地，晶体振荡器U14的另两个端点接数字地。
Claims (5)
1.一种太阳能微功耗无线载荷变送器，其特征在于：包括电源控制模块，与电源控制模块相连接的太阳能电池板和锂电池，连接电源控制模块并与系统控制处理中心双相连接，且分别向载荷信号调理模块、载荷传感器模块、系统控制处理中心、低功耗无线通信模块、加速度信号调理模块和加速度传感器模块提供电源的低功耗精密电源管理模块，所述低功耗无线通信模块和系统控制处理中心双相连接，所述加速度信号调理模块单向连接系统控制处理中心，所述载荷传感器模块采用可变放大增益的差分输入AD。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能微功耗无线载荷变送器，其特征在于：所述锂电池为可反复充电式锂电池组。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能微功耗无线载荷变送器，其特征在于：低功耗精密电源管理模块包括充电控制芯片U16，U16管脚1连接电阻R17，U16管脚2连接外部电阻VISET，U16管脚4连接太阳能电池板输入端，U16管脚5连接锂电池。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能微功耗无线载荷变送器，其特征在于：系统控制处理中心的控制电路包括单片机U5，单片机U5的脚17、37、64、86接电源Vcc；脚96通过上电复位电路连接电源Vcc；脚52通过电阻R2与发光二极管L1的串联接电源Vcc；脚7、25、26为外部设备电源控制电路；脚13与脚14通过晶体振荡器U15相互连接;脚9和脚98接信号调理电路；脚91-脚96接调试接口J3。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能微功耗无线载荷变送器，其特征在于：所述低功耗无线通信模块包括无线通信电路U2，无线通信电路U2的脚1、2、3、6、8、10、11、12、13均通过板级引线和控制电路的CPU相连接，脚4、17接电源Vcc，脚4还通过电容C15接数字地；脚5、9、16、18、22、24、26-30接数字地；脚31通过电容C3接数字地；脚25接电源Vcc，还通过电容C1与电容C2的并联接数字地；脚23通过电阻R4接数字地；脚20、21通过电容C10与电感L1的并联相互连接，脚20还通过申感L3与电容C14的串联接数字地，并通过电容C12接数字地；脚21通过电感L1与电容C11的串联接天线插座J2的脚1，并通过电容C10接数字地；天线插座J2脚2接地，无线通信电路U2的脚19通过电容C17接地；脚14、15接晶体振荡器U14的两个端点，晶体振荡器U14的此两个端点还通过电阻R7相连，以及还分别通过电容C18、C19接数字地，晶体振荡器U14的另两个端点接数字地。
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