CN209784773U - 无线传输式液位监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种无线传输式液位监测装置，包括主控单元，所述主控单元连接液位传感器和人机交互模块，所述主控单元还连接功率放大器输入端和电源模块，所述功率放大器输出端连接射频天线；所述电源模块还连接DC‑DC升压单元输入端，所述DC‑DC升压单元输出端连接所述液位传感器，所述DC‑DC升压单元使能端连接所述主控单元。本实用新型采用ZigBee无线通信技术，全球通用，支持设备组网，接入性好；采集信号数字化，传输稳定，抗干扰强，支持较远距离无线传输；设备体积小，安装简易，免维护，成本低；超低功耗，电池供电，具备先进的电源管理机制，安全性高，稳定性好；施工难度小，安装位置受周边环境影响小。
Description
技术领域
本实用新型主要涉及一种液位监测装置，尤其涉及一种无线传输式液位监测装置。
背景技术
在动力环境监控行业中，有一种需求是对基站/机房外的燃油发电机油箱的油量进行监测，以提醒维护人员及时添加燃油，同时对偷油或者油箱受损等情况起到一定的监测作用。
目前，常用的方案是采用投入式液位传感器(探头)，投入式液位传感器内置到油箱底部，其测量数据经过线缆传输到基站/机房内的FSU(动环监控系统)主机。在此过程中，投入式液位探头需要长时间供电。
实际使用中，上述方案存在一些明显的缺点：
1、数据精确度受监控点与中心机房/监控主机的距离影响，线缆的长度会对采集信号造成一定衰减，且距离越远线损越大；
2、工程量大，施工成本高，传输稳定性不高；
3、安装、布线受实际环境影响较大。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是如何对燃油发电机油箱的液位进行精确监测，同时提高系统的稳定性和安装的便携性。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种无线传输式液位监测装置，其特征在于：包括主控单元，所述主控单元连接液位传感器和人机交互模块，所述主控单元还连接功率放大器输入端和电源模块，所述功率放大器输出端连接射频天线；所述电源模块还连接DC-DC升压单元输入端，所述DC-DC升压单元输出端连接所述液位传感器，所述DC-DC升压单元使能端连接所述主控单元。
优选地，所述主控单元包括中央处理器、RF调制解调单元、ZigBee协议栈、电源管理单元和模拟数字转换器，所述中央处理器连接所述RF调制解调单元、ZigBee协议栈、电源管理单元和模拟数字转换器；所述中央处理器连接所述人机交互模块，所述RF调制解调单元连接所述功率放大器，所述模拟数字转换器连接所述液位传感器，所述电源管理单元连接所述电源模块。
优选地，所述液位传感器采用投入式电流型液位传感器。
优选地，所述液位传感器通过两芯线连接到所述主控单元。
优选地，所述电源模块包括电池和稳压模块，所述电池连接所述稳压模块输入端，所述稳压模块输出端连接所述DC-DC升压单元输入端和所述主控单元。
优选地，所述射频天线为磁性吸盘天线。
优选地，所述射频天线连接放电模块。
优选地，所述人机交互模块包括操作按键和工作状态指示灯。
优选地，所述主控单元、功率放大器、电源模块以及DC-DC升压单元均设于一个抗爆且防水密封的外壳内。
本实用新型还提供了一种无线传输式液位监测方法，采用如上述的无线传输式液位监测装置，其特征在于，步骤为：
步骤一、将液位传感器放置于待测设备内；首次上电时，主控单元执行自检动作，包括对ZigBee协议栈的初始化、对RF调制解调单元的频率校准、对模拟数字转换器的零点校正，保证设备各项功能均正常；
步骤二、触发ZigBee执行入网请求动作，主控单元每隔设定时间发出入网请求的无线数据包，若设定阈值时间内有主机端响应允许加入，则表示成功连网；若设定阈值时间后，没有收到主机端响应，则停止请求动作，设备进入相对低功耗的睡眠模式；期间可通过人机交互模块触发重复执行步骤二；
步骤三、设备入网成功后，间隔设定时间定期执行液位监测和数据上送流程：主控单元切换成计时模式开启计时功能，时间到达后，使能DC-DC升压单元，将电源模块输出的电压升压后为液位传感器供电，液位传感器在设定时间后稳定工作，模拟数字转换器分次读取液位传感器输出的模拟值，并发送给主控单元；主控单元对模拟数字转换器发送来的数据执行软件滤波，并存贮；采集到设定数量的样本后，关闭DC-DC升压单元；
步骤四、功率放大器被使能，经过被滤波后的数据经由ZigBee协议栈进行软件加密处理；RF调制解调单元将加密处理后的数字信号调制成电磁波模拟信号发出；功率放大器对所述电磁波模拟信号进行二次放大，并通过天线发出；
步骤五、为了确保数据正确的送达至接收方，应答机制使能，如果接收方没有任何响应，无线数据包将被重发；
步骤六、电源管理单元实时检测电源模块的电量，预测电源模块的使用寿命；
步骤七、无线射频功能关闭、设备整体休眠，转步骤三。
相比现有技术，本实用新型提供的无线传输式液位监测装置具有如下有益效果：
1、采用工作在ISM频段的ZigBee 2.4GHz无线通信技术，全球通用，使用ZigBee标准协议，支持设备组网，接入性好；
2、采集信号数字化，对油箱的燃油量、水位高度都能起到精确的测量作用；传输稳定，抗干扰强，支持较远距离无线传输，空旷环境下可支持300米无线传输；
3、设备体积小，安装简易，免维护，成本低；
4、超低功耗，电池供电，具备先进的电源管理机制，小于1uA的漏电流，安全性高，稳定性好；
5、施工难度小，安装位置受周边环境影响小。
附图说明
附图通过示例说明本实用新型，而非限制本实用新型。类似的附图标记指代类似的元件。
图1为本实施例提供的无线传输式液位监测装置的系统框图。
具体实施方式
参考本文阐述的详细图和描述，可以最好地理解本公开。
图1为本实施例提供的无线传输式液位监测装置的系统框图，所述的无线传输式液位监测装置主要由主控单元SoC(Silicon Labs EM357)、功率放大器IC(SE2432L)、射频天线、电源、人机交互模块以及液位传感器等组成。主控单元SoC连接功率放大器IC(SE2432L)，功率放大器IC(SE2432L)连接射频天线，主控单元SoC还连接人机交互模块以及液位传感器。
SE2432L功率放大器IC的输入端与主控单元SoC(Silicon Labs EM357)的RF功能脚直连，包括TxN，TxP和RxN，RxP。SE2432L功率放大器IC的输出端与射频天线连接。
主控单元SoC包括中央处理器、RF调制解调单元、ZigBee协议栈、电源管理单元和模拟数字转换器ADC等，中央处理器连接RF调制解调单元、ZigBee协议栈、电源管理单元和模拟数字转换器ADC，中央处理器还连接人机交互模块。
RF调制解调单元连接SE2432L功率放大器IC，模拟数字转换器ADC连接液位传感器。电源管理单元连接电源模块，电源管理单元连接DC-DC(直流-直流)升压单元输入端，DC-DC升压单元输出端连接液位传感器，为液位传感器供电。DC-DC升压单元的使能端连接主控单元SoC。
主控单元SoC(Silicon Labs EM357)运行整机逻辑控制软件，包括运行ZigBee协议栈、射频信号的调制与解调以及控制内置12bit高精度逐次逼近型模拟数字转换器ADC实现对液位传感器的数据采集功能，同时管理整机电源模式。
SE2432L功率放大器IC对主控单元EM357发送的射频信号二次放大，提升无线传输距离；同时在接收模式下，SE2432L功率放大器IC的LNA(低噪声放大器)能明显降低环境的干扰，增强和保证射频接收质量。
射频天线采用磁性吸盘天线，标准SMA接头。射频天线连接放电模块，具备防雷击的功能。
液位传感器采用投入式电流型液位传感器。液位传感器采用两芯线，线缆终端用端子连接座连接到主控单元SoC，方便拆卸和更换。
电源模块包括电池和稳压模块，电池连接稳压模块。电池采用大容量、高密度一次性锂电池，电池电压3.6V，经稳压模块(LDO)稳压到3.3V为MCU供电。
人机交互模块包括操作按键和指示灯，用于ZigBee组网和软件调试、工况指示。
投入式电流型液位传感器的供电需经过DC-DC升压单元，DC-DC升压单元的输入直连到电源模块，即3.6V输入。DC-DC升压单元的使能与禁止由主控单元SoC(Silicon LabsEM357)直接控制。
主控单元SoC(Silicon Labs EM357)、功率放大器IC(SE2432L)、电源模块以及DC-DC升压单元均设于一个盖体可开合的外壳内，整体架构紧凑，集成度高。
本实施例提供的无线传输式液位监测装置的使用方法如下：
步骤一、将液位传感器放置于待测设备内；在首次上电时，主控单元SoC(SiliconLabs EM357)执行自检动作，包括对ZigBee协议栈的初始化和RF调制解调单元的频率校准，以及内部高精度的ADC单元的零点校正等动作。完成一系列动作后，指示灯闪烁3次，提示设备各项功能均正常。
步骤二、按键操作，触发ZigBee执行入网请求动作，主控单元SoC(Silicon LabsEM357)每隔1秒发出入网请求的无线数据包，指示灯快速闪烁。若期间有主机端响应允许加入，则表示成功连网，指示灯常亮3秒熄灭；若10秒后，没有收到主机端响应，则停止请求动作，设备进入低功耗睡眠模式。期间按键操作，可触发重复执行步骤二。
步骤三、设备入网成功后，间隔5分钟定期执行液位监测和数据上送流程。如下：主控单元SoC(Silicon Labs EM357)切换成1KHz低频时钟单元开启计时功能，降频的目的是降低功耗。时间到达后，使能DC-DC升压单元，将输入3.6V电压升压到12V为投入式电流型液位传感器供电。投入式电流型液位传感器会在2秒后稳定工作，高精度的ADC单元分多次读取液位传感器输出的模拟值，针对跳变较大的数值，作出丢弃，采集到足够的样本后，关闭DC-DC升压单元以节省电能。主控单元SoC(Silicon Labs EM357)将ADC单元发送来的样本执行软件滤波，进一步增加数据的真实性和平滑度，并且，最近128条样本被记录到SoC的NVM非易失存储器中。
步骤四、SE2432L功率放大器IC被使能，经过被优化后的数据经由ZigBee协议栈进行AES128软件加密处理，保证安全性。RF调制解调单元将数字信号调制成2.4GHz的电磁波模拟信号发出。功率放大器IC对主控单元EM357发出的射频信号二次放大，提升无线传输距离；
步骤五、为了确保数据正确的送达至接收方，应答机制使能，如果接收方没有任何响应，无线数据包将被重发，最大尝试5次。
步骤六、电源管理单元实时检测电池电量，预测使用寿命的信息。
步骤七、无线射频功能关闭、设备整体休眠，转步骤3。
本实施例提供的无线传输式液位监测装置在硬件上具有如下特点：
1、外置独立的功率放大芯片，最大支持20dBm功率输出，满足单节点远距离传输。
2、本实施例提供的无线传输式液位监测装置多安装在室外，射频天线部分增加了放电管电路，具备防雷击的功能，保证在雷雨和强电场等恶劣环境下采集设备的正常工作。
3、装置外壳抗爆，外壳开盖处增加防老化密封圈，满足防水密封要求。
本实施例提供的无线传输式液位监测装置在功能上具有如下特点：
1、毫米级别的液位误差检测，为用户提供精细化、定量化的科学监测管理；
2、电量续航检测与低电压告警功能，通过无线数据包远程传输，减小了定期到现场维护的工作量；
3、数据可追溯，本地最大支持128条记录。支持数据导出，供数据分析。
Claims (9)
1.一种无线传输式液位监测装置，其特征在于：包括主控单元，所述主控单元连接液位传感器和人机交互模块，所述主控单元还连接功率放大器输入端和电源模块，所述功率放大器输出端连接射频天线；所述电源模块还连接DC-DC升压单元输入端，所述DC-DC升压单元输出端连接所述液位传感器，所述DC-DC升压单元使能端连接所述主控单元。
2.如权利要求1所述的无线传输式液位监测装置，其特征在于：所述主控单元包括中央处理器、RF调制解调单元、ZigBee协议栈、电源管理单元和模拟数字转换器，所述中央处理器连接所述RF调制解调单元、ZigBee协议栈、电源管理单元和模拟数字转换器；所述中央处理器连接所述人机交互模块，所述RF调制解调单元连接所述功率放大器，所述模拟数字转换器连接所述液位传感器，所述电源管理单元连接所述电源模块。
3.如权利要求1所述的无线传输式液位监测装置，其特征在于：所述液位传感器采用投入式电流型液位传感器。
4.如权利要求1或3所述的无线传输式液位监测装置，其特征在于：所述液位传感器通过两芯线连接到所述主控单元。
5.如权利要求1所述的无线传输式液位监测装置，其特征在于：所述电源模块包括电池和稳压模块，所述电池连接所述稳压模块输入端，所述稳压模块输出端连接所述DC-DC升压单元输入端和所述主控单元。
6.如权利要求1所述的无线传输式液位监测装置，其特征在于：所述射频天线为磁性吸盘天线。
7.如权利要求1所述的无线传输式液位监测装置，其特征在于：所述射频天线连接放电模块。
8.如权利要求1所述的无线传输式液位监测装置，其特征在于：所述人机交互模块包括操作按键和工作状态指示灯。
9.如权利要求1所述的无线传输式液位监测装置，其特征在于：所述主控单元、功率放大器、电源模块以及DC-DC升压单元均设于一个抗爆且防水密封的外壳内。
Priority Applications (1)
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| CN201920467770.5U CN209784773U (zh) | 2019-04-09 | 2019-04-09 | 无线传输式液位监测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109917721A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-21 | 广州邦讯信息系统有限公司 | 无线传输式液位监测装置及方法 |
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- 2019-04-09 CN CN201920467770.5U patent/CN209784773U/zh active Active
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