專利名稱：罐壁外貼式無線通訊液位計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及液位計(jì)，具體涉及一種罐壁外貼式無線通訊液位計(jì)。
背景技術(shù)：
近年來，液位計(jì)技術(shù)有了很大發(fā)展，但對(duì)于高溫、高壓、密閉容器內(nèi)等各種有毒物質(zhì)的液位測(cè)量一直還處于空白。傳統(tǒng)液位計(jì)在測(cè)量以上工況由于其自身的局限性，都導(dǎo)致無法在類似環(huán)境下正常使用，保證安全生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種罐壁外貼式無線通訊液位計(jì)，在滿足工業(yè)測(cè)量范圍和精度要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)低功耗，是可根據(jù)不同型號(hào)傳感器實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)的無線液位采集儀表，該儀表結(jié)合非線性溫度補(bǔ)償電路以及高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，通過WIA網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)程上位機(jī)下載擴(kuò)散硅相應(yīng)的計(jì)算系數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算出液位數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，同時(shí)利用微控制器自身的功耗控制特性以及外圍模擬開關(guān)電路，使整個(gè)儀表有較好的能耗表現(xiàn)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是該液位計(jì)包括三通外殼、WIAPA-M1800無線適配器、主控制器電路板、顯示器、3. 3V電源、探頭、WIA網(wǎng)關(guān)，在外殼的兩個(gè)較大開口處安裝顯示器和連接電源，在外殼內(nèi)部安裝WIAPA-M1800無線適配器和主控制器電路板，在外殼較小開口處安裝無線天線，從主控制器電路板引線至測(cè)量探頭，顯示器通過插針連接至主控制器電路板。其中，WIAPA-M1800無線適配器與主控制器均使用MSP430型號(hào)單片機(jī)，二者之間通過串口進(jìn)行通訊；顯示器采用128段位的液晶玻璃材料，主控制器通過HT1621對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。本實(shí)用新型的測(cè)量方法是在容器外壁測(cè)量點(diǎn)處安裝此儀表，在WIA網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)安裝WIA網(wǎng)關(guān)，并通過RS232串口或以太網(wǎng)與上位機(jī)相連。工作時(shí)，上位機(jī)將測(cè)量探頭對(duì)應(yīng)的計(jì)算參數(shù)通過WIA網(wǎng)絡(luò)下載到儀表，鉬熱電阻測(cè)量儀表所在的環(huán)境溫度，由電路板的信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行差分信號(hào)采集、放大、去噪聲處理，A/D將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，主控制器將數(shù)字信號(hào)與下載的擴(kuò)散硅計(jì)算參數(shù)得到準(zhǔn)確的溫度值，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型體積小，重量輕，傳感器可與變送器一體化，可視化好，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，安裝使用方便。2、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用16位A\D，可以使分度號(hào)為P t 1 O O熱電阻的非線性校正采集精度在0. 1級(jí)以上，數(shù)據(jù)處理控制器、通信控制器采用高性能超低功耗16位MSP430微處理器，結(jié)合電路板上的信號(hào)調(diào)理電路、穩(wěn)壓電路、抗干擾電路和開關(guān)電路，是整個(gè)儀表具有較低的功耗和較高的穩(wěn)定性。3、本實(shí)用新型采用了先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)及高速信號(hào)處理芯片，突破了容器壁厚的影響，實(shí)現(xiàn)了密閉容器內(nèi)液位高度的真正非接觸測(cè)量，液位信號(hào)經(jīng)A / D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)，經(jīng)嚴(yán)格補(bǔ)償校正運(yùn)算后，通過無線的方式傳送至接收端。4、變送器基于智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)體系，使用符合中國無委會(huì)規(guī)定的自由頻帶，解決惡劣環(huán)境下遍布的各種大型器械、金屬管道等對(duì)無線信號(hào)的反射、散射造成的多徑效應(yīng)，以及馬達(dá)、器械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生電磁噪聲對(duì)無線通信的干擾，提供能夠滿足應(yīng)用需求的高可靠、實(shí)時(shí)無線通信服務(wù)，主要面向設(shè)備間信息的無線通信，特別適合在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境使用，具有很強(qiáng)的抗干擾能力、超低功耗、實(shí)時(shí)通信等技術(shù)特征。5、本實(shí)用新型的超聲波探頭安裝于被測(cè)容器外壁的正下方(底部)，無需對(duì)被測(cè)容器開孔、安裝簡易，不影響生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫、高壓密閉容器內(nèi)的各種有毒物質(zhì)、強(qiáng)酸、 強(qiáng)堿及各種純凈液體的液位進(jìn)行精確測(cè)量，對(duì)被測(cè)介質(zhì)和密閉容器的材質(zhì)無特殊要求，可廣泛使用，滿足防爆要求。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的控制器及其外圍電路原理圖。圖3為圖1的壓力數(shù)據(jù)采集及溫度補(bǔ)償電路原理圖。圖4為圖1的無線通信及功耗控制接口圖。圖5為圖1的數(shù)據(jù)處理電路原理圖。圖中1、天線，2、液晶顯示屏，3、液位傳感器探頭，4、外殼。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案，實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)技術(shù)解決方案的限制。如圖1-5所示，該液位計(jì)包括三通外殼、WIAPA-M1800無線適配器、主控制器電路板、顯示器、3. 3V電源、探頭、WIA網(wǎng)關(guān)，在外殼的兩個(gè)較大開口處安裝顯示器和連接電源， 在外殼內(nèi)部安裝WIAPA-M1800無線適配器和主控制器電路板，在外殼較小開口處安裝無線天線，從主控制器電路板引線至測(cè)量探頭，顯示器通過插針連接至主控制器電路板；其中， 具體電路連接如下電源3. 3V鋰電池供電，主控制器電路板中使用3. 3V轉(zhuǎn)3V可控開關(guān)芯片對(duì)模擬部分和數(shù)字部分提供所需的電源，3. 3V電源由C3、C14、C15、C16、C20、C21、C22、C24濾波， 3V 電源由 C1、C9、C10、C18 濾波；16位A/D 選用美國德州電氣公司的ADS1110芯片，采用I2C形式的接口，ADS1110 的1腳與第二運(yùn)算放大器0P2的輸出端連接，ADSl 110的3腳、4腳與上拉電阻R37、R38的一端相連，R7、R8的另一端以及ADSl 110的5腳與+3. 3V電源連接，ADSl 110的2腳和6腳接地；MCU 選用美國德州電氣公司的MSP430F149芯片，晶振選用3. 6264MHz，程序下載使用標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，XT2IN、XT20UT與晶振連接，之間連接電阻R17，經(jīng)過Cl 1、C12到地，MCU 的54、55、56、57腳分別與雙排座JP2的1、3、5、7腳相連，MCU的12和22腳分別與JP2的2 腳和6腳相連，MCU的58腳與JP2的11腳相連；[0025]壓力傳感器R42、R43、R44和擴(kuò)散硅組成傳感器應(yīng)變電橋，為了保證電橋輸出電壓信號(hào)的穩(wěn)定性，電橋的輸入電壓通過TL431穩(wěn)至2. 5V，從電橋獲取的差分信號(hào)對(duì)熱電偶輸出信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，電橋的一個(gè)橋臂采用可調(diào)電阻R43，通過調(diào)節(jié)R43可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號(hào)大小，通常用于調(diào)整零點(diǎn)；信號(hào)調(diào)理電路擴(kuò)散硅的一端即電橋的一個(gè)平衡點(diǎn)與電阻R45的一端連接，R45的另一端分別與運(yùn)算放大器OP的同相輸入端和放大電阻R47連接，OP的反相輸入端分別與電阻R46的一端、A/D的負(fù)輸入端連接，R46的另一端電橋的另一個(gè)平衡點(diǎn)連接，R47的另一端分別與濾波電容C42的一端、運(yùn)算放大器OP的輸出端、濾波電阻R40連接，R40的另一端與A/D的正輸入端連接，濾波電容C42的另一端、運(yùn)算放大器的負(fù)電源端接地，運(yùn)算放大器的正電源端與+3. 3V電源連接；EEPROM存儲(chǔ)器選用MicroChip公司的MLC64芯片，采用I2C接口，由3. 3V電源供電，5、6號(hào)管腳通過R20、R21上拉電阻與MCU的P4. 5、P4. 6 口相連，C25用于濾波，1、2、 3、4號(hào)腳接地用于指示物理地址；顯示器選用SPI總線結(jié)構(gòu)的48管腳HT1621B驅(qū)動(dòng)液晶屏幕，其中SEGO SEG23 和COMO COM3共M個(gè)管腳與液晶玻璃連接，DATA管腳接上拉電阻R52的一端再與MCU的 P5. 1 口連接，CS管腳接上拉電阻R53的一端再與MCU的Pl. 5 口連接，WR管腳接上拉電阻 R54的一端再與MCU的Pl. 6 口連接，RD管腳接上拉電阻R55的一端再與MCU的Pl. 7 口連接，上拉電阻R52、R53、R54、R55的另一端與VDD連接，VDD與VLCD管腳之間連接R51可變電阻，VDD與VSS分別于主控制器電路板上的3. 3V電源和地線連接，其余管腳懸空；無線通信MCU的P3. 4、P3. 5 口與WIAPA-M1800無線通信模塊的串口接口相連。
權(quán)利要求1.罐壁外貼式無線通訊液位計(jì)，其特征在于該液位計(jì)包括三通外殼、WIAPA-M1800無線適配器、主控制器電路板、顯示器、3. 3V電源、探頭、WIA網(wǎng)關(guān)，在外殼的兩個(gè)較大開口處安裝顯示器和連接電源，在外殼內(nèi)部安裝WIAPA-M1800無線適配器和主控制器電路板，在外殼較小開口處安裝無線天線，從主控制器電路板引線至測(cè)量探頭，顯示器通過插針連接至主控制器電路板；其中，具體電路連接如下電源3. 3V鋰電池供電，主控制器電路板中使用3. 3V轉(zhuǎn)3V可控開關(guān)芯片對(duì)模擬部分和數(shù)字部分提供所需的電源；16位A/D 選用美國德州電氣公司的ADS1110芯片，采用I2C形式的接口，由于內(nèi)置1 一 8增益的低噪聲可編程儀表放大器，可對(duì)來放大電路的電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理并采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；MCU 選對(duì)A/D輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出溫度，通過無線模塊與遠(yuǎn)程PC通信，接收熱電阻計(jì)算參數(shù)表，將采集到的結(jié)果上傳PC以及其他實(shí)時(shí)通信，通過對(duì)工作模式的切換進(jìn)行能耗控制；恒流電路選用的擴(kuò)散硅壓力傳感器是恒流供電型的，供電電流為1. 5mA，恒流電源采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的三端可調(diào)恒流源LM334，具有1 40V寬的動(dòng)態(tài)電壓范圍，恒流源的建立只需一只外接電阻，是無需獨(dú)立電源供電的真正懸浮恒流源；由于LM334的輸出電流具有與絕對(duì)溫度成正比的敏感特性，只有在溫度恒定時(shí)電流才恒定，因此需要進(jìn)行補(bǔ)償，只要在基本電路中再增加一只電阻和一只二極管，就可以構(gòu)成抵消LM334溫度漂移的零溫度系數(shù)恒流源；信號(hào)調(diào)理電路對(duì)擴(kuò)散硅采集的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波；EEPROM存儲(chǔ)器由于不同的熱電阻在計(jì)算時(shí)對(duì)應(yīng)不同的計(jì)算參數(shù)，故使用64K的 EEPROM存儲(chǔ)各種常用熱電阻的計(jì)算參數(shù)；顯示器顯示傳感器探頭所在環(huán)境下的壓力，測(cè)量精度0. ore ；無線通信采集的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到WIAPA-M1800無線通信模塊，再接入 WIAPA-GW1498無線網(wǎng)關(guān)，在遠(yuǎn)程PC上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，同時(shí)在系統(tǒng)初次使用時(shí)由PC將對(duì)應(yīng)于每個(gè)傳感器探頭的分度表經(jīng)該無線模塊傳送至MCU，保存在外部存儲(chǔ)器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的罐壁外貼式無線通訊液位計(jì)，其特征在于硬件連接與工作方式如下電源3. 3V鋰電池供電，主控制器電路板中使用3. 3V轉(zhuǎn)3V可控開關(guān)芯片對(duì)模擬部分和數(shù)字部分提供所需的電源，3. 3V電源由〇3、(14、(15、(16、020丄21丄22、024濾波，3￥電源由 C1、C9、C10、C18 濾波；16位A/D:選用美國德州電氣公司的ADS1110芯片，采用I2C形式的接口，ADS1110的1 腳與第二運(yùn)算放大器0P2的輸出端連接，ADSl 110的3腳、4腳與上拉電阻R37、R38的一端相連，R7、R8的另一端以及ADSl 110的5腳與+3. 3V電源連接，DSlllO的2腳和6腳接地；MCU 選用美國德州電氣公司的MSP430F149芯片，晶振選用3. 6264MHz，程序下載使用標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，XT2IN、XT20UT與晶振連接，之間連接電阻R17，經(jīng)過C1UC12到地，MCU的 54、55、56、57腳分別與雙排座JP2的1、3、5、7腳相連，MCU的12和22腳分別與JP2的2腳和6腳相連，MCU的58腳與JP2的11腳相連；信號(hào)調(diào)理電路壓力傳感器一端即電橋的一個(gè)平衡點(diǎn)與電阻R45的一端連接，R45的另一端分別與運(yùn)算放大器OP的同相輸入端和放大電阻R47連接，OP的反相輸入端分別與電阻R46的一端、A/D的負(fù)輸入端連接，R46的另一端電橋的另一個(gè)平衡點(diǎn)連接，R47的另一端分別與濾波電容C42的一端、運(yùn)算放大器OP的輸出端、濾波電阻R40連接，R40的另一端與 A/D的正輸入端連接，濾波電容C42的另一端、運(yùn)算放大器的負(fù)電源端接地，運(yùn)算放大器的正電源端與+3. 3V電源連接；EEPROM存儲(chǔ)器選用Microchip公司的MLC64芯片，采用I2C接口，由3. 3V電源供電， 5、6號(hào)管腳通過R20、R21上拉電阻與MCU的P4. 5、P4. 6 口相連，C25用于濾波，1、2、3、4號(hào)腳接地用于指示物理地址；顯示器選用SPI總線結(jié)構(gòu)的48管腳HT1621B驅(qū)動(dòng)液晶屏幕，其中SEGO SEG23和 COMO COM3共M個(gè)管腳與液晶玻璃連接，DATA管腳接上拉電阻R52的一端再與MCU的 P5. 1 口連接，CS管腳接上拉電阻R53的一端再與MCU的Pl. 5 口連接，WR管腳接上拉電阻 R54的一端再與MCU的Pl. 6 口連接，RD管腳接上拉電阻R55的一端再與MCU的Pl. 7 口連接，上拉電阻R52、R53、R54、R55的另一端與VDD連接，VDD與VLCD管腳之間連接R51可變電阻，VDD與VSS分別于主控制器電路板上的3. 3V電源和地線連接，其余管腳懸空； 無線通信MCU的P3. 4、P3. 5 口與WIAPA-M1800無線通信模塊的串口接口相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了罐壁外貼式無線通訊液位計(jì)，該液位計(jì)包括三通外殼、WIAPA-M1800無線適配器、主控制器電路板、顯示器、3.3V電源、探頭、WIA網(wǎng)關(guān)，在外殼的兩個(gè)較大開口處安裝顯示器和連接電源，在外殼內(nèi)部安裝WIAPA-M1800無線適配器和主控制器電路板，在外殼較小開口處安裝無線天線，從主控制器電路板引線至測(cè)量探頭，顯示器通過插針連接至主控制器電路板。本實(shí)用新型利用探頭發(fā)出并接收超聲波信號(hào)，基于智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)體系符合IEEE802.15.4無線通信標(biāo)準(zhǔn)，主要面向設(shè)備間信息的無線通信，特別適合在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境使用，具有很強(qiáng)的抗干擾能力、超低功耗、實(shí)時(shí)通信等技術(shù)特征。
文檔編號(hào)G01K7/18GK202083438SQ20112016115
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者劉仁廣, 陳云, 龍霄 申請(qǐng)人:江蘇紅光儀表廠有限公司