一種基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】一種基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及水箱壓力的監(jiān)測控制過程，尤其涉及一種基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]在生產(chǎn)和生活中經(jīng)常需要對儲液罐或蓄水的液位進(jìn)行測量控制，液位的測量實際上可以轉(zhuǎn)化為對深度壓強(qiáng)的測量。智能供水系統(tǒng)的給水能力是非常重要一個方面，在系統(tǒng)設(shè)計中離不開對水箱壓力、壓強(qiáng)、液位等數(shù)據(jù)的測量與傳輸。隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出與實現(xiàn)，有關(guān)供水系統(tǒng)及液位測量的智能化要求越來越高，是我們需要解決的關(guān)鍵問題之一。目前對水箱各種參數(shù)的檢測已有很多種方法，然而現(xiàn)有的液位測量儀方案中，有不少測量儀因價格問題、安裝問題或環(huán)境問題不易為人們接收(如液位測量控制的浮球，因自身的體積和環(huán)境問題經(jīng)常失靈，使其應(yīng)用受限)，測量精度及數(shù)據(jù)傳輸與處理難以達(dá)到要求，總體上還不能適應(yīng)快速發(fā)展的建筑行業(yè)要求，特別是智能化的需求。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種高精度的水箱壓力、壓強(qiáng)測量及傳輸電路，即一種基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)，包括壓力傳感器、通信接口、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、U/Ι轉(zhuǎn)換器和水栗控制器，所述壓力傳感器設(shè)置在水箱內(nèi)部，壓力傳感器通過信號調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換器相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接，單片機(jī)連接若干并行的通信接口，通信接口和單片機(jī)之間設(shè)置有U/Ι轉(zhuǎn)換器，所述通信接口與水栗控制器連接。
[0008]進(jìn)一步的，對輸入信號進(jìn)行處理的的信號調(diào)理電路包括對電信號濾波、放大、隔離、變換及非線性化處理。
[0009]進(jìn)一步的，在信號調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換器之間還設(shè)置電路開關(guān)，用于接通多路模擬信號。
[0010]一個優(yōu)選的壓力傳感器選擇方案是選擇橋式荷重壓力傳感器，傳感器的信號輸出端設(shè)置有調(diào)零電路。
[0011]為了對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，在A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)之間還設(shè)置有報警和斷電保護(hù)電路。
[0012]通信接口連接的外接設(shè)備主要包括鍵盤和顯示器。
[0013]本專利的優(yōu)點是:1、選用靈敏度和測量范圍較大及穩(wěn)定性較好的壓力傳感器，壓力范圍可達(dá)l_20Psig，還可進(jìn)行各種校正和補(bǔ)償；2、采用線性穩(wěn)壓器及運算放大器，使電路工作電壓保持高穩(wěn)定度和高精度，以達(dá)到高精度測量的目的，并不受外界干擾，對測量有選擇性地進(jìn)行；3、運用匹配的運算放大器組成橋式放大器，對壓力傳感器的輸出進(jìn)行放大，適合遠(yuǎn)距離控制與傳輸；4、為適應(yīng)長距離傳輸，將0-5V模擬電壓轉(zhuǎn)換為0-5 kHz的頻率輸出。電路將采用溫度補(bǔ)償，進(jìn)一步提高穩(wěn)定度；5、具有自我診斷功能，對故障部位能準(zhǔn)確鎖定，故障狀態(tài)迅速識別；6、有較多的數(shù)字通信接口，具有多樣性；7、軟件部分根據(jù)系統(tǒng)功能進(jìn)行模塊化編程?？梢試曳梢?guī)定的具體數(shù)據(jù)的不同來設(shè)置存取測量數(shù)據(jù)，滿足不同安全管理操作方便的需要。
[0014]
【附圖說明】
[0015]圖1是基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)的硬件連接結(jié)構(gòu)圖；
圖2是基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)的控制原理圖。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明的一種基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)，主要由壓力傳感器、通信接口、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、U/Ι轉(zhuǎn)換器和水栗控制器組成，壓力傳感器設(shè)置在水箱的底部，壓力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器相連接，在壓力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置有信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路主要由前置放大電路、濾波器和主放大電路組成，能夠?qū)鞲衅鞯妮敵鲭娦盘栠M(jìn)行濾波、放大、隔離、變換及非線性化處理，A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)信號輸入端連接，單片機(jī)信號輸出端連接通信接口，單片機(jī)的輸出信號通過U/Ι轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后傳達(dá)到通信接口，通信接口連接顯示器，鍵盤和水栗控制器，另外，在A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)之間還設(shè)置有報警和斷電保護(hù)電路。
[0018]在壓力傳感器和信號調(diào)理電路之間還設(shè)置有調(diào)零電路，調(diào)零電橋串接在傳感器輸出和放大器之間，通過調(diào)零電橋內(nèi)的變電位器改變橋路不平衡輸出電壓，使之與傳感器空載輸出電壓大小相等，極性相反。
[0019]該系統(tǒng)主要包括五個模塊，分別是數(shù)據(jù)采集模塊、主機(jī)電路及通信接口模塊、模擬輸入通道模塊、模擬輸出通道模塊和軟件模塊。
[0020]數(shù)據(jù)采集模塊包括壓力傳感器的設(shè)計和選用，這里采用了橋式荷重壓力傳感器，即4片電阻應(yīng)變計粘于彈性體上，組成全橋平衡檢測電路。當(dāng)傳感器受到外加載荷作用時，彈性體發(fā)生應(yīng)變，橋臂失去平衡，在外界供橋電源作用下，電橋輸出一不平衡直流電壓信號，該信號與傳感器所受載荷大小成正比，從而實現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換，同時該壓力傳感器采用全不銹剛焊接梁式結(jié)構(gòu)，機(jī)械密封性能好，防腐、防氣體污染。有高精度的電阻應(yīng)變計可確保測量精度。廣泛用于各種工業(yè)，特別適用于惡劣的場合。
[0021]主機(jī)電路即為單片機(jī)，主要包括微處理器，存儲器和I/O接口電路。程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量的大小同儀器數(shù)據(jù)處理和控制功能有關(guān)，本程序存儲器容量為8K (選用一片2764)，數(shù)據(jù)存儲器容量為2K (選用一片6116)。
[0022]通信接口為485接口，實時檢測水箱的液位高度，并與開始預(yù)設(shè)定值做比較，最終達(dá)到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測值若高于上限設(shè)定值時，控制水栗停止上水；檢測值若低于下限設(shè)定值，控制水栗開始上水?，F(xiàn)場實時顯示測量值，從而實現(xiàn)對水箱液位的監(jiān)控。
[0023]模擬輸入通道模塊即為前置放大電路、濾波器、主放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器，將信號濾波，放大，隔離，變換以及非線化處理等，使之成為適合A/D轉(zhuǎn)換的電壓信號，再通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0024]同時在多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中還設(shè)置有多路開關(guān)，其作用是用來接通多路模擬信號中某一路，其性能的優(yōu)劣回直接影響系統(tǒng)的精度和速度。
[0025]模擬輸出通道模塊由U/Ι轉(zhuǎn)換器和隔離電路組成。其中U/Ι轉(zhuǎn)換器選用AD694，其集成精度高，可用單電源或雙電源供電，具有高精度參考電壓，及輸出斷路報警等功能。
[0026]軟件模塊是根據(jù)系統(tǒng)功能對單片機(jī)進(jìn)行模塊化編程。分別由控制程序、數(shù)據(jù)處理程序和輔助程序三個方面構(gòu)成。控制程序包括掉電掃描程序、鍵盤程序。數(shù)據(jù)處理程序由內(nèi)部功能控制程序協(xié)調(diào)，外部信號的接收通過485通信方式進(jìn)行，控制指令由單片機(jī)發(fā)出，再通過自校、跟蹤、越限報警、輸出打印、鍵盤、顯示、A/D轉(zhuǎn)換等電路，從而保證高精度水箱壓力測量電路有序的進(jìn)行工作。
[0027]在所述的基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)中，調(diào)零電路保證傳感器空載輸出電壓大小相等，極性相反。
[0028]水箱壓力通過數(shù)據(jù)采集模塊的壓力傳感器將水箱中的壓力進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，再通過模擬輸入通道模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換成適合單片機(jī)識別的數(shù)字信號，即當(dāng)水箱(水塔)的液位發(fā)生變化時，氣壓傳感器把變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號；該信號經(jīng)過濾波，放大，隔離，變換以及非線化處理后，變成一個幅度為0?5V標(biāo)準(zhǔn)信號，將該信號送入A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號變成數(shù)字信號量，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集。
[0029]然后將處理好的數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)，單片機(jī)上預(yù)設(shè)的軟件模塊對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實時檢測水箱的液位高度，并與開始預(yù)設(shè)定值做比較和處理后，再將信號通過模擬輸出通道模塊將信號進(jìn)行處理，主要過程是將U/Ι轉(zhuǎn)換器將信號處理輸出至各并行通信接口，再將信號輸出至各外接設(shè)備，包括水栗控制器、鍵盤和顯示器，其中水栗控制器控制水箱的水位，當(dāng)檢測值若高于上限設(shè)定值時，控制水栗停止上水；檢測值若低于下限設(shè)定值，控制水栗開始上水，顯示器現(xiàn)場實時顯示測量值，直觀地顯示，并任意控制水位高度。
[0030]同時該系統(tǒng)中還設(shè)置有報警和斷電保護(hù)電路，對整個系統(tǒng)進(jìn)行必要的保護(hù)，以及對突發(fā)情況進(jìn)行報警。
[0031]上述過程中，由于A/D轉(zhuǎn)換器都需要有一定時間來完成量化及編碼操作，因此，在轉(zhuǎn)換過程中，模擬量不能發(fā)生變化，否則，將直接影響轉(zhuǎn)換精度?？蓪崿F(xiàn)這一功能的電路就是采樣保持器。當(dāng)輸入的模擬量信號變化緩慢時，也可省去采樣保持器。
【主權(quán)項】
1.一種基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)，其特征在于:包括壓力傳感器、通信接口、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、U/Ι轉(zhuǎn)換器和水栗控制器，所述壓力傳感器設(shè)置在水箱內(nèi)部，壓力傳感器通過信號調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換器相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接，單片機(jī)連接若干并行的通信接口，通信接口和單片機(jī)之間設(shè)置有U/Ι轉(zhuǎn)換器，所述通信接口與水栗控制器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)，其特征在于:所述信號調(diào)理電路包括前置放大、濾波和主放大電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)，其特征在于:所述信號調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換器之間還設(shè)置有電路開關(guān)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)，其特征在于:所述壓力傳感器為橋式荷重壓力傳感器，傳感器的信號輸出端設(shè)置有調(diào)零電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)之間還設(shè)置有報警和斷電保護(hù)電路。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)，其特征在于:所述通信接口還連接有鍵盤和顯示器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于高精度水箱壓力測量系統(tǒng)，包括壓力傳感器、通信接口、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、U/I轉(zhuǎn)換器和水泵控制器，所述壓力傳感器設(shè)置在水箱內(nèi)部，壓力傳感器通過信號調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換器相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接，單片機(jī)連接若干并行的通信接口，通信接口和單片機(jī)之間設(shè)置有U/I轉(zhuǎn)換器，所述通信接口與水泵控制器連接。其產(chǎn)生的有益效果是，可進(jìn)行各種校正和補(bǔ)償，并不受外界干擾，對測量有選擇性地進(jìn)行，提高穩(wěn)定度，具有自我診斷功能，對故障部位能準(zhǔn)確鎖定，故障狀態(tài)迅速識別。
【IPC分類】G01L9/04, G01F23/18
【公開號】CN105403346
【申請?zhí)枴緾N201510820124
【發(fā)明人】馬虹
【申請人】南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年11月24日