磁致伸縮傳感器驅(qū)動與信號采集的低功耗模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實用新型涉及一種磁致伸縮液位計上使用的用來驅(qū)動波導(dǎo)絲及采集波導(dǎo)絲反饋信號的模塊。
【背景技術(shù)】
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[0002]磁致伸縮液位計中的磁致伸縮液位傳感器，通過內(nèi)部非接觸式的測控技術(shù)精確地檢測活動磁環(huán)的絕對位置來測量被檢測產(chǎn)品的實際位移值，廣泛應(yīng)用于石油、化工、水利、制藥、食品、飲料等行業(yè)的各種液罐的液位計量和控制。但很多場所存在易燃易爆氣體，就要求測量儀表具有本質(zhì)安全防爆功能，而磁致伸縮傳感器驅(qū)動原理正好與本安儀表要求相矛盾，磁致伸縮傳感器在檢測磁環(huán)位置時，在其波導(dǎo)絲回路中需要一個瞬時大于IA電流驅(qū)動信號，因波導(dǎo)絲本身存在電阻值，所以產(chǎn)生此大電流驅(qū)動信號需要一個高電壓、大容量的儲能電容元件。
[0003]而在本安儀表供電電壓限定在DC12V-24V范圍內(nèi)，并且對儲能元件電容使用有嚴(yán)格限制，所以產(chǎn)生此波導(dǎo)絲驅(qū)動信號對本安儀表來說已是難題了。另外本安儀表整體功耗必須小于3.5mA，而對于傳感器驅(qū)動板功耗要求小于2.0mA，而回波檢測信號一個微秒(us)級的信號，為了達(dá)到測量精度，系統(tǒng)的檢測能力要求達(dá)到0.lus，這就要求系統(tǒng)的運行頻率達(dá)到1MHz左右，高頻率的運行必須導(dǎo)致高功耗，這完全和二線儀表低功耗要求相悖。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本實用新型所要解決的問題是提供一種磁致伸縮傳感器驅(qū)動與信號采集的低功耗模塊，其可首先解決使用低電壓供電和小容量儲能電容產(chǎn)生大于IA電流瞬時驅(qū)動信號，其次解決極短時間精確測量和低功耗之間的矛盾，使其此模塊適用到本安型二線制智能儀表中。
[0005]上述目的是這樣實現(xiàn)的:整個模塊分為電源、升壓、觸發(fā)和采集四個部分；首先外部提供的5V電源一路為低功耗直流電壓轉(zhuǎn)換芯片供電，轉(zhuǎn)換出3V電壓為單片機(jī)、放大器提供電源；5V電源另一路連接升壓部分的電感線圈一端，為升壓環(huán)節(jié)提供電源，電感線圈的另一端與二極管的陽極和限流電阻并聯(lián)，限流電阻的另一端與MOS管A的D極連接，MOS管A的S極與電源地相接，MOS管A的G極與單片機(jī)定時器的I/O引腳連接；二極管的陰極與470nF儲能電容、28V穩(wěn)壓管和波導(dǎo)絲的一端連接，儲能電容和穩(wěn)壓管的另一端連接到電源地，組成了完整的升壓電路；單片機(jī)由12MHz外部石英晶振提供高頻運行時鐘，單片機(jī)通過定時器I/O引腳周期性地控制MOS管A的G極的開啟與關(guān)斷時間，給電感線圈充、放電，電感線圈放電時通過二極管給儲能電容充電升壓；波導(dǎo)絲的另一端與電流回路線連接，電流回路線的另一端與MOS管B的D極連接，MOS管B的S極連接電源地端，MOS管B的G極連接單片機(jī)的I/O 口的引腳；單片機(jī)I/O 口引腳控制MOS管B的G極開啟極短時間后關(guān)斷，來激發(fā)波導(dǎo)絲中的瞬時回路電流；瞬時電流和磁環(huán)的共同作用下波導(dǎo)絲產(chǎn)生抖動；信號檢測器輸出端連接放大器的輸入端，放大器的輸出端連接單片機(jī)的比較器輸入引腳，波導(dǎo)絲的抖動通過信號檢測器感應(yīng)輸出一個脈動的電壓信號，并經(jīng)過放大器放大后送給單片機(jī)內(nèi)部的比較器，記錄波導(dǎo)絲電流激發(fā)時間和比較器中斷的時間差值而得到磁環(huán)與信號檢測器的距離；軟件運行時通過單片機(jī)內(nèi)部定時器的PWM控制功能完成5V到28V的升壓，當(dāng)需要采集磁環(huán)距離值時，單片機(jī)時鐘切換到外部石英晶振高速運行，采集完反饋信號后單片機(jī)切換到內(nèi)部低頻時鐘來降低功耗；單片機(jī)的UART串口通信線與上位機(jī)連接，檢測到的有效值通過串口通信線發(fā)送給上位機(jī)。
[0006]所述的單片機(jī)是MSP430FR5738低功耗單片機(jī)。
[0007]本實用新型的優(yōu)點是:可首先解決使用低電壓供電和小容量儲能電容產(chǎn)生大于IA電流瞬時驅(qū)動信號，其次解決極短時間精確測量和低功耗之間的矛盾，小電流運行，降低功耗，此模塊能滿足本安型二線制智能儀表的要求，可應(yīng)用于有易燃易爆氣體的場所。
【附圖說明】
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[0008]附圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
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[0009]參照附圖1，整個模塊分為電源、升壓、觸發(fā)和采集四個部分；首先外部提供的5V電源I 一路為低功耗直流電壓轉(zhuǎn)換芯片2供電，轉(zhuǎn)換出3V電壓為單片機(jī)3、放大器4提供電源；5V電源另一路連接升壓部分的電感線圈5—端，為升壓環(huán)節(jié)提供電源，電感線圈的另一端與二極管6的陽極和限流電阻7并聯(lián)，限流電阻的另一端與MOS管AS的D極連接，MOS管A的S極與電源地9相接，MOS管A的G極與單片機(jī)定時器10的I/O引腳連接；二極管的陰極與470nF儲能電容11、28V穩(wěn)壓管12和波導(dǎo)絲13的一端連接，儲能電容和穩(wěn)壓管的另一端連接到電源地，組成了完整的升壓電路；單片機(jī)由12MHz外部石英晶振14提供高頻運行時鐘，單片機(jī)通過定時器I/O引腳周期性地控制MOS管A的G極的開啟與關(guān)斷時間，給電感線圈充、放電，電感線圈放電時通過二極管給儲能電容充電升壓；波導(dǎo)絲的另一端與電流回路線15連接，電流回路線的另一端與MOS管B16的D極連接，MOS管B的S極連接電源地端，MOS管B的G極連接單片機(jī)的I/O 口 17的引腳；單片機(jī)I/O 口引腳控制MOS管B的G極開啟極短時間后關(guān)斷，來激發(fā)波導(dǎo)絲中的瞬時回路電流；瞬時電流和磁環(huán)18的共同作用下波導(dǎo)絲產(chǎn)生抖動；信號檢測器19輸出端連接放大器4的輸入端，放大器的輸出端連接單片機(jī)的比較器20輸入引腳，波導(dǎo)絲的抖動通過信號檢測器感應(yīng)輸出一個脈動的電壓信號，并經(jīng)過放大器放大后送給單片機(jī)內(nèi)部的比較器，記錄波導(dǎo)絲電流激發(fā)時間和比較器中斷的時間差值而得到磁環(huán)與信號檢測器的距離；軟件運行時通過單片機(jī)內(nèi)部定時器的PWM控制功能完成5V到28V的升壓，當(dāng)需要采集磁環(huán)距離值時，單片機(jī)時鐘切換到外部石英晶振高速運行，采集完反饋信號后單片機(jī)切換到內(nèi)部低頻時鐘來降低功耗；單片機(jī)的UART串口通信線21與上位機(jī)22連接，檢測到的有效值通過串口通信線發(fā)送給上位機(jī)。
【主權(quán)項】
1.磁致伸縮傳感器驅(qū)動與信號采集的低功耗模塊，其特征是:分為電源、升壓、觸發(fā)和采集四個部分；首先外部提供的5V電源(I) 一路為低功耗直流電壓轉(zhuǎn)換芯片(2)供電，轉(zhuǎn)換出3V電壓為單片機(jī)(3)、放大器(4)提供電源；5V電源另一路連接升壓部分的電感線圈(5)一端，為升壓環(huán)節(jié)提供電源，電感線圈的另一端與二極管(6)的陽極和限流電阻(7)并聯(lián)，限流電阻的另一端與MOS管A(8)的D極連接，MOS管A的S極與電源地(9)相接，MOS管A的G極與單片機(jī)定時器(10)的I/O引腳連接；二極管的陰極與470nF儲能電容(11)、28V穩(wěn)壓管(12)和波導(dǎo)絲(13)的一端連接，儲能電容和穩(wěn)壓管的另一端連接到電源地，組成了完整的升壓電路；單片機(jī)由12MHz外部石英晶振(14)提供高頻運行時鐘，單片機(jī)通過定時器I/O引腳周期性地控制MOS管A的G極的開啟與關(guān)斷時間，給電感線圈充、放電，電感線圈放電時通過二極管給儲能電容充電升壓；波導(dǎo)絲的另一端與電流回路線(15)連接，電流回路線的另一端與MOS管B(16)的D極連接，MOS管B的S極連接電源地端，MOS管B的G極連接單片機(jī)的I/O 口(17)的引腳；單片機(jī)I/O 口引腳控制MOS管B的G極開啟極短時間后關(guān)斷，來激發(fā)波導(dǎo)絲中的瞬時回路電流；瞬時電流和磁環(huán)(18)的共同作用下波導(dǎo)絲產(chǎn)生抖動；信號檢測器(19)輸出端連接放大器(4)的輸入端，放大器的輸出端連接單片機(jī)的比較器(20)輸入引腳，波導(dǎo)絲的抖動通過信號檢測器感應(yīng)輸出一個脈動的電壓信號，并經(jīng)過放大器放大后送給單片機(jī)內(nèi)部的比較器，記錄波導(dǎo)絲電流激發(fā)時間和比較器中斷的時間差值而得到磁環(huán)與信號檢測器的距離；軟件運行時通過單片機(jī)內(nèi)部定時器的PWM控制功能完成5V到28V的升壓，當(dāng)需要采集磁環(huán)距離值時，單片機(jī)時鐘切換到外部石英晶振高速運行，采集完反饋信號后單片機(jī)切換到內(nèi)部低頻時鐘來降低功耗；單片機(jī)的UART串口通信線(21)與上位機(jī)(22)連接，檢測到的有效值通過串口通信線發(fā)送給上位機(jī)。
【專利摘要】磁致伸縮傳感器驅(qū)動與信號采集的低功耗模塊涉及驅(qū)動波導(dǎo)絲及采集波導(dǎo)絲反饋信號的模塊。主要是為解決現(xiàn)有的磁致伸縮傳感器不能滿足本安型二線制儀表要求的問題而設(shè)計的。5V電源一路為低功耗直流電壓轉(zhuǎn)換芯片供電；另一路連電感線圈，電感線圈與二極管陽極和限流電阻并聯(lián)，限流電阻與MOS管A連接，MOS管A與電源地、單片機(jī)定時器連接；二極管與470nF儲能電容、28V穩(wěn)壓管和波導(dǎo)絲的連接，儲能電容和穩(wěn)壓管連接到電源地；波導(dǎo)絲與電流回路線連接，電流回路線與MOS管B連接，MOS管B連接電源、單片機(jī)；信號檢測器連接放大器，放大器連接比較器；單片機(jī)的串口通信線與上位機(jī)連接。優(yōu)點是能滿足本安型二線制智能儀表的要求。
【IPC分類】G01F23-00
【公開號】CN204359385
【申請?zhí)枴緾N201420839230
【發(fā)明人】張文旭, 魏冰
【申請人】遼陽自動化儀表集團(tuán)有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月26日