專利名稱：無線工業(yè)物位變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及液位變送器，具體涉及一種無線工業(yè)物位變送器。
背景技術(shù)：
液位有浮子式、壓力式、電容式、激光式、超聲波式等測量方法。按測量液位的感應(yīng)元件與被測液體是否接觸，液位儀表可以分為接觸型和非接觸型兩大類。接觸型液位測量方法主要有人工檢尺法，浮子測量裝置、伺服式液位計、電容式液位計以及磁致伸縮液位計等。它們的共同點是測量的感應(yīng)元件與被測液體接觸，即都存在著與被測液體相接觸的測量部件且多數(shù)帶有可動部件。因此存在一定的磨損且容易被液體玷污或粘住，尤其是桿式結(jié)構(gòu)裝置，還需有較大的安裝空間，不方便安裝和檢修。非接觸型液位測量主要有超聲波液位計、微波雷達(dá)液位計、射線液位計以及激光液位計等顧名思義，這類測量儀表的共同特點是測量的感應(yīng)元件與被測液體不接觸。因此測量部件不受被測介質(zhì)影響，也不影響被測介質(zhì)，因而其適用范圍較為廣泛，可用于接觸型測量儀表不能使用的特殊場合，如粘度高、 腐蝕性強(qiáng)、污染性嚴(yán)重、易結(jié)晶的介質(zhì)?；诮⒑?、湖、海、壩區(qū)、油庫等現(xiàn)場多傳感器計算機(jī)測控系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)有的傳統(tǒng)液位變送器已不能滿足要求，而集信息采集、信息處理和數(shù)字通信功能于一體，能自主管理，具有智能化特性的液位變送器為生產(chǎn)發(fā)展所需求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種無線工業(yè)物位變送器，在滿足工業(yè)測量范圍和精度要求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)低功耗，是可根據(jù)不同型號傳感器實時調(diào)整參數(shù)的無線液位采集儀表，該儀表根據(jù)擴(kuò)散硅式壓力傳感器的測量原理，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)的計算系數(shù)準(zhǔn)確計算出壓力數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實時上傳，同時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，使整個儀表有較好的能耗表現(xiàn)。本實用新型的技術(shù)解決方案是該液位變送器包括三通外殼、WIAPA-M1800無線適配器、主控制器電路板、顯示器、3. 3V電源、WIA網(wǎng)關(guān)，在外殼的兩個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，壓力傳感器直接連接到主控制器電路板，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型號單片機(jī)，二者之間通過串口進(jìn)行通訊；顯示器采用1 段位的液晶玻璃材料，主控制器通過HT1621對其進(jìn)行驅(qū)動。本實用新型的測量方法是在工業(yè)設(shè)備的測量點處安裝此儀表，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，上位機(jī)將壓力傳感器對應(yīng)的計算參數(shù)通過WIA網(wǎng)絡(luò)下載到儀表，鉬熱電阻測量儀表所在的環(huán)境溫度，由電路板的信號調(diào)理電路對傳感器產(chǎn)生的電壓信號進(jìn)行差分信號采集、放大、去噪聲處理，A/D將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，主控制器將數(shù)字信號與下載的擴(kuò)散硅計算參數(shù)得到準(zhǔn)確的溫度值，并將數(shù)據(jù)實時上傳。本實用新型具有以下優(yōu)點1、本實用新型體積小，重量輕，傳感器可與變送器一體化，可視化好，實時性強(qiáng)，安裝使用方便。2、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用16位A\D，可以使分度號為P t 1 O O熱電阻的非線性校正采集精度在0. 1級以上，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)合電路板上的信號調(diào)理電路、穩(wěn)壓電路、抗干擾電路和開關(guān)電路，是整個儀表具有較低的功耗和較高的穩(wěn)定性。3、本實用新型液位變送器利用同一壓敏芯片，既測靜壓又測溫度，壓力、溫度信號經(jīng)A / D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)，經(jīng)嚴(yán)格補(bǔ)償校正運算后，通過無線的方式傳送至接收端，變送器基于智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)體系，符合IEEE 802. 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)場環(huán)境使用，具有很強(qiáng)的抗干擾能力、超低功耗、 實時通信等技術(shù)特征。4、在傳統(tǒng)投入式液位變送器的結(jié)構(gòu)及性能基礎(chǔ)上，結(jié)合智能傳感器系統(tǒng)的理論， 設(shè)計了 -種投入式一體化數(shù)字智能液位變送器，它具有體積小、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、智能化程度及可靠性高等特點，多個數(shù)字液位變送器可以組成數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，只需要通過一對屏蔽雙絞線，上位機(jī)便能獲得多個數(shù)字液位變送器的數(shù)據(jù)，并能對其進(jìn)行設(shè)置， 實用中獲得了滿意的效果。5、本應(yīng)用涉及的智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)基于短程無線通信IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)， 使用符合中國無委會規(guī)定的自由頻帶，解決惡劣環(huán)境下遍布的各種大型器械、金屬管道等對無線信號的反射、散射造成的多徑效應(yīng)，以及馬達(dá)、器械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電磁噪聲對無線通信的干擾，提供能夠滿足應(yīng)用需求的高可靠、實時無線通信服務(wù)。

圖1為本實用新型的結(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。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本實用新型的技術(shù)解決方案，實施例不應(yīng)理解為對技術(shù)解決方案的限制。如圖1-5所示，該液位變送器包括三通外殼、WIAPA-M1800無線適配器、主控制器電路板、顯示器、3. 3V電源、WIA網(wǎng)關(guān)，在外殼的兩個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，壓力傳感器直接連接到主控制器電路板，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Cll、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；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對熱電偶輸出信號進(jìn)行溫度補(bǔ)償，電橋的一個橋臂采用可調(diào)電阻R43，通過調(diào)節(jié)R43可以調(diào)整輸入到運放的差分電壓信號大小，通常用于調(diào)整零點；信號調(diào)理電路擴(kuò)散硅的一端即電橋的一個平衡點與電阻R45的一端連接，R45的另一端分別與運算放大器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平衡點連接，R47的另一端分別與濾波電容C42的一端、運算放大器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、運算放大器的負(fù)電源端接地，運算放大器的正電源端與+3. 3V電源連接；EEPROM存儲器選用MicroChip公司的24LC64芯片，采用I2C接口，由3. 3V電源供電，5、6號管腳通過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)動液晶屏幕，其中SEGO SEG23 和COMO COM3共24個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.無線工業(yè)物位變送器，其特征在于該液位變送器包括三通外殼、WIAPA-M1800無線適配器、主控制器電路板、顯示器、3. 3V電源、WIA網(wǎng)關(guān)，在外殼的兩個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，壓力傳感器直接連接到主控制器電路板，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ADSl 110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，可對來放大電路的電壓信號進(jìn)行放大處理并采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；MCU:選對A/D輸出的數(shù)字信號進(jìn)行處理，計算出溫度，通過無線模塊與遠(yuǎn)程PC通信，接收熱電阻計算參數(shù)表，將采集到的結(jié)果上傳PC以及其他實時通信，通過對工作模式的切換進(jìn)行能耗控制；恒壓電路選用的擴(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寬的動態(tài)電壓范圍，恒流源的建立只需一只外接電阻，是無需獨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溫度成正比的敏感特性，只有在溫度恒定時電流才恒定，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；信號調(diào)理電路對擴(kuò)散硅采集的信號進(jìn)行放大、濾波；EEPROM存儲器由于不同的熱電阻在計算時對應(yīng)不同的計算參數(shù)，故使用64K的 EEPROM存儲各種常用熱電阻的計算參數(shù)；顯示器顯示傳感器探頭所在環(huán)境下的壓力，測量精度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上對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，同時在系統(tǒng)初次使用時由PC將對應(yīng)于每個傳感器探頭的分度表經(jīng)該無線模塊傳送至MCU，保存在外部存儲器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線工業(yè)物位變送器，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丄20丄21丄22、(^4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 腳與第二運算放大器0P2的輸出端連接，ADS1110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；壓力傳感器R1、R2、R3、R4、R5和擴(kuò)散硅組成傳感器電路，擴(kuò)散硅的1腳連接-OUT和 Rl的一端，Rl的另一端連接擴(kuò)散硅的2腳、R2的一端，R5的一端和+IN，R2的另一端連接擴(kuò)散硅的3腳、+OUT, R5的另一端連接R3的一端、R4的一端、-IN, R3的另一端連接擴(kuò)散硅的3腳，R4的另一端連接擴(kuò)散硅的5腳；信號調(diào)理電路壓力傳感器一端即電橋的一個平衡點與電阻R45的一端連接，R45的另一端分別與運算放大器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平衡點連接，R47的另一端分別與濾波電容C42的一端、運算放大器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、運算放大器的負(fù)電源端接地，運算放大器的正電源端與+3. 3V電源連接；EEPROM存儲器選用Microchip公司的24LC64芯片，采用I2C接口，由3. 3V電源供電， 5、6號管腳通過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)動液晶屏幕，其中SEGO SEG23和 COMO COM3共24個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。
專利摘要本實用新型公開了無線工業(yè)物位變送器，該液位變送器包括三通外殼、WIAPA-M1800無線適配器、主控制器電路板、顯示器、3.3V電源、WIA網(wǎng)關(guān)，在外殼的兩個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，壓力傳感器直接連接到主控制器電路板，顯示器通過插針連接至主控制器電路板。本實用新型利用同一壓敏芯片，既測靜壓又測溫度，變送器基于智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)體系，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)場環(huán)境使用，具有很強(qiáng)的抗干擾能力、超低功耗、實時通信等技術(shù)特征。
文檔編號G08C17/02GK202083434SQ201120161140
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者萬軍, 劉仁廣, 王天成, 王洪元, 陳云, 龍霄 申請人:常州大學(xué), 江蘇紅光儀表廠有限公司