一種基于高精度水箱壓力測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水箱壓力的監(jiān)測(cè)控制過(guò)程，尤其涉及一種基于高精度水箱壓力測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在生產(chǎn)和生活中經(jīng)常需要對(duì)儲(chǔ)液罐或蓄水的液位進(jìn)行測(cè)量控制，液位的測(cè)量實(shí)際上可以轉(zhuǎn)化為對(duì)深度壓強(qiáng)的測(cè)量。智能供水系統(tǒng)的給水能力是非常重要一個(gè)方面，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中離不開對(duì)水箱壓力、壓強(qiáng)、液位等數(shù)據(jù)的測(cè)量與傳輸。隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出與實(shí)現(xiàn)，有關(guān)供水系統(tǒng)及液位測(cè)量的智能化要求越來(lái)越高，是我們需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。目前對(duì)水箱各種參數(shù)的檢測(cè)已有很多種方法，然而現(xiàn)有的液位測(cè)量?jī)x方案中，有不少測(cè)量?jī)x因價(jià)格問(wèn)題、安裝問(wèn)題或環(huán)境問(wèn)題不易為人們接收(如液位測(cè)量控制的浮球，因自身的體積和環(huán)境問(wèn)題經(jīng)常失靈，使其應(yīng)用受限)，測(cè)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種高精度的水箱壓力、壓強(qiáng)測(cè)量及傳輸電路，即一種基于高精度水箱壓力測(cè)量系統(tǒng)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的基于高精度水箱壓力測(cè)量系統(tǒng)，包括壓力傳感器、通信接口、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、U/I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(guò)信號(hào)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，所述通信接口與水栗控制器連接。
[0005]進(jìn)一步的，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理的的信號(hào)調(diào)理電路包括對(duì)電信號(hào)濾波、放大、隔離、變換及非線性化處理。
[0006]進(jìn)一步的，在信號(hào)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(hào)。
[0007]—個(gè)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(hào)輸出端設(shè)置有調(diào)零電路。
[0008]為了對(duì)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(bào)警和斷電保護(hù)電路。
[0009]通信接口連接的外接設(shè)備主要包括鍵盤和顯示器。
[0010]本專利的優(yōu)點(diǎn)是:1、選用靈敏度和測(cè)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(yùn)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(cè)量的目的，并不受外界干擾，對(duì)測(cè)量有選擇性地進(jìn)行;3、運(yùn)用匹配的運(yùn)算放大器組成橋式放大器，對(duì)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(zhǎng)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(duì)故障部位能準(zhǔn)確鎖定，故障狀態(tài)迅速識(shí)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。可以國(guó)家法律規(guī)定的具體數(shù)據(jù)的不同來(lái)設(shè)置存取測(cè)量數(shù)據(jù)，滿足不同安全管理操作方便的需要。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1是基于高精度水箱壓力測(cè)量系統(tǒng)的硬件連接結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是基于高精度水箱壓力測(cè)量系統(tǒng)的控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本實(shí)用新型的一種基于高精度水箱壓力測(cè)量系統(tǒng)，主要由壓力傳感器、通信接口、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、U/I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(hào)調(diào)理電路，信號(hào)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?hào)進(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(hào)輸入端連接，單片機(jī)信號(hào)輸出端連接通信接口，單片機(jī)的輸出信號(hào)通過(guò)U/I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(bào)警和斷電保護(hù)電路。
[0014]在壓力傳感器和信號(hào)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(guò)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。
[0015]該系統(tǒng)主要包括五個(gè)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。
[0016]數(shù)據(jù)采集模塊包括壓力傳感器的設(shè)計(jì)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(jì)粘于彈性體上，組成全橋平衡檢測(cè)電路。當(dāng)傳感器受到外加載荷作用時(shí)，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(hào)，該信號(hào)與傳感器所受載荷大小成正比，從而實(shí)現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換，同時(shí)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(jì)可確保測(cè)量精度。廣泛用于各種工業(yè)，特別適用于惡劣的場(chǎng)合。
[0017]主機(jī)電路即為單片機(jī)，主要包括微處理器，存儲(chǔ)器和I/O接口電路。程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器容量為8K(選用一片2764)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量為2Κ(選用一片6116)。
[0018]通信接口為485接口，實(shí)時(shí)檢測(cè)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(cè)值若高于上限設(shè)定值時(shí)，控制水栗停止上水;檢測(cè)值若低于下限設(shè)定值，控制水栗開始上水?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的監(jiān)控。
[0019]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(hào)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(hào)，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0020]同時(shí)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(lái)接通多路模擬信號(hào)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。
[0021]模擬輸出通道模塊由U/I轉(zhuǎn)換器和隔離電路組成。其中U/I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(bào)警等功能。
[0022]軟件模塊是根據(jù)系統(tǒng)功能對(duì)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(gè)方面構(gòu)成?？刂瞥绦虬ǖ綦姃呙璩绦?、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(hào)的接收通過(guò)485通信方式進(jìn)行，控制指令由單片機(jī)發(fā)出，再通過(guò)自校、跟蹤、越限報(bào)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(cè)量電路有序的進(jìn)行工作。
[0023]在所述的基于高精度水箱壓力測(cè)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。
[0024]水箱壓力通過(guò)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(hào)轉(zhuǎn)換，再通過(guò)模擬輸入通道模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，即當(dāng)水箱(水塔)的液位發(fā)生變化時(shí)，氣壓傳感器把變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào);該信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波，放大，隔離，變換以及非線化處理后，變成一個(gè)幅度為O?5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，將該信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)量，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。
[0025]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(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)檢測(cè)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(hào)通過(guò)模擬輸出通道模塊將信號(hào)進(jìn)行處理，主要過(guò)程是將U/I轉(zhuǎn)換器將信號(hào)處理輸出至各并行通信接口，再將信號(hào)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(cè)值若高于上限設(shè)定值時(shí)，控制水栗停止上水;檢測(cè)值若低于下限設(shè)定值，控制水栗開始上水，顯示器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值，直觀地顯示，并任意控制水位高度。
[0026]同時(shí)該系統(tǒng)中還設(shè)置有報(bào)警和斷電保護(hù)電路，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行必要的保護(hù)，以及對(duì)突發(fā)情況進(jìn)行報(bào)警。
[0027]上述過(guò)程中，由于A/D轉(zhuǎn)換器都需要有一定時(shí)間來(lái)完成量化及編碼操作，因此，在轉(zhuǎn)換過(guò)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?shí)現(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(hào)變化緩慢時(shí)，也可省去采樣保持器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于高精度水箱壓力測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括壓力傳感器、通信接口、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、U/I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(guò)信號(hào)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(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述信號(hào)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(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述信號(hào)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(cè)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(hào)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(cè)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(bào)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(cè)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】本實(shí)用新型涉及一種基于高精度水箱壓力測(cè)量系統(tǒng)，包括壓力傳感器、通信接口、信號(hào)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(guò)信號(hào)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(duì)測(cè)量有選擇性地進(jìn)行，提高穩(wěn)定度，具有自我診斷功能，對(duì)故障部位能準(zhǔn)確鎖定，故障狀態(tài)迅速識(shí)別。
【IPC分類】G01F23/18, G01L9/04
【公開號(hào)】CN205228699
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520941678
【發(fā)明人】馬虹
【申請(qǐng)人】南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年11月24日