基于無(wú)線(xiàn)hart通訊技術(shù)的壓力傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器，包括微型計(jì)算機(jī)以及通過(guò)不同端口與微型計(jì)算機(jī)連接的電源管理模塊、載荷傳感器、信號(hào)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊和顯示模塊，這種基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器除了支持WIA-PA通信協(xié)議，還支持無(wú)線(xiàn)HART通信協(xié)議，具有穩(wěn)定性好、精度高和無(wú)線(xiàn)接入可靠等特性，無(wú)線(xiàn)通訊降低了維護(hù)難度和成本、提高了設(shè)備更替的靈活性以及對(duì)于地域廣、設(shè)備分散的應(yīng)用場(chǎng)合適用度高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，尤其涉及一種基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]油田的一個(gè)采油場(chǎng)由多口油井、計(jì)量間、管匯閥組，轉(zhuǎn)油站，聯(lián)合站、原油外輸系統(tǒng)、油罐以及油田的其它分散設(shè)施組成，那么整個(gè)采油場(chǎng)的各種設(shè)施的工作狀態(tài)及采出油品的數(shù)據(jù)(主要有溫度、壓力、示功、電機(jī)參數(shù)等)就直接關(guān)系到油田生產(chǎn)的穩(wěn)定及原油質(zhì)量。油井一般分散于方圓幾十甚至上百平方公里的區(qū)域，由單井、計(jì)轉(zhuǎn)站和聯(lián)合站組成生產(chǎn)作業(yè)部門(mén)，由于油田大多位于地廣人稀、地形復(fù)雜的偏遠(yuǎn)地區(qū)，通訊設(shè)施比較缺乏，一般是由人工每日定時(shí)檢查設(shè)備運(yùn)行情況并測(cè)量、統(tǒng)計(jì)采油數(shù)據(jù)。這種方式必然使工人勞動(dòng)強(qiáng)度加重，影響了設(shè)備監(jiān)控與采油數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，所以油場(chǎng)的自動(dòng)化、信息化就顯得極為突出。常用的油井自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案是以井為單元，井口設(shè)置各種一次儀表對(duì)油井進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)有線(xiàn)方式將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C(jī)和無(wú)線(xiàn)電臺(tái)，有線(xiàn)傳輸方式具有以下缺點(diǎn):
1、維護(hù)困難、成本高。當(dāng)電纜線(xiàn)路發(fā)生故障或者要更改線(xiàn)路時(shí)，勢(shì)必要重新鋪設(shè)電纜，這一方面現(xiàn)場(chǎng)施工有困難，另一方面原有線(xiàn)路被拋棄而無(wú)法利用，造成浪費(fèi)增加成本。2、靈活性差。檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)架設(shè)好后，要進(jìn)行變更是相當(dāng)困難的，而增加設(shè)備又要鋪設(shè)更多的電纜，隨著年代的增長(zhǎng)，甚至?xí)霈F(xiàn)電纜線(xiàn)路已飽和無(wú)法再重新鋪設(shè)更多的電纜這樣的問(wèn)題。3、適用范圍窄。有線(xiàn)方式對(duì)于地域廣、設(shè)備分散的應(yīng)用場(chǎng)合并不適用，因?yàn)殇佋O(shè)電纜難度大且不太方便。
[0003]顯然，采用無(wú)線(xiàn)方式的需求越來(lái)越迫切，同時(shí)事實(shí)也證明，工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更有利于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的控制和管理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:為了解決目前的傳感器設(shè)備利用有線(xiàn)方式與下位機(jī)進(jìn)行通訊，具有維護(hù)困難、成本高、靈活性以及差適用范圍窄等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器通過(guò)WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊基于無(wú)線(xiàn)HART通信協(xié)議與下位機(jī)數(shù)據(jù)交互來(lái)解決上述問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器，包括微型計(jì)算機(jī)以及通過(guò)不同端口與微型計(jì)算機(jī)連接的電源管理模塊、載荷傳感器、信號(hào)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊和顯示模塊；
[0006]所述電源管理模塊:包括太陽(yáng)能電池板、DC/DC電路和電壓轉(zhuǎn)換模塊，所述太陽(yáng)能電池板、DC/DC電路、電壓轉(zhuǎn)換模塊依次連接并輸出穩(wěn)定電壓，用作其它模塊和芯片的工作電源；
[0007]所述信號(hào)處理模塊:包括放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，所述載荷傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和微型機(jī)算計(jì)依次連接；[0008]所述存儲(chǔ)模塊:包括EEPROM存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)計(jì)算參數(shù)；
[0009]所述無(wú)線(xiàn)通信模塊:包括WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊，所述WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊基于無(wú)線(xiàn)HART通信協(xié)議與下位機(jī)數(shù)據(jù)交互；
[0010]所述微型計(jì)算機(jī):用于控制載荷傳感器采集電信號(hào)，并根據(jù)EEPROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算參數(shù)對(duì)處理后的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到壓力數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊將壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C(jī)，并控制顯示模塊顯示壓力數(shù)據(jù)
[0011]一般微型計(jì)算機(jī)的工作電壓為3.3V，所述太陽(yáng)能電池板的輸出電壓為6?20V，所述DC/DC電路的輸出電壓為7.2V，所述電壓轉(zhuǎn)換模塊包括ADP3303AR-3.3芯片，所述ADP3303AR-3.3芯片的輸入電壓為3.2?12V，輸出電壓為3.3V，標(biāo)準(zhǔn)輸出電流為200mA，最低關(guān)斷電流小于luA，工作溫度為-20?+85°C，采用S0-8封裝。
[0012]所述放大電路包括LM358雙運(yùn)算放大器，電阻R48、R49、R50和R51為電容檢測(cè)檔位選擇電阻，分別為900K、900K、9K和90Κ，并與電阻R43構(gòu)成反饋電路，電阻R41為反饋電阻，電阻R44和R38用于調(diào)整運(yùn)放的放大倍數(shù)，電容D6、D7、D8和D9構(gòu)成保護(hù)電路，R40，C23，R37，R39，R42組成運(yùn)放單元的反饋電路，電容C21為旁路電容，電阻R46用于調(diào)整運(yùn)放的放大倍數(shù)，電阻R45和R41為運(yùn)放單元的負(fù)反饋調(diào)整電阻，所述A/D轉(zhuǎn)換電路包括ADS1110芯片，所述LM358雙運(yùn)算放大器的I號(hào)引腳與ADS1110芯片的I號(hào)引腳連接；LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)，它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合，這種放大電路可以檢測(cè)從PF級(jí)別到UF級(jí)別，基本涵蓋了目前民用電路中對(duì)電容的需求，比如在維修過(guò)程中當(dāng)需要替換一個(gè)未知大小的電容的時(shí)候，我們這時(shí)候就可以使用該電路對(duì)該電容進(jìn)行測(cè)量，然后替換。該放大電路是又兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的小微電流放大電路，具有靈敏度高，放大倍數(shù)穩(wěn)定等特點(diǎn)。同時(shí)該電路還有輸入保護(hù)電路，當(dāng)過(guò)載的時(shí)候，輸入保護(hù)電路可以確保后級(jí)電路的完好性，不會(huì)因?yàn)檫^(guò)載而導(dǎo)致以后不能正常工作，檢測(cè)值可以直接接到單片機(jī)上面，方便采集，比如可以顯示的顯示器上，可以上傳到電腦上等，所有的電阻均采用0.1%碳膜電阻，確保電容測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0013]所述微型計(jì)算機(jī)為MSP430F149芯片，所述MSP430F149芯片的P5.3接口與ADSl 110芯片的4號(hào)引腳連接，所述MSP430F149芯片的P5.4接口與ADSl 110芯片的3號(hào)引腳連接，所述MSP430F149芯片的晶振選用3.6864MHz，在線(xiàn)調(diào)試和程序下載使用標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口，MSP430F149芯片的XT2IN接口和XT20UT接口與晶振連接。
[0014]EEPROM存儲(chǔ)器為24LC64芯片，所述24LC64芯片的5號(hào)引腳與MSP430F149芯片的P5.3接口連接，所述24LC64芯片的6號(hào)引腳與MSP430F149芯片的P5.4接口連接，所述24LC64芯片的2、3、4、7號(hào)引腳用于指示物理地址。
[0015]所述WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊的P3.6接口與MSP430F149芯片的P3.4接口連接，所述WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊的P3.7接口與MSP430F149芯片的P3.5接口連接，所述WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊的P3.6、P3.7接口以及3.3V電壓組成與下位機(jī)無(wú)線(xiàn)通信的端口。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，這種基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器除了支持WIA-PA通信協(xié)議，還支持無(wú)線(xiàn)HART通信協(xié)議，具有穩(wěn)定性好、精度高和無(wú)線(xiàn)接入可靠等特性，無(wú)線(xiàn)通訊降低了維護(hù)難度和成本、提高了設(shè)備更替的靈活性以及對(duì)于地域廣、設(shè)備分散的應(yīng)用場(chǎng)合適用度高。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]圖1是本發(fā)明基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器整體硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2是本發(fā)明基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器的局部電路圖。
[0020]圖3是本發(fā)明基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器的局部電路圖。
[0021]圖4是本發(fā)明基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器的局部電路圖。
[0022]圖5是本發(fā)明基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器的局部電路圖。
[0023]圖6是本發(fā)明基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器的局部電路圖。
[0024]圖7是本發(fā)明基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器的局部電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0026]如圖1?6所示，本發(fā)明提供了 一種基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器，包括MSP430F149芯片以及通過(guò)不同端口與MSP430F149芯片連接的電源管理模塊、載荷傳感器、信號(hào)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊和顯示模塊；電源管理模塊包括太陽(yáng)能電池板、DC/DC電路和電壓轉(zhuǎn)換模塊，太陽(yáng)能電池板、DC/DC電路、MSP430F149芯片的工作電壓為3.3V，太陽(yáng)能電池板的輸出電壓為12V，DC/DC電路的輸出電壓為7.2V，電壓轉(zhuǎn)換模塊包括ADP3303AR-3.3芯片，ADP3303AR-3.3芯片的輸入電壓為3.2?12V，輸出電壓為3.3V,標(biāo)準(zhǔn)輸出電流為200mA，最低關(guān)斷電流小于luA，工作溫度為-20?+85°C，采用S0-8封裝；ADSl110芯片精度被設(shè)置為16位，最低位能檢測(cè)到的輸入信號(hào)電平為62.5uV，放大電路包括LM358雙運(yùn)算放大器，電阻R48、R49、R50和R51為電容檢測(cè)檔位選擇電阻，分別為900K、900K、9K和90Κ，并與電阻R43構(gòu)成反饋電路，電阻R41為反饋電阻，電阻R44和R38用于調(diào)整運(yùn)放的放大倍數(shù)，電容D6、D7、D8和D9構(gòu)成保護(hù)電路，R40, C23，R37，R39，R42組成運(yùn)放單元的反饋電路，電容C21為旁路電容，電阻R46用于調(diào)整運(yùn)放的放大倍數(shù)，電阻R45和R41為運(yùn)放單元的負(fù)反饋調(diào)整電阻，A/D轉(zhuǎn)換電路包括ADSl110芯片，LM358雙運(yùn)算放大器的I號(hào)引腳與ADSl110芯片的I號(hào)引腳連接，MSP430F149芯片的Ρ5.3接口與ADS1110芯片的4號(hào)引腳連接,MSP430F149芯片的Ρ5.4接口與ADS1110芯片的3號(hào)引腳連接，MSP430F149芯片的晶振選用3.6864MHz，在線(xiàn)調(diào)試和程序下載使用標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口，MSP430F149芯片的XT2IN接口和XT20UT接口與晶振連接，24LC64芯片的5號(hào)引腳與MSP430F149芯片的P5.3接口連接，24LC64芯片的6號(hào)引腳與MSP430F149芯片的P5.4接口連接，24LC64芯片的2、3、4、7號(hào)引腳用于指示物理地址；WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊基于無(wú)線(xiàn)HART通信協(xié)議與下位機(jī)數(shù)據(jù)交互，WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊的P3.6接口與MSP430F149芯片的P3.4接口連接，WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊的P3.7接口與MSP430F149芯片的P3.5接口連接，WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊的P3.6、P3.7接口以及3.3V電壓組成與下位機(jī)無(wú)線(xiàn)通信的端口，顯示模塊包括選用SPI總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的48管腳HT1621B驅(qū)動(dòng)液晶屏幕，其中SEG0-SEG23和C0M0-C0M3共28個(gè)管腳與液晶玻璃相連，DATA管腳接上拉電阻R4的一端再與MSP430F149芯片的P2.1口連接，CS管腳接接上拉電阻Rl的一端再與MSP430F149芯片的P2.0 口連接，WR管腳接接上拉電阻R3的一端再與MSP430F149芯片的P2.2 口連接，RD管腳接接上拉電阻R2的一端再與MSP430F149芯片的P2.3 口連接，上拉電阻R1、R2、R3、R4的另一端與VDD連接，VDD與VSS分別與接3.3V電源和地線(xiàn)，其余管腳懸空。
[0027]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器，其特征在于:包括微型計(jì)算機(jī)以及通過(guò)不同端口與微型計(jì)算機(jī)連接的電源管理模塊、載荷傳感器、信號(hào)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊和顯示模塊；所述電源管理模塊:包括太陽(yáng)能電池板、DC/DC電路和電壓轉(zhuǎn)換模塊，所述太陽(yáng)能電池板、DC/DC電路、電壓轉(zhuǎn)換模塊依次連接并輸出穩(wěn)定電壓，用作其它模塊和芯片的工作電源；所述信號(hào)處理模塊:包括放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，所述載荷傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和微型機(jī)算計(jì)依次連接；所述存儲(chǔ)模塊:包括EEPROM存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)計(jì)算參數(shù)；所述無(wú)線(xiàn)通信模塊:包括WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊，所述WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊基于無(wú)線(xiàn)HART通信協(xié)議與下位機(jī)數(shù)據(jù)交互；所述微型計(jì)算機(jī):用于控制載荷傳感器采集電信號(hào)，并根據(jù)EEPROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算參數(shù)對(duì)處理后的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到壓力數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊將壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C(jī),并控制顯示模塊顯示壓力數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器，其特征在于:所述太陽(yáng)能電池板的輸出電壓為6?20V，所述DC/DC電路的輸出電壓為7.2V，所述電壓轉(zhuǎn)換模塊包括ADP3303AR-3.3芯片，所述ADP3303AR-3.3芯片的輸入電壓為3.2?12V，輸出電壓為3.3V。
3.如權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器，其特征在于:所述放大電路包括:LM358雙運(yùn)算放大器，電阻R48、R49、R50和R51為電容檢測(cè)檔位選擇電阻，分別為900K、900K、9K和90Κ，電容D6、D7、D8和D9構(gòu)成保護(hù)電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路包括ADSl 110芯片，所述LM358雙運(yùn)算放大器的I號(hào)引腳與ADSl 110芯片的I號(hào)引腳連接。
4.如權(quán)利要求3所述的基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器，其特征在于:所述微型計(jì)算機(jī)為MSP430F149芯片，所述MSP430F149芯片的Ρ5.3接口與ADSl110芯片的4號(hào)引腳連接，所述MSP430F149芯片的Ρ5.4接口與ADS1110芯片的3號(hào)引腳連接。
5.如權(quán)利要求4所述的基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器，其特征在于:EEPR0M存儲(chǔ)器為24LC64芯片，所述24LC64芯片的5號(hào)引腳與MSP430F149芯片的P5.3接口連接，所述24LC64芯片的6號(hào)引腳與MSP430F149芯片的P5.4接口連接。
6.如權(quán)利要求4所述的基于無(wú)線(xiàn)HART通訊技術(shù)的壓力傳感器，其特征在于:所述WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊的P3.6接口與MSP430F149芯片的P3.4接口連接，所述WIAPA-M1800無(wú)線(xiàn)通信模塊的P3.7接口與MSP430F149芯片的P3.5接口連接。
【文檔編號(hào)】G01L19/08GK103528751SQ201310491969
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】王洪元, 焦筱悛, 王天成 申請(qǐng)人:常州大學(xué)