一種具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器，包括以下模塊：電源模塊，用于給變送器工作提供電力；中央處理器，該中央處理器上集成設(shè)置有模數(shù)變換器和通用異步接收/發(fā)送裝置；RS485通訊模塊，該RS485通訊模塊與中央處理器的通用異步接收/發(fā)送裝置相互通信連接；所述的模數(shù)變換器用于接收壓力傳感器的mV信號并將其轉(zhuǎn)換成壓力數(shù)字信號提供給中央處理器，中央處理器根據(jù)壓力數(shù)字信號得出壓力值并計算出壓降速率值，并通過通用異步接收/發(fā)送裝置傳輸給RS485通訊模塊輸出。本發(fā)明具有壓降速率檢測功能和低功耗等優(yōu)點。
【專利說明】一種具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力變送器，具體是指一種具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器，應(yīng)用于氣液聯(lián)動執(zhí)行器破管保護(hù)電子單元?！颈尘凹夹g(shù)】
氣液聯(lián)動執(zhí)行器是一種安裝在天然氣輸氣管線上的閥門驅(qū)動裝置，其工作原理是通過天然氣管線中的天然氣作為動力源驅(qū)動閥門。破管保護(hù)電子單元為氣液聯(lián)動執(zhí)行器的一個附件，其作用是實時監(jiān)測天然氣管線的壓力和壓降速率，如果天然氣管線出現(xiàn)異常，壓力或壓降速率超過設(shè)定值，則破管保護(hù)電子單元發(fā)出電信號，驅(qū)動氣液聯(lián)動執(zhí)行器打開或關(guān)閉閥門，保護(hù)管線。因此，破管保護(hù)電子單元的可靠性直接影響輸氣管道的安全，提升破管保護(hù)電子單元的可靠性成為各個執(zhí)行器廠家關(guān)注的重點。而壓力變送器是破管保護(hù)電子單元的信號傳遞的重要環(huán)節(jié)，其作用是將壓力傳感器輸出的mV信號轉(zhuǎn)換成較高的電流信號(4~20mA)、電壓信號(0~10V)或現(xiàn)場總線信號(ModBus、Profibus等)傳輸給遠(yuǎn)方用戶。但傳統(tǒng)的壓力變送器在氣液聯(lián)動執(zhí)行器破管保護(hù)電子單元上的應(yīng)用上卻出現(xiàn)了很大的缺點，其表現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)功耗較高，普通壓力變送器為了實現(xiàn)傳輸距離遠(yuǎn)的目的通常采用24VDC工作電壓，無論是電流信號、電壓信號或現(xiàn)場總線信號，其工作電流均在十幾毫安到一百毫安之間及功耗為0.2W到2W。而破管保護(hù)電子單元大多為電池供電，要求破管保護(hù)電子單元的功耗盡量低。因此，普通壓力變送器很難達(dá)到低功耗的要求；
(2)無壓降速率計算，普通壓力變送器通常只變送壓力數(shù)據(jù)。而破管保護(hù)電子單元為了檢測天然氣管線是否正常，不僅 需要壓力數(shù)據(jù)，而且也需要壓降速率數(shù)據(jù)。通常的做法是破管保護(hù)電子單元接收壓力變送器的數(shù)據(jù)，然后通過破管保護(hù)電子單元內(nèi)部的CPU計算壓降速率。該模式的缺點是:
A.電子單元CPU的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)較重，很難處理多組壓力變送器的數(shù)據(jù)，因此電子單元基本采用單壓力傳感器模式。
[0002]B.壓力變送器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)臅r間不確定，壓降速率的精度很難保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，而提供一種帶有具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是包括以下模塊:
電源模塊，用于給變送器工作提供電力；
中央處理器，該中央處理器上集成設(shè)置有模數(shù)變換器和通用異步接收/發(fā)送裝置；RS485通訊模塊，該RS485通訊模塊與中央處理器的通用異步接收/發(fā)送裝置相互通信連接；
所述的模數(shù)變換器用于接收壓力傳感器的mV信號并將其轉(zhuǎn)換成壓力數(shù)字信號提供給中央處理器，中央處理器根據(jù)壓力數(shù)字信號得出壓力值并計算出壓降速率值，并通過通用異步接收/發(fā)送裝置傳輸給RS485通訊模塊輸出。壓降速率的計算是通過△ P/t來確定的，其中Λ P為壓力的變化值，t為變化時間。
[0005]進(jìn)一步設(shè)置是所述的中央處理器為超低功耗的嵌入式中央處理器。
[0006]進(jìn)一步設(shè)置是所述的中央處理器上還設(shè)置用于記錄采樣周期指令的FLASH存儲器，所述的電源模塊上設(shè)置用于給壓力傳感器供電的第一電源輸出線路、以及用于給RS485通訊模塊供電的第二電源輸出線路、以及用于給中央處理器供電的第二電源輸出線路，所述的中央處理器內(nèi)設(shè)置有周期計時器，該中央處理器根據(jù)FLASH存儲器的采樣周期指令以及周期計時器輸出用于控制電源模塊工作的低功耗控制信號。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是 1.超低功耗
由于在破管保護(hù)電子單元中壓力變送器的位置靠近電子單元控制器，其傳輸距離不超過50m，因此，壓力變送器的工作電壓可采用5VDC。為了減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的電流，壓力變送器采用3.3V的RS485通信模式。由于破管保護(hù)電子單元并不需要實時傳輸數(shù)據(jù)，因此，壓力變送器可根據(jù)用戶需要定時采集壓力數(shù)據(jù)，而在非工作時間內(nèi)，采用低功耗休眠模式降低能耗損失。因此，可將壓力傳感器數(shù)據(jù)采集時的功耗降低到15mW，而在低功耗休眠模式下，壓力變送器的功耗為2mW，基本不消耗電能。
[0008]2.壓力變送器可計算壓降速率
由于破管保護(hù)電子單元需要通過天然氣管道的壓降速率值來保護(hù)管道，而普通壓力變送器無法輸出壓降速率值。為了解決這個問題。我們將壓降速率的計算移到了變送器端。這樣傳感器采集的壓力可立即通過壓力變送器計算出壓降速率，這樣可大大提高壓降速率的計算精度。而且，每個變送器都可以通過自己的CPU計算壓降速率，不常用電子單元的(PU資源，這樣就為一個電子單元控制器采集多組壓力變送器數(shù)據(jù)提供了可能?？煞奖愕慕M成壓力變送器網(wǎng)路。
[0009]由于采用了具有上述特點的壓力變送器，使我公司開發(fā)的破管保護(hù)電子單元在保證低功耗的條件下可接收多組壓力變送器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從而大大提升了產(chǎn)品的可靠性，減少了產(chǎn)品誤動作的發(fā)生。
[0010]終上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明的壓力變送器不僅可以變送壓力值，還可以變送壓降速率值，這樣不僅提升壓降速率的精度，減輕破管保護(hù)電子單元的計算壓力。而且，還為破管保護(hù)電子單元采集多組壓力和壓降速率值提供了可能，因為，如果采集多組壓力和壓降速率值提高破管保護(hù)電子單元的穩(wěn)定性的同時還存在2個重大問題:
(O多只傳感器和變送器的功耗會大大增加，這對于靠電池供電的破管保護(hù)電子單元是不允許的；
(2)如果將多只壓力傳感器的數(shù)據(jù)放到電子單元內(nèi)計算壓降速率，電子單元的計算量會大大增加，而且在變送器數(shù)據(jù)的傳輸過程中還會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的損失和時間的不確定性。因此使其可靠性得不到保證。
[0011]本發(fā)明的壓力變送器為高穩(wěn)定性的破管保護(hù)電子單元(需要采集多組壓力和壓降速率值)提供了可能。
[0012]下面結(jié)合說明書附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
【專利附圖】

【附圖說明】[0013]圖1本發(fā)明【具體實施方式】應(yīng)用于壓力采集變送裝置的原理示意圖；
圖2本發(fā)明的中央處理器的數(shù)據(jù)處理流程圖。
【具體實施方式】
[0014]下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0015]如圖1-2所示的本發(fā)明的【具體實施方式】，電源模塊1，用于給變送器工作提供電力；本實施例所述的電源模塊上設(shè)置用于給壓力傳感器供電的第一電源輸出線路11、以及用于給RS485通訊模塊供電的第二電源輸出線路12、以及用于給中央處理器供電的第二電源輸出線路13，中央處理器2，該中央處理器2上集成設(shè)置有模數(shù)變換器(ADC) 21和通用異步接收/發(fā)送裝置(UART) 22 ;本實施例所述的中央處理器為超低功耗的嵌入式中央處理器。
[0016]RS485通訊模塊3，該RS485通訊模塊3與中央處理器2的通用異步接收/發(fā)送裝置22相互通信連接；所述的模數(shù)變換器21用于接收壓力傳感器的mV信號并將其轉(zhuǎn)換成壓力數(shù)字信號提供給中央處理器2，中央處理器根據(jù)壓力數(shù)字信號得出壓力值并計算出壓降速率值，并通過通用異步接收/發(fā)送裝置傳輸給RS485通訊模塊3輸出。
[0017]另外，本實施例所述的中央處理器2上還設(shè)置用于記錄采樣周期指令的FLASH存儲器23，所述的中央處理器2內(nèi)設(shè)置有周期計時器24，該中央處理器2根據(jù)FLASH存儲器23的采樣周期指令以及周期計時器輸出用于控制電源模塊工作的低功耗控制信號25。
[0018]本實施例的工作原理是:
(I)硬件原理，參見圖1
A.正常工作狀態(tài)
壓力傳感器將壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為mV電壓信號傳輸給CPU。CPU為超低功耗嵌入式系統(tǒng)。其通過24位ADC直接將壓力傳感器的mV信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。CPU將采集的ADC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為壓力值并計算出壓降速率值。然后通過串行UART 口傳輸給RS485模塊，由RS485模塊將壓力和壓降速率值上傳給電子單元控制器。
[0019]B.低功耗狀態(tài)
電子單元控制器先將采樣周期通過RS485通信模塊將采樣周期發(fā)給CPU，CPU將數(shù)據(jù)保存至其FLASH存儲器中。每當(dāng)采樣周期所規(guī)定的時間間隔到達(dá)時，壓力變送器進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)完成正常工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)采樣、處理和上傳任務(wù)后，CPU通過輸出低功耗控制信號25關(guān)閉壓力傳感器的電源(第一電源輸出線路11)和RS485通信模塊的電源(第二電源輸出線路12)。并且CPU啟動采樣周期周期計時器，并進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)周期計時器延時到達(dá)時，CPU被喚醒，并且通過低功耗控制信號25打開電源第一電源輸出線路11和第二電源輸出線路12，使壓力變送器進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
[0020](2)軟件原理，參見圖2 軟件原理說明:
1.首先程序運行，初始化IO 口，UART 口，ADC模塊，在初始化時打開第一電源輸出線路11，第二電源輸出線路12，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。[0021]2.ADC采樣，將采集到的數(shù)據(jù)通過軟件濾波方式濾波，得到準(zhǔn)確的壓力AD數(shù)據(jù)。根據(jù)事先存入CPU的壓力標(biāo)定數(shù)據(jù)計算出壓力值。
[0022]3.首次運行程序時，將第一次計算的壓力值作為壓降速率計算的初值。輸出壓降速率為O。然后在下一個工作狀態(tài)通過(Pn+1 - Pn)/ t計算壓降速率。其中:Pn+1為當(dāng)前采樣計算的壓力值，Pn為上次采樣計算的壓力值。t為兩次采樣的時間間隔。
[0023]4.當(dāng)計算出壓力和壓降速率值后等待電子單元控制器通過串口向其發(fā)指令接收壓力和壓降速率值。
[0024]5.當(dāng)接收到指令并發(fā)出數(shù)據(jù)后啟動周期計時器，關(guān)閉RS485通信模塊和壓力傳感器電源，進(jìn)入休眠狀態(tài)。
[0025]6.周期計時器溢出，退出休眠，打開RS485通信模塊和壓力傳感器電源，進(jìn)入正
常工作模式。
【權(quán)利要求】
1.一種具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器，其特征在于包括以下模塊: 電源模塊，用于給變送器工作提供電力； 中央處理器，該中央處理器上集成設(shè)置有模數(shù)變換器和通用異步接收/發(fā)送裝置； RS485通訊模塊，該RS485通訊模塊與中央處理器的通用異步接收/發(fā)送裝置相互通信連接； 所述的模數(shù)變換器用于接收壓力傳感器的mV信號并將其轉(zhuǎn)換成壓力數(shù)字信號提供給中央處理器，中央處理器根據(jù)壓力數(shù)字信號得出壓力值并計算出壓降速率值，并通過通用異步接收/發(fā)送裝置傳輸給RS485通訊模塊輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器，其特征在于:所述的中央處理器為超低功耗的嵌入式中央處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器，其特征在于:所述的中央處理器上還設(shè)置用于記錄采樣周期指令的FLASH存儲器，所述的電源模塊上設(shè)置用于給壓力傳感器供電的第一電源輸出線路、以及用于給RS485通訊模塊供電的第二電源輸出線路、以及用于給中央處理器供電的第二電源輸出線路，所述的中央處理器內(nèi)設(shè)置有周期計時器，該中央處理器根據(jù)FLASH存儲器的采樣周期指令以及周期計時器輸出用于控制電源模塊工作的低功耗控制信號。
【文檔編號】G01D1/10GK103743415SQ201410024001
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】徐征, 項光義, 修紅學(xué), 曹永明 申請人:特福隆集團(tuán)有限公司