一種磁致伸縮液位計的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種磁致伸縮液位計，包括MCU主控單元、電源系統(tǒng)單元、液晶和按鍵外擴調(diào)試單元以及信號處理與采集單元，所述MCU主控單元分別與電源系統(tǒng)單元、液晶和按鍵外擴調(diào)試單元以及信號處理與采集單元相連；所述電源系統(tǒng)單元用于供電；所述液晶和按鍵外擴調(diào)試單元用于配置所述MCU主控單元以及顯示回波信號；所述信號處理與采集單元用于采集回波信號；所述MCU主控單元用于發(fā)出激勵信號并經(jīng)過延時測量盲區(qū)后控制所述信號處理與采集單元開始采集回波信號。本實用新型能夠增加抗干擾能力，并且降低維護成本。
【專利說明】一種磁致伸縮液位計

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及工業(yè)自動化領域中的液位測量儀表，特別是涉及一種磁致伸縮液位計。

【背景技術】
[0002]在工業(yè)自動化領域中，為適應不同的測量工況，設計出不同的料位測量儀表，如雷達物位計、超聲波物位計、電浮筒液位計、重錘液位計、射頻導納料開關等，這類設備廣泛用于化工、石油、冶金、電廠、制造等場合，因此現(xiàn)場選型儀表的適用性，調(diào)試維護的方便性越來越受到用戶關注。
[0003]磁致伸縮液位計通常采用MCU主控制單元發(fā)送起始脈沖信號，此起始脈沖在波導絲中傳輸時，同時產(chǎn)生了一沿波導絲方向前進的旋轉磁場，當這個磁場與浮球中的永久磁場相遇時，產(chǎn)生磁致伸縮效應，使波導絲產(chǎn)生扭動，這一扭動被壓電陶瓷元件檢測到并轉換成相應的脈沖，將此脈沖做為回波脈沖，通過計算出兩個脈沖之間的時間差，可精確地測出被測介質(zhì)的液位高度。
[0004]磁致伸縮液位計在實際使用過程中，由于振動、周圍干擾磁場、波導絲的剩磁或電子電路中噪聲等都會產(chǎn)生虛假的回波信號，當此虛假信號超前真實回波信號到達比較判斷門限電路時，就會被誤判為回波信號，從而輸出虛假液位信息。
[0005]在返回信號檢測時多采用回波處理電路模塊單元給出參考電壓，當回波信號大于此信號時，認為是有效信號，否則為無效信號。當系統(tǒng)出現(xiàn)干擾信號時，如果干擾信號比真實回波信號提前到達回波處理電路且干擾信號電壓大于參考電壓時，磁致伸縮就會產(chǎn)生錯誤的輸出信號。另外由于回波信號處理采用回波信號與參考電壓比較方式，在維護調(diào)試時，只能通過示波器查看回波信號幅度和干擾信號幅度，從而使維護調(diào)試非常麻煩。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種磁致伸縮液位計，使得維護調(diào)試更為簡單。
[0007]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種磁致伸縮液位計，能夠避免干擾信號。
[0008]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種磁致伸縮液位計，包括MCU主控單元、電源系統(tǒng)單元、液晶和按鍵外擴調(diào)試單元以及信號處理與采集單元，所述MCU主控單元分別與電源系統(tǒng)單元、液晶和按鍵外擴調(diào)試單元以及信號處理與采集單元相連；所述電源系統(tǒng)單元用于供電；所述液晶和按鍵外擴調(diào)試單元用于配置所述MCU主控單元以及顯示回波信號；所述信號處理與采集單元用于采集回波信號；所述MCU主控單元用于發(fā)出激勵信號并經(jīng)過延時測量盲區(qū)后控制所述信號處理與采集單元開始采集回波信號。
[0009]所述液晶和按鍵外擴調(diào)試單元包括液晶顯示屏、輕觸式按鍵和帶有I2C接口的I/O擴展芯片；所述液晶顯示屏和輕觸式按鍵通過所述帶有I2C接口的I/O擴展芯片與MCU主控單元相連。
[0010]所述電源系統(tǒng)單元包括3.3V穩(wěn)壓集成芯片和帶有電源輸入接口的安規(guī)保護電路。
[0011]所述信號處理與采集單元包括依次連接的信號濾波放大電路和A/D采樣轉換電路。
[0012]所述的磁致伸縮液位計還包括與MUC主控單元相連的4 — 20MA輸出單元；所述4 - 20MA輸出單元為一支持I2C接口的D/A轉換芯片和V/I變換電路，用于將檢測到的液位數(shù)據(jù)轉成4 - 20MA信號輸出到外部控制系統(tǒng)。
[0013]所述的磁致伸縮液位計還包括與MCU主控單元相連的按鍵調(diào)試與LED指示單元，所述按鍵調(diào)試與LED指示單元包括兩個按4/20MA標定輕觸式按鍵和一個LED狀態(tài)指示燈。
[0014]所述的磁致伸縮液位計還包括與MCU主控單元相連的RAM擴展單元,所述RAM擴展單元為一 128KRAM外擴芯片。
[0015]所述的磁致伸縮液位計還包括與MCU主控單元相連的HART模塊單元，所述HART模塊單元為HART接口芯片A5191及外圍電路。
[0016]所述的磁致伸縮液位計還包括與MCU主控單元相連的數(shù)據(jù)存儲單元，所述數(shù)據(jù)存儲單元為一支持I2C接口 EEPROM芯片。
[0017]所述的磁致伸縮液位計還包括與MCU主控單元相連的看門狗模塊,所述看門狗模塊單元為一看門狗芯片。
[0018]有益效果
[0019]由于采用了上述的技術方案，本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果:本實用新型通過實時采樣回波信號，并由MCU主控單元通過延時控制識別有效回波信號，增加抗干擾能力，并且增加液晶和按鍵外擴調(diào)試模塊，方便用戶現(xiàn)場查看回波信號、并且根據(jù)回波信號可以及時更改濾波方式及其它配置數(shù)據(jù)，降低了維護成本，并能及時有效地解決現(xiàn)場問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的系統(tǒng)結構圖；
[0021]圖2是本實用新型中回波信號處理電路框圖；
[0022]圖3是本實用新型中回波信號采樣流程圖。

【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0024]本實用新型的實施方式涉及一種磁致伸縮液位計，包括MCU主控單元、電源系統(tǒng)單元、液晶和按鍵外擴調(diào)試單元以及信號處理與采集單元，所述MCU主控單元分別與電源系統(tǒng)單元、液晶和按鍵外擴調(diào)試單元以及信號處理與采集單元相連；所述電源系統(tǒng)單元用于供電；所述液晶和按鍵外擴調(diào)試單元用于配置所述MCU主控單元以及顯示回波信號；所述信號處理與采集單元用于采集回波信號；所述MCU主控單元用于發(fā)出激勵信號并經(jīng)過延時測量盲區(qū)后控制所述信號處理與采集單元開始采集回波信號。
[0025]本實用新型通過實時采樣回波信號，并由MCU主控單元通過延時控制識別有效回波信號，增加抗干擾能力，并且增加液晶和按鍵外擴調(diào)試模塊，方便用戶現(xiàn)場查看回波信號、并且根據(jù)回波信號可以及時更改濾波方式及其它配置數(shù)據(jù)，降低了維護成本，并能及時有效地解決現(xiàn)場問題。
[0026]下面結合附圖，進一步說明本實用新型。
[0027]如圖1所示，本實用新型的一種磁致伸縮液位計，它包括MCU主控制單元100、電源系統(tǒng)單元110、液晶與按鍵調(diào)試單元120、按鍵調(diào)試與LED指示單元130、信號處理與采集單元140、4 - 20MA輸出單元150、RAM擴展單元160、HART模塊單元170、存儲模塊單元180和看門狗單元190,所述電源系統(tǒng)單元110、液晶與按鍵調(diào)試單元120、按鍵調(diào)試與LED指示單元130、信號處理與采集單元140、4 - 20MA輸出單元150、RAM擴展單元160、HART模塊單元170、存儲模塊單元180和看門狗單元190分別與所述MCU主控制單元100相連接。
[0028]在本實施例中，MCU主控制單元100采用超低耗功能RENESAS M30系列的單片機，是各個模塊中央控制單元，該超低耗功能RENESAS M30系列的單片機具有延時功能。
[0029]在本實施例中，電源系統(tǒng)單元110包括3.3V穩(wěn)壓集成芯片和帶有電源輸入接口的安規(guī)保護電路，其中，安規(guī)保護電路包括TVS管和氧化膜電阻阻成的浪涌保護電路；共膜電感形成的共膜干擾抑制信號；安規(guī)格電容形成的靜電保護電路；三個二極管組成的防止反向電源接反的保護電路。3.3V穩(wěn)壓集成芯片用于將24V轉9V供提高發(fā)射信號功率的電路輸出的9V轉為3.3V。
[0030]在本實施例中，所述液晶與按鍵調(diào)試單元120包含液晶和按鍵外擴調(diào)試單元包含I2C接口的I/O擴展芯片、C0G128*64液晶顯示屏和4個輕觸式按鍵。作為外擴可選式配件，通過帶有I2C接口的I/O擴展芯片與MCU主控制單元100連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，C0G128*64液晶顯示屏用于查看顯示回波信號、干擾信號的幅度與和起始發(fā)射信號的時間間隔，4個輕觸式按鍵還可以用來通過配置系統(tǒng)設置內(nèi)容，如量程、距離與電流校準，HART通信地址，廠家信息等。
[0031]MCU主控制單元100將存儲在RAM擴展單元160中的數(shù)據(jù)經(jīng)濾波并根據(jù)液晶屏參數(shù)，將采樣數(shù)據(jù)成比例壓縮輸出到液晶顯示屏。X軸代表時間，Y軸代表信號幅度，原點為發(fā)射信號激勵起始點。這樣用戶就會很直接地從回波曲線上看到:發(fā)射信號與回波信號的時間差，回波信號的幅度。結合實際液位可以容易判斷哪個是干擾信號。因此增加的液晶顯示屏就類似示波器功能，用于顯示回波曲線信息。
[0032]在本實施例中，所述按鍵調(diào)試與LED指示單元130包括兩個按4/20MA標定輕觸式按鍵和一個LED狀態(tài)指示燈。在未選配液晶與按鍵調(diào)試單元120時，4/20MA標定輕觸式按鍵用于現(xiàn)場標定4/20MA配置數(shù)據(jù)，LED狀態(tài)指示燈用于響應按鍵標定狀態(tài)。該單元與MCU主控制單元100之間I/O直接擴展連接并采用掃描控制輸入輸出方式。
[0033]在本實施例中，所述信號處理與采集單元140是本實用新型的磁致伸縮液位計的信號處理關鍵部分。如圖2所示，所述信號處理與采集單元包括依次連接的信號濾波放大電路和A/D采樣轉換電路。MCU主控制單元100控制發(fā)射幅度為9V、脈沖寬度為1us的激勵信號，當發(fā)射的激勵信號遇到浮子時產(chǎn)生的扭轉力經(jīng)過壓電陶瓷轉成脈沖信號，經(jīng)信號濾波放大電路濾波放大，再由A/D采樣轉換電路(如Σ -AADC采樣集成芯片)轉換成數(shù)字信號，存儲在RAM中供MCU主控制單元100處理。
[0034]如圖3所示，MCU主控制單元100控制發(fā)射激勵信號后，考慮到激勵信號與回波信號之間存在測量盲區(qū)，所以MCU主控制單元延時一小段時間(測量盲區(qū))后，將CS信號線變?yōu)榈碗娖剑刂菩盘柼幚砼c采集單元140工作，開始以2MHZ時鐘頻率連續(xù)A/D采樣，并把采樣數(shù)據(jù)采用DMA方式直接存儲在外部RAM中。其中，量程大小決定連續(xù)采樣的時間長度或采樣點數(shù)，例如量程3米，那么連續(xù)采樣的時間長度3/340 = 8.82ms。采樣結束后，CS信號線變?yōu)楦唠娖?，關閉Σ - Λ ADC采樣集成芯片，使其進入低耗模式，即使得控制信號處理與采集單元140處于低耗狀態(tài)。
[0035]在本實施例中，所述4 — 20ΜΑ輸出單元150包含I2C接口的13位的D/A轉換芯片(ΜΑΧ5351)和V/I變換變換電路。MCU主控制單元100將處理得到的液位數(shù)據(jù)經(jīng)本單元轉化成線性電流，反饋給外部控制系統(tǒng)(如遠程監(jiān)控系統(tǒng))。
[0036]MCU主控制單元100將4 — 20ΜΑ輸出單元150中的1.2V DC精密參數(shù)電壓用13位的D/A轉換芯片線性化，且在V/I變換變換電路中使用50歐姆的變換電阻，這樣系統(tǒng)檢測液位為零時，MCU主控制單元100給ΜΑΧ5351數(shù)據(jù)為(50*0.004/1.2)*213 = 1365。這樣就實現(xiàn)了液位數(shù)據(jù)到4?20ΜΑ輸出反饋信號。
[0037]在本實施例中，所述RAM擴展單元160為一 IS62WV1288BLL RAN芯片，主要用于存儲MCU主控制單元100從信號處理與采集單元140讀取的回波采樣數(shù)據(jù)，便于在快速統(tǒng)計處理真實液位信息和提供在液晶屏顯示回波曲線的緩存數(shù)據(jù)。
[0038]在本實施例中，所述HART模塊單元170主要由Α5191芯片及相關電路和外部468ΚΗΖ陶瓷振蕩器組成，實現(xiàn)MCU主控制單元100與外面如DCS、HART手持器等操作控制系統(tǒng)連接通信，可以將儀表測量數(shù)據(jù)定時上傳外面監(jiān)控系統(tǒng)，也可以接受外面控制系統(tǒng)的配置數(shù)據(jù)，從而改變測量參數(shù)，如量程、回波曲線數(shù)據(jù)等。
[0039]在本實施例中，所述存儲模塊單元180為一 FM24LC4 I2C接口 EEPROM芯片，用于保存系統(tǒng)配置信息，即使系統(tǒng)斷電也不影響EEPROM中保存的數(shù)據(jù)，當系統(tǒng)上電時，MCU主控制單元100從此芯片中讀取現(xiàn)場儀表配置數(shù)據(jù)，如量程、距離、4/20MA校準點、HART地址等數(shù)據(jù)。
[0040]在本實施例中，所述看門狗模塊單元190為一專用的看門狗芯片，當系統(tǒng)超時未響應喂狗信號時，看門狗芯片就會復位MCU主控制單元100，以防止系統(tǒng)程序受到意想不到的干擾時，快速恢復現(xiàn)場儀表工作狀態(tài)。
[0041]本實用新型的一種磁致伸縮液位計的MCU主控制單元通過延時實現(xiàn)對回波信號的采樣，并增加了可以顯示回波曲線的COG點陣液晶顯示屏。本實用新型的主要優(yōu)點是將回波信號判斷由單純的與參考電壓比較，改為由MCU延時采樣屏蔽干擾信號，以此增加儀表的可靠性，并且可以用外擴液晶屏代替示波器查看回波信號信息，大大簡化了現(xiàn)場調(diào)試時間，提聞了問題解決效率。
【權利要求】
1.一種磁致伸縮液位計，包括MCU主控單元、電源系統(tǒng)單元、液晶和按鍵外擴調(diào)試單元以及信號處理與采集單元，其特征在于，所述MCU主控單元分別與電源系統(tǒng)單元、液晶和按鍵外擴調(diào)試單元以及信號處理與采集單元相連；所述電源系統(tǒng)單元用于供電；所述液晶和按鍵外擴調(diào)試單元用于配置所述MCU主控單元以及顯示回波信號；所述信號處理與采集單元用于采集回波信號；所述MCU主控單元用于發(fā)出激勵信號并經(jīng)過延時測量盲區(qū)后控制所述信號處理與采集單元開始采集回波信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮液位計，其特征在于，所述液晶和按鍵外擴調(diào)試單元包括液晶顯示屏、輕觸式按鍵和帶有I2C接口的I/O擴展芯片；所述液晶顯示屏和輕觸式按鍵通過所述帶有I2C接口的I/O擴展芯片與MCU主控單元相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮液位計，其特征在于，所述電源系統(tǒng)單元包括3.3V穩(wěn)壓集成芯片和帶有電源輸入接口的安規(guī)保護電路。
4.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮液位計，其特征在于，所述信號處理與采集單元包括依次連接的信號濾波放大電路和A/D采樣轉換電路。
5.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮液位計，其特征在于，還包括與MUC主控單元相連的4 - 20MA輸出單元；所述4 一 20MA輸出單元為一支持I2C接口的D/A轉換芯片和V/I變換電路，用于將檢測到的液位數(shù)據(jù)轉成4 - 20MA信號輸出到外部控制系統(tǒng)。
6.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮液位計，其特征在于，還包括與MCU主控單元相連的按鍵調(diào)試與LED指示單元,所述按鍵調(diào)試與LED指示單元包括兩個按4/20MA標定輕觸式按鍵和一個LED狀態(tài)指示燈。
7.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮液位計，其特征在于，還包括與MCU主控單元相連的RAM擴展單元，所述RAM擴展單元為一 128KRAM外擴芯片。
8.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮液位計，其特征在于，還包括與MCU主控單元相連的HART模塊單元，所述HART模塊單元為HART接口芯片A5191及外圍電路。
9.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮液位計，其特征在于，還包括與MCU主控單元相連的數(shù)據(jù)存儲單元，所述數(shù)據(jù)存儲單元為一支持I2C接口 EEPROM芯片。
10.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮液位計，其特征在于，還包括與MCU主控單元相連的看門狗模塊，所述看門狗模塊單元為一看門狗芯片。
【文檔編號】G01F23/46GK204115824SQ201420630903
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權日:2014年10月28日
【發(fā)明者】張志國 申請人:上海雄風自控工程有限公司