一種智能水位計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種智能水位計。
【背景技術(shù)】
[0002]在水利、水庫、油庫、泵站、城市供水中，水位(閘位)是很重要的測量參數(shù)。但現(xiàn)有的水位計在使用過程中仍然存在系統(tǒng)不穩(wěn)定、抗干擾能力差、精度低、現(xiàn)場更改程序麻煩等問題。隨著微電子、計算機、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化儀表在自動檢測和控制系統(tǒng)中以其高穩(wěn)定性、高可靠性、高精度、易維護性等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。基于以上分析，設(shè)計基于智能儀器的水位計具有現(xiàn)實意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是節(jié)省功耗、穩(wěn)定性好、可靠性高的智能水位計。
[0004]實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是一種智能水位計，包括電源模塊、微處理器、水位信號采集模塊、鍵盤輸入模塊、通信接口模塊、四路繼電器輸出報警模塊、4?20mA電流環(huán)輸出模塊和LED顯示模塊；所述電源模塊為微處理器供電；所述水位信號采集模塊和鍵盤輸入模塊的輸出端均連接微處理器的輸入端；所述微處理器的輸出端連接四路繼電器輸出報警模塊、4?20mA電流環(huán)輸出模塊和LED顯示模塊的輸入端；所述通信接口模塊與微處理器雙向連接。
[0005]所述微處理器為SOC單片機C8051F021。
[0006]所述電源模塊輸出+24V電壓給四路繼電器輸出報警模塊；輸出+5V電壓給微處理器、通信接口模塊、鍵盤輸入模塊和LED顯示模塊供電。
[0007]所述水位信號采集模塊包括液位壓力傳感器、可變電阻傳感器、智能多圈絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，液位壓力傳感器、可變電阻傳感器和智能多圈絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器采集到的水位信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后傳輸?shù)轿⑻幚砥鳌?br>[0008]所述通信接口模塊包括RS232和RS485兩種接口 ；RS232接口采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3222 ；RS485接口采用電平轉(zhuǎn)換芯片SN65LBC184以及高速光電耦合器6N136。
[0009]所述四路繼電器輸出報警模塊包括達林頓驅(qū)動芯片ULN2003和四個繼電器。
[0010]所述4?20mA電流環(huán)輸出模塊包括數(shù)字模擬變換器AD421和用于與微處理器2電氣隔離的高速光電親合器6N136。
[0011]采用了上述技術(shù)方案，本實用新型具有以下的有益效果:(1)本實用新型具有采集多點模擬量輸入，采集精度為12位ADC所具有精度，本實用新型選用性能優(yōu)良、成本較低的SOC單片機C8051F021，使整個系統(tǒng)的硬件電路簡化，減少芯片數(shù)量和占用空間，節(jié)省功耗，提尚系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。
[0012](2)本實用新型的水位采集可采用多種傳感器。
[0013](3)本實用新型的水位計可與上位機完成多點通信。
[0014](4)本實用新型可根據(jù)需要用數(shù)碼管或液晶顯示器完成參數(shù)的顯示和參數(shù)的設(shè)定。
[0015](5)本實用新型可以手動初始化工作參數(shù)。
[0016](6)本實用新型可以通過上位機監(jiān)控軟件定期的存儲下位機的工作狀態(tài)等功能。
【附圖說明】
[0017]為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中
[0018]圖1為本實用新型的原理框圖。
[0019]附圖中標(biāo)號為:
[0020]電源模塊1、微處理器2、水位信號采集模塊3、鍵盤輸入模塊4、通信接口模塊5、四路繼電器輸出報警模塊6、4?20mA電流環(huán)輸出模塊7、LED顯示模塊8。
【具體實施方式】
[0021](實施例1)
[0022]見圖1，本實施例的一種智能水位計，包括電源模塊1、微處理器2、水位信號采集模塊3、鍵盤輸入模塊4、通信接口模塊5、四路繼電器輸出報警模塊6、4?20mA電流環(huán)輸出模塊7和LED顯不模塊8 ；電源模塊I為微處理器2供電；水位信號米集模塊3和鍵盤輸入模塊4的輸出端均連接微處理器2的輸入端2 ;微處理器2的輸出端連接四路繼電器輸出報警模塊6、4?20mA電流環(huán)輸出模塊7和LED顯示模塊8的輸入端；通信接口模塊5與微處理器2雙向連接。
[0023]電源模塊I輸出+24V電壓給四路繼電器輸出報警模塊6 ;輸出+5V電壓給微處理器2、通信接口模塊5、鍵盤輸入模塊4和LED顯示模塊8供電。
[0024]微處理器2為SOC單片機C8051F021。微處理器2是整個水位計的控制核心，該部分的主要工作是將傳感器測量的水位信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進行數(shù)據(jù)處理，一方面送LED顯示模塊8顯示，另一方面與設(shè)定的水位報警值進行比較，判斷是否報警；對鍵盤輸入模塊4輸入的信號做出相應(yīng)處理；與上位機通信，內(nèi)容包括將測量數(shù)據(jù)送入上位機保存以方便進行分析處理，接收上位機發(fā)送的時間日期寫入時鐘模塊，接收上位機發(fā)送的設(shè)定參數(shù)并作相應(yīng)操作。SOC單片機C8051F021內(nèi)部集成了多種功能部件，包括UART、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、定時器、64KB的Flash存儲器和看門狗定時器等，C8051R)21使用片內(nèi)JTAG調(diào)試方式，使本水位計能夠方便地在線更新升級軟件，從而達到更新升級整個系統(tǒng)的目的。
[0025]水位信號采集模塊3包括液位壓力傳感器、可變電阻傳感器、智能多圈絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，液位壓力傳感器、可變電阻傳感器和智能多圈絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器采集到的水位信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后傳輸?shù)轿⑻幚砥?。采用液位壓力傳感器測量水位時，水位為零到滿量程高度對應(yīng)輸出的是4?20mA的電流信號，通過電阻把它轉(zhuǎn)換為
0.4?2V的電壓信號，經(jīng)過由AD623AN芯片構(gòu)成的射極跟隨器后，送入具有16位測量精度的片外ADC轉(zhuǎn)換芯片AD7705的AINl端，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號送入單片機SPI接口的MISO端。用可變電阻傳感器來測量水位輸出的是電壓信號，不再經(jīng)過電流/電壓的轉(zhuǎn)換電路，直接送入單片機C8051F021芯片的AINO端，直接利用單片機片內(nèi)的12位ADC進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，電壓基準采用外部基準，基準值是2.5V。智能多圈絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的位置碼是二進制碼或格雷碼。通過RS485 口和單片機C8051F021傳輸數(shù)據(jù)。單片機通過UARTl中斷的方式讀取編碼器的數(shù)據(jù)，完成對水位的測量。
[0026]通信接口模塊5包括RS232和RS485兩種接口 ；RS232接口采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3222 ；RS485接口采用電平轉(zhuǎn)換芯片SN65LBC184以及高速光電耦合器6N136。
[0027]四路繼電器輸出報警模塊6包括達林頓驅(qū)動芯片ULN2003和四個繼電器。四個繼電器外接電氣二次電路完成高水位1、高水位2、低水位1、低水位2報警，這四個報警水位可以通過鍵盤輸入或上位機界面人為設(shè)定。SOC單片機C8051F021的I/O 口發(fā)出開關(guān)量控制信號，通過達林頓驅(qū)動芯片ULN2003來驅(qū)動繼電器，使其對應(yīng)的繼電器常開觸點接觸導(dǎo)通，外部串接的報警電路開始報警。
[0028]要將待測量數(shù)據(jù)輸送給測量設(shè)備需將信號轉(zhuǎn)換為4?20mA電流環(huán)。4?20mA電流環(huán)輸出模塊7包括數(shù)字模擬變換器AD421和用于與微處理器2電氣隔離的高速光電耦合器6N136，AD421與SOC單片機C8051F021的連接只用了三根數(shù)據(jù)線:CL0CK與SOC單片機C8051F021的SPI接P的SCK連接；DATA與SOC單片機C8051F021的SPI接P的MOSI連接；LATCH與單片機的普通I/O 口 P3.0連接，將SOC單片機C8051F021的輸出的數(shù)字信號直接轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的4?20mA輸出。數(shù)字模擬變換器AD421采用了高速光電耦合器6N136與單片機進行光電隔離，從而可以有效的抑制外部電路信號對單片機的干擾，實現(xiàn)了與單片機完全的電氣隔離。
[0029]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種智能水位計，其特征在于:包括電源模塊(I)、微處理器(2)、水位信號采集模塊(3)、鍵盤輸入模塊(4)、通信接口模塊(5)、四路繼電器輸出報警模塊(6)、4?20mA電流環(huán)輸出模塊(7)和LED顯示模塊(8);所述電源模塊(I)為微處理器(2)供電；所述水位信號采集模塊(3)和鍵盤輸入模塊(4)的輸出端均連接微處理器(2)的輸入端(2);所述微處理器⑵的輸出端連接四路繼電器輸出報警模塊(6)、4?20mA電流環(huán)輸出模塊(7)和LED顯示模塊(8)的輸入端；所述通信接口模塊(5)與微處理器(2)雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能水位計，其特征在于:所述微處理器(2)為SOC單片機 C8051F021。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能水位計，其特征在于:所述電源模塊(I)輸出+24V電壓給四路繼電器輸出報警模塊￠);輸出+5V電壓給微處理器(2)、通信接口模塊(5)、鍵盤輸入模塊(4)和LED顯示模塊(8)供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能水位計，其特征在于:所述水位信號采集模塊(3)包括液位壓力傳感器、可變電阻傳感器、智能多圈絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，液位壓力傳感器、可變電阻傳感器和智能多圈絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器采集到的水位信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后傳輸?shù)轿⑻幚砥?2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能水位計，其特征在于:所述通信接口模塊(5)包括RS232和RS485兩種接口 ；RS232接口采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3222 ;RS485接口采用電平轉(zhuǎn)換芯片SN65LBC184以及高速光電耦合器6N136。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能水位計，其特征在于:所述四路繼電器輸出報警模塊(6)包括達林頓驅(qū)動芯片ULN2003和四個繼電器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能水位計，其特征在于:所述4?20mA電流環(huán)輸出模塊(7)包括數(shù)字模擬變換器AD421和用于與微處理器(2)電氣隔離的高速光電耦合器6N136。
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能水位計，包括電源模塊、微處理器、水位信號采集模塊、鍵盤輸入模塊、通信接口模塊、四路繼電器輸出報警模塊、4～20mA電流環(huán)輸出模塊和LED顯示模塊；所述電源模塊為微處理器供電；所述水位信號采集模塊和鍵盤輸入模塊的輸出端均連接微處理器的輸入端；所述微處理器的輸出端連接四路繼電器輸出報警模塊、4～20mA電流環(huán)輸出模塊和LED顯示模塊的輸入端；所述通信接口模塊與微處理器雙向連接。本實用新型具有采集多點模擬量輸入，采集精度為12位ADC所具有精度，本實用新型選用性能優(yōu)良、成本較低的SOC單片機C8051F021，使整個系統(tǒng)的硬件電路簡化，減少芯片數(shù)量和占用空間，節(jié)省功耗，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。
【IPC分類】G01F23-24
【公開號】CN204422016
【申請?zhí)枴緾N201520096386
【發(fā)明人】沈凱
【申請人】常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月10日