专利名称:能够进行气压补偿的压力式水位计的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种能够进行气压补偿的压力式水位计，包括信号采集单元、人机交互单元、通讯单元、数字信号处理单元、供电单元，所述数字信号处理单元分别与信号采集单元、人机交互单元、通讯单元连接，供电单元分别为传感器中各元件供电，人机交互单元用于实现人机交互，通讯单元用于数据通讯；所述信号采集单元包括水位传感器、水温传感器、数字气压传感芯片、A/D转换芯片，所述水位传感器和水温传感器采集到的数据经A/D转换芯片转换后传输至数字信号处理单元中，所述数字气压传感芯片采集到的数据传输至数字信号处理单元。本水位计采用集成化结构，成本低廉，性价比高，自动进行气压补偿和温度修正，数值精确，性能可靠。
【专利说明】能够进行气压补偿的压力式水位计
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水文数据监测【技术领域】，具体涉及一种能够对气压进行补偿的压力式水位计。
【背景技术】
[0002]压力式水位计是根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器的水位计。在水文、水雨情及工程安全监测领域，压力式水位计应用非常广泛，主要用于地下水与地表水等被测水体水位参数的传感、采集和上传。
[0003]目前市场已有较为成熟的产品大量使用，在水位参数采集时，由于大气压波动常会带来测值误差，现有产品一般采取通气管电缆的方法进行气压补偿，但该方法仍存在不少问题:采用通气管电缆进行气压补偿的产品一般只能适用于电缆长度小于等于30米的传感器，当电缆长度超过30米时通气管不仅通气效果不佳，而且容易折弯受阻反而导致测值异常；此外，该种结构的通气管口需经常更换干燥粉剂，维护非常不便。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本实用新型公开了一种能够进行气压补偿的压力式水位计，采用集成一体化设计，能够通过气压传感芯片实时采集气压数值，并能够进一步自动进行压力补偿，数值精确，性能可靠。
[0005]为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0006]一种能够进行气压补偿的压力式水位计，包括信号采集单元、人机交互单元、通讯单元、数字信号处理单元、供电单元，所述数字信号处理单元分别与信号采集单元、人机交互单元、通讯单元连接，所述供电单元分别为传感器中各元件供电，所述人机交互单元用于实现人机交互，所述通讯单元用于数据通讯；所述信号采集单元包括水位传感器、水温传感器、数字气压传感芯片、A/D转换芯片，所述水位传感器和水温传感器采集到的数据经A/D转换芯片转换后传输至数字信号处理单元中，所述数字气压传感芯片采集到的数据传输至数字信号处理单元。
[0007]进一步的，所述水位传感器通过DC4~20mA采样接口与A/D转换芯片连接，水温传感器通过DC0~5V采样接口与A/D转换芯片连接，A/D转换芯片通过SPI数字通讯接口与数字信号处理单元相连，气压传感器通过I2C数字通讯接口与数字信号处理单元相连，数字信号处理单元通过I/O接口与人机交互单元连接、通过UART接口与通讯单元相连。
[0008]进一步的，所述人机交互单元包括液晶显示器和键盘。
[0009]进一步的，所述供电单元输出三路电压分别为信号采集单元、数字信号处理单元、通讯单元供电。
[0010]进一步的，所述通讯单元包括无线通讯接口和有线通讯接口。
[0011]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果:
[0012]能够对水位水温信号和大气压力进行实时采样，并提供水位水温信号的AD转换，同时提供了实时运算平台一通过采集到的传感器数据数字信号处理单元能够对传感器水位测值自动进行气压补偿和温度修正，从而削减了由于大气压力波动带来的水位测量误差。本水位计采用集成化结构，成本低廉，性价比高；此外，还提供了多通讯接口，适用于各类环境，还提供了多路电源输出，可有效避免由多通道传导进来的干扰信号，提高系统的工作可靠性和安全性。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型提供的能够进行气压补偿的压力式水位计结构框图；
[0014]图2为A/D转换芯片电路图；
[0015]图3为通讯单元电路图；
[0016]图4为供电单元电路图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本实用新型，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0018]如图1?图4所示，本实用新型提供的压力式水位计包括数字信号处理单元、信号采集单元，供电单元，人机交互单元、通讯单元。其中信号采集单元包括水位传感器、水温传感器、数字气压传感芯片，水位传感器和水温传感器输出模拟量，数字气压传感芯片输出数字量，因此信号采集单元中还包括A/D转换芯片，A/D转换芯片用于将水位传感器和水温传感器采集到的模拟量转换为数字量。信号采集单元采集到的数据传输至数字信号处理单元中，通过人机交互单元能够与数字信号处理单元完成人机对话，数字信号处理单元将数据通过通讯单元传输至后台，完成与上位机的通讯，供电单元分别为本水位计中的各电子元件供电。
[0019]图1中，上述各个模块通过各自数据总线与数字信号处理单元进行数据传递。具体地说，水位传感器通过DC4~20mA采样接口与A/D转换芯片连接，水温传感器通过DC0~5V采样接口与A/D转换芯片连接，A/D转换芯片通过SPI数字通讯接口与数字信号处理单元相连，气压传感器通过I2C数字通讯接口与数字信号处理单元相连，数字信号处理单元通过I/o接口与人机交互单元连接、通过UART接口与通讯单元相连。通讯单元优选采用如图3所示具有3路通讯接口的无线/有线通讯芯片，其通过外接MODEM可提供I路长距无线传输(短信或GPRS组网)、1路短距无线传输(ZIGBEE)和I路RS485有线传输，有效的满足了不同地域不同用户的通讯要求，当然，当需要节约成本时，也可以根据需要选择单独具备无线通讯功能或有线通讯功能的通讯芯片。通讯单元将仪器采集的水位、水温、气压上传至通信网络，并能够接收来自计算机后台的控制命令。人机交互单元包括液晶显示器和键盘，可以提供人机交互功能，液晶显示器可以显示水位、水温、气压等测量值，通过键盘可操作修改设定值。如图4所示，供电单元优选通过三路电压输出分别与信号采集单元、数字信号处理单元、通讯单元相连，从而为各个单元提供不同的电压输出。
[0020]本水位计在工作时，数字信号处理单元能够实时采集大气压力值、水位、水温数值，提供水位、水温值的可靠AD转换，并将这些数值传输至数字信号处理单元中，采集到的数值精确并可直接进行处理运算。在此基础上，数字信号处理单元可以对传感器水位测值自动进行气压补偿和温度修正，气压补偿和温度修正过程都是现有简单算式，但现有技术中并未进行实时采集和运算，都是通过外挂元件采集后再行后台运算，而本水位计将气压补偿和温度修正的相关采集元件集成一体化，能够实时进行气压和温度补偿，数值准确可靠，安全性高。
[0021]本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种能够进行气压补偿的压力式水位计，其特征在于:包括信号采集单元、人机交互单元、通讯单元、数字信号处理单元、供电单元，所述数字信号处理单元分别与信号采集单元、人机交互单元、通讯单元连接,所述供电单元分别为传感器中各元件供电,所述人机交互单元用于实现人机交互，所述通讯单元用于数据通讯；所述信号采集单元包括水位传感器、水温传感器、数字气压传感芯片、A/D转换芯片，所述水位传感器和水温传感器采集到的数据经A/D转换芯片转换后传输至数字信号处理单元中，所述数字气压传感芯片采集到的数据传输至数字信号处理单元。2.根据权利要求1所述的能够进行气压补偿的压力式水位计，其特征在于:所述水位传感器通过DC4~20mA采样接口与A/D转换芯片连接，水温传感器通过DC0~5V采样接口与A/D转换芯片连接，A/D转换芯片通过SPI数字通讯接口与数字信号处理单元相连，气压传感器通过I2C数字通讯接口与数字信号处理单元相连，数字信号处理单元通过I/O接口与人机交互单元连接、通过UART接口与通讯单元相连。3.根据权利要求1或2所述的能够进行气压补偿的压力式水位计，其特征在于:所述人机交互单元包括液晶显示器和键盘。4.根据权利要求1或2所述的能够进行气压补偿的压力式水位计，其特征在于:所述供电单元输出三路电压分别为信号采集单元、数字信号处理单元、通讯单元供电。5.根据权利要求1或2所述的能够进行气压补偿的压力式水位计，其特征在于:所述通讯单元包括无线通讯接口和有线通讯接口。
【文档编号】G01F25-00GK204286550SQ201420670445
【发明者】徐国龙, 李聂贵, 李家群, 吴健琨, 陆纬, 王海妹 [申请人]水利部南京水利水文自动化研究所