一种超声流量计变送器和超声流量计系统的制作方法

本实用新型实施例涉及仪器仪表系统中的数据传输技术，尤其涉及一种超声流量计变送器和超声流量计系统。

背景技术：

作为目前世界上最先进、精确的流量测量仪表之一，超声流量计在石油、石化、化工、制药、造纸、食品和能源等行业工艺过程的检测和贸易交接计量等场合广泛应用，它可以容易地确定管道中的体积流量。

超声流量计由至少一对超声换能器和变送器组成。图1为现有技术中超声流量计的变送器10的结构示意图，变送器包括信号采集与调理放大模块11，信号分析与控制模块12，交互模块13，掉电保护模块14以及电源模块15。其中，信号采集与调理放大模块11与超声换能器相连，信号分析与控制模块12与信号采集与调理放大模块11相连，交互模块13、掉电保护模块14与信号分析与控制模块12相连，电源模块15与采集与调理放大模块11、信号分析与控制模块12、交互模块13以及掉电保护模块14分别相连。

超声流量计的变送器可以随时随地观测仪表工作状态及其数据值。现有技术中进行仪表工作状态观测时检测仪器与超声变送器采用有线连接，需要在防爆条件下断电开盖进行接线后，上盖上电才能采集信号，现场组态不方便，也不利于防爆安全。

技术实现要素：

本实用新型提出一种超声流量计变送器和超声流量计系统，以实现方便快捷地采集数据，观测仪表的运行状态，方便地设置变送器的组态参数。

本实用新型实施例提出一种超声流量计变送器和超声流量计系统，通过在超声流量计的电路板上直接装设蓝牙通讯模块，实现超声流量计变送器与检测仪器之间的无线通讯，方便快捷地采集数据，观测仪表的运行状态，方便地设置组态参数。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种超声流量计变送器，该变送器包括：

信号调理与采集板、程控放大及自动增益控制板、信号控制与分析板、输入输出板、人机交互接口、掉电保护模块和电源模块；其中，还包括：

蓝牙通讯模块，与所述信号控制与分析板和电源模块连接，用于从所述信号控制与分析板的存储单元获取数据，并基于蓝牙协议无线发射，以及接收用户端基于蓝牙协议输入的数据，并传输给所述信号控制与分析板。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种超声流量计系统，该超声流量计系统包括至少一对超声换能器、变送器和手操器，其中：

所述变送器为本发明任意实施例所提供的超声流量计变送器；

所述手操器中设置有蓝牙通讯模块，用于与变送器中的蓝牙通讯模块基于蓝牙协议进行数据传输。本实用新型通过在现有超声流量计变送器的基础之上，在其电路板上直接装设蓝牙通讯模块，解决了采集超声流量计变送器参数和数据时，由于检测仪器与变送器有线连接造成的现场组态不方便的问题，实现了超声流量变送器与检测仪器之间的无线通讯，达到了方便快捷地采集数据，观 测仪表状态，设置变送器组态参数的效果。

附图说明

图1是本实用新型背景技术中超声流量计变送器的电路连接示意图；

图2是本实用新型实施例一中的一种超声流量计变送器的电路连接示意图；

图3是本实用新型实施例二中的蓝牙通讯模块的结构示意图；

图4a是本实用新型实施例三中的一种超声流量计系统的结构示意图；

图4b是本实用新型实施例三中的一种超声流量计系统中的手操器的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图2所示为本实用新型实施例一提供的一种超声流量计变送器的组成结构示意图，本实施例可适用于超声流量计变送器与检测仪器无线通讯的情况，该变送器的具体结构如下：

该超声流量计变送器100包括信号调理与采集板110、程控放大及自动增益控制板120、信号控制与分析板130、输入输出板140、人机交互接口150、 外扩随机存储器(Ramdom Access Memory，RAM)160、掉电保护模块170、电源模块180，还包括蓝牙通讯模块190。

其中，信号调理与采集板110，包括信号通道切换电路、发射电路、激励信号电压调整电路，用于对激励信号进行调整、收发信号切换、发射信号以及采集超声换能器发射的信号；

程控放大及自动增益控制板120，包括信号程控放大电路、接收电路、数字滤波采集电路、模/数转换器(Analog to digital converter，ADC)的自动增益控制电路、检波电路；与信号调理与采集板连接，用于接收将信号调理与采集板采集到的信号并将其放大到可检测的幅值以及将接收到的模拟信号转换成数字信号；

信号控制及分析板130包括ARM模块、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)模块组成的信号控制及分析单元，与信号调理与采集板连接，用于读取信号采集板的采集超声测量信号在管道的传播时间差值进行转换得到管道在介质传播的流速及其瞬时流量；

输入输出板140，包括4～20mA电流环、脉冲输出电路、RS485通信接口，与信号控制与分析板连接，用于接收用户输入、对信号控制和分析板得到的信息进行输出以及与上位机进行通讯；

人机交互接口150，与信号控制与分析板连接，用于连接外部键盘、显示屏等输入设备和显示设备以实现人机交互；

外扩RAM 160，与信号分析与控制板连接，用于当信号分析与控制板存储空间不足时存储数据；

掉电保护模块170，与信号控制与分析板连接，用于在仪表存在供电不足 或者断电的状态下，将仪表的关键参数及其计量数据优先存储在存储单元中；

电源模块180，与信号调理与采集板、程控放大及自动增益控制板、信号控制与分析板、输入输出板、掉电保护模块、蓝牙通讯模块连接，用于为信号调理与采集板、程控放大及自动增益控制板、输入输出板、掉电保护模块和蓝牙通讯模块提供电源；

蓝牙通讯模块190，与所述信号控制与分析板和电源模块连接，用于从所述信号控制与分析板的存储单元获取数据，并基于蓝牙协议无线发射，以及接收用户端基于蓝牙协议输入的数据，并传输给所述信号控制与分析板。

该超声流量计的工作原理为：

超声流量计变送器各模块通电后，由信号控制及分析板130的控制电路产生一个触发信号，控制信号调理与采集板110产生顺流方向的长脉冲发射信号，该信号经过程控放大及自动增益控制板120的放大后驱动超声波换能器，使超声波换能器发出超声波，该超声波穿过管道中的流体，另一个超声波换能器接收到该超声信号后，将超声信号转化为电信号，通过信号调理与采集板110接收该信号，并将其传送到程控放大及自动增益板120，通过程控放大及自动增益控制板120将其放大到可检测的幅值，然后将该放大后的信号传送至信号控制与分析板130，信号控制与分析板130得到顺流方向接收信号的到达时刻，计算出顺流方向信号接收时间，顺流N1次，例如可取N1＝1000；然后与该过程相同，逆流方向发射一个同样的长脉冲发射信号，信号控制与分析板130得到逆流方向接收信号的到达时刻，并计算出逆流方向接收信号的时间，逆流N2次，且N2＝N1。计算N1或N2次逆流和顺流的时间差，由信号控制与分析板130计算得到流速、流量值。

蓝牙通讯模块190接收到对变送器参数和数据的进行读取的命令信号后，可从信号控制及分析板130的存储单元获取变送器的参数及运行数据，并将其通过蓝牙通讯模块190无线发射；蓝牙通讯模块190接收到向变送器写数据的命令信号后，接收外部输入的变送器参数，并将其传送到超声流量变送器的信号控制与分析板130。

本实施例的技术方案，通过在现有超声流量计变送器的基础之上，在其电路板上直接装设蓝牙通讯模块，解决了采集传统超声流量计变送器参数和数据时，由于检测仪器与变送器有线连接造成的现场组态不方便的问题，实现了超声流量计变送器参数和数据的无线采集，并实现了方便地就地设置与采集变送器参数。

实施例二

图3为本实用新型实施例二提供的超声流量计变送器中蓝牙通讯模块的结构示意图，本实施例在实施例一的基础上，优选是将蓝牙通讯模块进一步优化蓝牙芯片191和配套的印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)天线192，蓝牙芯片191与PCB天线192、信号控制与分析板130分别连接，该蓝牙芯片191集成了蓝牙协议、通讯接口、流量控制、无线发射等功能。

具体的，在电路板上直接焊接蓝牙芯片191和配套的PCB天线192，与信号分析与控制板130上的ARM微处理器直接连接，在线路板上提供+3.3V电源回路给蓝牙芯片191，然后将ARM微处理器与标准通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)接口进行相连。

该蓝牙通讯模块190采用兼容MODBUS协议远程终端单元(Remote Terminal Unit，RTU)模式的通讯方式，超声流量计变送器与外部检测设备依照该协议进 行通讯；

来自超声流量计变送器的信号分析与控制板130上的ARM微处理器的数据通过发送数据(Transmit Data，TXD)引脚进行发送给蓝牙通讯模块190，并将这些数据通过蓝牙天线192发射出去；来自蓝牙天线192的数据发送给超声流量计变送器的ARM微处理器，通过接收数据(Receive Data，RXD)引脚给蓝牙通讯模块190进行接收。其中用请求发送(Request To Send，RTS)引脚、允许发送(Clear To Send，CTS)引脚用于实现蓝牙通讯模块190和超声流量变送器的ARM微处理器之间的流量控制。

本实施例的技术方案，通过将蓝牙通讯模块划分为蓝牙芯片和PCB自带天线，解决了超声流量计变送器与检测设备之间的无线通讯问题，达到了超声流量计变送器无线发射和接收数据的效果。

上述产品可执行本实用新型任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例三

图4a为本实用新型实施例三提供的一种超声流量计系统的示意图。该超声流量计系统包括至少一对超声换能器310、变送器320和手操器330。

其中，所述变送器320为实施例一中的超声流量计变送器；

图4b为本实用新型实施例三提供的一种超声流量计系统中手操器的结构示意图，该手操器330包括：

ARM处理器模块331，用于对接收到的数据进行处理以及将处理后的数据向外部传输；

触摸屏332，与所述处理器331相连，用于向所述处理器331输入数据以 及显示超声流量计变送器参数和数据；

蓝牙通讯模块333，与所述处理器331相连，用于从所述处理器331获取数据并基于兼容MODBUS协议的RTU模式无线发射，以及接收所述超声流量计变送器端发送的数据，并传输给所述处理器331；

蓝牙天线334，与蓝牙通讯模块333连接，用于接收外部信号以及通过该天线发射信号；

SD存储卡335，与处理器331相连，用于对需要存储的内部参数和数据进行存储；

按键与指示灯336，与所述处理器相连，其中按键用于输入数据给处理器，以及菜单选择；指示灯，用于对超声流量计变送器的各阶段工作状态是否正常进行提示；

Mini通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)端口337，与所述处理器331相连，用于所述手操器330与其他设备连接；

电源模块338，用于提供电源。

手操器装有WindowsCE操作系统。手操器通过触摸屏或键盘操作软件发出命令通过蓝牙通讯模块333发射，由超声流量变送器的蓝牙通讯模块328进行接收。

手操器发送读或写数据请求，变送器执行相应操作并回应相应数据。通讯接口采用RS485接口，异步、半双工模式。数据格式使用二进制数据格式，一个起始位，八个数据位、无校验位、一个停止位。波特率可以为9600bps、4800bps、2400bps、1200bps。

该超声流量计系统的工作过程为：

通讯过程中，手操器330依照协议，使用自带的蓝牙通讯模块333发送读或写命令；变送器电路板上的蓝牙通讯模块329接收到命令，通过其和变送器信号控制及分析板323上是ARM微处理器的UART接口将接收到的命令传送给变送器ARM微处理器；变送器ARM微处理器接收到蓝牙通讯模块329传送来的命令后，执行相应操作并将相应数据通过和蓝牙通讯模块329的UART接口传送给变送器320的蓝牙通讯模块329；变送器320的蓝牙通讯模块329收到变送器ARM微处理器传送来的数据后，将数据通过PCB自带的蓝牙天线传送到空中；手操器330的蓝牙通讯模块333收到这些数据后，完成一次通讯。

本实施例的技术方案，通过使用增设蓝牙通讯模块的超声流量计变送器以及与之通讯的手操器，解决了采集传统超声流量计变送器参数和数据时，由于检测仪器与变送器有线连接造成的现场组态不方便的问题，实现了超声流量计变送器与检测仪器之间的无线通讯，并实现了方便地采集超声流量计变送器的参数以及设置变送器参数。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。