一种智能水位计的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种智能水位计。
【背景技术】
[0002]在水利、水库、油库、泵站、城市供水中，水位(闸位)是很重要的测量参数。但现有的水位计在使用过程中仍然存在系统不稳定、抗干扰能力差、精度低、现场更改程序麻烦等问题。随着微电子、计算机、网络和通讯技术的迅速发展，智能化仪表在自动检测和控制系统中以其高稳定性、高可靠性、高精度、易维护性等优点得到了广泛的应用。基于以上分析，设计基于智能仪器的水位计具有现实意义。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是节省功耗、稳定性好、可靠性高的智能水位计。
[0004]实现本实用新型目的的技术方案是一种智能水位计，包括电源模块、微处理器、水位信号采集模块、键盘输入模块、通信接口模块、四路继电器输出报警模块、4?20mA电流环输出模块和LED显示模块；所述电源模块为微处理器供电；所述水位信号采集模块和键盘输入模块的输出端均连接微处理器的输入端；所述微处理器的输出端连接四路继电器输出报警模块、4?20mA电流环输出模块和LED显示模块的输入端；所述通信接口模块与微处理器双向连接。
[0005]所述微处理器为SOC单片机C8051F021。
[0006]所述电源模块输出+24V电压给四路继电器输出报警模块；输出+5V电压给微处理器、通信接口模块、键盘输入模块和LED显示模块供电。
[0007]所述水位信号采集模块包括液位压力传感器、可变电阻传感器、智能多圈绝对值旋转编码器和模数转换电路，液位压力传感器、可变电阻传感器和智能多圈绝对值旋转编码器采集到的水位信号经模数转换电路后传输到微处理器。
[0008]所述通信接口模块包括RS232和RS485两种接口 ；RS232接口采用电平转换芯片MAX3222 ；RS485接口采用电平转换芯片SN65LBC184以及高速光电耦合器6N136。
[0009]所述四路继电器输出报警模块包括达林顿驱动芯片ULN2003和四个继电器。
[0010]所述4?20mA电流环输出模块包括数字模拟变换器AD421和用于与微处理器2电气隔离的高速光电親合器6N136。
[0011]采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果:(1)本实用新型具有采集多点模拟量输入，采集精度为12位ADC所具有精度，本实用新型选用性能优良、成本较低的SOC单片机C8051F021，使整个系统的硬件电路简化，减少芯片数量和占用空间，节省功耗，提尚系统的稳定性、可靠性。
[0012](2)本实用新型的水位采集可采用多种传感器。
[0013](3)本实用新型的水位计可与上位机完成多点通信。
[0014](4)本实用新型可根据需要用数码管或液晶显示器完成参数的显示和参数的设定。
[0015](5)本实用新型可以手动初始化工作参数。
[0016](6)本实用新型可以通过上位机监控软件定期的存储下位机的工作状态等功能。
【附图说明】
[0017]为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0018]图1为本实用新型的原理框图。
[0019]附图中标号为:
[0020]电源模块1、微处理器2、水位信号采集模块3、键盘输入模块4、通信接口模块5、四路继电器输出报警模块6、4?20mA电流环输出模块7、LED显示模块8。
【具体实施方式】
[0021](实施例1)
[0022]见图1，本实施例的一种智能水位计，包括电源模块1、微处理器2、水位信号采集模块3、键盘输入模块4、通信接口模块5、四路继电器输出报警模块6、4?20mA电流环输出模块7和LED显不模块8 ；电源模块I为微处理器2供电；水位信号米集模块3和键盘输入模块4的输出端均连接微处理器2的输入端2 ;微处理器2的输出端连接四路继电器输出报警模块6、4?20mA电流环输出模块7和LED显示模块8的输入端；通信接口模块5与微处理器2双向连接。
[0023]电源模块I输出+24V电压给四路继电器输出报警模块6 ;输出+5V电压给微处理器2、通信接口模块5、键盘输入模块4和LED显示模块8供电。
[0024]微处理器2为SOC单片机C8051F021。微处理器2是整个水位计的控制核心，该部分的主要工作是将传感器测量的水位信号经A/D转换后的数字量进行数据处理，一方面送LED显示模块8显示，另一方面与设定的水位报警值进行比较，判断是否报警；对键盘输入模块4输入的信号做出相应处理；与上位机通信，内容包括将测量数据送入上位机保存以方便进行分析处理，接收上位机发送的时间日期写入时钟模块，接收上位机发送的设定参数并作相应操作。SOC单片机C8051F021内部集成了多种功能部件，包括UART、A/D转换器、D/A转换器、定时器、64KB的Flash存储器和看门狗定时器等，C8051R)21使用片内JTAG调试方式，使本水位计能够方便地在线更新升级软件，从而达到更新升级整个系统的目的。
[0025]水位信号采集模块3包括液位压力传感器、可变电阻传感器、智能多圈绝对值旋转编码器和模数转换电路，液位压力传感器、可变电阻传感器和智能多圈绝对值旋转编码器采集到的水位信号经模数转换电路后传输到微处理器2。采用液位压力传感器测量水位时，水位为零到满量程高度对应输出的是4?20mA的电流信号，通过电阻把它转换为
0.4?2V的电压信号，经过由AD623AN芯片构成的射极跟随器后，送入具有16位测量精度的片外ADC转换芯片AD7705的AINl端，转换得到的数字信号送入单片机SPI接口的MISO端。用可变电阻传感器来测量水位输出的是电压信号，不再经过电流/电压的转换电路，直接送入单片机C8051F021芯片的AINO端，直接利用单片机片内的12位ADC进行模数转换，电压基准采用外部基准，基准值是2.5V。智能多圈绝对值旋转编码器输出的位置码是二进制码或格雷码。通过RS485 口和单片机C8051F021传输数据。单片机通过UARTl中断的方式读取编码器的数据，完成对水位的测量。
[0026]通信接口模块5包括RS232和RS485两种接口 ；RS232接口采用电平转换芯片MAX3222 ；RS485接口采用电平转换芯片SN65LBC184以及高速光电耦合器6N136。
[0027]四路继电器输出报警模块6包括达林顿驱动芯片ULN2003和四个继电器。四个继电器外接电气二次电路完成高水位1、高水位2、低水位1、低水位2报警，这四个报警水位可以通过键盘输入或上位机界面人为设定。SOC单片机C8051F021的I/O 口发出开关量控制信号，通过达林顿驱动芯片ULN2003来驱动继电器，使其对应的继电器常开触点接触导通，外部串接的报警电路开始报警。
[0028]要将待测量数据输送给测量设备需将信号转换为4?20mA电流环。4?20mA电流环输出模块7包括数字模拟变换器AD421和用于与微处理器2电气隔离的高速光电耦合器6N136，AD421与SOC单片机C8051F021的连接只用了三根数据线:CL0CK与SOC单片机C8051F021的SPI接P的SCK连接；DATA与SOC单片机C8051F021的SPI接P的MOSI连接；LATCH与单片机的普通I/O 口 P3.0连接，将SOC单片机C8051F021的输出的数字信号直接转换为对应的4?20mA输出。数字模拟变换器AD421采用了高速光电耦合器6N136与单片机进行光电隔离，从而可以有效的抑制外部电路信号对单片机的干扰，实现了与单片机完全的电气隔离。
[0029]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种智能水位计，其特征在于:包括电源模块(I)、微处理器(2)、水位信号采集模块(3)、键盘输入模块(4)、通信接口模块(5)、四路继电器输出报警模块(6)、4?20mA电流环输出模块(7)和LED显示模块(8);所述电源模块(I)为微处理器(2)供电；所述水位信号采集模块(3)和键盘输入模块(4)的输出端均连接微处理器(2)的输入端(2);所述微处理器⑵的输出端连接四路继电器输出报警模块(6)、4?20mA电流环输出模块(7)和LED显示模块(8)的输入端；所述通信接口模块(5)与微处理器(2)双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能水位计，其特征在于:所述微处理器(2)为SOC单片机 C8051F021。
3.根据权利要求1所述的一种智能水位计，其特征在于:所述电源模块(I)输出+24V电压给四路继电器输出报警模块￠);输出+5V电压给微处理器(2)、通信接口模块(5)、键盘输入模块(4)和LED显示模块(8)供电。
4.根据权利要求1所述的一种智能水位计，其特征在于:所述水位信号采集模块(3)包括液位压力传感器、可变电阻传感器、智能多圈绝对值旋转编码器和模数转换电路，液位压力传感器、可变电阻传感器和智能多圈绝对值旋转编码器采集到的水位信号经模数转换电路后传输到微处理器(2)。
5.根据权利要求1所述的一种智能水位计，其特征在于:所述通信接口模块(5)包括RS232和RS485两种接口 ；RS232接口采用电平转换芯片MAX3222 ;RS485接口采用电平转换芯片SN65LBC184以及高速光电耦合器6N136。
6.根据权利要求1所述的一种智能水位计，其特征在于:所述四路继电器输出报警模块(6)包括达林顿驱动芯片ULN2003和四个继电器。
7.根据权利要求1所述的一种智能水位计，其特征在于:所述4?20mA电流环输出模块(7)包括数字模拟变换器AD421和用于与微处理器(2)电气隔离的高速光电耦合器6N136。
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能水位计，包括电源模块、微处理器、水位信号采集模块、键盘输入模块、通信接口模块、四路继电器输出报警模块、4～20mA电流环输出模块和LED显示模块；所述电源模块为微处理器供电；所述水位信号采集模块和键盘输入模块的输出端均连接微处理器的输入端；所述微处理器的输出端连接四路继电器输出报警模块、4～20mA电流环输出模块和LED显示模块的输入端；所述通信接口模块与微处理器双向连接。本实用新型具有采集多点模拟量输入，采集精度为12位ADC所具有精度，本实用新型选用性能优良、成本较低的SOC单片机C8051F021，使整个系统的硬件电路简化，减少芯片数量和占用空间，节省功耗，提高系统的稳定性、可靠性。
【IPC分类】G01F23-24
【公开号】CN204422016
【申请号】CN201520096386
【发明人】沈凯
【申请人】常州信息职业技术学院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月10日