专利名称：具有温湿度补偿及远程监控功能的超声波料位仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种具有温湿度补偿及远程监控功能的超声波料位仪，属于工业自动测量技术领域。
背景技术：
料位测量在工业生产中占有相当重要的地位，特别是在电力、化工、石油、煤炭等行业有着广泛的应用。由于工业原料常常是易挥发、强腐蚀、有毒性的物质，传统的接触式测量仪表虽然操作简单，但往往因粘连、腐蚀等问题影响测量的准确性，超声波料位仪作为一种典型的非接触式测量仪表受到人们的关注。近年来，随着社会信息化程度的提高，企业对于原料的自动测量提出了新的要求，目前市面上使用的超声波料位仪大多有功能单一、 不能远程监控、价格昂贵等缺点。
发明内容本实用新型提出的是一种具有温湿度补偿及远程监控功能的超声波料位仪，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，具有温湿度采集，超声波料位信号测量，节点自动组网，远程监控等功能。本实用新型的技术解决方案包括测量节点和信号汇聚节点两部分，测量节点实现了超声波料位信号测量、温湿度采集，并通过测得的温湿度数据对超声波测距结果进行修正，送入LCD显示，再通过RF射频发送电路向信号汇聚节点发送数据；信号汇聚节点通过 RF射频接收电路收集各个测量节点发送过来的数据，并通过GPRS通信电路将数据发送到监控室的网络端口供计算机查看，其特征是测量节点单片机最小系统电路的第一输出端接 RF射频发送电路的输入端，测量节点单片机最小系统电路的第二输出端接LCD显示电路的输入端，测量节点单片机最小系统电路的第一输入端接超声波测距电路的输出端，测量节点单片机最小系统电路的第二输入端接温度补偿电路的输出端，测量节点单片机最小系统电路的第三输入端接湿度补偿电路的输出端，测量节点单片机最小系统电路的第四输入端接稳压电路的输出端，信号汇聚节点单片机最小系统电路的第一输出端接GPRS通信电路的输入端，信号汇聚节点单片机最小系统电路的第一输入端接稳压电路的输出端，信号汇聚节点单片机最小系统电路的第二输入端接RF射频接收电路的输出端。本实用新型的优点集多种功能于一体，结构简单，成本低廉，使用方便，适用于多种复杂的工业环境，能有效提高料位测量的效率，同时降低劳动力成本。
附图1是本实用新型的结构示意图。附图2是超声波测距电路电原理图。附图3是温度补偿电路电原理图。附图4是湿度补偿电路电原理图。[0010]附图5是测量节点单片机最小系统电路电原理图。附图6是RF射频发送电路电原理图。附图7是IXD显示电路电原理图。附图8是稳压电路电原理图。附图9是GPRS通信电路电原理图。附图10是信号汇聚节点单片机最小系统电路电原理图。附图11是RF射频接收电路电原理图。图中的1是超声波测距电路、2是温度补偿电路、3是湿度补偿电路、4是测量节点单片机最小系统电路、5是RF射频发送电路、6是LCD显示电路、7是稳压电路、8是GPRS通信电路、9是信号汇聚节点单片机最小系统电路、10是RF射频接收电路。
具体实施方式
对照附图1，测量节点单片机最小系统电路4的第一输出端接RF射频发送电路5 的输入端，测量节点单片机最小系统电路4的第二输出端接LCD显示电路6的输入端，测量节点单片机最小系统电路4的第一输入端接超声波测距电路1的输出端，测量节点单片机最小系统电路4的第二输入端接温度补偿电路2的输出端，测量节点单片机最小系统电路4 的第三输入端接湿度补偿电路3的输出端，测量节点单片机最小系统电路4的第四输入端接稳压电路7的输出端，信号汇聚节点单片机最小系统电路9的第一输出端接GPRS通信电路8的输入端，信号汇聚节点单片机最小系统电路9的第一输入端接稳压电路7的输出端， 信号汇聚节点单片机最小系统电路9的第二输入端接RF射频接收电路10的输出端。对照附图2，超声波测距电路1其结构主要是超声波收发芯片(LM1812)U8的引脚 1接电感L2和电容C18组成的并联振荡回路的一端，电感L2和电容C18另一端与12V电源 (VCC_12V)连接，电感L2和电容C18的大小决定了超声波测距电路发射和接收的频率；电感L2和电容C18组成的振荡回路产生的振荡信号经驱动放大后，由超声波收发芯片U8的引脚13和引脚6输出，输出信号再经脉冲升压变压器Tl (匝数比为1 4)升压，用于驱动收发一体式超声波传感器(TCF40-25TR)X1 ；超声波收发芯片U8的引脚8通过电阻R9接三极管Ql (NPN)的集电极，同时三极管Ql的集电极通过上拉电阻RlO与12V电源(VCC_12V) 连接，实现三极管Ql输出信号的脉冲电平变换，三极管Ql的基极信号由测量节点单片机U5 的PSEND引脚输入；超声波收发芯片U8的引脚14通过上拉电阻R7与5V电源(VCC_5V)连接，同时此引脚上的信号输出到单片机TO的INTO引脚；采用超声波传感器TCF40-25TR把超声波回波脉冲的微振动转化为电信号，通过超声波收发芯片LM1812将脉冲信号进行滤波、整形、放大后传送给测量节点单片机U5检测；对照附图3，温度补偿电路2是采用LM35温度传感器，此温度传感器输出的是模拟量，测得的环境温度用于对超声波测距结果进行修正；LM35传感器将温度信号转换为电信号传输到测量节点单片机U5的片内模数转换器ADCO进行采样，之后由单片机对采集到的数据进行处理并显示； 对照附图4，湿度补偿电路3是采用CHM-02湿度传感器，此湿度传感器输出的是模拟量，测得的环境湿度用于对超声波测距结果进行修正；CHM-02传感器将湿度信号转换为电信号传输到测量节点单片机U5的片内模数转换器ADCl进行采样，之后由单片机对采集到的数据进行处理并显示；对照附图5，测量节点单片机最小系统电路4，单片机芯片LM3S811接3. 3V电源 (VCC_3. 3V)与地、振荡电路及复位电路，实现单片机运行；对照附图6，RF射频发送电路5，由测量节点单片机TO与短距无线通信模块 (NEWMSG-RF905)U6连接，实现数据的无线发送；无线通信模块U6的VCC引脚接3. 3V电源 (VCC_3. 3V)，TX_EN引脚与单片机U5的引脚30连接，TRX_CE引脚与单片机U5的引脚33连接，PWR_UP弓丨脚与单片机U5的引脚34连接，MOSI引脚与单片机TO的引脚44连接，SCK引脚与单片机U5的引脚43连接，CSN引脚与单片机U5的引脚42连接；对照附图7，IXD显示电路6，由单片机U5与IXD连接，实现料位、温度及湿度的显示；显示电路中，显示器IXD的RS引脚与单片机TO的引脚25连接，R/W引脚与单片机TO 的引脚26连接，E引脚与单片机U5的引脚27连接，PSB引脚与单片机U5的引脚28连接， RST引脚与单片机U5的引脚45连接；对照附图8，稳压电路7，采用SPX1117电压转换芯片U1，外接5V电源、滤波电容， 将5V电压转换为3. 3V电压输出；采用LM2576电压转换芯片U2，外接12V电源、滤波电容、 稳压管(型号1N5822)，将12V电压转换为4V电压输出；对照附图9，GPRS通信电路8，包括GPRS模块(SIM300) UlO和SIM卡插座Ul2，GPRS 模块的VDD_EXT引脚通过一个限流电阻R14与发光二极管D4串联，且发光二极管的另一端与地连接；GPRS模块的PWRKEY引脚与按键S3的一端连接，按键S3的另一端与地连接；S3 键实现GPRS模块的启动与关闭，其状态由发光二极管D4指示；GPRS模块的VBAT引脚与4V 电源(VCC_4V)连接，GND引脚与地连接，R)(D引脚与信号汇聚节点单片机U9的引脚18连接，T)(D引脚与单片机U9的引脚17连接，SIM_VDD引脚与SIM卡座U12的引脚1连接，SIM_ DATA引脚通过串联电阻R17与SIM卡座的引脚7连接，同时SIM_DATA引脚通过上拉电阻 R18与SIM_VDD引脚连接，SIM_CLK引脚通过串联电阻R16与SIM卡座的引脚3连接，SIM RST引脚通过串联电阻R15与SIM卡座的引脚2连接；同时，SIM卡座的引脚1与二极管阵列(SMF05C)U13的引脚1连接，SIM卡座的引脚2与二极管阵列U13的引脚6连接，SIM卡座的引脚3与二极管阵列的引脚5连接，SIM卡座的引脚7与二极管阵列的引脚4连接；4V 电源电路中，电容C36与电容C37并联，电容C36与电容C37 —端与地连接，电容C36与电容C37另一端与4V电源连接，此电路提供SIM300模块工作电源同时起到抗干扰作用；对照附图10，信号汇聚节点单片机最小系统电路9，单片机芯片LM3S811接3. 3V 电源(VCC_3. 3V)与地、振荡电路及复位电路，实现单片机运行；对照附图11，RF射频接收电路10，由信号汇聚节点单片机U9与短距无线通信模块(NEWMSG-RF905)U11连接，实现数据的无线接收；无线通信模块Ull的VCC引脚接3. 3V 电源(VCC_3. 3V)，TX_EN引脚与单片机U9的引脚25连接，TRX_CE引脚与单片机U9的引脚 26连接，PWR_UP引脚与单片机U9的引脚27连接，MISO引脚与单片机U9的引脚28连接， MOSI引脚与单片机U9的引脚45连接，SCK引脚与单片机U9的引脚46连接，CSN引脚与单片机U9的引脚47连接；所述系统中的测量节点和信号汇聚节点不一定唯一，可以根据现场环境增减节点的数量；信号汇聚节点收到多个测量节点发送来的数据后，通过GPRS网络将数据传输到监控中心的网络端口，供管理人员查看，此过程大大降低了劳动力成本。
权利要求1.具有温湿度补偿及远程监控功能的超声波料位仪，其特征是测量节点单片机最小系统电路⑷的第一输出端接RF射频发送电路(5)的输入端，测量节点单片机最小系统电路 (4)的第二输出端接LCD显示电路(6)的输入端，测量节点单片机最小系统电路(4)的第一输入端接超声波测距电路(1)的输出端，测量节点单片机最小系统电路的第二输入端接温度补偿电路O)的输出端，测量节点单片机最小系统电路(4)的第三输入端接湿度补偿电路⑶的输出端，测量节点单片机最小系统电路⑷的第四输入端接稳压电路⑵的输出端，信号汇聚节点单片机最小系统电路(9)的第一输出端接GPRS通信电路⑶的输入端，信号汇聚节点单片机最小系统电路(9)的第一输入端接稳压电路(7)的输出端，信号汇聚节点单片机最小系统电路(9)的第二输入端接RF射频接收电路(10)的输出端。
专利摘要本实用新型是具有温湿度补偿及远程监控功能的超声波料位仪，包括测量节点和信号汇聚节点两部分，测量节点实现了超声波料位信号测量、温湿度采集，并通过测得的温湿度数据对超声波测距结果进行修正，送入LCD显示，再通过RF射频发送电路向信号汇聚节点发送数据；信号汇聚节点通过RF射频接收电路收集各个测量节点发送过来的数据，并通过GPRS通信电路将数据发送到监控室的网络端口供计算机查看。优点集多种功能于一体，结构简单，成本低廉，使用方便，适用于多种复杂的工业环境，能有效提高料位测量的效率，同时降低劳动力成本。
文档编号G01F23/296GK202119507SQ201120230288
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者于玮, 封维忠, 张正余, 武建军, 黄燕 申请人:于玮