一种智能涡轮流量计电路的制作方法

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种智能涡轮流量计电路。

背景技术：

在工业控制现场流量参数的监测采集是必不可少的，在机械设备上小管道液体流量的监测采用涡轮流量计是比较合适的，安装方便，体积小巧不占多大空间。涡轮流量计的设计和开发已经有很多类型和款式，国内常见的款式是脉冲输出或电流输出dc4-20ma，而且是通过调整多圈电位器来校准零点和满度，精度基本在1.0％左右，而且一旦校准完成后，到安装现场如需临时修改量程，就不能实现、很不方便。另外，进口品牌的涡轮流量计，价格昂贵，往往是国产的4-5倍，如果是带液晶显示表头的，价格更高。又因为涡轮流量传感器的感应信号很弱，国内很多产品特别容易受到周围电磁阀的电磁干扰或变频器的变频干扰。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种智能涡轮流量计电路。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种智能涡轮流量计电路，包括电源保护电路、电源电路、流量传感器、信号处理电路和主控制电路，电源与所述电源保护电路电连接，所述电源保护电路与所述电源电路的电连接，所述电源电路分别与所述信号处理电路和主控制电路电连接，所述流量传感器与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述主控制电路电连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的智能涡轮流量计电路，通过所述电源保护电路对电源电路进行保护，并且通过电源电路分别为所述信号处理电路和主控制电路供电，所述信号处理电路对流量传感器检测的流量信号进行信号处理，并输出至所述主控制电路，以确定实时的流量值，监测结果稳定、可靠，大大提高了产品的抗干扰能力，整个电路体积小，安装方便，并且成本低廉。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步：所述电源保护电路包括气体放电管gdt、自恢复保险丝ptc、瞬态抑制二极管tvs和二极管d1，所述气体放电管gdt两个电极分别与电源正极和电源电路的电流输出端对应电连接，所述气体放电管gdt的接地电极与外壳地电连接，电源正极通过所述自恢复保险丝ptc与所述瞬态抑制二极管tvs的负极电连接，所述瞬态抑制二极管tvs的正极与电源电路的电流输出端电连接，所述瞬态抑制二极管tvs的负极与二极管d1的正极电连接，所述二极管d1的负极与所述电源电路的输入端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述气体放电管gdt可以在雷击余压高速影响到电源线时、电源线的正极、负极都有对地放电功能，起到防雷击保护作用，通过所述自恢复保险丝ptc可以在线路过流时快速断开，而且事后能自恢复到正常导通状态，通过所述瞬态抑制二极管tvs可以提供电压冲击过高的浪涌保护，避免浪涌冲击电压过高，损坏所述电源电路，通过所述二极管d1可以起到反接保护作用，保证电源的正负极接反时不损坏产品，产品不能正常工作，当接线恢复正常时能正常工作。

进一步：所述电源保护电路还包括阻容吸收电路，所述阻容吸收电路包括电阻r0、电阻r0*、电容c0和电容c0*，所述电阻r0和电容c0顺次串联在电源正极和外壳地之间，所述电阻r0*和电容c0*顺次串联在电源电路的电流输出端和外壳地之间。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述阻容吸收电路可以对外部电源输入的电压信号进行滤波，除去信号中的杂波成分，保证输出信号的稳定性，既能提高抗干扰能力、又不影响产品的绝缘强度。

进一步：所述电源电路包括电流环变送器u2、三极管q1、稳压管q2、电阻r1、电容c1、电容c2、电容c3和电容c4，所述电源保护电路的输出端分别与所述三极管q1的集电极和所述电流环变送器u2的电源输入端电连接，所述三极管q1的基极与所述电流环变送器u2的基极电连接，所述三极管q1的发射极与所述电流环变送器u2的发射极电连接，所述电流环变送器u2的第一输出端与电流反馈端之间电连接有所述电容c2，所述电流环变送器u2的第一输出端与所述稳压管q2的输入端电连接，所述稳压管q2的输出端与电流反馈端之间并联有所述电容c3和电容c4，所述稳压管q2的输出端作为第二输出端分别与所述主控制电路的电源输入端和信号处理电路的电源输入端电连接，所述稳压管q2的接地端接地，所述电流环变送器u2的第三输出端与所述信号处理电路的参考电压输入端电连接，所述电流环变送器u2的第三输出端通过所述电阻r1与所述电流环变送器u2的电流输入端电连接，所述电流环变送器u2的电流反馈端接地。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述电流环变送器u2可以分别输出不同的电压，为所述信号处理电路和主控制电路分别提供相匹配的电源，保证整个电路正常工作。

进一步：所述信号处理电路包括电磁线圈b1、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、运算放大器u4、运算放大器u5、电容10、电容c11和稳压管d2，所述流量传感器设置在所述电磁线圈b1磁场内，且所述流量传感器中的涡轮转动时切割所述电磁线圈b1的磁力线，所述电磁线圈b1的两端之间电连接有所述电阻r3、所述电磁线圈b1的一端接地，另一端与所述运算放大器u4的反相输入端电连接，所述电容c10和稳压管d2并联在所述运算放大器u4的反相输入端和输出端之间，所述运算放大器u4的同相输入端接地，所述运算放大器u4的的电源输入端与所述电源电路的第二输出端电连接，所述运算放大器u4的输出端与所述运算放大器u5的反相输入端电连接，所述运算放大器u5的同相输入端通过所述电阻r5与所述电源电路的第三输出端电连接，所述运算放大器u5的同相输入端与地之间并联有所述电阻r6和电容c11，所述运算放大器u5的电源输入端与所述电源电路的第二输出端电连接，所述运算放大器u5的输出端与所述主控制电路电连接。

上述进一步方案的有益效果是：电磁线圈b1产生的正弦波信号通过运算放大器u4和运算放大器u5进行过零比较、限幅处理，转换成标准的方波信号后，输入至主控制电路，然后由主控制电路确定实际流量值。

进一步：所述的智能涡轮流量计电路还包括信号转换电路，所述信号转换电路的信号输入端与所述主控制电路的信号输出端电连接，所述信号转换电路的电源输入端与所述电源电路的第一输出端电连接，所述信号转换电路的信号输出端与所述电源电路的电流输入端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述信号转换电路可以将所述主控制电路输出的pwm信号进行信号处理，转换为电流信号，并输入至电源电路，由所述电源电路输出标准的dc4-20ma电流，方便外部plc或者上位机接收，并进行流量信号的采集和控制。

进一步：所述信号转换电路包括电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15和运算放大器u6，所述主控制电路的输出端与所述运算放大器u6的同相输入端之间顺次串联有所述电阻r7和电阻r8，所述电阻r7和电阻r8的公共端通过所述电容c12接地，所述运算放大器u6的同相输入端通过所述电容c13接地，所述运算放大器u6的反相输入端通过所述电阻r9接地，所述运算放大器u6的反相输入端与输出端之间并联有所述电容c14和电阻r10，所述运算放大器u6的输出端与地之间顺次串联有所述电阻r11和电容c15，且所述电阻r11和电容c15的公共端与所述电源电路的电流输入端电连接，所述电源电路的电流输出端与外部上位机电连接。

上述进一步方案的有益效果是：所述主控制电路输出的pwm信号通过电阻r7、电容c12、电阻r8、电容c13的二级rc滤波处理、转换成稳定的直流电压，然后通过运算放大器u6的信号放大，放大后的信号通过电阻r11和电容c15的滤波处理，输出稳定的较高电压再通过电阻r11转换成电流信号，直接将电流输入到电流环变送器u2、转换成标准的dc4-20ma。

进一步：所述的智能涡轮流量计电路还包括通讯电路，所述通讯电路分别与所述主控制电路和外部终端电连接，所述通讯电路与所述电源电路的第二输出端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述通讯电路将检测的流量信号直接传输至外部终端，从而方便外部终端直接读取实际监测的流量值，同时方便对产品量程范围进行校准。

进一步：所述的智能涡轮流量计电路还包括显示电路，所述显示电路分别与所述主控制电路和外部终端电连接，所述显示电路与所述电源电路的第二输出端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述显示电路可以实时显示瞬时流量值和累计流量值，方便直观的显示测量结果。

进一步：所述主控制电路采用msp430系列单片机。

附图说明

图1为本实用新型的智能涡轮流量计电路结构示意图；

图2为本实用新型的电源保护电路、电源电路和信号转换电路的电路图；

图3为本实用新型的信号处理电路的电路图；

图4为本实用新型的主控制电路、通讯电路和显示电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种智能涡轮流量计电路，包括电源保护电路、电源电路、流量传感器、信号处理电路和主控制电路，电源与所述电源保护电路电连接，所述电源保护电路与所述电源电路的电连接，所述电源电路分别与所述信号处理电路和主控制电路电连接，所述流量传感器与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述主控制电路电连接。

本实用新型的智能涡轮流量计电路，通过所述电源保护电路对电源电路进行保护，并且通过电源电路分别为所述信号处理电路和主控制电路供电，所述信号处理电路对流量传感器检测的流量信号进行信号处理，并输出至所述主控制电路，以确定实时的流量值，监测结果稳定、可靠，大大提高了产品的抗干扰能力，整个电路体积小，安装方便，并且成本低廉。

如图2所示，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述电源保护电路包括气体放电管gdt、自恢复保险丝ptc、瞬态抑制二极管tvs和二极管d1，所述气体放电管gdt两个电极分别与电源正极和电源电路的电流输出端对应电连接，所述气体放电管gdt的接地电极与外壳地电连接，电源正极通过所述自恢复保险丝ptc与所述瞬态抑制二极管tvs的负极电连接，所述瞬态抑制二极管tvs的正极与电源电路的电流输出端电连接，所述瞬态抑制二极管tvs的负极与二极管d1的正极电连接，所述二极管d1的负极与所述电源电路的输入端电连接。本实用新型中，所述电源保护电路采用宽电源设计，气体放电管gdt型号选用un3e5-230lsmd、有防雷击保护的作用，当雷击余压高速影响到电源线时，电源线的正极负极都有对地放电功能；自恢复保险丝ptc过流电流设计为100ma，当线路过流时，保险丝快速断开，而且事后能自恢复到正常导通状态；瞬态抑制二极管tvs型号选用smbj33ca，能提供电压冲击过高的浪涌保护，保护电压33v、避免浪涌冲击电压过高，损坏电源电路，通过所述二极管d1可以起到反接保护作用，保证电源的正负极接反时不损坏产品，产品不能正常工作，当接线恢复正常时能正常工作。

在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述电源保护电路还包括阻容吸收电路，所述阻容吸收电路包括电阻r0、电阻r0*、电容c0和电容c0*，所述电阻r0和电容c0顺次串联在电源正极和外壳地之间，所述电阻r0*和电容c0*顺次串联在电源电路的电流输出端和外壳地之间。阻容吸收电路的设计，能提高产品的抗射频干扰、变频干扰能力，本实用新型中所述电阻r0、电阻r0*都是51欧的贴片电阻，电容c0、电容c0*都是0.01uf/500v的贴片电容，既能提高抗干扰能力、又不影响产品的绝缘强度。

如图2所示，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述电源电路包括电流环变送器u2、三极管q1、稳压管q2、电阻r1、电容c1、电容c2、电容c3和电容c4，所述电源保护电路的输出端分别与所述三极管q1的集电极和所述电流环变送器u2的电源输入端电连接，所述三极管q1的基极与所述电流环变送器u2的基极电连接，所述三极管q1的发射极与所述电流环变送器u2的发射极电连接，所述电流环变送器u2的第一输出端与电流反馈端之间电连接有所述电容c2，所述电流环变送器u2的第一输出端与所述稳压管q2的输入端电连接，所述稳压管q2的输出端与电流反馈端之间并联有所述电容c3和电容c4，所述稳压管q2的输出端作为第二输出端分别与所述主控制电路的电源输入端和信号处理电路的电源输入端电连接，所述稳压管q2的接地端接地，所述电流环变送器u2的第三输出端与所述信号处理电路的参考电压输入端电连接，所述电流环变送器u2的第三输出端通过所述电阻r1与所述电流环变送器u2的电流输入端电连接，所述电流环变送器u2的电流反馈端接地。通过所述电流环变送器u2可以分别输出不同的电压，为所述信号处理电路和主控制电路分别提供相匹配的电源，保证整个电路正常工作。本实用新型的实施例中，所述电流环变送器u2型号选用xtr115u，它不仅提供一个稳定的5v电源v1，直接给运算放大器u6供电、还通过稳压管q2提供一个稳定的3.3v电压v2给主控制电路和信号处理电路的电源输入端供电，同时输出2.5v的稳定电压v3给信号处理电路的参考电压输入端供电。这里，所述稳压管q2可以采用ht7133线性稳压芯片。

如图3所示，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述信号处理电路包括电磁线圈b1、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、运算放大器u4、运算放大器u5、电容c10、电容c11和稳压管d2，所述流量传感器设置在所述电磁线圈b1磁场内，且所述流量传感器中的涡轮转动时切割所述电磁线圈b1的磁力线，所述电磁线圈b1的两端之间电连接有所述电阻r3、所述电磁线圈b1的一端接地，另一端与所述运算放大器u4的反相输入端电连接，所述电容c10和稳压管d2并联在所述运算放大器u4的反相输入端和输出端之间，所述运算放大器u4的同相输入端接地，所述运算放大器u4的电源输入端与所述电源电路的第二输出端电连接，所述运算放大器u4的输出端与所述运算放大器u5的反相输入端电连接，所述运算放大器u5的同相输入端通过所述电阻r5与所述电源电路的第三输出端电连接，所述运算放大器u5的同相输入端与地之间并联有所述电阻r6和电容c11，所述运算放大器u5的电源输入端与所述电源电路的第二输出端电连接，所述运算放大器u5的输出端与所述主控制电路电连接。电磁线圈b1产生的正弦波信号通过运算放大器u4和运算放大器u5进行过零比较、限幅处理，转换成标准的方波信号后，输入至主控制电路，然后由主控制电路确定实际流量值。实际中，涡轮流量传感器中的涡轮自身没有动力旋转，必须要靠液体的自身流动，带动涡轮自身转动，这样就要求涡轮的质量必须很轻、才能使涡轮转得更快，转得更加灵活自如，涡轮转动的过程中直接切割周围磁场的磁力线，电磁线圈就产生正弦波的电动势。当线圈匝数较多时周围磁场强度就较大，产生的电动势信号就较强。

在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述的智能涡轮流量计电路还包括信号转换电路，所述信号转换电路的信号输入端与所述主控制电路的信号输出端电连接，所述信号转换电路的电源输入端与所述电源电路的第一输出端电连接，所述信号转换电路的信号输出端与所述电源电路的电流输入端电连接。通过所述信号转换电路可以将所述主控制电路输出的pwm信号进行信号处理，转换为电流信号，并输入至电源电路，由所述电源电路输出标准的dc4-20ma电流，方便外部plc或者上位机接收，并进行流量信号的采集和控制。

如图2所示，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述信号转换电路包括电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15和运算放大器u6，所述主控制电路的输出端与所述运算放大器u6的同相输入端之间顺次串联有所述电阻r7和电阻r8，所述电阻r7和电阻r8的公共端通过所述电容c12接地，所述运算放大器u6的同相输入端通过所述电容c13接地，所述运算放大器u6的反相输入端通过所述电阻r9接地，所述运算放大器u6的反相输入端与输出端之间并联有所述电容c14和电阻r10，所述运算放大器u6的输出端与地之间顺次串联有所述电阻r11和电容c15，且所述电阻r11和电容c15的公共端与所述电源电路的电流输入端电连接，所述电源电路的电流输出端与外部上位机电连接。所述主控制电路输出的pwm信号通过电阻r7、电容c12、电阻r8、电容c13的二级rc滤波处理、转换成稳定的直流电压，然后通过运算放大器u6的信号放大，放大后的信号通过电阻r11和电容c15的滤波处理，输出稳定的较高电压再通过电阻r11转换成电流信号，直接将电流输入到电流环变送器u2、转换成标准的dc4-20ma。

在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述主控制电路采用msp430系列微处理器，低电源电压1.8-3.6v都能工作，超低功耗，激活模式下的整个消耗电流只有0.22ma。微处理器u1采集到方波信号后，采用内置定时器将方波信号转算为定时计数值或频率值、因为一定频率信号的大小代表瞬时流量的大小，一定时间段内的脉冲信号的计数值多少代表累积流量的多少。同时微处理器u1还具有sbw在线调试接口、方便仿真调试。该微处理器及外围电路如图4所示。

如图4所示，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述的智能涡轮流量计电路还包括通讯电路，所述通讯电路分别与所述主控制电路和外部终端电连接，所述通讯电路与所述电源电路的第二输出端电连接。通过所述通讯电路将检测的流量信号直接传输至外部终端，从而方便外部终端直接读取实际监测的流量值，同时方便对产品量程范围进行校准。本实用新型的实施例中，所述通讯电路采用rs485通讯接口芯片u3，型号为sp485，通过rs485通讯、modbus-rtu协议，直接读取实际监测的流量值，同时还可以通过软件调试平台，实行对产品流量量程范围的校准。

在本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述的智能涡轮流量计电路还包括显示电路，所述显示电路分别与所述主控制电路和外部终端电连接，所述显示电路与所述电源电路的第二输出端电连接。通过所述显示电路可以实时显示瞬时流量值和累计流量值，方便直观的显示测量结果。本实用新型的显示电路采用lcd液晶屏，

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。