[0001]
本发明属于超声波测量技术领域，具体为一种一体式超声波物位仪。
背景技术：
[0002]
在任何的工业生产过程中，物位一直是一个非常重要的控制参数。物位检测的准确性直接影响到产品质量的可靠性。就目前的物位检测仪表而言，其技术已经相对比较成熟，使用的类别也呈现出多样化，如浮球式、压力式、电容式等物位仪表，在早期的工业生产现场经常被用于检测料位和液位。
[0003]
由于超声波测量可以实现非接触式的测量，不会被测量介质的特性而影响测量结果，因此多用于复杂危险的测量环境。而与其他非接触式仪表如雷达物位计等相比，具有安装方便、易维护、成本低的优点。其强大的穿透力既不会损坏其他设备，也不会对人们日常工作有影响，是非接触测量中十分理想的测量方式。
[0004]
因此研究出一款高精度、低功耗的超声波物位计，不仅能有效促进智能检测行业的快速发展，同时也会给当下的高端生产链提供一个更可靠的检测方式。
技术实现要素：
[0005]
本发明的目的是针对背景技术中现有技术存在的缺点和问题加以改进和创新，一种一体式超声波物位仪。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]
一种一体式超声波物位仪，其包括主控芯片驱动模块、信号接收放大模块、驱动信号放大模块、探测模块、电源模块、信号输出模块、和外围组件模块；
[0008]
所述主控芯片驱动模块由低功耗主控芯片为核心构成，其包括定时器模块、供电管理模块、a/d模块、串口模块、i/o模块和spi模块；所述定时器模块用于调制超声波工作频率；所述定时器接受主控芯片指令后，输出检测信号经驱动信号放大模块后加载至换能器上；
[0009]
所述信号输出模块包括4-20ma信号模块和hart信号模块；
[0010]
所述电源模块包括储能电容、恒流源、升压电路、稳压电路和ad421模块；所述ad421模块其输出端分别与4-20ma信号模块、稳压电路和升压电路串联，其输入端与spi模块连接，用于控制电流信号和电源电压的输出；所述ad421模块与4-20ma信号模块形成环路电流；所述ad421模块输出电压5v至升压电路；所述升压电路输出12v储能电压至恒流源后供给储能电容；
[0011]
所述探测模块包括换能器和温度传感芯片；所述换能器用于发射和接收超声波信号；所述温度传感芯片直接嵌入换能器中，用于检测换能器探头所在环境的温度；所述温度传感芯片与i/o模块连接；
[0012]
所述接收的超声波信号经主控芯片驱动模块处理计算得到测量距离值，并转化为4-20ma对应电流值和数字信号；所述电流值通过spi模块传输至ad421模块输出对应电流值
至4-20ma信号模块；所述数字信号通过串口模块传输至hart信号模块转化为hart信号，并加载至4-20ma模块上，实现远程数字信号通信；
[0013]
所述外围组件模块包括键盘和lcd显示模块；所述外围组件模块与i/o模块串联，用于输入现场工作指令；
[0014]
所述低功耗主控芯片通过定时器模块、驱动信号放大模块输出驱动信号至换能器；所述换能器根据驱动信号发射超声波探测被测物，并接收被测物反射回的信号后，经过信号接收放大模块返回至主控芯片进行信号处理。
[0015]
进一步地，所述换能器超声波探测量程为0.4-8m，采用40khz频率作为检测信号频率。
[0016]
进一步地，所述定时器模块采用pwm工作模式。
[0017]
进一步地，所述储能电容为4个25v电压、3000uf容量电解电容。
[0018]
进一步地，所述信号接收放大模块用于将接收到的超声波信号进行方法和滤波处理。
[0019]
进一步地，所述hart模块通过串口模块与pc机连接，实现仪表与pc机的双向通道。
[0020]
进一步地，所述温度传感芯片包括高低温报警功能和crc校验功能。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过采用低功耗控制核心和一体化模块化设计，大大降低了产品在使用过程的能耗和故障率，在功能上实现了lcd实时显示和hart通信远程参数修改控制，超声探测通过定时器控制可以分级提高测量精度，实现产品的应用性和适应性，是一款高精度、低功耗的一体式超声波物位仪。
附图说明
[0022]
图1为本发明一体式超声波物位仪功能模块结构图。
具体实施方式
[0023]
为使本发明的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0024]
实施例1
[0025]
如图1所示，一种一体式超声波物位仪，其包括主控芯片驱动模块、信号接收放大模块、驱动信号放大模块、探测模块、电源模块、信号输出模块、和外围组件模块；
[0026]
所述主控芯片驱动模块由低功耗主控芯片为核心构成，其包括定时器模块、供电管理模块、a/d模块、串口模块、i/o模块和spi模块；所述定时器模块用于调制超声波工作频率；所述定时器接受主控芯片指令后，输出检测信号经驱动信号放大模块后加载至换能器上；
[0027]
所述信号输出模块包括4-20ma信号模块和hart信号模块；
[0028]
所述电源模块包括储能电容、恒流源、升压电路、稳压电路和ad421模块；所述ad421模块其输出端分别与4-20ma信号模块、稳压电路和升压电路串联，其输入端与spi模块连接，用于控制电流信号和电源电压的输出；所述ad421模块与4-20ma信号模块形成环路电流；所述ad421模块输出电压5v至升压电路；所述升压电路输出12v储能电压至恒流源后供给储能电容；
[0029]
所述探测模块包括换能器和温度传感芯片；所述换能器用于发射和接收超声波信号；所述温度传感芯片直接嵌入换能器中，用于检测换能器探头所在环境的温度；所述温度传感芯片与i/o模块连接；
[0030]
所述接收的超声波信号经主控芯片驱动模块处理计算得到测量距离值，并转化为4-20ma对应电流值和数字信号；所述电流值通过spi模块传输至ad421模块输出对应电流值至4-20ma信号模块；所述数字信号通过串口模块传输至hart信号模块转化为hart信号，并加载至4-20ma模块上，实现远程数字信号通信；
[0031]
所述外围组件模块包括键盘和lcd显示模块；所述外围组件模块与i/o模块串联，用于输入现场工作指令；
[0032]
所述低功耗主控芯片通过定时器模块、驱动信号放大模块输出驱动信号至换能器；所述换能器根据驱动信号发射超声波探测被测物，并接收被测物反射回的信号后，经过信号接收放大模块返回至主控芯片进行信号处理。
[0033]
所述换能器超声波探测量程为0.4-8m，采用40khz频率作为检测信号频率。
[0034]
所述定时器模块采用pwm工作模式。
[0035]
所述储能电容为4个25v电压、3000uf容量电解电容。
[0036]
所述信号接收放大模块用于将接收到的超声波信号进行方法和滤波处理。
[0037]
所述hart模块通过串口模块与pc机连接，实现仪表与pc机的双向通道。
[0038]
所述温度传感芯片包括高低温报警功能和crc校验功能。
[0039]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0040]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。