磁致伸缩传感器驱动与信号采集的低功耗模块的制作方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种磁致伸缩液位计上使用的用来驱动波导丝及采集波导丝反馈信号的模块。
【背景技术】
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[0002]磁致伸缩液位计中的磁致伸缩液位传感器，通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值，广泛应用于石油、化工、水利、制药、食品、饮料等行业的各种液罐的液位计量和控制。但很多场所存在易燃易爆气体，就要求测量仪表具有本质安全防爆功能，而磁致伸缩传感器驱动原理正好与本安仪表要求相矛盾，磁致伸缩传感器在检测磁环位置时，在其波导丝回路中需要一个瞬时大于IA电流驱动信号，因波导丝本身存在电阻值，所以产生此大电流驱动信号需要一个高电压、大容量的储能电容元件。
[0003]而在本安仪表供电电压限定在DC12V-24V范围内，并且对储能元件电容使用有严格限制，所以产生此波导丝驱动信号对本安仪表来说已是难题了。另外本安仪表整体功耗必须小于3.5mA，而对于传感器驱动板功耗要求小于2.0mA，而回波检测信号一个微秒(us)级的信号，为了达到测量精度，系统的检测能力要求达到0.lus，这就要求系统的运行频率达到1MHz左右，高频率的运行必须导致高功耗，这完全和二线仪表低功耗要求相悖。
【发明内容】
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[0004]本实用新型所要解决的问题是提供一种磁致伸缩传感器驱动与信号采集的低功耗模块，其可首先解决使用低电压供电和小容量储能电容产生大于IA电流瞬时驱动信号，其次解决极短时间精确测量和低功耗之间的矛盾，使其此模块适用到本安型二线制智能仪表中。
[0005]上述目的是这样实现的:整个模块分为电源、升压、触发和采集四个部分；首先外部提供的5V电源一路为低功耗直流电压转换芯片供电，转换出3V电压为单片机、放大器提供电源；5V电源另一路连接升压部分的电感线圈一端，为升压环节提供电源，电感线圈的另一端与二极管的阳极和限流电阻并联，限流电阻的另一端与MOS管A的D极连接，MOS管A的S极与电源地相接，MOS管A的G极与单片机定时器的I/O引脚连接；二极管的阴极与470nF储能电容、28V稳压管和波导丝的一端连接，储能电容和稳压管的另一端连接到电源地，组成了完整的升压电路；单片机由12MHz外部石英晶振提供高频运行时钟，单片机通过定时器I/O引脚周期性地控制MOS管A的G极的开启与关断时间，给电感线圈充、放电，电感线圈放电时通过二极管给储能电容充电升压；波导丝的另一端与电流回路线连接，电流回路线的另一端与MOS管B的D极连接，MOS管B的S极连接电源地端，MOS管B的G极连接单片机的I/O 口的引脚；单片机I/O 口引脚控制MOS管B的G极开启极短时间后关断，来激发波导丝中的瞬时回路电流；瞬时电流和磁环的共同作用下波导丝产生抖动；信号检测器输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端连接单片机的比较器输入引脚，波导丝的抖动通过信号检测器感应输出一个脉动的电压信号，并经过放大器放大后送给单片机内部的比较器，记录波导丝电流激发时间和比较器中断的时间差值而得到磁环与信号检测器的距离；软件运行时通过单片机内部定时器的PWM控制功能完成5V到28V的升压，当需要采集磁环距离值时，单片机时钟切换到外部石英晶振高速运行，采集完反馈信号后单片机切换到内部低频时钟来降低功耗；单片机的UART串口通信线与上位机连接，检测到的有效值通过串口通信线发送给上位机。
[0006]所述的单片机是MSP430FR5738低功耗单片机。
[0007]本实用新型的优点是:可首先解决使用低电压供电和小容量储能电容产生大于IA电流瞬时驱动信号，其次解决极短时间精确测量和低功耗之间的矛盾，小电流运行，降低功耗，此模块能满足本安型二线制智能仪表的要求，可应用于有易燃易爆气体的场所。
【附图说明】
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[0008]附图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
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[0009]参照附图1，整个模块分为电源、升压、触发和采集四个部分；首先外部提供的5V电源I 一路为低功耗直流电压转换芯片2供电，转换出3V电压为单片机3、放大器4提供电源；5V电源另一路连接升压部分的电感线圈5—端，为升压环节提供电源，电感线圈的另一端与二极管6的阳极和限流电阻7并联，限流电阻的另一端与MOS管AS的D极连接，MOS管A的S极与电源地9相接，MOS管A的G极与单片机定时器10的I/O引脚连接；二极管的阴极与470nF储能电容11、28V稳压管12和波导丝13的一端连接，储能电容和稳压管的另一端连接到电源地，组成了完整的升压电路；单片机由12MHz外部石英晶振14提供高频运行时钟，单片机通过定时器I/O引脚周期性地控制MOS管A的G极的开启与关断时间，给电感线圈充、放电，电感线圈放电时通过二极管给储能电容充电升压；波导丝的另一端与电流回路线15连接，电流回路线的另一端与MOS管B16的D极连接，MOS管B的S极连接电源地端，MOS管B的G极连接单片机的I/O 口 17的引脚；单片机I/O 口引脚控制MOS管B的G极开启极短时间后关断，来激发波导丝中的瞬时回路电流；瞬时电流和磁环18的共同作用下波导丝产生抖动；信号检测器19输出端连接放大器4的输入端，放大器的输出端连接单片机的比较器20输入引脚，波导丝的抖动通过信号检测器感应输出一个脉动的电压信号，并经过放大器放大后送给单片机内部的比较器，记录波导丝电流激发时间和比较器中断的时间差值而得到磁环与信号检测器的距离；软件运行时通过单片机内部定时器的PWM控制功能完成5V到28V的升压，当需要采集磁环距离值时，单片机时钟切换到外部石英晶振高速运行，采集完反馈信号后单片机切换到内部低频时钟来降低功耗；单片机的UART串口通信线21与上位机22连接，检测到的有效值通过串口通信线发送给上位机。
【主权项】
1.磁致伸缩传感器驱动与信号采集的低功耗模块，其特征是:分为电源、升压、触发和采集四个部分；首先外部提供的5V电源(I) 一路为低功耗直流电压转换芯片(2)供电，转换出3V电压为单片机(3)、放大器(4)提供电源；5V电源另一路连接升压部分的电感线圈(5)一端，为升压环节提供电源，电感线圈的另一端与二极管(6)的阳极和限流电阻(7)并联，限流电阻的另一端与MOS管A(8)的D极连接，MOS管A的S极与电源地(9)相接，MOS管A的G极与单片机定时器(10)的I/O引脚连接；二极管的阴极与470nF储能电容(11)、28V稳压管(12)和波导丝(13)的一端连接，储能电容和稳压管的另一端连接到电源地，组成了完整的升压电路；单片机由12MHz外部石英晶振(14)提供高频运行时钟，单片机通过定时器I/O引脚周期性地控制MOS管A的G极的开启与关断时间，给电感线圈充、放电，电感线圈放电时通过二极管给储能电容充电升压；波导丝的另一端与电流回路线(15)连接，电流回路线的另一端与MOS管B(16)的D极连接，MOS管B的S极连接电源地端，MOS管B的G极连接单片机的I/O 口(17)的引脚；单片机I/O 口引脚控制MOS管B的G极开启极短时间后关断，来激发波导丝中的瞬时回路电流；瞬时电流和磁环(18)的共同作用下波导丝产生抖动；信号检测器(19)输出端连接放大器(4)的输入端，放大器的输出端连接单片机的比较器(20)输入引脚，波导丝的抖动通过信号检测器感应输出一个脉动的电压信号，并经过放大器放大后送给单片机内部的比较器，记录波导丝电流激发时间和比较器中断的时间差值而得到磁环与信号检测器的距离；软件运行时通过单片机内部定时器的PWM控制功能完成5V到28V的升压，当需要采集磁环距离值时，单片机时钟切换到外部石英晶振高速运行，采集完反馈信号后单片机切换到内部低频时钟来降低功耗；单片机的UART串口通信线(21)与上位机(22)连接，检测到的有效值通过串口通信线发送给上位机。
【专利摘要】磁致伸缩传感器驱动与信号采集的低功耗模块涉及驱动波导丝及采集波导丝反馈信号的模块。主要是为解决现有的磁致伸缩传感器不能满足本安型二线制仪表要求的问题而设计的。5V电源一路为低功耗直流电压转换芯片供电；另一路连电感线圈，电感线圈与二极管阳极和限流电阻并联，限流电阻与MOS管A连接，MOS管A与电源地、单片机定时器连接；二极管与470nF储能电容、28V稳压管和波导丝的连接，储能电容和稳压管连接到电源地；波导丝与电流回路线连接，电流回路线与MOS管B连接，MOS管B连接电源、单片机；信号检测器连接放大器，放大器连接比较器；单片机的串口通信线与上位机连接。优点是能满足本安型二线制智能仪表的要求。
【IPC分类】G01F23-00
【公开号】CN204359385
【申请号】CN201420839230
【发明人】张文旭, 魏冰
【申请人】辽阳自动化仪表集团有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月26日