一种超声波液体流量计自动参数配置系统的制作方法

本实用新型专利涉及仪器仪表应用技术领域，具体涉及一种能够对超声波液体流量计进行自动参数配置的超声波液体流量计自动参数配置系统。

背景技术：

温度、压力和流量是工业过程测量的三大参数，其中流量作为工业过程中的一个重要检测参数，在自动化检测领域占据着重要的位置。流量计作为标准计量器具在石油、化工、煤炭、电力、交通、冶金及人民日常生活等国民经济的各个领域获得广泛的应用。20世纪以来，由于许多行业对流量测量的需求急剧增长，促使流量仪表迅速发展。微电子技术和计算机技术的发展极大地推动了流量计的更新换代，新型流量计不断涌现出来。目前市场上的流量计种类繁多，按照检测信号反映的是体积流量或质量流量可分为体积流量计和质量流量计；按照测量方法可分为压差式流量计、容积式流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、热式流量计和超声波流量计等。

其中超声波流量计是一种理想型的节能流量计，由于超声波流量计在待测流体中不存在直接接触的测量元件，并且仪表的安装和检修均可运行于生产管线正常工作的情况下，因此不会影响流体的流动状态，更没有附加阻力的产生。

在使用超声波流量计进行液体流量测量的过程中，需要对其进行参数初始化设置，如在安装时需要设置管道的管径、测量介质、超声波传播速度、温度补偿系数、流速补偿系数、回波检测电路增益等参数.超声波流量计自带的参数设置是通过四个按键实现的，参数设置和信息读取过程需要经过复杂的按键逻辑来实现，不仅繁琐而且效率低下，同时，所有影响超声波液体流量计测量精度的参数，如最优发射时间、回波检测增益、流速积分参数、湍流补偿系数、温度补偿系数等，都需要根据经验或者仿真、实验数据进行依次设置。

液体流量测量中，流量计的检测精度随速度场变化较为明显，而管道截面的速度剖面形成因素复杂，受上游管道结构、流体性质、上游管道与流量计间管道长度等因素的影响。

因此，为了提高超声波液体流量计的检测精度，必须参测量参数进行精确设置，然而目前的参数设置方式较为复杂，因此需要进行改进。

技术实现要素：

为解决超声波流量计的参数自动配置问题，而提出一种超声波液体流量计自动参数配置系统，该超声波液体流量计自动参数配置系统可以根据超声波液体流量计测量目标的基本参数实现其工作参数的自动配置，并可通过移动终端或终端电脑对超声波液体流量计的参数进行便捷高效的设置。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种超声波液体流量计自动参数配置系统，包括处理器、用于与超声波液体流量计通过RS485线缆建立RS485通信连接的RS485接口电路、用于与终端电脑通过USB数据线建立USB通信连接的USB接口电路、用于与移动终端通过直插式蓝牙通信模块建立无线蓝牙通信的蓝牙通信接口电路以及为所述处理器、RS485接口电路、USB接口电路、蓝牙通信接口电路提供工作供电的供电模块；所述RS485接口电路通过RS485线缆与超声波液体流量计的参数设置接口连接，所述处理器与RS485接口电路的收发引脚连接，所述处理器与蓝牙通信接口电路的数据收发端连接，所述处理器与USB接口电路连接，所述处理器还连接存储有预设的参数拟合模型的参数拟合模型库。

所述处理器采用STM32F427处理器。

所述供电模块为锂电池。

本实用新型的超声波液体流量计自动参数配置系统，能实现对超声波流量计参数进行自动计算，拟合出最适合的核心工作参数，适用于各种管道运输条件下流量检测。

附图说明

图1为超声波液体流量计自动参数配置系统的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1所示，一种超声波液体流量计自动参数配置系统，包括处理器、用于与超声波液体流量计通过RS485线缆建立RS485通信连接的RS485接口电路、用于与终端电脑通过USB数据线建立USB通信连接的USB接口电路、用于与移动终端通过直插式蓝牙通信模块建立无线蓝牙通信的蓝牙通信接口电路以及为所述处理器、RS485接口电路、USB接口电路、蓝牙通信接口电路提供工作供电的供电模块；所述RS485接口电路通过RS485线缆与超声波液体流量计的参数设置接口连接，所述处理器与RS485接口电路的收发引脚连接，所述处理器与蓝牙通信接口电路的数据收发端连接，所述处理器与USB接口电路连接，所述处理器还连接存储有预设的参数拟合模型的参数拟合模型库。

该系统用于自动拟合和配置超声波液体流量计核心工作参数，在使用时用户仅需给出已知的待测液体种类、液体流速、工作温度区间、管道的管径、超声波流量计的声道数、安装位置、安装角度等常规基本参数后，即可实现对超声波流量计的核心工作参数进行自动拟合配置，省去了用户对超声波液体流量计参数初始化配置的复杂过程。

由于建立在经典流体动力学和数值计算方法基础上的计算流体动力学(CFD)在解决各种复杂流动问题时表现出很大的优势，兼具理论性和实践性的双重特点，能够避免实验中存在的模型尺寸、流场扰动、测量精度、经费投入等困难，在仪器仪表、流体输送等方面都有广泛的应用。因此，基于CFD的数值模拟能力，可以根据超声波流量计的声道数、声道位置、安装位置、管径以及流体类型等参数建立超声波液体流量计的核心参数拟合模型，并以数学模型的形式存储在参数拟合模型库中，由自动参数配置系统调用，从而就可以实现核心工作参数的自动选取，简化超声波液体流量计的参数设置过程。

需要说明的是，本实用新型中，所述参数拟合模型库中的核心参数拟合模型，可以利用现有建模技术建立后，预先建立后存储在模型库中，由自动参数配置系统调用，根据输入的基本参数计算出核心的工作参数，并对超声波流量计进行参数的配置。

其中，所述的供电模块通过供电电路负责整个系统的供电，包括为处理器和RS485接口电路、USB接口电路、蓝牙通信接口电路提供相应的不同电压和不同功率的电源。

需要说明的是，本实用新型中，该系统还可以包括电源上电指示灯和工作状态指示灯，分别与所述的处理器通过相应的电路连接。

本实用新型中，所述的自动参数配置系统可以通过RS485通信方式将所述的处理器通过参数拟合模型库自动计算出的工作参数或接收到的手动配置参数传送到超声波液体流量计中，实现超声波液体流量计的参数设置，同样也可以将超声波流量计存储的设置参数转发到移动终端如手机或终端电脑，如笔记本电脑上进行显示和查阅。

其中，所述自动参数配置系统通过蓝牙通信方式与手机连接，手机端发送的参数设置指令通过蓝牙通信方式发送到自动参数配置系统中，再由自动参数配置系统的控制器转发至超声波液体流量计中进行参数设置，同样也可以将超声波液体流量计存储的参数经蓝牙通信方式发送到手机端进行显示。

其中，在需要进行自动配置相关核心工作参数时，手机通过蓝牙APP输入用户常规基本参数，并通过蓝牙通信方式发送到参数配置系统中。

为保证用户常规基本参数输入的快速、完整，自动参数配置系统会在手机发送基本参数时候进行步骤提示，用户通过提示信息输入对应基本参数即可完成输入任务，并且在基本参数输入超过范围时自动参数配置系统会进行对应的错误提示。

自动参数配置系统通过USB接口可与笔记本电脑连接，笔记本电脑发送的参数设置指令通过USB接口发送到自动参数配置系统中，再由自动参数配置系统的控制器转发至超声波液体流量计中进行核心工作参数设置，同样也可以将超声波液体流量计存储的参数经蓝牙通信方式发送到笔记本电脑进行显示。

在需要进行自动配置相关核心工作参数时，笔记本电脑通过USB通信向自动参数配置系统发送用户常规基本参数。为保证用户常规基本参数输入的快速、完整，自动参数配置系统同样通过提示信息引导用户输入对应基本参数，并且在基本参数输入超过范围时自动参数配置系统会进行对应的错误提示。

本实用新型中，所述的自动参数配置系统采用工业级的STM32F427处理器作为控制核心，实现对超声波液体流量计进行自动参数配置以及实现对手机、笔记本电脑指令的转发。为防止出现误动作，保证通信的安全性，在使用手机和笔记本电脑向模块发送参数指令时，必须以“AT”作为指令字头，否则自动参数配置系统返回指令发送错误提示。

在使用时，自动参数配置系统与超声波液体流量计的通信协议需要进行设置，用户根据超声波流量使用说明书对参数配置系统与超声波液体流量计通信的波特率、协议帧的帧头、内容格式、命令长度、通信波特率以及校验方式等进行设置，保证超声波流量计与参数配置系统的有效通信。为便于重复使用，参数配置系统自动保存最后一次的配置参数。

在供电模块方面，自动参数配置系统采用一块容量为2200毫安时的1S锂电池进行供电，在使用时打开电源开关，模块正常上电，红色电源指示灯在正常状态下处于常亮状态。在指令发送正常的情况下会闪烁绿色LED一次进行提示，无参数通信指令发送时该灯保持常灭状态节省电能。

本实用新型中，所述的参数拟合模型库的参数拟合模型，可事先利用基于计算流体力学(CFD)方法通过FLUENT软件建立，并存储在所述的参数拟合模型库中使用。

本实用新型中，该系统的配置方法的使用步骤如下：

步骤1：通过RS485接口将参数配置系统与超声波液体流量计的参数设置接口连接；

步骤2：打开参数配置系统开关，给模块上电，此时电源指示灯亮起；

步骤3：打开手机蓝牙APP，搜索并连接参数配置系统的蓝牙信号，完成配对，或者通过USB数据线连接笔记本电脑，并在电脑端打开上位机软件；

步骤4：通过手机或者笔记本电脑向参数配置系统发送“AT”指令，等待参数配置系统闪烁绿色通信指示灯一次并返回“OK”，参数配置系统进入工作状态；

步骤5：对参数配置系统与超声波液体流量计的通信参数进行设置，包括波特率、校验方式、帧头、命令格式等，每设置一项参数等待绿色通信指示灯闪烁一次表明参数配置完成。如果是重复设置同种型号的超声波液体流量计，则可跳过此步骤，直接进入步骤6；

步骤6：对超声波液体流量计的液体种类、测量速度范围、管道的管径、超声波流量计的声道数等常规参数进行设置，每设置一项参数等待绿色通信指示灯闪烁一次表明指令发送完成，根据提示输入下一条参数，直到设置完所有参数；

步骤7：参数配置系统自动进入参数拟合和配置状态，在完成自动配置参数后闪烁绿色通信指示灯两次表示任务完成；

步骤8：通过手机APP或者笔记本电脑软件向参数配置系统发送读取指令，读取超声波液体流量计参数，对设置参数进行核对；

步骤9：如果需要对某项参数进行单独设置，通过手机或笔记本电脑项参数配置系统发送配置指令；

步骤10：参数核对无误后关闭参数配置系统开关，并断开模块与超声波液体流量计的通信线，参数设置完成。

本实用新型具有以下的优点和积极效果：

1.实现了超声波液体流量计的参数自动配置，便于用户使用，增加超声波液体流量计的应用难度，提高测量精度。

2.实现了通过手机和笔记本电脑方便地对超声波液体流量计的参数进行读取和设置。

3.参数拟合模型库的参数拟合模型是由CFD仿真获得，可以获得更多数据点，建立模型更加精确。

4.采用锂电池供电，体积小，重量轻，便于携带和使用。

5.通过蓝牙方式与手机通信，对手机的品牌和操作系统没有限制，不需要额外设备和花费，性价比高，使用方便。

6.与超声波流量计的通信设置在一次配置后支持批量配置超声波流量计参数，有效提高工作效率。在更换不同品牌或协议的超声波流量计时可重新配置通信参数，适应性强。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。