一种感应式数字水位传感器智能变送器的制造方法
一种感应式数字水位传感器智能变送器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明应用于防汛减灾和水资源的合理利用领域，具体地涉及一种感应式数字水位传感器智能变送器。
【背景技术】
[0002]由于所处地理位置和气候影响，我国是一个水旱灾害频繁的国家，尤其是洪涝灾害，长期困扰着经济的发展，并给国家和人民生命财产造成了重大损失。为提高洪水的有效预见期，及时准确的掌握各主要河流的水位变化情况，自20世纪70年代，我国开始建设水情自动测报系统，特别是发展水深测量技术，主要向更可靠、更先进、更现代化方向发展，这对于防汛减灾和水资源的合理利用具有十分重要的意义。
[0003]水情自动测报系统的关键是水深的测量，而水深测量技术的关键则是传感器，传感器稳定工作，准确检测水位，并通过变送器把有效的数据传送给观测人员。因此传感器能否稳定工作、准确检测水位、有效传输数据则成为水情自动测报的关键。
[0004]目前应用较多的浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计等等都有一定的局限性。近年来，太原理工大学测控技术研究所，在智能传感器、新型传感器领域发展迅速，马福昌教授成功研制发明了感应式数字水位传感器(专利号:ZL96110735.9)，该传感器采用数字化直接取样的信号采样方式，不再采用传统的模拟量检测方法，没有模糊数据。克服了温度、空气压强、电场、磁场等环境分布参数的影响，可在比较复杂的水文环境下稳定运行，比如黄河泥沙量高的环境下可以稳定运行，提高了检测的准确性、可靠性，经现场实验，运行良好。感应式数字水位传感器在传统应用中，输出的信号是非标准的电流信号，需要配备专门的仪表进行二次处理，成本高，不便于调试组网，很大程度上限制了传感器的应用。
【发明内容】
[0005]本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种感应式数字水位传感器智能变送器，本发明具有很高的检测准确性、可靠性；克服了温度、空气压强、电场、磁场等环境分布参数的影响，可在比较复杂的水文环境下稳定运行。
[0006]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0007]本发明一种感应式数字水位传感器智能变送器，其中包括感应式数字水位传感器、信号调理电路、电源电路、MCU(C8051F020)最小系统、4_20mA输出电路(AD421)、RS-485接口(MAX485)、PC上位机；其结构要点是:感应式数字水位传感器与电源电路和信号调理电路相连接，电源电路和信号调理电路再与设置的微处理器C8051F020相连接；微处理器C8051F020输出端为(AD421)4-20mA输出电路，同时微处理器C8051F020通过RS-485接口(MAX485)与PC上位机实现网络通信。
[0008]作为本发明的一种优选方案，所述感应式数字水位传感器由超音频发生器和发射头向水中发射检测信号，由若干个取样感应元电路通过介质水接受检测信号，由电容耦合检波电路检波后得到的信号电压实现水位信号的直接取样，成为数字取样传感器；每个感应元电路都是以开关脉冲的形式输出数字信号，经过统计后，将开关数字信号调制为模拟信号电流(非标准电流信号)方式输出给信号调理电路进一步处理。
[0009]作为本发明的另一种优选方案，所述信号调理电路是将传感器输出的非标准电流信号转化为电压信号，为单片机C8051F020模数转换做准备；经过单片机C8051F020模数转换后，将传感器信号转化为数字信号，然后进行操作:存储水文数据、通过AD421输出4-20mA的标准电流信号、RS-485接口输出。
[0010]进一步地，所述4-20mA输出电路AD421是采用美国ADI公司推出的一款单片高性能数模转换器(DAC);其由电流环路供电，16位数字信号以串行方式输入，4-20mA电流输出，在智能仪表方面应用很广泛。AD421与单片机的连接主要有串行数据输入端和控制端，在时钟CLOCK作用下，输入移位寄存器把DATA引脚上的数据逐位读入，LATCH锁存脉冲把寄存器中的数据锁存到DAC中。
[0011]本发明的有益效果是。
[0012]本发明采用C8051F020单片机为主控芯片，高性能数模转换器AD421输出4一20mA电流信号，MAX485芯片实现RS485通信；克服了温度、空气压强、电场、磁场等环境分布参数的影响，可在比较复杂的水文环境下稳定运行，比如黄河泥沙量高的环境下可以稳定运行，提高了检测的准确性、可靠性，经现场实验，运行良好。
【附图说明】
[0013]图1是本发明一种感应式数字水位传感器智能变送器的系统框图。
[0014]图2是本发明一种感应式数字水位传感器智能变送器的主程序流程图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，为本发明一种感应式数字水位传感器智能变送器的系统框图。
[0016]图中包括感应式数字水位传感器、信号调理电路、电源电路、MCU(C8051F020)最小系统、4-20mA输出电路(AD421)、RS-485接口(MAX485)、PC上位机；感应式数字水位传感器与电源电路和信号调理电路相连接，电源电路和信号调理电路再与设置的微处理器C8051R)20相连接；微处理器C8051F020输出端为(AD421) 4_20mA输出电路，同时微处理器C8051F020通过RS-485接口(MAX485)与PC上位机实现网络通信。
【主权项】
1.一种感应式数字水位传感器智能变送器，其中包括感应式数字水位传感器、信号调理电路、电源电路、MCU(C8051F020)最小系统、4_20mA输出电路(AD421)、RS-485接口(MAX485)、PC上位机；其特征在于:感应式数字水位传感器与电源电路和信号调理电路相连接，电源电路和信号调理电路再与设置的微处理器C8051F020相连接；微处理器C8051R)20输出端为(AD421)4-20mA输出电路，同时微处理器C8051F020通过RS-485接口(MAX485)与PC上位机实现网络通信。2.根据权利要求1所述的一种感应式数字水位传感器智能变送器，其特征在于:所述感应式数字水位传感器由超音频发生器和发射头向水中发射检测信号，由若干个取样感应元电路通过介质水接受检测信号，由电容耦合检波电路检波后得到的信号电压实现水位信号的直接取样，成为数字取样传感器。3.根据权利要求1所述的一种感应式数字水位传感器智能变送器，其特征在于:所述信号调理电路是将传感器输出的非标准电流信号转化为电压信号，为单片机C8051F020模数转换做准备；经过单片机C8051F020模数转换后，将传感器信号转化为数字信号，然后进行操作:存储水文数据、通过AD421输出4-20mA的标准电流信号、RS-485接口输出。4.根据权利要求3所述的一种感应式数字水位传感器智能变送器，其特征在于:所述4-20mA输出电路AD421是采用美国ADI公司推出的一款单片高性能数模转换器(DAC);其由电流环路供电，16位数字信号以串行方式输入，4-20mA电流输出。
【专利摘要】一种感应式数字水位传感器智能变送器。本发明具有很高的检测准确性、可靠性；克服了温度、空气压强、电场、磁场等环境分布参数的影响，可在比较复杂的水文环境下稳定运行。本发明包括感应式数字水位传感器、信号调理电路、电源电路、MCU(C8051F020)最小系统、4-20mA输出电路(AD421)、RS-485接口(MAX485)、PC上位机；其结构要点是：感应式数字水位传感器与电源电路和信号调理电路相连接，电源电路和信号调理电路再与设置的微处理器C8051F020相连接;微处理器C8051F020输出端为(AD421)4-20mA输出电路,同时微处理器C8051F020通过RS-485接口(MAX485)与PC上位机实现网络通信。
【IPC分类】G01F23/26
【公开号】CN105486377
【申请号】CN201410474072
【发明人】牛誉博
【申请人】牛誉博
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月17日
【技术领域】
[0001]本发明应用于防汛减灾和水资源的合理利用领域，具体地涉及一种感应式数字水位传感器智能变送器。
【背景技术】
[0002]由于所处地理位置和气候影响，我国是一个水旱灾害频繁的国家，尤其是洪涝灾害，长期困扰着经济的发展，并给国家和人民生命财产造成了重大损失。为提高洪水的有效预见期，及时准确的掌握各主要河流的水位变化情况，自20世纪70年代，我国开始建设水情自动测报系统，特别是发展水深测量技术，主要向更可靠、更先进、更现代化方向发展，这对于防汛减灾和水资源的合理利用具有十分重要的意义。
[0003]水情自动测报系统的关键是水深的测量，而水深测量技术的关键则是传感器，传感器稳定工作，准确检测水位，并通过变送器把有效的数据传送给观测人员。因此传感器能否稳定工作、准确检测水位、有效传输数据则成为水情自动测报的关键。
[0004]目前应用较多的浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计等等都有一定的局限性。近年来，太原理工大学测控技术研究所，在智能传感器、新型传感器领域发展迅速，马福昌教授成功研制发明了感应式数字水位传感器(专利号:ZL96110735.9)，该传感器采用数字化直接取样的信号采样方式，不再采用传统的模拟量检测方法，没有模糊数据。克服了温度、空气压强、电场、磁场等环境分布参数的影响，可在比较复杂的水文环境下稳定运行，比如黄河泥沙量高的环境下可以稳定运行，提高了检测的准确性、可靠性，经现场实验，运行良好。感应式数字水位传感器在传统应用中，输出的信号是非标准的电流信号，需要配备专门的仪表进行二次处理，成本高，不便于调试组网，很大程度上限制了传感器的应用。
【发明内容】
[0005]本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种感应式数字水位传感器智能变送器，本发明具有很高的检测准确性、可靠性；克服了温度、空气压强、电场、磁场等环境分布参数的影响，可在比较复杂的水文环境下稳定运行。
[0006]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0007]本发明一种感应式数字水位传感器智能变送器，其中包括感应式数字水位传感器、信号调理电路、电源电路、MCU(C8051F020)最小系统、4_20mA输出电路(AD421)、RS-485接口(MAX485)、PC上位机；其结构要点是:感应式数字水位传感器与电源电路和信号调理电路相连接，电源电路和信号调理电路再与设置的微处理器C8051F020相连接；微处理器C8051F020输出端为(AD421)4-20mA输出电路，同时微处理器C8051F020通过RS-485接口(MAX485)与PC上位机实现网络通信。
[0008]作为本发明的一种优选方案，所述感应式数字水位传感器由超音频发生器和发射头向水中发射检测信号，由若干个取样感应元电路通过介质水接受检测信号，由电容耦合检波电路检波后得到的信号电压实现水位信号的直接取样，成为数字取样传感器；每个感应元电路都是以开关脉冲的形式输出数字信号，经过统计后，将开关数字信号调制为模拟信号电流(非标准电流信号)方式输出给信号调理电路进一步处理。
[0009]作为本发明的另一种优选方案，所述信号调理电路是将传感器输出的非标准电流信号转化为电压信号，为单片机C8051F020模数转换做准备；经过单片机C8051F020模数转换后，将传感器信号转化为数字信号，然后进行操作:存储水文数据、通过AD421输出4-20mA的标准电流信号、RS-485接口输出。
[0010]进一步地，所述4-20mA输出电路AD421是采用美国ADI公司推出的一款单片高性能数模转换器(DAC);其由电流环路供电，16位数字信号以串行方式输入，4-20mA电流输出，在智能仪表方面应用很广泛。AD421与单片机的连接主要有串行数据输入端和控制端，在时钟CLOCK作用下，输入移位寄存器把DATA引脚上的数据逐位读入，LATCH锁存脉冲把寄存器中的数据锁存到DAC中。
[0011]本发明的有益效果是。
[0012]本发明采用C8051F020单片机为主控芯片，高性能数模转换器AD421输出4一20mA电流信号，MAX485芯片实现RS485通信；克服了温度、空气压强、电场、磁场等环境分布参数的影响，可在比较复杂的水文环境下稳定运行，比如黄河泥沙量高的环境下可以稳定运行，提高了检测的准确性、可靠性，经现场实验，运行良好。
【附图说明】
[0013]图1是本发明一种感应式数字水位传感器智能变送器的系统框图。
[0014]图2是本发明一种感应式数字水位传感器智能变送器的主程序流程图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，为本发明一种感应式数字水位传感器智能变送器的系统框图。
[0016]图中包括感应式数字水位传感器、信号调理电路、电源电路、MCU(C8051F020)最小系统、4-20mA输出电路(AD421)、RS-485接口(MAX485)、PC上位机；感应式数字水位传感器与电源电路和信号调理电路相连接，电源电路和信号调理电路再与设置的微处理器C8051R)20相连接；微处理器C8051F020输出端为(AD421) 4_20mA输出电路，同时微处理器C8051F020通过RS-485接口(MAX485)与PC上位机实现网络通信。
【主权项】
1.一种感应式数字水位传感器智能变送器，其中包括感应式数字水位传感器、信号调理电路、电源电路、MCU(C8051F020)最小系统、4_20mA输出电路(AD421)、RS-485接口(MAX485)、PC上位机；其特征在于:感应式数字水位传感器与电源电路和信号调理电路相连接，电源电路和信号调理电路再与设置的微处理器C8051F020相连接；微处理器C8051R)20输出端为(AD421)4-20mA输出电路，同时微处理器C8051F020通过RS-485接口(MAX485)与PC上位机实现网络通信。2.根据权利要求1所述的一种感应式数字水位传感器智能变送器，其特征在于:所述感应式数字水位传感器由超音频发生器和发射头向水中发射检测信号，由若干个取样感应元电路通过介质水接受检测信号，由电容耦合检波电路检波后得到的信号电压实现水位信号的直接取样，成为数字取样传感器。3.根据权利要求1所述的一种感应式数字水位传感器智能变送器，其特征在于:所述信号调理电路是将传感器输出的非标准电流信号转化为电压信号，为单片机C8051F020模数转换做准备；经过单片机C8051F020模数转换后，将传感器信号转化为数字信号，然后进行操作:存储水文数据、通过AD421输出4-20mA的标准电流信号、RS-485接口输出。4.根据权利要求3所述的一种感应式数字水位传感器智能变送器，其特征在于:所述4-20mA输出电路AD421是采用美国ADI公司推出的一款单片高性能数模转换器(DAC);其由电流环路供电，16位数字信号以串行方式输入，4-20mA电流输出。
【专利摘要】一种感应式数字水位传感器智能变送器。本发明具有很高的检测准确性、可靠性；克服了温度、空气压强、电场、磁场等环境分布参数的影响，可在比较复杂的水文环境下稳定运行。本发明包括感应式数字水位传感器、信号调理电路、电源电路、MCU(C8051F020)最小系统、4-20mA输出电路(AD421)、RS-485接口(MAX485)、PC上位机；其结构要点是：感应式数字水位传感器与电源电路和信号调理电路相连接，电源电路和信号调理电路再与设置的微处理器C8051F020相连接;微处理器C8051F020输出端为(AD421)4-20mA输出电路,同时微处理器C8051F020通过RS-485接口(MAX485)与PC上位机实现网络通信。
【IPC分类】G01F23/26
【公开号】CN105486377
【申请号】CN201410474072
【发明人】牛誉博
【申请人】牛誉博
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月17日
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