一种石油储罐液位智能监测和自动计量系统

本技术涉及石油储罐监测，具体涉及一种石油储罐液位智能监测和自动计量系统。

背景技术：

1、石油作为重要的能源资源，其储存环节的安全与计量精度关乎工业生产效率与安全，石油储罐液位监测和计量装置可以有效保障储罐运行安全、提高计量精度与效率、实现智能化管理与远程监控，故研发一种低成本、高精度的石油储罐液位智能监测及自动计量系统的需求越来越迫切。

2、然而，当前石油储罐大多仍依赖人工巡检与机械仪表，存在检测精度不佳、操作比较繁琐以及数据响应滞后等诸多问题；而行业内现有的自动化监测系统多采用高端芯片以及复杂的传感器，不仅成本较高，后期维护也具有一定的难度，难以在中小型石油储罐场景推广与应用；因此，亟需一种集成多种核心功能，兼具低成本、高可靠性的新型检测方案，以破解中小型石油储罐液位监测和自动计量难题。

3、通过全面检索当前储罐类监测现状，发现它们可能存在一些问题；如中国专利cn218724555u公开了一种由外贴式检测仪和油罐本体组成的外贴式油罐液位检测装置，在拆卸探头时需按压两侧挡板才能让卡接杆回缩，若弹簧因生锈、腐蚀无法正常回缩时，可能会导致探头无法从通槽中取出；同时只依靠弹簧的回弹力固定卡接杆，油罐本体如遇装卸产生振动，可能会导致弹簧出现疲劳松弛，造成卡接杆与固定环的卡接失效，进而引起测量探头、校准探头等松动移位，引发检测偏差。

4、中国专利cn216746340u公开了一种油罐一体机械液位检测装置，因其导流槽、漏液槽为窄缝式设计，如果原油中蜡质、胶质含量高或现场温度较低，原油在槽内凝固挂壁，不仅无法实现导流排液，还会因杂质的堆积额外增加浮子重量，破坏力学平衡；同时其浮座的双倾斜面夹角为固定设计，当原油黏度随温度、成分变化时，固定倾斜角度无法适配不同流动特性的原油，高黏度原油仍会在倾斜面滞留，无法彻底滑落，最终可能影响检测效果。

5、中国专利cn119354299a提出了一种包括油罐、驱动件和至少两个电容式感应器的油罐液位监测系统及其监测方法，经过分析发现所述油罐液位监测系统可能存在以下不足：

6、（1）其驱动方式依赖拉绳和重力块，在长期往复运动中可能出现拉绳打滑、缠绕以及断裂风险，且重力块可能会加剧导轨的磨损，若电机断电或传动辊卡滞，感应器可能会滞留于某一位置，无法完成液位巡检，系统可能会持续输出错误的液位数据，而现有方案缺乏驱动失效的应急反馈机制；

7、（2）其感应器、导轨等部件安装于油罐外侧，虽便于拆卸，但高空油罐的维护需搭设脚手架，且油污环境下的部件清洁、更换耗时耗力；拉绳、滚珠等易损件的更换频率较高，而现有方案缺少快速拆装结构，无疑会增加维护成本和停机时间；

8、（3）对于已投用的油罐，加装限位槽、导轨时需对罐体进行焊接或打孔，可能会破坏油罐的密封结构，存在安全风险。

9、综上所述，本实用新型提出一种石油储罐液位智能监测和自动计量系统以适配当前中小型石油储罐的监测与计量需求并解决现有技术中所存在的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于针对现有技术的不足以及中小型石油储罐的监测与计量需求，提供一种石油储罐液位智能监测和自动计量系统，该石油储罐液位智能监测和自动计量系统可以实现液位、温度的实时监测、自动计量、数据自动存储、异常报警及远程传输，适配中小型石油储罐监测与计量需求，提升石油储罐管理的智能化。

2、为实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

3、一种石油储罐液位智能监测和自动计量系统，其特征在于：包括主控模块、液位检测模块、温度检测模块、数据存储模块、人机交互模块、报警模块和无线通信模块，能够实现对石油储罐内的石油液位、石油温度进行实时监测和计量，并能将数据实时上传至云平台，云平台对数据进行可视化以及存储处理，并可对异常状态发出预警通知。

4、所述主控模块，采用stc89c52单片机，作为系统核心控制单元，用于完成定时器、中断、i/o端口的初始化配置，加载历史数据至ram并启动中断服务程序，周期性执行数据采集、处理、模式控制及外设驱动逻辑；

5、进一步的，所述的主控模块外接晶振电路以及复位电路，且通过lm7805稳压芯片连接9v电源，实现5v供电。

6、所述液位检测模块，包括电位器和adc转换单元，用电位器模拟液位传感器，可将0v至5v电压信号转化映射为0%至100%的液位百分比，并可根据储罐截面积计算体积变量，完成液位的实时采集监测，同时所述主控模块实时将石油储罐液位与预设阈值比对，液位异常时驱动蜂鸣器启动报警；

7、进一步的，所述电位器的滑动端连接石油储罐浮子机构，液位变化时，浮子机构带动电位器转轴旋转，引起输出电压信号变化；

8、进一步的，所述adc转换单元采用pfc8591芯片，通过将电位器的输出端接入pcf8591芯片的ain0通道，实现电压信号的adc数模转换，再经滑动平均滤波后映射为液位高度的百分比。

9、所述温度检测模块，采用ds18b20数字温度传感器，通过单总线与主控模块连接，按每秒一次的频率更新温度数据，完成石油储罐温度的实时采集监测，同时所述主控模块实时将石油储罐温度数据与预设阈值比对，超限时驱动蜂鸣器启动报警；

10、进一步的，所述ds18b20数字温度传感器的传感器探头为不锈钢密封结构，具备从-55℃至125℃测温范围和正负0.5℃的测温精度，用于采集石油储罐温度。

11、所述数据存储模块采用at24c02eeprom芯片，通过i2c接口与主控模块连接，用于存储至少3个月的历史监测数据，包括每小时记录的液位、温度、累计存入量和累计输出量，并实现断电数据不丢失。

12、所述人机交互模块，包括4×4矩阵的按键模块和lcd1602a液晶屏的显示模块，用于实现石油储罐管理人员与液位智能监测和自动计量系统之间的交互；

13、进一步的，所述人机交互模块的按键模块为4×4矩阵按键单元，与主控模块的p1口连接，用于模式切换（如存储/输出/查询）及参数修改（如温度阈值、液位基准值及其阈值）；

14、进一步的，所述lcd1602a液晶屏通过i2c转换模块与主控模块的p2接口连接，用于实时显示液位、温度、累计量以及系统状态。

15、所述报警模块，通过s8050三极管驱动有源蜂鸣器，与主控模块的i/o口连接，当温度、液位超过预设阈值时，由主控模块输出高电平触发s8050三极管导通，使有源蜂鸣器发出脉冲报警信号，同时lcd1602a液晶屏显示“温度过高！”或“液位异常！”；

16、进一步的，所述蜂鸣器通过100ω限流电阻和1n4148续流二极管连接到主控模块的p3.5引脚，用于液位、温度超限时的报警提示。

17、所述无线通信模块，采用esp8266wifi模组，通过uart串口与主控模块建立通信，支持mqtt协议，可将液位、温度以及计量数据上传至云平台，同时支持接收云平台的远程控制指令。

18、各模块的连接关系为：主控模块的i/o口分别连接液位检测模块、温度检测模块、报警模块以及4×4矩阵按键模块；数据存储模块以及lcd1602a液晶屏的显示模块通过i2c总线与主控模块通信；无线通信模块通过uart串口与主控模块连接。

19、一种基于上文所述的一种石油储罐液位智能监测和自动计量系统，其工作流程：包括系统启动后，自动初始化各模块参数，其中温度阈值默认设为60℃，液位基准值默认设为0%、阈值默认为85%；进行周期性采集液位数据（范围0%至100%）与温度数据（范围-55℃至125℃），并经滑动平均滤波处理提升数据准确性；当液位升高时，自动计算增量并累加至历史存入总量，当液位降低时，自动计算减量并累加至历史输出总量；通过按键切换显示累计存入量或累计输出量；当液位、温度超出设定阈值，蜂鸣器立即发出报警，同时lcd显示屏同步显示“液位异常！”或“温度过高！”的报警提示；实时数据经wifi模块上传至云平台，且支持通过远程操作修改相关参数。

20、与现有技术相比，本实用新型有如下的有益效果：

21、1.低成本优势，采用51系列单片机以及通用元件搭建系统，整体成本可能仅为其它高端系统的1/3左右，大幅降低应用门槛；

22、2.多功能集成，整合液位检测、温度检测、自动计量、数据存储、状态显示、人机交互、异常报警以及无线通信等功能于一体，可满足中小型石油储罐场景使用需求；

23、3.易升级扩展，支持传感器升级（如更换为超声波液位计等）及通信协议扩展（如增加lora协议等），能适应不同场景升级需求。