一种磁致伸缩液位计的控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及测量技术领域，特别涉及一种磁致伸缩液位计的控制系统。


背景技术：

2.水利行业中，液位测量站点大多都在野外，环境复杂，常采用磁致伸缩液位仪来实现液位测量，磁致伸缩液位计是利用内部波导丝材料的磁致伸缩效应来实现液位测量，以其测量精度高、使用安全可靠、经久耐用等优点，被广泛应用于需要液位、位移等参数测量的领域，尤其适用于工况恶劣的场合。但是现有技术的磁致伸缩液位仪的控制系统简单，而且数据采集方式仅有现场采集方式，造成了很多不便，无法实现远程快速的监控数据。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种磁致伸缩液位计的控制系统，可以将采集的数据发送至远程进行监控，同时可以尽可能的减少电量消耗，降低功耗。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种磁致伸缩液位计的控制系统，包括微处理器mcu、传感器测量单元，所述系统还包括全网通无线通讯单元，所述微处理器mcu的输入端与传感器测量单元连接，所述微处理器mcu的输出端与全网通无线通讯单元连接，所述全网通无线通讯单元通过无线通信方式连接至远程中心站。
5.所述微处理器mcu与rs485接口连接，所述rs485接口用于与外接调试设备、读取设备连接。
6.所述微处理器mcu与zigbee通讯单元连接，相邻的磁致伸缩计之间通过zigbee通讯单元组网连接。
7.所述微处理器mcu分别与显示器以及红外传感器连接，所述红外传感器用于检测液位计周围的人体信号。
8.所述微处理器mcu与存储单元连接，用于对液位历史数据进行存储。
9.所述控制系统还包括电源管理电路，所述电源管理电路包括供电电源以及电压转换器，所述供电电源经电压转换器后将电压转换成符合液位计中各用电元件所需电压，所述供电电源包括内置在液位计中的锂电池以及通过设置在液位计上的接口连接的外部电源。
10.外部电源经液位计上的接口连接至锂电池充电模块，所述锂电池充电模块连接至锂电池，用于为锂电池充电。
11.所述外部电源为太阳能电池。
12.本发明的优点在于：设计磁致伸缩液位计的无线传输、远程监控数据的功能，使得液位信息的获取可以远程的获取，方便高效；电源管理更加可靠，而且功耗低，可以适应野外的长时间运行。
附图说明
13.下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
14.图1为本发明的显示屏、红外开关在现有技术液位仪上的布置位置示意图；
15.图2为本实用新型电路结构原理图；
16.图3为本实用新型电源管理结构图；
17.图4为本实用新型mcu连接示意图；
18.图5全网通通信单元可控电源示意图；
19.图6红外开关控制lcd供电示意图；
具体实施方式
20.下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
21.一种磁致伸缩液位计的控制系统，包括微处理器mcu、传感器测量单元、全网通无线通讯单元，微处理器mcu的输入端与传感器测量单元连接，微处理器mcu的输出端与全网通无线通讯单元连接，所述全网通无线通讯单元通过无线通信方式连接至远程中心站。用于通过无线通讯的方式将数据发送至服务器中进行监控，远程中心站指用于数据接收的服务器终端，主要用于接收、显示相关数据，也可以搭建云服务器系统。
22.如图1所示，液位计包括液晶显示、电子仓、连接件、防水航空插头、测杆、浮球、挡圈及密封堵头，在此基础上，本技术在电子仓内的电路进行改进以及在液位计的壳体上增设红外传感器/红外开关来实现自动的显示以及关闭显示。
23.本技术的磁致伸缩液位计控制系统集供电、采集、显示、通信功能于一体，液位计的电路部分整体分为4个电路板进行设计，包括主控电路板、电源板、电池充电控制电路板、红外开关电路板，这4个电路板独立设计，安装于电子仓内，通过板间连接件进行连接。功能模块上主要由电源管理、充电控制、mcu、rs485通讯单元、全网通无线通讯、zigbee通讯、液晶显控、存储单元、传感器测量单元、lcd显示单元及红外开关等单元组成。其中，mcu、rs485通讯单元、全网通无线通讯、zigbee通讯、液晶显控、存储单元、传感器测量等单元设计在主控电路板上，充电控制、红外开关、电源分别单独设计一块电路板。
24.电路原理图如图2所示，微处理器mcu全网通通信单元连接，用于与远程中心站进行通信，以发送数据至远程中心站。
25.微处理器mcu与zigbee单元连接，微处理器mcu与zigbee通讯单元连接，相邻的磁致伸缩计之间通过zigbee通讯单元组网连接。每个zigbee单元与相邻的zigbee之间组网形成zigbee网络，并通过其中一个液位计中的全网通单元将数据发送出去，从而形成可靠的发送。
26.微处理器mcu与rs485接口连接，所述rs485接口用于与外接调试设备、读取设备连接。
27.微处理器mcu分别与显示器以及红外传感器连接，红外传感器用于检测液位计周围的人体信号，lcd显示器用于实现对于数据的显示功能。
28.微处理器mcu与存储单元连接，用于对液位历史数据进行存储。
29.电源板主要实现对于电源进行管理，其包括电源管理电路，如图3所示，电源管理
电路包括供电电源以及电压转换器，所述供电电源经电压转换器后将电压转换成符合液位计中各用电元件所需电压，所述供电电源包括内置在液位计中的锂电池以及通过设置在液位计上的接口连接的外部电源。电源管理单元主要将锂电池的12vdc电源或外部6～28vdc电源转换为4.1vdc和3.3vdc电源，给本模块电路及主控电路、红外开关、液晶显示等供电。同时根据各功能模块的定义，采用独立电源供电，通过mcu控制，在需要工作时供电，其余时间关闭，以实现低功耗。mcu通过串接在全网通通讯单元和lt3481芯片之间的继电器来控制；lcd供电控制也是通过继电器作为开关来进行控制。
30.如图4所示，微控制器负责与各个功能模块接口，实现监控模块应用功能，满足采集、通信需求，mcu分别连接lcd显示器、红外开关、zigbee通信模块、存储模块、传感器、rs485通讯接口、全网通无线通信等模块，mcu微处理器主要采用具备数据处理和控制功能的芯片来实现，采用51系列单片机及其最小系统来实现功能。
31.全网通无线通讯单元与mcu通讯，将mcu计算出的液位等信息通过全网通天线传输至远程中心站。同时，本模块在开机时给出gsm通信时间窗口，进行重要或调试参数设置。为满足远程控制要求，设置遥控通信时间窗口，通过短信进行参数设置，可设置参数包括：目的地址ip、端口、工作模式、手机号、站号、水位基准值。
32.为实现本一体化液位计低功耗目标，设计电源控制电路，由mcu定时开启和关闭全网通通信模块电源开关。如图5所示，在需要进行通信时，mcu控制全网通通信模块的继电器开关闭合，否则控制开关断开，从而使得全网通通信模块低功耗工作，减少电量消耗。
33.传感器测量单元实现对磁致伸缩传感器位移信号的采集。外部电源经液位计上的接口连接至锂电池充电模块，所述锂电池充电模块连接至锂电池，用于为锂电池充电。外部电源为太阳能电池。考虑到供电可靠性，留有外部电源接入接口。充电控制单元主要实现太阳能电源或外部直流电源输入对锂电池的充电控制。
34.为了实现与mcu单元进行数据交互，将测量信息及自检信息上送，以及接收来自主控的数据及命令，实现现场调试参数设置、历史数据获取等功能。
35.lcd显示单元采用背光型汉字液晶显示器，主要实现水位、液位、运行参数(系统时间、系统站号)、电池电压等功能，同时通过受控电源供电，达到低功耗目的。
36.如图6所示，显示屏在需要显示时才供电工作，在显示器与电源之间设置继电器等电控开关，红外开关检测红外人体信号，当人体接近时，mcu控制该继电器闭合，从而使得lcd供电工作，从而显示数据，当人体原理，断开电源从而不工作，这种方式也可以降低功耗，增加续航等。通过红外线感应人体接近，将感应信号传输给mcu单元，mcu单元开启lcd显示单元。
37.人体接近感应单元采用si1141集成芯片，它能够在半透明的产品覆盖物后面灵活放置红外传感器。环境光传感器能够感应高达128kilolux的光照度。此外，si1141的先进架构能够在25us内完成接近感应测量，减少了极其耗电的红外二极管的开启时间，实现业界最低的系统功耗(9ua平均电流，0.5ua待机电流)。
38.zigbee通信单元：随着物联网的应用范围也越来越广泛，考虑到部分站点距离较近，如果全部采用无线传输至中心站，成本较大，设计zigbee通信单元，用于液位计近距离自组网通信。
39.存储单元：本装置在完成采集和发送数据的同时，能本地存储4m液位历史数据，掉
电不会丢失，待设备通信正常，可将数据发送至中心站进行数据补录，保持数据的完整。在现场维护时，可通过rs485接口将数据导出，避免通讯故障引起数据丢失，最大限度提高系统可靠性。
40.本发明主要改进点在于：
41.1)对需要低功耗控制的单元进行分类，使用可控电源进行独立供电，设计电源管理电路，对供电开关进行动态开启和关闭，实现液位计工作功耗<300ma@12v，休眠功耗<200ua@12v。
42.(2)能本地存储4m历史数据，将数据发送至中心站进行数据补录，保持数据的完整。现场维护时，可通过rs485接口将数据导出，避免通讯故障引起数据丢失，最大限度提高系统可靠性。
43.(3)支持rs485通信、全网通无线通信及zigbee自组网通信。
44.(4)具有通过短信在遥控通信时间窗口进行远程参数设置的功能。
45.(5)低功耗红外开关布置于液晶显示下方的液位计表面上，如图1所示。设计了红外开关给出触发信号通过mcu控制lcd显示的电路。
46.本发明的优点
47.(1)本实用新型具有精度高、安装方便，不需要后期标定，维护方便，同时测量采用非接触方式，可靠性强，可在恶劣环境下使用。
48.(2)本实用新型采用了一体化设计，一套设备集采集、显示、供电、通信于一体，较常规的液位采集系统，成本减少。
49.(3)本实用新型实现低功耗运行，内置可充电锂电池，满足设备长时间运行需要。同时预留有外部电源接口，增强供电可靠性。
50.(4)本实用新型具有本地存储及远程数据补录功能，保证数据完整。
51.(5)本实用新型网络通信多样，组网灵活。
52.(6)本实用新型可远程进行参数设置，运维方便。
53.(7)本实用新型采用低功耗红外开关控制lcd显示，在降低功耗的同时，运维方便，使用寿命延长。
54.显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。