基于单片机的分布式多功能气体质量流量控制器的制作方法

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1.本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种基于单片机的分布式多功能气体质量流量控制器，包括可以用于气体状态监测的质量流量控制装置、控制系统及质量流量计的数据网络。


背景技术：

2.流量测量和控制是气体集成输送系统中非常重要的一部分。质量流量控制器是工业中常见的设备，可以对气体或者液体进行精确的控制。质量流量计是采用感热式测量，通过分体分子带走的分子质量多少从而来测量流量，因为是用感热式测量，所以不会因为气体温度、压力的变化从而影响到测量的结果。质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域将得到更加广泛的应用，相信将在推动流量测量上显示出巨大的潜力。
3.质量流量传感器是不能控制流量的，它只能检测液体或者气体的质量流量，通过模拟电压、电流或者串行通讯输出流量值。质量流量控制器是可以同时检测和控制的仪表。质量流量控制器本身除了测量部分，还带有一个电磁调节阀或者压电阀，这样质量流量控制本身构成一个闭环系统，用于控制流体的质量流量。质量流量控制器的设定值可以通过模拟电压、模拟电流，或者计算机、plc提供。
4.随着科技的进步和社会的发展，越来越多的气体作为工业原料和能源应用于工业生产和人们的日常生活中，对于气体的配比和流量都有一定的需求。而传统的监测气体的方式对人力依赖较大，且计算配比复杂，设备间通讯缺失；同时，传统质量流量传感器的控制系统是利用流量显示仪与计算机连接，耗资巨大。因此，如何改善质量流量传感器控制系统，降低成本成为亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于克服传统数字电路控制的成本消耗过大问题，并提出数据上传云端，实现实时监测和控制。
6.本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
7.一种基于单片机的分布式多功能气体质量流量控制器，包括气体质量流量传感器、核心控制器、工业物联网和人机交互系统。
8.所述气体质量流量传感器在不同的气体环境中向核心控制器输出不同的模拟电压信号，通过rs232总线与核心控制器相连。
9.所述核心控制器包括主控核心处理器、a/d采集模块、d/a输出模块、电源模块和rs232总线，利用a/d采集模块将气体质量流量传感器输出的模拟电压信号转换为流量数据并显示在人机交互系统的界面上，利用d/a输出模块控制气体质量流量传感器输出的流量大小。电源模块进行多次转压，满足多个模块的供电需求。
10.所述a/d采集模块为12位逐次逼近型的模拟数字转换器，支持单次和连续转换模
式，转换结束或发生模拟看门狗事件时产生中断。
11.所述工业物联网是依托于连接在核心控制器上的lora模块和wifi模块，将各项实时数据上传，并对历史数据做记录以便于监测和后续分析，同时通过向核心控制器发送设定数据对气体质量流量传感器进行间接控制以达到期望的工作状态。
12.所述lora模块为基于lpwan的远距离无线通信模块，支持lorawan标准协议，串口数据透传双向通讯；所述wifi模块属于物联网传输层，功能是将串口或ttl电平转为符合wi
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fi无线网络通信标准。
13.所述核心控制器、工业物联网和人机交互系统集成在一块pc电路板上。
14.所述pc电路板采用四层绘制的方案，减小了电路板面积，便于安装在机箱内。
15.所述人机交互系统包括lcd显示屏和旋转编码器，lcd显示屏为iic接口的lcd液晶。
16.所述人机交互系统一方面依托于上位机，通过上位机的主界面上不同按键的功能对气体质量流量传感器进行控制和输入，并通过上位机的数据显示界面实时监测各个气体质量流量传感器的工作状态和历史数据；另一方面依托于lcd显示屏，通过旋转编码器选择控制对象，利用旋转编码器的纵向按键自由度进行对象选中，所选中的调整对象可以通过旋转编码器进行改正和键入。人机交互系统实时精准的显示了气体质量流量传感器的工作状态。
17.所述上位机为pc机或者电脑。
18.本发明的有益效果是：本发明所述气体质量流量控制器包括了采集数据、数据上传、设定参数等多个功能模块，将一个控制系统集中在一个机箱内实现，极大程度缩减了传统数字电路结构控制的成本，解放了传统监测系统的人力资源，并创新的建立了质量流量传感器的数据网络，从而使得工厂的控制更为集中、准确、便捷。
附图说明：
19.图1为本发明的整体结构示意图；
20.图2为本发明的硬件设计示意图。
21.图中：1、主机；2、从机；3、气体质量流量传感器；4、气体传输管道；5、pc电路板；6、lora模块；7、wifi模块；8、lcd显示屏；9、旋转编码器、10、主控核心控制器；11、a/d采集模块；12、d/a输出模块；13、rs232总线；14、电源模块。
具体实施方式：
22.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。
23.实施例1
24.以下参照图1和图2对本发明的实施例1，即本发明提供的一种通过主机1精确索引从机2并查询数据的方法进行进一步说明。
25.核心控制器、工业物联网和人机交互系统集成在一块pc电路板5上。核心控制器包括主控核心处理器10、a/d采集模块11、d/a输出模块12、电源模块14和rs232总线13。气体质量流量传感器3在不同的气体环境中向核心控制器10输出不同的模拟电压信号，通过rs232
总线13与核心控制器10相连。
26.气体流量传感器3通过气体输送管道4进行输出气体，且与pc电路板5上的rs232总线13相连。核心控制器11的型号为stm32，利用a/d采集模块11将气体质量流量传感器输出的模拟电压信号转换为流量数据并显示在人机交互系统的界面上，利用d/a输出模块12控制气体质量流量传感器3输出的流量大小。
27.人机交互部分依托于lcd显示屏8，通过旋转编码器9选择控制对象。具体实施时，上述采集的数据及设定的控制参数可以通过lcd显示屏8显示。主界面默认显示主机1流量数据，转动旋转编码器9可以切换当前显示的设备。
28.上述采集的数据及设定的控制参数可以通过wifi模块7上传到工业物联网，网端可以对历史上传数据进行显示和曲线绘制等。工业物联网端还可以监测其工作状态是否在设定的阈值范围内，确保设备工作安全。
29.人机交互系统部分依托于上位机，通过上位机的主界面上不同按键的功能对气体质量流量传感器进行控制和输入，并通过上位机的数据显示界面实时监测各个气体质量流量传感器的工作状态和历史数据。
30.具体实施时，上述采集的数据及设定的控制参数可以通过qt编辑的上位机界面进行查询和检测。上位机界面可选择待查询的设备索引号，同时可以检测设备工作是否正常，检测设备阈值，比对实际工作状况与设定阈值情况，从而在pc端掌握各个质量流量传感器的工作状态。
31.综上所述，本发明能使用多种方式、在多个平台上完成数据的实时显示、精确调整和控制；在物联网平台上实现数据溯源，形成完善的流量数据网络
32.实施例2
33.以下参照图1和图2对本发明的实施例2，即本发明提供的一种精确气体配比的实施方案做进一步说明。
34.上位机和lcd显示屏8的人机交互界面均设有待查询的设备索引号，选择其中一个设备即可获取其实时的气体质量流量、设定阈值、报警阈值等所有参数。通过设定流量阈值以及报警装置，实现精确的控制流量的流入量以达到上述目的，相较于人力监督控制，本发明所述的系统更为便捷，降低成本并节约人力资源。
35.气体质量流量控制器可以通过工业物联网控制主机1给其本身或从机2发送控制命令，更改对应设备的d/a输出模块12输出电压，进而控制气体质量流量传感器3的气体质量流量大小。
36.气体质量流量控制器可通过主机1上的旋转编码器9和lcd显示屏8组成的人机交互系统实现。lcd显示屏8主界面默认显示主机1的流量，按下旋转编码器9可以进入设定界面，控制者通过操作旋转编码器9切换做需要设定的参量，进入设定参量的界面后再操作旋转编码器9可以选定需要修改的设备号，修改其中各参数的数值，再次返回主界面及保存对数据的修改。
37.气体质量流量控制器的控制功能可以通过上位机控制界面实现，上位机界面设有修改报警阈值、流量阈值、气体流量等任务栏，选定待修改的设备索引号对其进行修改参数，设定的参数即可保存至各个从机2内。
38.本实施例中将设备的控制过程可视化，分离了控制系统与各个工作设备，实现远
距离的实时监控设定，避免了人为设定的不必要工作量及人工作业带来的设定误差。控制端亦可通过项目需要修改报警阈值，使得对于设备的监测设定具有普适性。
39.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。