一種具有無線監(jiān)控功能的流量記錄儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公布了一種具有無線監(jiān)控功能的流量記錄儀，包括信號采集及控制電路、3DR數(shù)傳模塊、PC機(jī)和客戶端軟件。置于室外的信號采集及控制電路的數(shù)傳模塊接口連接3DR數(shù)傳模塊從端，其11路電流信號輸入接口連接流量計(jì)，可分別采集各通道的電流信號值，而11路控制信號輸出接口連接電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可分別輸出電壓信號控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；PC機(jī)可置于室內(nèi)，其USB接口連接3DR數(shù)傳模塊主端，而客戶端軟件在PC機(jī)上運(yùn)行且通過串口完成各流量計(jì)通道信息的記錄、顯示和控制工作；3DR數(shù)傳模塊的主端和從端使用433MHz波段完成PC機(jī)和信號采集及控制電路之間的通訊工作。該流量記錄儀是通過軟硬件而構(gòu)建的一套監(jiān)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，而又功能齊全，具有應(yīng)用推廣價(jià)值。
【專利說明】
一種具有無線監(jiān)控功能的流量記錄儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種流量記錄儀，特別涉及一種具有無線監(jiān)控功能的流量記錄儀，屬于智能儀器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著自動(dòng)化儀器儀表的推廣應(yīng)用，一些帶電子顯示遠(yuǎn)程變送的測量儀表在日常生化中得以常見，比如流量計(jì)、壓力計(jì)、超聲波測距儀、溫度控制儀等，這類儀器儀表不僅具有高精度的測量效果，還具備信息遠(yuǎn)程變送的能力，這些功能為工作人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控操作提供了極大的便利。其中，如何實(shí)現(xiàn)儀器儀表信息的遠(yuǎn)程傳輸功能，并以最便捷、最實(shí)用的形式進(jìn)行監(jiān)控是一項(xiàng)需要不斷進(jìn)行嘗試、優(yōu)化的工作。
[0003]而當(dāng)前，生產(chǎn)生活中的方方面面都離不開流量的測量數(shù)據(jù)，也都用到了各式各樣的流量儀表，最常見的流量儀表是渦街流量計(jì)，它具有氣、液體綜合測量能力，而且精度高、可數(shù)字化顯示、遠(yuǎn)程變送、耐高溫。記錄渦街流量計(jì)測量數(shù)據(jù)的儀器通常是無紙記錄儀，這類記錄儀售價(jià)在千元以上，且信號變送距離短、操作復(fù)雜，不利于節(jié)約財(cái)力、人力成本，為解決上述問題，開發(fā)了一款流量記錄儀監(jiān)控軟件，可在室內(nèi)的PC機(jī)上完成室外渦流流量計(jì)測量數(shù)據(jù)的記錄、顯示、預(yù)警等工作，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對流量計(jì)上游電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制的功能，不僅極大地節(jié)約了成本，還給記錄人員的工作提供了便利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型解決的問題之一是:解決現(xiàn)有流量監(jiān)控系統(tǒng)成本高昂的問題，利用信號采集及控制電路、3DR數(shù)傳模塊和PC機(jī)組成一個(gè)簡單的室外/室內(nèi)硬件監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單且軟硬件常規(guī)，實(shí)現(xiàn)較易，無需過多的成本投入。
[0005]本實(shí)用新型解決的問題之二是:彌補(bǔ)現(xiàn)有無紙記錄儀的監(jiān)控信息無法長距離傳輸?shù)牟蛔悖捎?DR數(shù)傳模塊作為信息傳輸?shù)耐ǖ溃行o線通訊距離為一公里，可滿足室外信息采集及控制電路與室內(nèi)PC機(jī)間的通信需求。
[0006]本實(shí)用新型解決的問題之三是:克服現(xiàn)有物質(zhì)記錄儀無法控制管道流量的問題，在PC機(jī)上的客戶端軟件內(nèi)增設(shè)流量設(shè)置功能，信號采集及控制電路會根據(jù)設(shè)定值輸出控制信號從而控制管路中的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)而達(dá)到控制流量的目的。
[0007]本實(shí)用新型主要通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種具有無線監(jiān)控功能的流量記錄儀，其特征在于由信號采集及控制電路、3DR數(shù)傳模塊、PC機(jī)和客戶端軟件組成流量記錄儀的軟硬件系統(tǒng);所述信號采集及控制電路包括16M晶振、ATMEGA2560單片機(jī)、直流電源接口、數(shù)傳模塊接口、電流信號輸入接口、電流采樣及放大電路、控制信號輸出接口、電流采樣及放大電路集成模塊，其中直流電源接口輸入5V直流電，電流信號輸入接口與流量計(jì)的電流信號線連接，控制信號輸出接口與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制信號線連接;所述3DR數(shù)傳模塊主端連接PC機(jī)的USB接口，3DR數(shù)傳模塊從端連接信號采集及控制電路的數(shù)傳模塊接口，主端和從端共同完成無線信號的收發(fā)工作;所述客戶端軟件運(yùn)行在PC機(jī)上，包括串口設(shè)置、數(shù)據(jù)交互、保存設(shè)置、顯示通道設(shè)置、流量設(shè)置、動(dòng)態(tài)曲線圖、數(shù)據(jù)顯示區(qū)、狀態(tài)顯示區(qū)，其中串口設(shè)置有1個(gè)通訊串口可供選擇，保存設(shè)置有4個(gè)時(shí)間間隔可供選擇，顯示通道設(shè)置有11個(gè)通道可供選擇，流量設(shè)置有1個(gè)流量值可供選擇。
[0008]特別的，信號采集及控制電路中的電流信號輸入接口和控制信號輸出接口均有11路接線端子，而電流信號輸入接口接入的是來自流量計(jì)的電流信號，該電流信號的范圍是4-20mA，代表零至滿度流量;而控制信號輸出接口輸出的是1-5V電壓信號，代表電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥位開度位置。
[0009]特別的，流量計(jì)為LUGN型渦街流量計(jì)，該流量計(jì)的GND端可輸出4一20mA的電流信號，代表O—10m3/h的流量值；電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為ZDLP型電子式電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥，包括電動(dòng)執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)執(zhí)行器可接受1-5V電壓信號，然后根據(jù)電信號大小調(diào)節(jié)頂部伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)以直行程輸出的推力改變底部調(diào)節(jié)閥的開度位移，當(dāng)電信號增大時(shí)閥位向上位移，并根據(jù)開度位置反饋信號自動(dòng)限制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)行程，從而達(dá)到精確控制管道內(nèi)部流體流量的目的。
[0010]特別的，3DR數(shù)傳模塊分為主端和從端兩個(gè)部分，兩者間使用433MHz波段通訊，且都可以完成無線信號的收發(fā)功能，通常情況下，開闊地域通訊距離為兩公里，有障礙地域通訊距離會相應(yīng)縮小。
[0011 ]特別的，客戶端軟件的全稱是流量記錄儀監(jiān)控軟件，是基于MATLAB的GUI功能編寫而成，保存時(shí)會將系統(tǒng)時(shí)間、各通道流量信息按照縱列的方式寫入excel表格中。
[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013](I)利用信號采集及控制電路、3DR數(shù)傳模塊、PC機(jī)和客戶端軟件組成一個(gè)簡單的室外/室內(nèi)流量記錄儀軟硬件系統(tǒng)，信號采集及控制電路完成流量計(jì)電流信號的采集和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制工作，客戶端軟件在PC機(jī)上運(yùn)行同時(shí)通過串口完成各流量計(jì)通道信息的記錄、顯示和控制工作，系統(tǒng)硬件常規(guī)，軟件操作簡單，可節(jié)約大量成本。
[0014](2)信號采集及控制電路中使用ATMEGA2560單片機(jī)作為中央處理芯片，該單片機(jī)的模擬引腳AO至AlO與電流信號輸入接口連接，可同時(shí)采集11路來自流量計(jì)的電流信號，該單片機(jī)的PWM引腳D2至D12與控制信號輸出接口連接，可同時(shí)控制11路電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
[0015](3)采用433MHz波段的3DR數(shù)傳模塊作為信息傳輸?shù)耐ǖ溃行o線通訊距離為一公里，可滿足室外信號采集及控制電路與室內(nèi)PC機(jī)間的通信需求。
[0016](4)在PC機(jī)上的客戶端軟件內(nèi)增設(shè)流量設(shè)置功能，當(dāng)PC機(jī)發(fā)出流量命令后，信號采集及控制電路會根據(jù)設(shè)定值輸出控制信號從而控制管路中的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)而達(dá)到控制流量的目的。
【附圖說明】

[0017]圖1是本實(shí)用新型流量記錄儀工作原理示意圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型信號采集及控制電路原理圖。
[0019]圖3是本實(shí)用新型電流采樣及放大電路原理圖。
[0020]圖4是本實(shí)用新型客戶端軟件界面示意圖。
[0021 ]附圖標(biāo)記說明:I信號采集及控制電路，2 3DR數(shù)傳模塊，3客戶端軟件，4 PC機(jī)，5流量計(jì)，6電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，7 16M晶振，8 ATMEGA2560單片機(jī)，9直流電源接口，10數(shù)傳模塊接口，11電流信號輸入接口，12電流采樣及放大電路，13控制信號輸出接口，14電流采樣及放大電路集成模塊，15信號I輸入端，16米樣電阻，17第一LM358運(yùn)算放大器，18電阻R2，19電阻R5，20第二LM358運(yùn)算放大器，21電阻R7，22電位器，23信號I輸出端，24串口設(shè)置，25數(shù)據(jù)交互，26保存設(shè)置，27顯示通道設(shè)置，28流量設(shè)置，29動(dòng)態(tài)曲線圖，30數(shù)據(jù)顯示區(qū)，31狀態(tài)顯示區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0023]如圖1所示，一種具有無線監(jiān)控功能的流量記錄儀包括信號采集及控制電路(1)、3DR數(shù)傳模塊(2)、客戶端軟件(3 )、PC機(jī)(4)，所述信號采集及控制電路(I)有兩種外接設(shè)備，分別為流量計(jì)(5)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(6)，流量計(jì)(5)通過GND端輸出表征流量值的4-20mA電流信號到信號采集及控制電路(I)中的單片機(jī)，而電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(6)接收來自信號采集及控制電路
(I)中單片機(jī)HVM引腳的1-5V電壓信號;所述3DR數(shù)傳模塊(2)為信號收發(fā)設(shè)備，分為主端和從端，其主端接入PC機(jī)(4 )的USB接口，而從端接入信號采集及控制電路(I)的數(shù)傳模塊接口
(10)，則3DR數(shù)傳模塊(2 )使用43 3MHz波段完成PC機(jī)(4 )和信號采集及控制電路(I)之間的通訊工作;所述客戶端軟件(3)在PC機(jī)(4)上運(yùn)行，其全稱是流量記錄儀監(jiān)控軟件，完成各流量計(jì)通道信息的記錄、顯示和控制工作。
[0024]如圖2所示，信號采集及控制電路(I)內(nèi)部包括16M晶振(7)、ATMEGA2560單片機(jī)(8 )、直流電源接口( 9 )、數(shù)傳模塊接口( 1 )、電流信號輸入接口( 11)、電流采樣及放大電路(12 )、控制信號輸出接口( 13 )、電流采樣及放大電路集成模塊(14)，所述16M晶振(7 )通過XTALl和XTAL2引腳與ATMEGA2560單片機(jī)(8)相連接，并給單片機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序信號;所述直流電源接口(9)與ATMEGA2560單片機(jī)(8)的99和100號引腳連接，通過該接口給整個(gè)電路提供5V標(biāo)準(zhǔn)直流電壓;所述數(shù)傳模塊接口( 10)通過RXO和TXO引腳與ATMEGA2560單片機(jī)(8)相連接，該接口需接入3DR數(shù)傳模塊(2 )的從端，從而完成ATMEGA2560單片機(jī)(8 )與外界的通訊工作；電流信號輸入接口(11)為SI至Sll的11路接線端子，可連接11路流量計(jì)(5 )的電流信號線;所述電流采樣及放大電路(12 )的S ingl e In I端與電流信號輸入接口( 11)的SI端連接，其SingleOutl端與ATMEGA2560單片機(jī)(8)的AO引腳連接，其能夠把4-20mA的電流信號轉(zhuǎn)換成1-5V的電壓信號并通過SingleOutl端輸出，ATMEGA2560單片機(jī)(8)通過模擬引腳AO能夠檢測電壓模擬量，并轉(zhuǎn)化為0-1023數(shù)字值以表征電壓模擬量，另0-1023數(shù)字值會通過3DR數(shù)傳模塊(2 )的從端被發(fā)送給PC機(jī)(4 );所述電流采樣及放大電路集成模塊(14 )由1組電流采樣及放大電路(12)組成，其分別連接電流信號輸入接口(11)的S2至Sll端和ATMEGA2560單片機(jī)(8)的Al至AlO引腳，所實(shí)現(xiàn)的功能與電流采樣及放大電路(12)相同；控制信號輸出接口(13)上的11路端子分別與ATMEGA2560單片機(jī)(8)的D2至D12引腳連接，同時(shí)可經(jīng)過信號線與11路電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(6)上的信號控制端連接，另外ATMEGA2560單片機(jī)(8)的D2至D12引腳為PWM引腳，通過占空比調(diào)制電壓的方式輸出1-5V電壓從而控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(6)。
[0025]如圖3所示，電流采樣及放大電路(12)內(nèi)部包括信號I輸入端(15)、采樣電阻(16)、第一 LM358運(yùn)算放大器(17)、電阻R2( 18)、電阻R5( 19)、第二 LM358運(yùn)算放大器(20)、電阻R7
(21)、電位器(22)、信號I輸出端(23)，所述信號I輸入端(15)即為電流采樣及放大電路(12)的S i ng I e In I端，輸入的是4_20mA的直流電流信號，該電流信號經(jīng)過采樣電阻(16 )后流入GND，而0.5歐姆的采樣電阻(16)兩端會形成2mV-10mV的電壓，該電壓信號從第一 LM358運(yùn)算放大器(17 )的INPUT+引腳流入并從INPUTI引腳流出，這時(shí)電壓信號大小沒有改變;然后電壓信號達(dá)到第二 LM358運(yùn)算放大器(20)的左側(cè)INPUT+引腳并從第二 LM358運(yùn)算放大器(20)的017^1]11引腳流出過程中，電壓信號被放大電阻1?5(19)除以電阻1?2(18)并加1倍，8卩11倍，此時(shí)電壓信號大小為22mV-110mV;電壓信號繼續(xù)從第二LM358運(yùn)算放大器(20)的右側(cè)INPUT+引腳流入并從OUTPUT2引腳流出過程中，電壓信號再次被放大電位器(22)除以電阻R7(21)并加I倍，即為45.45倍，此時(shí)電壓信號大小為1V-5V，另外可調(diào)節(jié)電位器(22)的阻值以改變電壓信號放大倍數(shù);最終電壓信號從信號I輸出端(23)流出，即從電流采樣及放大電路(12)的SingleOutl端流出并到達(dá)ATMEGA2560單片機(jī)(8)的AO引腳。
[0026]如圖4所示，客戶端軟件(3)包括串口設(shè)置(24)、數(shù)據(jù)交互(25)、保存設(shè)置(26)、顯示通道設(shè)置(27)、流量設(shè)置(28)、動(dòng)態(tài)曲線圖(29)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)(30)、狀態(tài)顯示區(qū)(31)，所述串口設(shè)置(24)為是否打開通訊串口功能欄，共有coml至comlO的10個(gè)通訊串口可以選擇，SP根據(jù)3DR數(shù)傳模塊(2)的主端在PC機(jī)(4)的USB接口的安裝位置進(jìn)行選擇，若安裝位置在第一USB接口則選擇coml;所述數(shù)據(jù)交互(25)為是否接受串口數(shù)據(jù)功能欄，如選擇“接收數(shù)據(jù)”則會讀取已選擇的通訊串口數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)值呈現(xiàn)在動(dòng)態(tài)曲線圖(29)和數(shù)據(jù)顯示區(qū)(30)中；所述保存設(shè)置(26)為是否保存數(shù)據(jù)功能欄，可選擇10秒、20秒、30秒、I分鐘的4個(gè)保存時(shí)間間隔，選擇“保存”后時(shí)間、流量等數(shù)據(jù)會被保存在同文件路徑下的excel表格中；顯示通道設(shè)置(27)為選擇顯示通道功能欄，共有通道I至通道11的11個(gè)通道可以選擇，選擇通道后會在右側(cè)動(dòng)態(tài)曲線圖(29)和數(shù)據(jù)顯示區(qū)(30)中顯示相應(yīng)通道的數(shù)據(jù)值;流量設(shè)置(28)為選擇流量功能欄，共有l(wèi)m3/h至10m3/h的10個(gè)流量值可以選擇，如顯示通道設(shè)置(27)中選擇通道1，則流量設(shè)置(28)中流量對應(yīng)的是ATMEGA2560單片機(jī)(8)的D2引腳信號，而lm3/h至10m3/h的1個(gè)流量值對應(yīng)IV-5V的電壓信號。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有無線監(jiān)控功能的流量記錄儀，其特征在于由信號采集及控制電路、3DR數(shù)傳模塊、PC機(jī)和客戶端軟件組成流量記錄儀的軟硬件系統(tǒng);所述信號采集及控制電路包括16M晶振、ATMEGA2560單片機(jī)、直流電源接口、數(shù)傳模塊接口、電流信號輸入接口、電流采樣及放大電路、控制信號輸出接口、電流采樣及放大電路集成模塊，其中直流電源接口輸入5V直流電，電流信號輸入接口與流量計(jì)的電流信號線連接，控制信號輸出接口與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制信號線連接;所述3DR數(shù)傳模塊主端連接PC機(jī)的USB接口，3DR數(shù)傳模塊從端連接信號采集及控制電路的數(shù)傳模塊接口，主端和從端共同完成無線信號的收發(fā)工作;所述客戶端軟件運(yùn)行在PC機(jī)上，軟件功能欄包括串口設(shè)置、數(shù)據(jù)交互、保存設(shè)置、顯示通道設(shè)置、流量設(shè)置、動(dòng)態(tài)曲線圖、數(shù)據(jù)顯示區(qū)、狀態(tài)顯示區(qū)，其中串口設(shè)置有10個(gè)通訊串口可供選擇，保存設(shè)置有4個(gè)時(shí)間間隔可供選擇，顯示通道設(shè)置有11個(gè)通道可供選擇，流量設(shè)置有10個(gè)流量值可供選擇。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有無線監(jiān)控功能的流量記錄儀，其特征是信號采集及控制電路中使用ATMEGA2560單片機(jī)作為中央處理芯片，該單片機(jī)的模擬引腳AO至AlO與電流信號輸入接口連接，可同時(shí)采集11路來自流量計(jì)的電流信號，該單片機(jī)的PWM弓I腳D2至D12與控制信號輸出接口連接，可同時(shí)控制11路電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有無線監(jiān)控功能的流量記錄儀，其特征是采用433MHz波段的3DR數(shù)傳模塊作為信息傳輸?shù)耐ǖ溃行o線通訊距離為一公里，可滿足室外信號采集及控制電路與室內(nèi)PC機(jī)間的無線通信需求。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有無線監(jiān)控功能的流量記錄儀，其特征是在PC機(jī)上的客戶端軟件內(nèi)增設(shè)流量設(shè)置功能，當(dāng)PC機(jī)發(fā)出流量命令后，信號采集及控制電路會根據(jù)設(shè)定值輸出控制信號從而控制管路中的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)而達(dá)到控制流量的目的。
【文檔編號】G08C17/02GK205719143SQ201620451526
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】李明, 冀孟恩, 王芳美, 邱羽, 楊增輝
【申請人】云南師范大學(xué)