一種低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及低壓低功耗無(wú)線傳感器局域網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線電遙控和測(cè)量系統(tǒng)，以及低壓低功耗測(cè)量傳感器技術(shù)，尤其涉及一種低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，液位測(cè)量大都采用超聲波原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，但是所有傳感器均采用標(biāo)準(zhǔn)24伏或4?20毫安供電方式或由工業(yè)作業(yè)電壓轉(zhuǎn)換至超聲傳感器所需電壓經(jīng)行供電完成。按這種工作方式，無(wú)法完成無(wú)線傳感器局域網(wǎng)絡(luò)中的傳感器無(wú)線布局和實(shí)現(xiàn)；本實(shí)用新型給出的低壓低功耗超聲波傳感器采用3伏電池供電模式，配合太陽(yáng)能極板充電，達(dá)到常年免維護(hù)供電和維持傳感器工作。本實(shí)用新型涉及了一種低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器，用于對(duì)液位距離進(jìn)行校正計(jì)算，按照本實(shí)用新型自行開發(fā)的通訊傳輸協(xié)議，無(wú)線傳輸包中包含液位距離、環(huán)境溫度、電池電壓、報(bào)警數(shù)值、以及報(bào)警狀態(tài)等參數(shù)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器，可以廣泛用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中用于采集測(cè)量液位高度，由于采用低壓低功耗設(shè)計(jì)，可以和太陽(yáng)能極板充電配合使用。
[0004]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是提供一種低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器，其中，包括微處理器、雙探頭，微處理器通過(guò)切換模擬開關(guān)控制雙探頭的工作時(shí)序，并產(chǎn)生不同頻率的超聲波信號(hào)，超聲波信號(hào)遇見(jiàn)反射界面后返回由共振響應(yīng)芯片接收，并產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)；還包括返回串行數(shù)據(jù)的數(shù)字溫度芯片。
[0005]上述的低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器，其中，所述微處理器與雙探頭之間設(shè)有功率推挽放大器。
[0006]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:本實(shí)用新型提供的一種低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器，內(nèi)置低壓低功耗無(wú)線傳輸模塊和微處理器。采用兩只超聲波探頭，交變產(chǎn)生超聲波信號(hào)并獲取液位反射超聲波信號(hào)，通過(guò)返回時(shí)間計(jì)算液位距離。每秒采集一次溫度數(shù)值，并對(duì)測(cè)量距離進(jìn)行溫度補(bǔ)償。根據(jù)預(yù)置(或通過(guò)遙控設(shè)置)的報(bào)警界限，發(fā)出無(wú)線信號(hào)至無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；其無(wú)線數(shù)據(jù)包中給出液位高度、環(huán)境溫度、電池電壓、報(bào)警界限、以及報(bào)警狀態(tài)等參數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本實(shí)用新型提供的一種低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2為本實(shí)用新型系統(tǒng)原理圖。
[0009]圖中:
[0010]I微處理器2共振響應(yīng)芯片3模擬開關(guān)
[0011]4功率推挽放大器5反應(yīng)界面6數(shù)字溫度芯片
[0012]7雙探頭
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0014]本實(shí)用新型公開了一款無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)牡蛪旱凸碾p探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器，內(nèi)置低壓低功耗無(wú)線傳輸模塊和微處理器I。采用超聲波雙探頭7，交變產(chǎn)生超聲波信號(hào)并獲取液位反射超聲波信號(hào)，通過(guò)返回時(shí)間計(jì)算液位距離。每秒采集一次溫度數(shù)值，并對(duì)測(cè)量距離進(jìn)行溫度補(bǔ)償。根據(jù)預(yù)置(或通過(guò)遙控設(shè)置)的報(bào)警界限，發(fā)出無(wú)線信號(hào)至無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；其無(wú)線數(shù)據(jù)包中給出液位高度、環(huán)境溫度、電池電壓、報(bào)警界限、以及報(bào)警狀態(tài)等參數(shù)。
[0015]本實(shí)用新型提供了一款使用便捷安裝、操作簡(jiǎn)單、安全可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)某暡▊鞲衅鳌?br>[0016]1、具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡▊鞲衅髟砼c設(shè)計(jì)。
[0017]超聲波液位傳感器利用超聲波具有定向性和靈敏度高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)低壓供電模式的液位傳感器。本系統(tǒng)采用獨(dú)特的無(wú)線數(shù)據(jù)采集和收發(fā)一體化設(shè)計(jì)。因?yàn)槌暡▽?duì)環(huán)境溫度敏感，本系統(tǒng)采用溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)，通過(guò)數(shù)字溫度芯片測(cè)量環(huán)境溫度，根據(jù)溫度速度曲線對(duì)測(cè)量距離進(jìn)行自動(dòng)校正。超聲波傳感器作用是測(cè)量液位高度，通過(guò)軟件計(jì)算液體體積。
[0018]超聲波發(fā)出后遇到反應(yīng)界面5返回，其返回時(shí)間與距離反射界面的距離成正比，距離越近，返回時(shí)間就越短，反之亦然。
[0019]如果返回時(shí)間與微處理器I計(jì)數(shù)數(shù)值P成正比例，距離為D，則有如下關(guān)系:
[0020].D = aXP+b (I)
[0021]其中:a, b分別為校正系數(shù)，本發(fā)明中(其中一組系數(shù))，& = 0.0022^ = -0.027，
根據(jù)超聲波原理，超聲波速度對(duì)環(huán)境溫度具有敏感性，溫度越低，傳輸速度減慢，反之亦然。如果假設(shè)環(huán)境溫度為T，超聲波速度為V，并假設(shè)常溫20°C下，超聲波速度為(345米/秒)則有:
[0022].V = 0.5615 X (T-100) +386 (2)
[0023].V = V/345 (3)
[0024]經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償后的距離d為:
[0025].d = aX (V/345) XP+b (4)
[0026].d = aX ([0.5615X (T-100)+386]/345) XP+b
[0027](5)
[0028]根據(jù)公式(5)，本實(shí)用新型的所述超聲波傳感器只需要測(cè)量溫度T和脈沖P，即可或取液位(或反應(yīng)界面)距離。
[0029]溫度測(cè)量原理
[0030]本實(shí)用新型采用單一總線數(shù)字溫度芯片6DS18S20作為溫度測(cè)量芯片，它提供9-bit攝氏溫度測(cè)量(詳見(jiàn)該產(chǎn)品說(shuō)明書)。由于該芯片只需單一總線，即可獲取串行溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。工作溫度范圍為_55°C +125°C，精度為±0.5°C。[0031 ] 2、雙超聲波探頭的設(shè)計(jì)
[0032]為獲取更精確的測(cè)量距離，減少噪聲干擾和三角誤差，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了雙探頭7協(xié)同工作，當(dāng)超聲波探頭交替發(fā)出不同頻率的超聲波時(shí)，通過(guò)不同的共振頻率，驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)生響應(yīng)脈沖，從而進(jìn)入中斷服務(wù)子程序處理計(jì)數(shù)脈沖，進(jìn)而獲取發(fā)射界面距離。
[0033]超聲波工作原理圖如附圖1所示:
[0034]微處理器I通過(guò)切換模擬開關(guān)3控制雙探頭7的工作時(shí)序，并產(chǎn)生不同頻率的超聲波信號(hào)，該信號(hào)遇見(jiàn)反應(yīng)界面5后返回由共振響應(yīng)芯片2接收，并產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，該信號(hào)由微處理中斷O處理程序響應(yīng)，給出計(jì)數(shù)脈沖；同時(shí)微處理器I通過(guò)中斷I控制并響應(yīng)數(shù)字溫度芯片6返回的串行數(shù)據(jù)，計(jì)算環(huán)境溫度，從而對(duì)脈沖計(jì)數(shù)進(jìn)行校正，計(jì)算出物位距離；并通過(guò)數(shù)據(jù)包格式無(wú)線發(fā)出所測(cè)信息，其中還包括供電電池電壓，以及報(bào)警界限和報(bào)警狀態(tài)。
[0035]微處理器I通過(guò)中斷0，和中斷1，分別用于處理超聲波返回脈沖和溫度串行數(shù)據(jù)脈沖，當(dāng)超聲波計(jì)數(shù)中斷信號(hào)處理完成后，馬上給出溫度控制信號(hào)，當(dāng)或取這兩個(gè)參數(shù)后，微處理器I重構(gòu)數(shù)據(jù)包，并通過(guò)內(nèi)置無(wú)線芯片發(fā)出無(wú)線信號(hào)。
[0036]雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器，其特征在于:包括微處理器、雙探頭，微處理器通過(guò)切換模擬開關(guān)控制雙探頭的工作時(shí)序，并產(chǎn)生不同頻率的超聲波信號(hào)，超聲波信號(hào)遇見(jiàn)反射界面后返回由共振響應(yīng)芯片接收，并產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)；還包括返回串行數(shù)據(jù)的數(shù)字溫度芯片。2.如權(quán)利要求1所述的低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器，其特征在于:所述微處理器與雙探頭之間設(shè)有功率推挽放大器。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器，其中，包括微處理器、雙探頭，微處理器通過(guò)切換模擬開關(guān)控制雙探頭的工作時(shí)序，并產(chǎn)生不同頻率的超聲波信號(hào)，超聲波信號(hào)遇見(jiàn)反射界面后返回由共振響應(yīng)芯片接收，并產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)；還包括返回串行數(shù)據(jù)的數(shù)字溫度芯片。本實(shí)用新型提供的一種低壓低功耗雙探頭溫度補(bǔ)償型超聲波物位傳感器，可以廣泛用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中用于采集測(cè)量液位高度，由于采用低壓低功耗設(shè)計(jì)，可以和太陽(yáng)能極板充電配合使用。
【IPC分類】G01F23/296
【公開號(hào)】CN204881774
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520355288
【發(fā)明人】楊建平
【申請(qǐng)人】志馨通信科技（上海）有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日