專利名稱：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可重配置型水位閘位傳感器測控儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種基于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的可重配置型水位/閘位傳感器測控儀表，主要用于采用絕對型旋轉(zhuǎn)編碼傳感器測量位移的場合，如用于水位或閘門開度的測量。本實用新型屬于信息獲取與處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
地處偏遠地區(qū)水庫、水電站水位、閘門開度的測量設(shè)備，工作環(huán)境差、無人值守、分布分散、且被測量動態(tài)范圍較大，這些特點要求水位或閘門開度的測量設(shè)備具有遠程工作組態(tài)、功能可重配置的數(shù)據(jù)采集處理與遠距離傳輸?shù)榷喾N功能有機的組合，而且要求盡可能地免維護。目前現(xiàn)有的水位/閘位傳感器及遠程測控儀不具備在監(jiān)控中心通過總線網(wǎng)絡(luò)對遠程水位/閘位傳感器及測控儀實施在線工作組態(tài)以及根據(jù)需要重新配置功能。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提出一種采用89C51嵌入式單片機、MAX485通信芯片、帶2K字節(jié)電擦寫只讀存儲器(E2ROM)和看門狗的5045芯片等器件，為水位、閘門開度的測量而設(shè)計的基于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的可重配置型水位/閘位傳感器及遠程測控儀表。本實用新型的技術(shù)解決方案其結(jié)構(gòu)是由水位編碼傳感器/閘位編碼傳感器、I/O并行接口輸入電路、嵌入式單片機、存儲器、鍵盤、報警接口電路、鍵盤、報警驅(qū)動電路、I/O并行光電輸出電路、顯示驅(qū)動電路、通信接口組成，其中水位編碼傳感器/閘位編碼傳感器的輸出端與I/O并行接口輸入電路輸入端相接，I/O并行接口輸入電路、存儲器、鍵盤、報警接口電路的輸入/出端與嵌入式單片機的輸出/入端相接，鍵盤接入鍵盤、報警接口電路，鍵盤、報警接口電路的輸出端與報警驅(qū)動電路的輸入端相接，嵌入式單片機的輸出/入端與I/O并行光電輸出電路的輸出/入端相接，嵌入式單片機的輸出端與顯示驅(qū)動電路的輸入端相接，驅(qū)動LED數(shù)碼管，并通過通信接口接入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。本實用新型的優(yōu)點它能夠通過現(xiàn)場總線通信鏈路，對連接在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的遠程或分布的水位/閘位傳感器及測控儀實施參數(shù)調(diào)整、量程標定、工作組態(tài)、變更通信協(xié)議等功能。本實用新型的主要技術(shù)性能網(wǎng)絡(luò)拓撲點對點/點對多點/樹狀網(wǎng)絡(luò)；操作模式主臺模式/屬臺模式/中繼模式；通信接口標準RS-485；通信方式自報式/應(yīng)答式/緊急事故告警式；現(xiàn)場總線通信協(xié)議Modbus/Profibus/CAN協(xié)議；數(shù)據(jù)傳輸速率1.2～115.2Kbps；數(shù)字量輸出16路光電隔離；開關(guān)量輸入24路，無源接點/有源接點；在線量程轉(zhuǎn)換數(shù)6種；供電直流12～24VDC/太陽能電池；使用條件環(huán)境溫度-45～+80℃，相對濕度5％～95％；外形尺寸225×150×95mm3。


圖1′是本實用新型的原理方框圖。
圖1是嵌入式單片機及通信接口的電路原理圖。
圖2是I/O并行接口輸入電路的電路原理圖。
圖3是鍵盤、報警接口電路的電路原理圖。
圖4是顯示報警驅(qū)動電路的電路原理圖。
圖5、圖6是I/O并行光電輸出電路的電路原理圖。
圖1′中的1”是水位編碼傳感器/閘位編碼傳感器、2”是I/O并行接口輸入電路、3”是嵌入式單片機、4”是存儲器、5”是鍵盤、報警接口電路、6”是鍵盤、7”是報警驅(qū)動電路、8”是I/O并行光電輸出電路、9”是顯示驅(qū)動電路、10”是通信接口。
具體實施方式
對照附圖1′，其結(jié)構(gòu)是由水位編碼傳感器/閘位編碼傳感器1”、I/O并行接口輸入電路2”、嵌入式單片機3”、存儲器4”、鍵盤、報警接口電路5”、鍵盤6”、報警驅(qū)動電路7”、I/O并行光電輸出電路8”、顯示驅(qū)動電路9”、通信接口10”組成。其中水位編碼傳感器/閘位編碼傳感器1”接入I/O并行接口輸入電路2”，I/O并行接口輸入電路2”、存儲器4”、鍵盤、報警接口電路5”接入嵌入式單片機3”。鍵盤6”接入鍵盤、報警接口電路5”。鍵盤、報警接口電路5”通過報警驅(qū)動電路7”驅(qū)動繼電器和點亮指示燈。嵌入式單片機3”通過I/O并行光電輸出電路8”輸出，通過顯示驅(qū)動電路9”驅(qū)動LED數(shù)碼管，通過通信接口10”接入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。
水位編碼傳感器/閘位編碼傳感器1”可以根據(jù)需要接入水位編碼傳感器或者閘位編碼傳感器，它們采用絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器或者增量型旋轉(zhuǎn)編碼器均可。I/O并行接口輸入電路2”主要由并行接口電路U4(型號82C55)器件組成。嵌入式單片機3”主要由單片機器件U1(型號89C51)、鎖存器U3(型號74HC373)、晶體振蕩器CY(晶振頻率11.059MHz)器件組成。存儲器4”主要由器件U2(型號5045)組成。器件U2是一個帶看門狗的2K字節(jié)的可電擦寫存儲器(E2PROM)。鍵盤、報警接口電路5”主要由并行接口電路U6(型號82C55)、驅(qū)動電路U7(型號ULN2003)、繼電器HG1～HG4等器件組成。I/O并行光電輸出電路8”主要由并行接口電路U8(型號82C55)、驅(qū)動門電路U9、U10(型號74LS245)、光電耦合器IC3～IC6(型號TP-521)等器件組成。
顯示報警驅(qū)動電路9”主要由顯示控制器電路U111(型號CC126)、數(shù)碼管U113(型號LG1/4)、三極管V11～V14(型號T0113)等器件組成。通信接口10”主要由RS485接口U99(型號MAX485)器件組成。
對照附圖1，單片機U1(型號89C51)的P00～P07端與鎖存器U3(型號74HC373)的D0～D7端對應(yīng)連接，單片機U1的X1、X2端與晶振CY對應(yīng)連接。單片機U1的RX端、TX端與通信接口U99(型號MAX485)的TX、RX對應(yīng)相連。RS485通信接口U99的6、7端為RS485串行輸出/輸入端。單片機U1的RX端、TX端同時和與非門U5(型號74HC04)的管腳1、3對應(yīng)連接，其輸出端2、4與指示燈C51、C52對應(yīng)連接。器件U2(型號5045)是一個帶看門狗的2K字節(jié)的可電擦寫存儲器E2PROM。器件U2的管腳1、2與單片機U1的P1.7、P1.4端對應(yīng)連接。器件U2的管腳6、5與單片機U1的P1.6、P1.5端對應(yīng)連接。器件U2的管腳5與單片機U1的RST端對應(yīng)連接。
對照附圖2，水位編碼傳感器/閘位編碼傳感器的輸出信號經(jīng)20芯牛角插座J1接入并行接口電路U4(型號82C55)的PA口的PA0～PA7端、PB口的PB0～PB7端和PC口的PC0～PC2端。20芯牛角插座J1的1～19端經(jīng)排電阻U21、U22(型號8×10KΩ)、電阻R21～R23(10KΩ)與并行接口電路U4的PA0～PA7，PB0～PB7，PC0～PC2端對應(yīng)連接。并行接口電路U4的D0～D7端與單片機U1的P00～P07(D0～D7)端對應(yīng)連接，并行接口電路U4的RD、WR端與單片機U1的RD、WR端對應(yīng)連接。
對照附圖3，并行接口電路U6(型號82C55)的D0～D7端與單片機U1的P00～P07端對應(yīng)連接。鍵盤的觸點K0～K3與并行接口電路U6的PB0～PB3端對應(yīng)連接。并行接口電路U6的PA4～PA7端經(jīng)過10芯牛角插座J3的LED1～LED4管腳輸出后，經(jīng)過電阻R1(220Ω)～R4(220Ω)接發(fā)光二極管D1～D4(DN114)，并行接口電路U6的PC0～PC3端與驅(qū)動電路U7(型號ULN2003)的管腳1～4對應(yīng)連接。驅(qū)動電路U7的管腳13～16與繼電器線包HG4～HG1對應(yīng)連接。
對照附圖4，顯示控制器電路U111的CLK、EN、D端與單片機U1的P1.0～P1.2端對應(yīng)連接，實現(xiàn)對4個LED數(shù)碼管的位控和段控以及顯示數(shù)據(jù)的寫入。顯示控制器電路U111的DP端經(jīng)排電阻PR1(型號8×10KΩ)與器件U113(帶有4個LED數(shù)碼管)的DP端對應(yīng)連接。顯示控制器電路U111的a、b～g端經(jīng)排電阻PR1與U113(帶有4個LED數(shù)碼管)的A、B～G端對應(yīng)連接。顯示控制器電路U111的I、II、III、IV端經(jīng)過電阻R9(1KΩ)～R12(1KΩ)與三極管V11～V14的基極對應(yīng)連接，三極管V11～V14的集電極LO1～LO4與U113的CE對應(yīng)連接。
對照附圖5、圖6，并行接口電路U8的D0～D7端與單片機U1的P00～P07端對應(yīng)連接，單片機U1的PA0～PA7、PC0～PC7端與驅(qū)動門電路U10(型號74LS245)、驅(qū)動門電路U11(型號74LS245)的A8～A1端對應(yīng)連接，驅(qū)動門電路U10、U11的OUV1～OUV16為BCD碼輸出。U10、U11的OUV1～OUV16與光電耦合器IC3～IC6的管腳1、3、5、7對應(yīng)連接。光電耦合器IC3～IC6的OUT1～OUT16為BCD碼光電隔離輸出。
權(quán)利要求1.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可重配置型水位閘位傳感器測控儀，其特征是由水位編碼傳感器/閘位編碼傳感器(1”)、I/O并行接口輸入電路(2”)、嵌入式單片機(3”)、存儲器(4”)、鍵盤、報警接口電路(5”)、鍵盤(6”)、報警驅(qū)動電路(7”)、I/O并行光電輸出電路(8”)、顯示驅(qū)動電路(9”)、通信接口(10”)組成，其中水位編碼傳感器/間位編碼傳感器(1”)的輸出端與I/O并行接口輸入電路(2”)輸入端相接，I/O并行接口輸入電路(2”)、存儲器(4”)、鍵盤、報警接口電路(5”)的輸入/出端與嵌入式單片機(3”)的輸出/入端相接，鍵盤(6”)接入鍵盤、報警接口電路(5”)，鍵盤、報警接口電路(5”)的輸出端與報警驅(qū)動電路(7”)的輸入端相接，嵌入式單片機(3”)的輸出/入端與I/O并行光電輸出電路(8”)的輸出/入端相接，嵌入式單片機(3”)的輸出端與顯示驅(qū)動電路(9”)的輸入端相接，驅(qū)動LED數(shù)碼管，并通過通信接口(10”)接入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。
專利摘要本實用新型是一種基于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可重配置型水位/閘位傳感器測控儀表，其結(jié)構(gòu)是水位編碼傳感器/閘位編碼傳感器的輸出端與I/O并行接口輸入電路輸入端相接，I/O并行接口輸入電路、存儲器、鍵盤、報警接口電路的輸入/出端與嵌入式單片機的輸出/入端相接，鍵盤接入鍵盤、報警接口電路，鍵盤、報警接口電路的輸出端與報警驅(qū)動電路的輸入端相接，嵌入式單片機的輸出/入端與I/O并行光電輸出電路的輸出/入端相接，嵌入式單片機的輸出端與顯示驅(qū)動電路的輸入端相接。優(yōu)點通過現(xiàn)場總線通信鏈路，對連接在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的遠程或分布的水位/閘位傳感器及測控儀實施參數(shù)調(diào)整、量程標定、工作組態(tài)、變更通信協(xié)議等。
文檔編號G01D5/12GK2677880SQ20042002466
公開日2005年2月9日 申請日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者馬小平, 徐小群 申請人:中國礦業(yè)大學