磁致伸縮傳感器驅動與信號采集的低功耗模塊的制作方法
【技術領域】
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[0001]本實用新型涉及一種磁致伸縮液位計上使用的用來驅動波導絲及采集波導絲反饋信號的模塊。
【背景技術】
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[0002]磁致伸縮液位計中的磁致伸縮液位傳感器，通過內部非接觸式的測控技術精確地檢測活動磁環的絕對位置來測量被檢測產品的實際位移值，廣泛應用于石油、化工、水利、制藥、食品、飲料等行業的各種液罐的液位計量和控制。但很多場所存在易燃易爆氣體，就要求測量儀表具有本質安全防爆功能，而磁致伸縮傳感器驅動原理正好與本安儀表要求相矛盾，磁致伸縮傳感器在檢測磁環位置時，在其波導絲回路中需要一個瞬時大于IA電流驅動信號，因波導絲本身存在電阻值，所以產生此大電流驅動信號需要一個高電壓、大容量的儲能電容元件。
[0003]而在本安儀表供電電壓限定在DC12V-24V范圍內，并且對儲能元件電容使用有嚴格限制，所以產生此波導絲驅動信號對本安儀表來說已是難題了。另外本安儀表整體功耗必須小于3.5mA，而對于傳感器驅動板功耗要求小于2.0mA，而回波檢測信號一個微秒(us)級的信號，為了達到測量精度，系統的檢測能力要求達到0.lus，這就要求系統的運行頻率達到1MHz左右，高頻率的運行必須導致高功耗，這完全和二線儀表低功耗要求相悖。
【發明內容】
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[0004]本實用新型所要解決的問題是提供一種磁致伸縮傳感器驅動與信號采集的低功耗模塊，其可首先解決使用低電壓供電和小容量儲能電容產生大于IA電流瞬時驅動信號，其次解決極短時間精確測量和低功耗之間的矛盾，使其此模塊適用到本安型二線制智能儀表中。
[0005]上述目的是這樣實現的:整個模塊分為電源、升壓、觸發和采集四個部分；首先外部提供的5V電源一路為低功耗直流電壓轉換芯片供電，轉換出3V電壓為單片機、放大器提供電源；5V電源另一路連接升壓部分的電感線圈一端，為升壓環節提供電源，電感線圈的另一端與二極管的陽極和限流電阻并聯，限流電阻的另一端與MOS管A的D極連接，MOS管A的S極與電源地相接，MOS管A的G極與單片機定時器的I/O引腳連接；二極管的陰極與470nF儲能電容、28V穩壓管和波導絲的一端連接，儲能電容和穩壓管的另一端連接到電源地，組成了完整的升壓電路；單片機由12MHz外部石英晶振提供高頻運行時鐘，單片機通過定時器I/O引腳周期性地控制MOS管A的G極的開啟與關斷時間，給電感線圈充、放電，電感線圈放電時通過二極管給儲能電容充電升壓；波導絲的另一端與電流回路線連接，電流回路線的另一端與MOS管B的D極連接，MOS管B的S極連接電源地端，MOS管B的G極連接單片機的I/O 口的引腳；單片機I/O 口引腳控制MOS管B的G極開啟極短時間后關斷，來激發波導絲中的瞬時回路電流；瞬時電流和磁環的共同作用下波導絲產生抖動；信號檢測器輸出端連接放大器的輸入端，放大器的輸出端連接單片機的比較器輸入引腳，波導絲的抖動通過信號檢測器感應輸出一個脈動的電壓信號，并經過放大器放大后送給單片機內部的比較器，記錄波導絲電流激發時間和比較器中斷的時間差值而得到磁環與信號檢測器的距離；軟件運行時通過單片機內部定時器的PWM控制功能完成5V到28V的升壓，當需要采集磁環距離值時，單片機時鐘切換到外部石英晶振高速運行，采集完反饋信號后單片機切換到內部低頻時鐘來降低功耗；單片機的UART串口通信線與上位機連接，檢測到的有效值通過串口通信線發送給上位機。
[0006]所述的單片機是MSP430FR5738低功耗單片機。
[0007]本實用新型的優點是:可首先解決使用低電壓供電和小容量儲能電容產生大于IA電流瞬時驅動信號，其次解決極短時間精確測量和低功耗之間的矛盾，小電流運行，降低功耗，此模塊能滿足本安型二線制智能儀表的要求，可應用于有易燃易爆氣體的場所。
【附圖說明】
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[0008]附圖1是本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
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[0009]參照附圖1，整個模塊分為電源、升壓、觸發和采集四個部分；首先外部提供的5V電源I 一路為低功耗直流電壓轉換芯片2供電，轉換出3V電壓為單片機3、放大器4提供電源；5V電源另一路連接升壓部分的電感線圈5—端，為升壓環節提供電源，電感線圈的另一端與二極管6的陽極和限流電阻7并聯，限流電阻的另一端與MOS管AS的D極連接，MOS管A的S極與電源地9相接，MOS管A的G極與單片機定時器10的I/O引腳連接；二極管的陰極與470nF儲能電容11、28V穩壓管12和波導絲13的一端連接，儲能電容和穩壓管的另一端連接到電源地，組成了完整的升壓電路；單片機由12MHz外部石英晶振14提供高頻運行時鐘，單片機通過定時器I/O引腳周期性地控制MOS管A的G極的開啟與關斷時間，給電感線圈充、放電，電感線圈放電時通過二極管給儲能電容充電升壓；波導絲的另一端與電流回路線15連接，電流回路線的另一端與MOS管B16的D極連接，MOS管B的S極連接電源地端，MOS管B的G極連接單片機的I/O 口 17的引腳；單片機I/O 口引腳控制MOS管B的G極開啟極短時間后關斷，來激發波導絲中的瞬時回路電流；瞬時電流和磁環18的共同作用下波導絲產生抖動；信號檢測器19輸出端連接放大器4的輸入端，放大器的輸出端連接單片機的比較器20輸入引腳，波導絲的抖動通過信號檢測器感應輸出一個脈動的電壓信號，并經過放大器放大后送給單片機內部的比較器，記錄波導絲電流激發時間和比較器中斷的時間差值而得到磁環與信號檢測器的距離；軟件運行時通過單片機內部定時器的PWM控制功能完成5V到28V的升壓，當需要采集磁環距離值時，單片機時鐘切換到外部石英晶振高速運行，采集完反饋信號后單片機切換到內部低頻時鐘來降低功耗；單片機的UART串口通信線21與上位機22連接，檢測到的有效值通過串口通信線發送給上位機。
【主權項】
1.磁致伸縮傳感器驅動與信號采集的低功耗模塊，其特征是:分為電源、升壓、觸發和采集四個部分；首先外部提供的5V電源(I) 一路為低功耗直流電壓轉換芯片(2)供電，轉換出3V電壓為單片機(3)、放大器(4)提供電源；5V電源另一路連接升壓部分的電感線圈(5)一端，為升壓環節提供電源，電感線圈的另一端與二極管(6)的陽極和限流電阻(7)并聯，限流電阻的另一端與MOS管A(8)的D極連接，MOS管A的S極與電源地(9)相接，MOS管A的G極與單片機定時器(10)的I/O引腳連接；二極管的陰極與470nF儲能電容(11)、28V穩壓管(12)和波導絲(13)的一端連接，儲能電容和穩壓管的另一端連接到電源地，組成了完整的升壓電路；單片機由12MHz外部石英晶振(14)提供高頻運行時鐘，單片機通過定時器I/O引腳周期性地控制MOS管A的G極的開啟與關斷時間，給電感線圈充、放電，電感線圈放電時通過二極管給儲能電容充電升壓；波導絲的另一端與電流回路線(15)連接，電流回路線的另一端與MOS管B(16)的D極連接，MOS管B的S極連接電源地端，MOS管B的G極連接單片機的I/O 口(17)的引腳；單片機I/O 口引腳控制MOS管B的G極開啟極短時間后關斷，來激發波導絲中的瞬時回路電流；瞬時電流和磁環(18)的共同作用下波導絲產生抖動；信號檢測器(19)輸出端連接放大器(4)的輸入端，放大器的輸出端連接單片機的比較器(20)輸入引腳，波導絲的抖動通過信號檢測器感應輸出一個脈動的電壓信號，并經過放大器放大后送給單片機內部的比較器，記錄波導絲電流激發時間和比較器中斷的時間差值而得到磁環與信號檢測器的距離；軟件運行時通過單片機內部定時器的PWM控制功能完成5V到28V的升壓，當需要采集磁環距離值時，單片機時鐘切換到外部石英晶振高速運行，采集完反饋信號后單片機切換到內部低頻時鐘來降低功耗；單片機的UART串口通信線(21)與上位機(22)連接，檢測到的有效值通過串口通信線發送給上位機。
【專利摘要】磁致伸縮傳感器驅動與信號采集的低功耗模塊涉及驅動波導絲及采集波導絲反饋信號的模塊。主要是為解決現有的磁致伸縮傳感器不能滿足本安型二線制儀表要求的問題而設計的。5V電源一路為低功耗直流電壓轉換芯片供電；另一路連電感線圈，電感線圈與二極管陽極和限流電阻并聯，限流電阻與MOS管A連接，MOS管A與電源地、單片機定時器連接；二極管與470nF儲能電容、28V穩壓管和波導絲的連接，儲能電容和穩壓管連接到電源地；波導絲與電流回路線連接，電流回路線與MOS管B連接，MOS管B連接電源、單片機；信號檢測器連接放大器，放大器連接比較器；單片機的串口通信線與上位機連接。優點是能滿足本安型二線制智能儀表的要求。
【IPC分類】G01F23-00
【公開號】CN204359385
【申請號】CN201420839230
【發明人】張文旭, 魏冰
【申請人】遼陽自動化儀表集團有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月26日