一種低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及低壓低功耗無線傳感器局域網絡、無線電遙控和測量系統，以及低壓低功耗測量傳感器技術，尤其涉及一種低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器。
【背景技術】
[0002]目前，液位測量大都采用超聲波原理進行設計和實現，但是所有傳感器均采用標準24伏或4?20毫安供電方式或由工業作業電壓轉換至超聲傳感器所需電壓經行供電完成。按這種工作方式，無法完成無線傳感器局域網絡中的傳感器無線布局和實現；本實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，配合太陽能極板充電，達到常年免維護供電和維持傳感器工作。本實用新型涉及了一種低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器，用于對液位距離進行校正計算，按照本實用新型自行開發的通訊傳輸協議，無線傳輸包中包含液位距離、環境溫度、電池電壓、報警數值、以及報警狀態等參數。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器，可以廣泛用于無線傳感器網絡中用于采集測量液位高度，由于采用低壓低功耗設計，可以和太陽能極板充電配合使用。
[0004]本實用新型為解決上述技術問題而采用的技術方案是提供一種低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器，其中，包括微處理器、雙探頭，微處理器通過切換模擬開關控制雙探頭的工作時序，并產生不同頻率的超聲波信號，超聲波信號遇見反射界面后返回由共振響應芯片接收，并產生一個脈沖信號；還包括返回串行數據的數字溫度芯片。
[0005]上述的低壓低功耗雙探頭溫度補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有功率推挽放大器。
[0006]本實用新型相對于現有技術具有如下有益效果:本實用新型提供的一種低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器，內置低壓低功耗無線傳輸模塊和微處理器。采用兩只超聲波探頭，交變產生超聲波信號并獲取液位反射超聲波信號，通過返回時間計算液位距離。每秒采集一次溫度數值，并對測量距離進行溫度補償。根據預置(或通過遙控設置)的報警界限，發出無線信號至無線傳感器網絡；其無線數據包中給出液位高度、環境溫度、電池電壓、報警界限、以及報警狀態等參數。
【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型提供的一種低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器的結構示意圖。
[0008]圖2為本實用新型系統原理圖。
[0009]圖中:
[0010]I微處理器2共振響應芯片3模擬開關
[0011]4功率推挽放大器5反應界面6數字溫度芯片
[0012]7雙探頭
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述。
[0014]本實用新型公開了一款無線信號傳輸的低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器，內置低壓低功耗無線傳輸模塊和微處理器I。采用超聲波雙探頭7，交變產生超聲波信號并獲取液位反射超聲波信號，通過返回時間計算液位距離。每秒采集一次溫度數值，并對測量距離進行溫度補償。根據預置(或通過遙控設置)的報警界限，發出無線信號至無線傳感器網絡；其無線數據包中給出液位高度、環境溫度、電池電壓、報警界限、以及報警狀態等參數。
[0015]本實用新型提供了一款使用便捷安裝、操作簡單、安全可靠的無線數據傳輸的超聲波傳感器。
[0016]1、具有溫度補償的超聲波傳感器原理與設計。
[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，實現低壓供電模式的液位傳感器。本系統采用獨特的無線數據采集和收發一體化設計。因為超聲波對環境溫度敏感，本系統采用溫度補償設計，通過數字溫度芯片測量環境溫度，根據溫度速度曲線對測量距離進行自動校正。超聲波傳感器作用是測量液位高度，通過軟件計算液體體積。
[0018]超聲波發出后遇到反應界面5返回，其返回時間與距離反射界面的距離成正比，距離越近，返回時間就越短，反之亦然。
[0019]如果返回時間與微處理器I計數數值P成正比例，距離為D，則有如下關系:
[0020].D = aXP+b (I)
[0021]其中:a, b分別為校正系數，本發明中(其中一組系數)，& = 0.0022^ = -0.027，
根據超聲波原理，超聲波速度對環境溫度具有敏感性，溫度越低，傳輸速度減慢，反之亦然。如果假設環境溫度為T，超聲波速度為V，并假設常溫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]經過溫度補償后的距離d為:
[0025].d = aX (V/345) XP+b (4)
[0026].d = aX ([0.5615X (T-100)+386]/345) XP+b
[0027](5)
[0028]根據公式(5)，本實用新型的所述超聲波傳感器只需要測量溫度T和脈沖P，即可或取液位(或反應界面)距離。
[0029]溫度測量原理
[0030]本實用新型采用單一總線數字溫度芯片6DS18S20作為溫度測量芯片，它提供9-bit攝氏溫度測量(詳見該產品說明書)。由于該芯片只需單一總線，即可獲取串行溫度轉換數據。工作溫度范圍為_55°C +125°C，精度為±0.5°C。[0031 ] 2、雙超聲波探頭的設計
[0032]為獲取更精確的測量距離，減少噪聲干擾和三角誤差，本實用新型設計了雙探頭7協同工作，當超聲波探頭交替發出不同頻率的超聲波時，通過不同的共振頻率，驅動芯片產生響應脈沖，從而進入中斷服務子程序處理計數脈沖，進而獲取發射界面距離。
[0033]超聲波工作原理圖如附圖1所示:
[0034]微處理器I通過切換模擬開關3控制雙探頭7的工作時序，并產生不同頻率的超聲波信號，該信號遇見反應界面5后返回由共振響應芯片2接收，并產生一個脈沖信號，該信號由微處理中斷O處理程序響應，給出計數脈沖；同時微處理器I通過中斷I控制并響應數字溫度芯片6返回的串行數據，計算環境溫度，從而對脈沖計數進行校正，計算出物位距離；并通過數據包格式無線發出所測信息，其中還包括供電電池電壓，以及報警界限和報警狀態。
[0035]微處理器I通過中斷0，和中斷1，分別用于處理超聲波返回脈沖和溫度串行數據脈沖，當超聲波計數中斷信號處理完成后，馬上給出溫度控制信號，當或取這兩個參數后，微處理器I重構數據包，并通過內置無線芯片發出無線信號。
[0036]雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本實用新型，任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，當可作些許的修改和完善，因此本實用新型的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。
【主權項】
1.一種低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器，其特征在于:包括微處理器、雙探頭，微處理器通過切換模擬開關控制雙探頭的工作時序，并產生不同頻率的超聲波信號，超聲波信號遇見反射界面后返回由共振響應芯片接收，并產生一個脈沖信號；還包括返回串行數據的數字溫度芯片。2.如權利要求1所述的低壓低功耗雙探頭溫度補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有功率推挽放大器。
【專利摘要】本實用新型公開了一種低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器，其中，包括微處理器、雙探頭，微處理器通過切換模擬開關控制雙探頭的工作時序，并產生不同頻率的超聲波信號，超聲波信號遇見反射界面后返回由共振響應芯片接收，并產生一個脈沖信號；還包括返回串行數據的數字溫度芯片。本實用新型提供的一種低壓低功耗雙探頭溫度補償型超聲波物位傳感器，可以廣泛用于無線傳感器網絡中用于采集測量液位高度，由于采用低壓低功耗設計，可以和太陽能極板充電配合使用。
【IPC分類】G01F23/296
【公開號】CN204881774
【申請號】CN201520355288
【發明人】楊建平
【申請人】志馨通信科技（上海）有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年5月28日