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专利名称：网络环境下可重配置型水位闸位传感器测控仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种基于现场总线网络环境下的可重配置型水位/闸位传感器测控仪表，主要用于采用绝对型旋转编码传感器测量位移的场合，如用于水位或闸门开度的测量。本实用新型属于信息获取与处理技术领域。
背景技术：
地处偏远地区水库、水电站水位、闸门开度的测量设备，工作环境差、无人值守、分布分散、且被测量动态范围较大，这些特点要求水位或闸门开度的测量设备具有远程工作组态、功能可重配置的数据采集处理与远距离传输等多种功能有机的组合，而且要求尽可能地免维护。目前现有的水位/闸位传感器及远程测控仪不具备在监控中心通过总线网络对远程水位/闸位传感器及测控仪实施在线工作组态以及根据需要重新配置功能。

发明内容
本实用新型的目的在于提出一种采用89C51嵌入式单片机、MAX485通信芯片、带2K字节电擦写只读存储器(E2ROM)和看门狗的5045芯片等器件，为水位、闸门开度的测量而设计的基于现场总线网络的可重配置型水位/闸位传感器及远程测控仪表。本实用新型的技术解决方案其结构是由水位编码传感器/闸位编码传感器、I/O并行接口输入电路、嵌入式单片机、存储器、键盘、报警接口电路、键盘、报警驱动电路、I/O并行光电输出电路、显示驱动电路、通信接口组成，其中水位编码传感器/闸位编码传感器的输出端与I/O并行接口输入电路输入端相接，I/O并行接口输入电路、存储器、键盘、报警接口电路的输入/出端与嵌入式单片机的输出/入端相接，键盘接入键盘、报警接口电路，键盘、报警接口电路的输出端与报警驱动电路的输入端相接，嵌入式单片机的输出/入端与I/O并行光电输出电路的输出/入端相接，嵌入式单片机的输出端与显示驱动电路的输入端相接，驱动LED数码管，并通过通信接口接入现场总线网络。本实用新型的优点它能够通过现场总线通信链路，对连接在现场总线网络上的远程或分布的水位/闸位传感器及测控仪实施参数调整、量程标定、工作组态、变更通信协议等功能。本实用新型的主要技术性能网络拓扑点对点/点对多点/树状网络；操作模式主台模式/属台模式/中继模式；通信接口标准RS-485；通信方式自报式/应答式/紧急事故告警式；现场总线通信协议Modbus/Profibus/CAN协议；数据传输速率1.2～115.2Kbps；数字量输出16路光电隔离；开关量输入24路，无源接点/有源接点；在线量程转换数6种；供电直流12～24VDC/太阳能电池；使用条件环境温度-45～+80℃，相对湿度5％～95％；外形尺寸225×150×95mm3。


图1′是本实用新型的原理方框图。
图1是嵌入式单片机及通信接口的电路原理图。
图2是I/O并行接口输入电路的电路原理图。
图3是键盘、报警接口电路的电路原理图。
图4是显示报警驱动电路的电路原理图。
图5、图6是I/O并行光电输出电路的电路原理图。
图1′中的1”是水位编码传感器/闸位编码传感器、2”是I/O并行接口输入电路、3”是嵌入式单片机、4”是存储器、5”是键盘、报警接口电路、6”是键盘、7”是报警驱动电路、8”是I/O并行光电输出电路、9”是显示驱动电路、10”是通信接口。
具体实施方式
对照附图1′，其结构是由水位编码传感器/闸位编码传感器1”、I/O并行接口输入电路2”、嵌入式单片机3”、存储器4”、键盘、报警接口电路5”、键盘6”、报警驱动电路7”、I/O并行光电输出电路8”、显示驱动电路9”、通信接口10”组成。其中水位编码传感器/闸位编码传感器1”接入I/O并行接口输入电路2”，I/O并行接口输入电路2”、存储器4”、键盘、报警接口电路5”接入嵌入式单片机3”。键盘6”接入键盘、报警接口电路5”。键盘、报警接口电路5”通过报警驱动电路7”驱动继电器和点亮指示灯。嵌入式单片机3”通过I/O并行光电输出电路8”输出，通过显示驱动电路9”驱动LED数码管，通过通信接口10”接入现场总线网络。
水位编码传感器/闸位编码传感器1”可以根据需要接入水位编码传感器或者闸位编码传感器，它们采用绝对型旋转编码器或者增量型旋转编码器均可。I/O并行接口输入电路2”主要由并行接口电路U4(型号82C55)器件组成。嵌入式单片机3”主要由单片机器件U1(型号89C51)、锁存器U3(型号74HC373)、晶体振荡器CY(晶振频率11.059MHz)器件组成。存储器4”主要由器件U2(型号5045)组成。器件U2是一个带看门狗的2K字节的可电擦写存储器(E2PROM)。键盘、报警接口电路5”主要由并行接口电路U6(型号82C55)、驱动电路U7(型号ULN2003)、继电器HG1～HG4等器件组成。I/O并行光电输出电路8”主要由并行接口电路U8(型号82C55)、驱动门电路U9、U10(型号74LS245)、光电耦合器IC3～IC6(型号TP-521)等器件组成。
显示报警驱动电路9”主要由显示控制器电路U111(型号CC126)、数码管U113(型号LG1/4)、三极管V11～V14(型号T0113)等器件组成。通信接口10”主要由RS485接口U99(型号MAX485)器件组成。
对照附图1，单片机U1(型号89C51)的P00～P07端与锁存器U3(型号74HC373)的D0～D7端对应连接，单片机U1的X1、X2端与晶振CY对应连接。单片机U1的RX端、TX端与通信接口U99(型号MAX485)的TX、RX对应相连。RS485通信接口U99的6、7端为RS485串行输出/输入端。单片机U1的RX端、TX端同时和与非门U5(型号74HC04)的管脚1、3对应连接，其输出端2、4与指示灯C51、C52对应连接。器件U2(型号5045)是一个带看门狗的2K字节的可电擦写存储器E2PROM。器件U2的管脚1、2与单片机U1的P1.7、P1.4端对应连接。器件U2的管脚6、5与单片机U1的P1.6、P1.5端对应连接。器件U2的管脚5与单片机U1的RST端对应连接。
对照附图2，水位编码传感器/闸位编码传感器的输出信号经20芯牛角插座J1接入并行接口电路U4(型号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端经排电阻U21、U22(型号8×10KΩ)、电阻R21～R23(10KΩ)与并行接口电路U4的PA0～PA7，PB0～PB7，PC0～PC2端对应连接。并行接口电路U4的D0～D7端与单片机U1的P00～P07(D0～D7)端对应连接，并行接口电路U4的RD、WR端与单片机U1的RD、WR端对应连接。
对照附图3，并行接口电路U6(型号82C55)的D0～D7端与单片机U1的P00～P07端对应连接。键盘的触点K0～K3与并行接口电路U6的PB0～PB3端对应连接。并行接口电路U6的PA4～PA7端经过10芯牛角插座J3的LED1～LED4管脚输出后，经过电阻R1(220Ω)～R4(220Ω)接发光二极管D1～D4(DN114)，并行接口电路U6的PC0～PC3端与驱动电路U7(型号ULN2003)的管脚1～4对应连接。驱动电路U7的管脚13～16与继电器线包HG4～HG1对应连接。
对照附图4，显示控制器电路U111的CLK、EN、D端与单片机U1的P1.0～P1.2端对应连接，实现对4个LED数码管的位控和段控以及显示数据的写入。显示控制器电路U111的DP端经排电阻PR1(型号8×10KΩ)与器件U113(带有4个LED数码管)的DP端对应连接。显示控制器电路U111的a、b～g端经排电阻PR1与U113(带有4个LED数码管)的A、B～G端对应连接。显示控制器电路U111的I、II、III、IV端经过电阻R9(1KΩ)～R12(1KΩ)与三极管V11～V14的基极对应连接，三极管V11～V14的集电极LO1～LO4与U113的CE对应连接。
对照附图5、图6，并行接口电路U8的D0～D7端与单片机U1的P00～P07端对应连接，单片机U1的PA0～PA7、PC0～PC7端与驱动门电路U10(型号74LS245)、驱动门电路U11(型号74LS245)的A8～A1端对应连接，驱动门电路U10、U11的OUV1～OUV16为BCD码输出。U10、U11的OUV1～OUV16与光电耦合器IC3～IC6的管脚1、3、5、7对应连接。光电耦合器IC3～IC6的OUT1～OUT16为BCD码光电隔离输出。
权利要求1.网络环境下可重配置型水位闸位传感器测控仪，其特征是由水位编码传感器/闸位编码传感器(1”)、I/O并行接口输入电路(2”)、嵌入式单片机(3”)、存储器(4”)、键盘、报警接口电路(5”)、键盘(6”)、报警驱动电路(7”)、I/O并行光电输出电路(8”)、显示驱动电路(9”)、通信接口(10”)组成，其中水位编码传感器/间位编码传感器(1”)的输出端与I/O并行接口输入电路(2”)输入端相接，I/O并行接口输入电路(2”)、存储器(4”)、键盘、报警接口电路(5”)的输入/出端与嵌入式单片机(3”)的输出/入端相接，键盘(6”)接入键盘、报警接口电路(5”)，键盘、报警接口电路(5”)的输出端与报警驱动电路(7”)的输入端相接，嵌入式单片机(3”)的输出/入端与I/O并行光电输出电路(8”)的输出/入端相接，嵌入式单片机(3”)的输出端与显示驱动电路(9”)的输入端相接，驱动LED数码管，并通过通信接口(10”)接入现场总线网络。
专利摘要本实用新型是一种基于现场总线网络环境下可重配置型水位/闸位传感器测控仪表，其结构是水位编码传感器/闸位编码传感器的输出端与I/O并行接口输入电路输入端相接，I/O并行接口输入电路、存储器、键盘、报警接口电路的输入/出端与嵌入式单片机的输出/入端相接，键盘接入键盘、报警接口电路，键盘、报警接口电路的输出端与报警驱动电路的输入端相接，嵌入式单片机的输出/入端与I/O并行光电输出电路的输出/入端相接，嵌入式单片机的输出端与显示驱动电路的输入端相接。优点通过现场总线通信链路，对连接在现场总线网络上的远程或分布的水位/闸位传感器及测控仪实施参数调整、量程标定、工作组态、变更通信协议等。
文档编号G01D5/12GK2677880SQ20042002466
公开日2005年2月9日 申请日期2004年2月13日 优先权日2004年2月13日
发明者马小平, 徐小群 申请人:中国矿业大学