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一种环保用WSN浮子液位检测装置及方法

阅读:2发布:2021-10-08

专利汇可以提供一种环保用WSN浮子液位检测装置及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种环保用WSN浮子液位检测装置及方法,滑轨 支架 铺设有两条垂直向下的滑动轨道, 挡板 支架 重心 位置 处固定连接 钢 丝绳 下端, 钢丝绳 上端垂直向上连接绕线导轮;每个直 角 触点支架下端各设一个液位触点,两个液位触点上下垂直面对面地布置,液位的升降带动 弹簧 发生弹性形变,改变液位 指针 的位置,从而驱动控制系统装置产生不同的控制操作,牵引绕线导轮转动收紧或放松传动钢丝绳,直到使发生形变的弹簧恢复到自然状态,最终液位指针与感应触点分离;利用弹簧的弹性形变来判断监测液位的 波动 情况、利用控制步进 电机 的脉冲数来标定液位改变的位移量,调校简单、传动准确、具有微型化、智能化和不间断工作的特点。,下面是一种环保用WSN浮子液位检测装置及方法专利的具体信息内容。

1.一种环保用WSN浮子液位检测装置,其特征是:具有平的支架底板(7)和垂直的滑轨支架(9),滑轨支架(9)上端固定连接支架底板(7)底面,支架底板(7)顶面上固定放置有步进电机(2)、控制系统装置(4)和WSN远程通信模(6),步进电机(2)连接绕线导轮(18)和控制系统装置(4),控制系统装置(4)通过控制信号线(3)电连接WSN远程通信模块(6),WSN远程通信模块(6)连接通信天线(5);滑轨支架(9)铺设有两条垂直向下的滑动轨道(12),每个滑动轨道(12)上各设一个滑轨轮子(19),两个滑轨轮子(19)之间连接水平的轮轴(20),轮轴(200固定连接挡板支架(15)内侧,挡板支架(15)的重心位置处固定连接丝绳(17)下端,钢丝绳(17)上端垂直向上连接绕线导轮(18);两个直触点支架(10)由上到下分别垂直穿过挡板支架(15)上的孔c、d并固定连接于挡板支架(15),每个直角触点支架(10)下端各设一个液位触点,两个液位触点e、f上下垂直面对面地布置;两根弹簧(14)串联在一起,第一根弹簧(14)上端固定连接挡板支架(15),第一根弹簧(14)下端连接第二根弹簧(14)上端,第二根弹簧(14)下端连接液位浮子(13),两根弹簧(14)的串联处连接水平的液位指针(11),液位指针(11)的指示端位于两个液位触点e、f之间,两个液位触点e、f均通过检测信号线(16)连接控制系统装置(4)。
2.根据权利要求1所述一种环保用WSN浮子液位检测装置,其特征是:挡板支架(15)上有由外向内布置且位于过重心的同一直线上的孔a、b、c、d,孔a固定弹簧(14)上端,孔b在挡板支架(15)的重心位置固定连接钢丝绳(17)下端。
3.根据权利要求1所述一种环保用WSN浮子液位检测装置,其特征是:所述控制系统装置(4)包含MCU控制系统,MCU控制系统分别连接电源供电电源模块、电机驱动模块、液位检测模块、液晶显示模块、WSN无线远传驱动模块和液位报警模块,电机驱动模块连接步进电机2,WSN无线远传驱动模块连接WSN远程通信模块(6)。
4.一种如权利要求1所述环保用WSN浮子液位检测装置的检测方法,其特征具有如下步骤:
A、当液位下降时,弹簧(14)发生伸长形变牵引液位指针(11)向下移动,液位指针(11)与触点f接触,控制系统装置(4)通过液位检测信号线(16)产生中断请求信号,控制系统装置(4)控制步进电机(2)反转,放下传动钢丝绳(17),挡板支架(15)向下移动,直到液位指针(11)与降液位触点f脱离,液位检测信号线(16)再次产生一个中断请求信号,弹簧(14)恢复自然拉伸状态;步进电机(2)的驱动脉冲数等效出液位的下移量,计算出当前液位值,通过WSN远程通信模块(6)远传;
B、当液位上升时,弹簧(14)发生压缩形变,牵引液位指针(11)向上移动,液位指针(11)与触点e接触,控制系统装置(4)通过液位检测信号线(16)产生中断请求信号,控制系统装置(4)控制步进电机(2)正转,向上收紧传动钢丝绳(17),挡板支架(15)向上移动,直到液位指针(11)与升液位触点e脱离,液位检测信号线(16)再次产生一个中断请求信号,弹簧(14)处于自然拉伸状态;步进电机(2)的驱动脉冲数等效出液位的上移量,计算出当前液位值,通过WSN远程通信模块(6)远传。

说明书全文

一种环保用WSN浮子液位检测装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及液位测量领域和环保领域,特别是涉及一种环保用WSN(无线传感)浮子液位检测装置与方法,广泛应用在化工、医药、自来公司、水文站等诸多领域的各种介质的水位测量。

背景技术

[0002] 液位检测装置一般都是应用在环境恶劣、污染严重的场合,尤其是水位监测站,水位检测值的准确性给汛期的报警或者决策提供宝贵的参考价值,特别是距离监测点较远的中央控制室,信号的远传效果要求高、故障率低。现有的液位检测装置一般在绳轮上固定两个不同直径的轮子,用于反方向缠绕浮子和重锤上的丝绳,平衡作用使得浮子保持浮在水面上,水位的升降变化带动浮子的变化,在重锤的作用下浮子的钢丝绳缠绕或释放,带动绳轮传动轴和变速齿轮箱随之转动,将水位变化以度变化输出到角度位移编码器,转变成电信号传送到信号处理电路板上,再通过微处理器和运算器进行处理以获取水位变化数据。但是这种液位检测装置的数据只能在本地显示,无法传给控制终端;只要水面在微的作用下稍有波动,装置的角度位移编码器就会动作,抗干扰能力较差。
[0003] 中国专利号为200910219683.9的专利文献涉及一种连续远传的浮子式液位计,包括浮子、磁联接器、导电或导磁导电的导轨,磁轴或金属轴在磁力作用下,随着浮子的上下移动,沿着导轨上下移动,通过测量出导轨、磁轴或金属轴构成的导电回路中的电阻值获得相应的液位值,通过无线模远传检测数据。但这种浮子式液位计的电阻值受温度变化较大,影响精度;磁轴或金属轴与导杆为滑动摩擦,摩擦力大;滑动时可能会产生电火花,防爆场合不能用。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为克服现有技术存在的各种缺点与不足,提出一种结构巧妙、抗干扰能力强、测量精度高的环保用WSN浮子液位检测装置及方法,利用WSN实现监测数据并连续远传。
[0005] 本发明所述环保用WSN浮子液位检测装置采用的技术方案是;具有水平的支架底板和垂直的滑轨支架,滑轨支架上端固定连接支架底板底面,支架底板顶面上固定放置有步进电机、控制系统装置和WSN远程通信模块,步进电机连接绕线导轮和控制系统装置,控制系统装置通过控制信号线电连接WSN远程通信模块,WSN远程通信模块连接通信天线;滑轨支架铺设有两条垂直向下的滑动轨道,每个滑动轨道上各设一个滑轨轮子,两个滑轨轮子之间连接水平的轮轴,轮轴固定连接挡板支架内侧,挡板支架的重心位置处固定连接钢丝绳下端,钢丝绳上端垂直向上连接绕线导轮;两个直角触点支架由上到下分别垂直穿过挡板支架上的孔c、d并固定连接于挡板支架,每个直角触点支架下端各设一个液位触点,两个液位触点e、f上下垂直面对面地布置;两根弹簧串联在一起,第一根弹簧上端固定连接挡板支架,第一根弹簧下端连接第二根弹簧上端,第二根弹簧下端连接液位浮子,两根弹簧的串联处连接水平的液位指针,液位指针的指示端位于两个液位触点e、f之间,两个液位触点e、f通过检测信号线连接控制系统装置。
[0006] 本发明所述环保用WSN浮子液位检测装置的检测方法采用的技术方案是如下步骤:A、当液位下降时,弹簧发生伸长形变,牵引液位指针向下移动,液位指针与触点f接触,控制系统装置通过液位检测信号线产生中断请求信号,控制系统装置控制步进电机反转,放下传动钢丝绳,挡板支架向下移动,直到液位指针与降液位触点f脱离,液位检测信号线会再次产生一个中断请求信号,弹簧恢复自然拉伸状态;步进电机的驱动脉冲数等效出液位的下移量,计算出当前液位值,通过WSN远程通信模块远传;
B、当液位上升时,弹簧发生压缩形变,牵引液位指针向上移动,液位指针与触点e接触,控制系统装置通过液位检测信号线产生中断请求信号,控制系统装置控制步进电机正转,向上收紧传动钢丝绳,挡板支架向上移动,直到液位指针与升液位触点e脱离,液位检测信号线再次产生一个中断请求信号,弹簧处于自然拉伸状态;步进电机的驱动脉冲数等效出液位的上移量,计算出当前液位值,通过WSN远程通信模块远传。
[0007] 本发明与已有方法和技术相比,具有如下优点:1、本发明利用弹簧的弹性形变来判断监测液位的波动情况,装置结构安装灵活,传动准确,具有微型化、智能化和不间断工作特点。
[0008] 2、本发明利用步进电机的脉冲计数来标定液位改变的位移量,可避免环境监测现场的干扰因素对检测精度的影响。
[0009] 3、本发明能实现监测数据的无线远程传送,为监控中心遥测遥控提供有利条件。
[0010] 4、本发明中的步进电机牵引的导轮可根据工作环境方便更换,适用于不同的工作场合。附图说明
[0011] 图1是本发明所述环保用WSN浮子液位检测装置的立体结构图;图2 是图1的主视图;
图3 是图2的左视图;
图4是图2中挡板支架15的放大的安装俯视图;
图5是图1中控制系统装置4的组成框图
附图中各部件的序号和名称:1.步进电机轴承;2.步进电机;3.控制信号线;4.控制系统装置;5.通信天线;6.WSN远程通信模块;7.支架底板;8.三角支撑架;9.滑轨支架;
10.直角触点支架;11.液位指针;12.滑动轨道;13.液位浮子;14.弹簧;15.挡板支架;
16.检测信号线;17.传动钢丝绳;18.绕线导轮;19.滑轨轮子;20.轮轴。

具体实施方式

[0012] 参见图1~4,本发明的支撑部分由水平的支架底板7和垂直的滑轨支架9组成,滑轨支架9位于支架底板7下方,滑轨支架9的上端固定连接于支架底板7的底面上,在滑轨支架9的上端和支架底板7之间用三角支撑架8固定连接,以加强支撑部分的稳定性。在支架底板7的顶面上固定放置步进电机2、控制系统装置4和WSN远程通信模块6,步进电机2通过步进电机轴承1机械连接绕线导轮18,步进电机2还通过控制信号线3电连接控制系统装置4,控制系统装置4通过控制信号线3电连接WSN远程通信模块6,WSN远程通信模块6上连接通信天线5。
[0013] 在滑轨支架9上从上至下铺设有两条垂直向下的滑动轨道12,每个滑动轨道12上各安装一个滑轨轮子19,将滑动轨道12的槽口卡住滑轨轮子19,使挡板支架15不会偏离滑轨支架9。两个滑轨轮子19同高度,之间连接水平的轮轴20。水平的轮轴20固定连接挡板支架15内侧,调整保证挡板支架15可在垂直的滑动轨道12上自由无摩擦地上下滑动。挡板支架15的中间重心位置处固定连接钢丝绳17的下端,钢丝绳17的上端垂直向上连接在绕线导轮18的线槽里。使挡板支架15呈水平,并且和滑轨支架9、钢丝绳17都相垂直。 [0014] 参见图1、2、4,挡板支架15上有4个孔,分别是孔a、b、c、d,4个a、b、c、d由外向内布置,位于经过重心的同一直线上。孔a用于固定弹簧14的上端,孔b在挡板支架15的中间重心位置,固定连接钢丝绳17的下端,保证挡板支架15的合力平衡以及挡板支架15下方的弹簧14处于自然状态。孔c、d分别用于安装两个直角触点支架10,两个直角触点支架10分别穿过孔c、d。
[0015] 有两根弹簧14串联在一起,第一根弹簧14的上端通过孔a固定连接挡板支架15,第一根弹簧14的下端连接第二根弹簧14的上端,第二根弹簧14的下端通过挂钩连接液位浮子13,液位浮子13在重力的作用下自由悬挂在第二根弹簧14的下端。液位浮子13可以是高合金钢球或者外壁涂油导电介质的塑料球,或者其他导电材料制成的球体或者柱体。在两根弹簧14的连接处连接液位指针11,指示液位变化的,液位指针11呈水平,液位指针
11的指示端指向内侧。
[0016] 两个直角触点支架10的下端分别固定液位触点e、f,液位触点e、f上下垂直面对对地布置,液位指针11的指示端位于两个液位触点e、f之间。根据检测环境的实际情况,调节孔c和孔d的触点间隔,调整到适当位置并固定,使直角触点支架10的两个触点e、f与液位指针11处于同一垂直平面内。两个液位触点e、f用于触碰液位指针11,两个液位触点e、f通过检测信号线16连接到控制系统装置4,作为系统的中断控制引脚。
[0017] 参见图5,控制系统装置4中包含MCU控制系统,MCU控制系统分别连接电源供电电源模块、电机驱动模块、液位检测模块、液晶显示模块、WSN无线远传驱动模块、液位报警模块。电源供电电源模块进行电源转换,为控制系统装置4内各个不同模块提供所需要的电源,保证整套系统能够正常工作。WSN无线远传驱动模块连接WSN远程通信模块6,电机驱动模块连接步进电机2,根据MCU控制系统产生的中断信号,调整步进电机2的工作状态。当液位上升到某一变化量时,液位指针11会与升液触点e接触,MCU控制系统产生中断信号,驱动步进电机2工作,绕线导轮18旋转收紧传动钢丝绳17,直到提升到某一位置,液位指针11与升液触点e分离。或者当液位下降到某一变化量时,液位指针11会与降液触点f接触,MCU控制系统产生中断信号,驱动步进电机2工作,绕线导轮18旋转放松传动钢丝绳17,直到下降到某一位置,液位指针11与触点f分离。当液位状态稳定后,MCU控制系统停止步进电机2的工作,并根据步进电机2的工作脉冲数,计算出液面位移量。结合安装时设定的液位初始值,得出液位的实时值,显示在本地液晶屏上,并可通过WSN无线远传驱动模块将数据传递到远程监测站。
[0018] 参见图1~5,本发明的工作原理是根据力学原理,两根弹簧14在有外力的作用下会发生伸长或压缩形变,而传动钢丝绳17在外力的作用下不会发生突然形变。液位浮子13的重力等于在液体中浸泡的浮力。挡板支架15、弹簧14、直角触点支架10、液位指针11的重力由传动钢丝绳17承受。一般情况下,悬挂液位浮子13的弹簧14处于自然状态,液位指针11位于两个液位触点e、f的中间位置。由弹簧14组成的浮子结构,液位的升降带动弹簧14发生弹性形变,改变液位指针11的位置,从而驱动控制系统装置4产生不同的控制操作。当检测液位上下变化时,造成弹簧14在一定范围内发生伸长或压缩形变,从而带动与弹簧14连接的液位指针11的位置移动。控制系统的液位检测信号线初始配置为高电平,当液位指针与液位触点e与f接触的时候,液位检测信号线会由高电平跳变为低电平,在控制系统内产生一个中断信号;而当液位指针与液位触点e与f分离的时候,液位检测信号线又会由低电平跳变为高电平,在控制系统内产生一个中断信号。控制系统会根据不同的中断信号,从而执行相应的操作。液位指针11在随液面波动的过程中,会与指示液位波动方向的感应液位触点e、f相接触,这种情况下控制系统装置4会产生中断信号,驱动电机控制器产生脉冲信号,指示步进电机2正转或反转,牵引绕线导轮18转动收紧或放松传动钢丝绳17,直到使发生形变的弹簧14恢复到自然状态,即最终液位指针11与感应触点e、f分离,控制系统装置4检测产生另一个中断信号来驱动步进电机2停止工作。控制系统装置4根据程序记录的步进电机2的脉冲数据,转化成导轮转动产生的传动钢丝绳17的位移量,即表示液位的变化量。再根据系统初始化时的液位值,计算出实时液位值,显示本地液晶屏以及远传至监测站。关于控制系统装置4的基本参数,可以通过上位机监测系统根据设备安装时,进行自主设置。
[0019] 当液位下降时,弹簧14会发生伸长形变,牵引液位指针11向下移动,当达到某一位移量时,液位指针11与降液位触点f接触,引起MCU控制系统的液位检测信号线16产生中断请求信号,MCU控制系统判断出液位指针11的下移方向,电机驱动模块控制步进电机2反转,放下传动钢丝绳17,引导挡板支架15的整个结构向下移动,直到液位指针11与降液位触点f脱离,液位检测信号线16会再次产生一个中断请求信号,MCU控制系统判断液位浮子13已达到某一液位,处于平衡状态,此时弹簧14恢复自然拉伸状态。系统稳定后,根据步进电机2的驱动脉冲数等效出液位的下移量,以及初始化安装时的标定值,计算出当前液位值。实时在本地液晶屏上显示液位值,并通过WSN无线远传驱动模块远传至监测站。
[0020] 当液位突然上升时,根据力学原理,弹簧14会发生压缩形变,牵引液位指针11向上移动,当达到某一位移量时,液位指针11与升液位触点e接触,引起MCU控制系统的液位检测信号线16产生中断请求信号,MCU控制系统判断出液位指针11的上移方向,电机驱动模块控制步进电机2正转,向上收紧传动钢丝绳17,引导挡板支架15的整个结构向上移动,直到液位指针11与升液位触点e脱离,再次产生一个中断请求信号,MCU控制系统指示液位浮子13已达到某一液位,弹簧14处于自然拉伸状态。系统稳定后,根据步进电机2的驱动脉冲数等效出液位的上移量,以及初始化安装时的标定值,计算出当前液位值。实时在本地液晶屏上显示液位值,并通过WSN无线远传驱动模块远传至监测站。
[0021] 考虑到了水面在微风的作用下会出现水位的升降或者波动的不稳定情况,本发明限定只有当液位上升量或者下降量超过一个限度值时,即与升液位触点e或者降液位触点f接触时才会执行相应的动作,减少水纹的波动误差,保证系统的稳定性。
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