CN206832324U - 一种新型的基于NB‑IoT的无线水位变送器 - Google Patents
一种新型的基于NB‑IoT的无线水位变送器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种新型的基于NB‑IoT的无线水位变送器，利用液体静压力测量水位，包括有测压敏感元件单元、中央处理单元、电池模块、温度敏感单元、无线通讯模组、A/D转换模块、电源管理模块。本实用新型采用合适电池供电，不用频繁更换电池；没有使用与采集器连接的各种通讯接口，所以没有复杂的安装和接线，使用便捷、简单，维护方便；也无需再配备数据集中器或网关等远传设备；无线通讯距离可达数公里，监测数据直接远程上传至平台；相对于现有技术整体方案，成本更低廉，实现方便，实用性更强。
Description
技术领域
本实用新型涉及水位与压力检测装置及窄带物联网等技术领域，特别是一种新型的基于NB-IoT的无线水位变送器。
背景技术
在污水处理、环保检测、供排水、制药、水产养殖等领域，经常会用到水位或液位变送器，这类检测方法一般是利用流体静力学原理测量液位，传统的传感器或变送器一般采用有线连接，将测量的结果通过电信号或者有线串口通讯的方法对外连接。
常见的水位传感器是通过传感器输出4～20mA/0～10mA的电流标准信号，或者是1～5V/0～5V的电压标准信号，后端再连接采集器进行标准信号采集处理，获取对应的压力或水位参数，此种通过DA输出方式在工业领域最为常见，有时还有通过频率输出来反馈对应的压力值。
传统水位传感器也有通过RS485/RS232或者SDI-12等有线通讯方式进行传输传感器采集的压力参数，一般需要配置采集器构成一个水位变送器整体，或者直接通过有线连接至***中。
上述通过DA输出标准信号或者通过有线串口通讯方式的水位传感器或变送器，都存在需要导线连接且需要采集单元配合使用的问题；在电源供应及功耗上也有缺陷，通常需要外接稳定电源及转换电路或者通讯隔离电路，比如是采用SDI-12通讯方式，需要提供稳定的12VDC。
已有的水位变送器也有通过短距离组网进行无线传输的方式，或者采用RF射频通讯方式，此类无线水位变送器一般通讯距离较近，需要额外布置通讯路由节点或中继节点，有时还需要配合数据集中器或者通讯网关使用，此类水位变送器的有效通讯距离以及***整体的造价是一个很明显的技术缺陷或技术方案缺陷。而少量采用GPRS通讯的水位变送器，由于功耗问题，一般需要外接电源供电，而且由于GPRS通讯的不稳定，有时会因为连接被断开而导致实时的监测数据丢失或者延迟送达，由于劣势明显，这种方式在水位变送器上应用还比较少见。
实用新型内容
本实用新型针对上述技术问题做出改进，即本实用新型所要解决的技术问题是提供一种采用电池即可长时间供电、无需额外配备采集器且能够基于NB-IoT远程通讯的低功耗的无线水位变送器。
为了解决上述技术问题，本实用新型的一种技术方案是：一种新型的基于NB-IoT的无线水位变送器，利用液体静压力测量水位，包括有测压敏感元件单元、中央处理单元、电池模块、温度敏感单元，以及与所述中央处理单元连接的无线通讯模组、A/D转换模块、电源管理模块。
进一步地，所述测压敏感元件单元与滤波整流模块电连接，用于将水体静压转换为电信号。
进一步地，所述滤波整流模块与差分放大电路电连接，经过信号放大处理后与所述A/D转换模块电连接。
进一步地，所述电池模块与所述电源管理模块连接，分别为所述无线通讯模组、中央处理单元、A/D转换模块、差分放大电路、滤波整流模块供电。
进一步地，所述无线通讯模组是一种低功耗的窄带物联网通讯模组，所述窄带物联网通讯模组还包括有NB-IOT模块，以及eSIM卡，所述无线通讯模组用于与远程平台通讯连接并传输测量数据。
进一步地，所述无线通讯模组可以是单模的NB-IOT模组，还可以是包括有NB-IOT技术模式的多模通讯模组。
进一步地，所述测压敏感元件单元是一种隔离型扩散硅敏感元件，包括有一不锈钢材质的压力测量膜片。
进一步地，所述隔离型扩散硅敏感元件的压力测量膜片在受到静压力时会产生微位移，从而导致所述测压敏感元件单元内置的电阻阻值变化，结合后端电路处理转换，将这一变化对应转换成毫伏电压信号的变化，经过进一步的滤波整流、放大处理及AD转换，进入所述中央处理单元进行算法运算，得到水体压力值及对应的水位参数。
进一步地，所述温度敏感单元内置于所述测压敏感元件单元中，用于测量介质温度，进行所测压力的温度补偿。
进一步地，所述温度敏感单元是一种单总线型数字温度传感器，型号为DS18B20，所述中央处理单元直接读取温度值用于计算。
进一步地，所述中央处理单元是一种低功耗的微处理器(Central ProcessingUnit，CPU)。
进一步地，所述低功耗的微处理器优选内置数据储存单元及AD转换单元的ARM内核的低功耗的系列微处理器。
与现有的技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
（1）通过使用低功耗的NB-IoT窄带物联网技术及采用低功耗的微处理器，采用合适电池供电，可以长时间使用，不用频繁更换电池，不用外接电源；
（2）没有使用与采集器连接的各种通讯接口，所以没有复杂的安装和接线，使用便捷、简单，维护方便；
（3）减少硬件成本开支，无需再配备数据集中器或网关等远传设备；
（4）基于通信运营商的基站，信号覆盖面非常广，无线通讯距离可达数公里，监测数据直接远程上传至平台；
（5）相对于现有技术整体方案，成本更低廉，实现方便，实用性更强。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构框图。
图1中：1-无线通讯模组、101-NB-IOT模块、102-eSIM卡、2-中央处理单元、3-电源管理模块、4-电池模块、5-A/D转换模块、6-差分放大电路、7- 滤波整流模块、8-测压敏感元件单元、9-温度敏感单元。
具体实施方式
下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他形式的附图。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本实用新型描述中的术语“连接”、“相连”、“安装”应做广义理解，例如，可以是一体地连接、固定连接或者是可拆卸连接；可以是通过机械结构或者电子直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。
如图1所示，一种新型的基于NB-IoT的无线水位变送器，利用液体静压力测量水位，包括有测压敏感元件单元8、中央处理单元2、电池模块4、温度敏感单元9，以及与所述中央处理单元2连接的无线通讯模组1、A/D转换模块5、电源管理模块3。
在本实施例中，所述测压敏感元件单元8与滤波整流模块7电连接，用于将水体静压转换为电信号。
在本实施例中，所述滤波整流模块7与差分放大电路6电连接，经过信号放大处理后与所述A/D转换模块5电连接。
所述电池模块4与所述电源管理模块3连接，分别为所述无线通讯模组1、中央处理单元2、A/D转换模块5、差分放大电路6、滤波整流模块7供电。
在本实施例中，所述无线通讯模组1是一种低功耗的窄带物联网通讯模组，所述窄带物联网通讯模组还包括有NB-IOT模块101，以及eSIM卡102，所述无线通讯模组1用于与远程平台通讯连接并传输测量数据。
在本实施例中，所述eSIM卡102是一种内置于所述无线通讯模组1中的拥有物联网专用号段的号码卡，作为可选的实施方式，所述eSIM卡102还可以是使用物联网专用号码或普通手机号码的SIM卡，也可以是采用软SIM卡。
在本实施例中，所述测压敏感元件单元8是一种隔离型扩散硅敏感元件，包括有一不锈钢材质的压力测量膜片。
在本实施例中，所述隔离型扩散硅敏感元件的压力测量膜片在受到静压力时会产生微位移，从而导致所述测压敏感元件单元8内置的电阻阻值变化，结合后端电路处理转换，将这一变化对应转换成毫伏电压信号的变化，经过进一步的滤波整流、放大处理及AD转换，进入所述中央处理单元2进行算法运算，得到水体压力值及对应的水位参数。
在本实施例中，作为可选的一种实施方式，所述测压敏感元件单元8还可以用一种陶瓷电容压力敏感传感器替换，更适用于需要抗腐蚀、抗磨损的测量环境，所述陶瓷电容压力敏感传感器包括有衬底电极和陶瓷膜片，受到静压力时，由于陶瓷膜片产生微位移，衬底电极与陶瓷膜片的电容量将产生变化，再通过信号调理转换，进一步转换为电压信号，如上述所描述一样，经AD处理与算法运算后，获得对应的压力参数。
在本实施例中，所述温度敏感单元9内置于所述测压敏感元件单元8中，用于测量介质温度，进行所测压力的温度补偿。
在本实施例中，所述温度敏感单元9是一种单总线型数字温度传感器，型号为DS18B20，所述中央处理单元2直接读取温度值用于计算。
在本实施例中，作为可选的一种实施方式，所述温度敏感单元9还可以用NTC热敏电阻及所述中央处理单元2内置的AD转换单元来实现，用于替代温度传感器，根据电阻值随温度的变化而变化这一原理进行测量。
在本实施例中，所述中央处理单元2是一种低功耗的微处理器(CentralProcessing Unit，CPU)。
在本实施例中，所述低功耗的微处理器采用内置数据储存单元及AD转换单元的ARM内核的低功耗的系列微处理器。
在本实施例中，本实用新型通过使用低功耗的NB-IoT窄带物联网技术及采用低功耗的微处理器，采用合适电池供电，可以长时间使用，不用频繁更换电池，不用外接电源；没有使用与采集器连接的各种通讯接口，所以没有复杂的安装和接线，使用便捷、简单，维护方便；减少硬件成本开支，无需再配备数据集中器或网关等远传设备；基于通信运营商的基站，信号覆盖面非常广，无线通讯距离可达数公里，监测数据直接远程上传至平台；相对于现有技术整体方案，成本更低廉，实现方便，实用性更强。
需要特别说明的是，作为可选的一种实施方式，所述无线通讯模组1也可以是包括NB-IOT/eMTC/GSM单模或多模的通讯模组，并不局限于单独的NB-IOT模组或其他窄带物联网通讯模组，从而构成本实用新型的其他实施例。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，任何人在本实用新型的启示下都可以得出其他各种形式的基于NB-IoT的无线水位变送器，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种新型的基于NB-IoT的无线水位变送器，利用液体静压力测量水位，其特征在于，包括有测压敏感元件单元（8）、中央处理单元（2）、电池模块（4）、温度敏感单元（9），以及与所述中央处理单元（2）连接的无线通讯模组（1）、A/D转换模块（5）、电源管理模块（3）；
所述测压敏感元件单元（8）与滤波整流模块（7）电连接，用于将水体静压转换为电信号；
所述滤波整流模块（7）与差分放大电路（6）电连接，经过信号放大处理后与所述A/D转换模块（5）电连接；
所述电池模块（4）与所述电源管理模块（3）连接，分别为所述无线通讯模组（1）、中央处理单元（2）、A/D转换模块（5）、差分放大电路（6）、滤波整流模块（7）供电。
2.根据权利要求1所述的一种新型的基于NB-IoT的无线水位变送器，其特征在于，所述无线通讯模组（1）是一种低功耗的窄带物联网通讯模组，所述窄带物联网通讯模组还包括有NB-IOT模块（101），以及eSIM卡（102），所述无线通讯模组（1）用于与远程平台通讯连接并传输测量数据。
3.根据权利要求1所述的一种新型的基于NB-IoT的无线水位变送器，其特征在于，所述测压敏感元件单元（8）是一种隔离型扩散硅敏感元件，包括有一不锈钢材质的压力测量膜片。
4.根据权利要求1所述的一种新型的基于NB-IoT的无线水位变送器，其特征在于，所述温度敏感单元（9）内置于所述测压敏感元件单元（8）中，用于测量介质温度，进行所测压力的温度补偿。
5.根据权利要求1所述的一种新型的基于NB-IoT的无线水位变送器，其特征在于，所述中央处理单元（2）是一种低功耗的微处理器(Central Processing Unit，CPU)。
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|---|---|---|---|---|
| CN109272726A (zh) * | 2018-07-30 | 2019-01-25 | 中铁七局集团西安铁路工程有限公司 | 基于物联网的一种降水井水位自动监测传输装置 |
| CN109448349A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-08 | 广州南湾信息科技有限公司 | 一种水文遥测设备 |
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