近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，將傳統(tǒng)的機(jī)械式壓力表改造成智能壓力表,使其具有數(shù)字顯示功能,過壓報(bào)警功能,4G遠(yuǎn)傳功能，云平臺管理功能等,是一種很有現(xiàn)實(shí)意義的嘗試。因此，輸水管道壓力系統(tǒng)正常、安全、高效的運(yùn)行對于國民經(jīng)濟(jì)和社會的健康發(fā)展有著極為重要的意義。
鑒于傳統(tǒng)機(jī)械式壓力表測量參數(shù)單一，精度低，自動化程度不高，維修管理困難的情況，研制一款新型高效、多功能智能壓力儀表就顯得十分必要。本文設(shè)計(jì)的智能壓力儀表不但能夠準(zhǔn)確測量輸水管道壓力詳細(xì)記錄壓力報(bào)警值，而且能夠?qū)崟r(shí)將壓力通過4G傳輸至云平臺。文章接下來從硬件和軟件兩個(gè)方面介紹該智能壓力表的研制方法。
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及工作原理
本系統(tǒng)的總流程如圖一所示，智能壓力儀表通過采集管道壓力數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至云平臺，云平臺可以將數(shù)據(jù)推送至第三方平臺，實(shí)時(shí)監(jiān)測壓力值，和壓力報(bào)警推送。從而達(dá)到集中管理的目的。
圖一
智能壓力表云平臺
本文壓力主要采用平膜壓力傳感器（圖二），該傳感器是工業(yè)實(shí)踐中常用的一種壓力傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及石油管道、水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道送風(fēng)、鍋爐負(fù)壓等眾多行業(yè)。平膜壓力傳感器彈性體采用進(jìn)口材質(zhì)、膜片隔離工藝、測試頭無引壓孔，測量過程中不存在粘稠介質(zhì)堵塞的情況，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適用于化工涂料、油漆、泥漿、瀝青、原油等粘稠介質(zhì)的壓力測量與控制。平膜壓力傳感器的工作原理是介質(zhì)壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對應(yīng)于這個(gè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)信號。
圖二
本文采用STM32F0 ARM作為主處理芯片、A7600C1-LNSE芯片作為外圍模塊擴(kuò)展的總體設(shè)計(jì)方案。STM32F0 系列產(chǎn)品基于超低功耗的 ARM Cortex-M0 處理器內(nèi)核，整合增強(qiáng)的技術(shù)和功能，瞄準(zhǔn)超低成本預(yù)算的應(yīng)用。該系列微控制器縮短了采用 8 位和 16 位微控制器的設(shè)備與采用 32 位微控制器的設(shè)備之間的性能差距，能夠在經(jīng)濟(jì)型用戶終端產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)先進(jìn)且復(fù)雜的功能。ARM處理器主要用于壓力檢測、報(bào)警、4G模塊控制等外圍電路。其中，顯示模塊采用高清晰LCD,四行顯示界面，使面板更加美觀；無線4G通訊協(xié)議，能夠方便的實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)智能化抄表，并且輸入輸出采用光耦隔離，有效地減少干擾，簡化了電路設(shè)計(jì)，提高了性能和可靠性。
主電路用來存儲數(shù)據(jù)、程序，并進(jìn)行一系列運(yùn)算處理，它由A7600C1-LNSE處理器及STM32F0處理器、SDRAM、FRAM、FLASH、I/O接口和定時(shí)/計(jì)數(shù)電路等芯片組成。鍵盤及LCD顯示部分則構(gòu)成人機(jī)交互的橋梁，4G通訊來實(shí)現(xiàn)儀表與外部的數(shù)據(jù)交換功能。
圖3-1 智能壓力表的系統(tǒng)框圖
