近年來，隨著我國經(jīng)濟和社會的發(fā)展，將傳統(tǒng)的機械式壓力表改造成智能壓力表,使其具有數(shù)字顯示功能,過壓報警功能,4G遠傳功能，云平臺管理功能等,是一種很有現(xiàn)實意義的嘗試。因此，輸水管道壓力系統(tǒng)正常、安全、高效的運行對于國民經(jīng)濟和社會的健康發(fā)展有著極為重要的意義。
鑒于傳統(tǒng)機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)計的智能壓力儀表不但能夠準確測量輸水管道壓力詳細記錄壓力報警值，而且能夠?qū)崟r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，實時監(jiān)測壓力值，和壓力報警推送。從而達到集中管理的目的。
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)實踐中常用的一種壓力傳感器，其廣泛應用于各種工業(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、機床、管道送風、鍋爐負壓等眾多行業(yè)。平膜壓力傳感器彈性體采用進口材質(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，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)換輸出一個對應于這個壓力的標準信號。
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展的總體設(shè)計方案。STM32F0 系列產(chǎn)品基于超低功耗的 ARM Cortex-M0 處理器內(nèi)核，整合增強的技術(shù)和功能，瞄準超低成本預算的應用。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)濟型用戶終端產(chǎn)品上實現(xiàn)先進且復雜的功能。ARM處理器主要用于壓力檢測、報警、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，能夠方便的實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)交換，實現(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，提高了性能和可靠性。
主電路用來存儲數(shù)據(jù)、程序，并進行一系列運算處理，它由A7600C1-LNSE處理器及STM32F0處理器、SDRAM、FRAM、FLASH、I/O接口和定時/計數(shù)電路等芯片組成。鍵盤及LCD顯示部分則構(gòu)成人機交互的橋梁，4G通訊來實現(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
