[发明专利]基于TDC-GP21模块的油水分界面测控装置

说明书

本发明公开了基于TDC‑GP21模块的油水分界面测控装置，本发明所采用的技术方案是单片机分别连接键盘、LCD显示模块、电磁阀和TDC‑GP21模块，TDC‑GP21模块分别连接超声波探头和温度传感器，将测量结果通过SPI总线传递给单片机硬件系统；系统每隔10秒读取一次TDC‑GP21模块的测量数据，根据当前温度对超声波收发间隔进行补偿，修正温度变化对超声波传播速度的影响，与前期实验的预置数据进行比较，判断油水分界面的位置，并确定是否需要开启电磁阀进行排水。本发明的有益效果是系统外围电路少，可靠性高，成本较低，可推广应用于油水等液体分界面的测控系统中。

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，涉及基于TDC-GP21模块的油水分界面测控装置。

背景技术

在原油、成品油等存储装置中，由于水分的存在，油水分界面的检测非常重要。正确地检测出油水分界面的位置，适时地将贮油罐下层的水分排出(称为切水过程)，而且排水时要保证只排水，不能出油。一方面是要避免浪费，同时还是消除火灾隐患的基本要求。

在油水分界面的检测中，最常用的方法是构造电容传感器，利用电容值的变化来检测，目前已有不少实际测控装置出现。也有采用γ射线、颜色传感器检测的，最简单的则是采用浮子式、差压式测控装置。无论是电容传感器，还是颜色传感器、γ射线，均需设计模拟检测电路，无法保证高精度和高灵敏性。而要解决这一问题，必须采用数字检测手段。随着高频压电式换能器、高精度时间转换模块的普及，采用超声波测量液体密度、流量的数字检测方法应用越来越广泛。

本项目利用超声波在油、水等不同液体中传播速度不同的原理，将一对超声波探头伸入贮油罐内部，其中一个发射1MHz的超声波，另一个负责接收，通过TDC-GP21模块得到收发超声波的时间差，送至单片机进行分析，确定油水分界面的位置，适时地控制电磁阀门的排水过程。

TDC-GP21为ACAM公司TDC-GP2的下一代升级产品，与TDC-GP2管脚完全兼容，对一些性能进行了提升，增加了很多扩展功能。同时，测量质量也被提高，测量功耗将会被降低。另外，对于脉冲发生器发射脉冲个数有进一步的扩展，而且内部集成了一个32k低功耗晶振驱动。温度测量单元则集成了施密特触发器，使测量更加简单。总之，TDC-GP21由于其高集成度和低价格完美的适合于超声波热量表和流量计的应用。TDC-GP21模块可以非常方便地连接超声波探头，外围只需两个电阻和电容。另有4个温度传感器输入端子，可直接连接温度传感器以便进行温度补偿。内部集成了时钟电路，只需外接4M、32K晶振两个。采用标准SPI总线与控制器通信，方便与MCS-51等低成本单片机相连。总之，采用TDC-GP21模块构成检测电路，外围器件简单，对MCU要求低，可以十分方便地构成低成本、数字式油水分界面测控装置。.

发明内容

本发明的目的在于提供基于TDC-GP21模块的油水分界面测控装置，本发明的有益效果是系统外围电路少，可靠性高，成本较低，可推广应用于油水等液体分界面的测控系统中。

本发明所采用的技术方案是单片机分别连接键盘、LCD显示模块、电磁阀和TDC-GP21模块，TDC-GP21模块分别连接超声波探头和温度传感器，将测量结果通过SPI总线传递给单片机硬件系统；系统运行时，每隔10秒读取一次TDC-GP21模块的测量数据，根据当前温度对超声波收发间隔进行补偿，修正温度变化对超声波传播速度的影响，与前期实验的预置数据进行比较，判断油水分界面的位置，并确定是否需要开启电磁阀进行排水，键盘处理采用中断方式，以便随时通过按键进行参数调整和运行过程干预。

进一步，单片机型号为MCS-51；单片机模块由复位电路、时钟电路和电源电路等组成，复位电路包括手动复位和自动上电复位，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种，按键电平复位是通过使复位端经电阻与VCC电源接通而实现的，按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的；自动上电复位是计算机加电瞬间，要在RST引脚出现大于2个机器周期的正脉冲，使单片机进入复位状态。