一种多功能石油储罐监测系统

1.本实用新型涉及加油站石油存储领域，具体涉及一种多功能石油储罐监测系统。


背景技术：

2.近几年来石油储存拥有各种安全问题，要防火防爆、防静电产生、防混油、防漏油、防石油中毒和意外事故，以及减少石油的挥发。加油站是一个大量储存石油的地方，上述安全问题也尤为重要，因此加油站通常需要定时对储存石油的石油储罐进行监测，其中最重要的两个监测指标为储罐内液面高度以及石油的温度，石油产品在存储期间，由于油料具有热膨胀性的特点，随着温度的升高，罐内油料体积将受热膨胀。同时当油罐上部气体空间容积越大时，油品还越易蒸发损失和氧化。因此，在储罐收油时，油罐内液位不应该超过或低于一定高度。如果液位高度过高，就有可能造成溢油事故，如果液位高度过低，不但浪费了油罐的存储容积，也加大了石油存储损耗，所以要保证油罐储油既安全又经济，则必须正确确立油罐储油的液面高度，而良好适中的温度，也可以保证油罐内石油产品的长时间存储和质量，目前对上述指标的监测一般是通过人工检查和测量，然而由于石油存储条件的特定性，人工监测会非常不方便，对液面以及温度的测量需要打开油罐进行测量，此操作会造成储罐内温度降低，且储罐内部分石油发生氧化或挥发，并且人工监测误差较大、工作效率低下。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多功能石油储罐监测系统。
4.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.一种多功能石油储罐监测系统，包括电源、数据采集模块、报警模块、ad模数转换器、显示模块、按键模块以及用于控制各个模块的单片机；
6.进一步的，所述单片机采用at89s52单片机；
7.进一步的，所述ad模数转换器采用adc0809模数转换器；
8.所述数据采集模块包括温度采集模块及液位检测模块，所述温度采集模块包括温度传感器及与之相连的放大电路，所述温度传感器通过放大电路与ad模数转换器的in0引脚相连；所述ad模数转换器的输出端与单片机的p3.2引脚相连；温度传感器测量得到的温度信号转换成电信号，再通过ad模数转换器转换成数字信号并传输至单片机，再通过显示模块显示出当前温度；
9.所述液位检测模块包括超声波发射电路和超声波接收电路；
10.所述超声波发射电路包括超声波发射换能器，超声波接收电路包括接收探头，超声波发射换能器和接收探头均设置于石油储罐顶端并竖直向下设置；
11.所述超声波发射电路与单片机的p1.0引脚相连，所述超声波接收电路与单片机的int1引脚相连；液位检测模块的超声波发射声波后，单片机开始计时，超声波触及储罐内油
液面时返回，当返回至液面检测模块时，单片机停止计时，根据声波在空气中的传播速度以及超声波的反射时间，计算出液面高度，并将数值显示在显示模块上；
12.所述显示模块为点阵图形式lcd显示器，所述lcd显示器与单片机的p2.0引脚以p1.1引脚相连，用以显示所述监测系统监测到的数据；
13.所述按键模块与单片机的p1.2～p1.7引脚相连，所述按键模块为行列扫描式键盘，用户可通过按键模块向单片机内输入预设的限位值，限位值包括最高温度、最低温度、最高液面值、最低液面值；
14.所述温度传感器设置于石油储罐罐壁；
15.所述报警模块与所述单片机连接，所述报警模块包括4个led灯和一个蜂鸣器，4个led灯分别对应油罐温度的上下限、油罐液位的上下限，数据采集模块采集到的数值与用户预设的限位值进行比较，高于或者低于限位值时，对应的led灯闪烁，同时蜂鸣器报警；
16.所述电源为所述多功能石油储罐监测系统供电。
17.进一步的，所述温度传感器采用ad590温度传感器，温度采集模块的放大电路通过ad581提供10v标准电压，所述ad581与运算放大器lf355和电阻r
‑
t1、r
‑
t2，r
‑
t3、r
‑
t4组成放大电路。
18.进一步的，所述超声波发射电路由反相器和超声波发射换能器构成，所述单片机p1.0端口输出的40khz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极；
19.所述超声波接收电路采用红外线检波接收的专用芯片cx20106a制作。
20.进一步的，所述行列扫描式键盘，通过连接单片机p1.2～p1.7引脚的6根口线组成8个按键，键盘为2
×
4格局，p1.2、p1.3为行线，p1.4～p1.7为列线。列线分别由上拉电阻拉到vcc，在行线与列线的每一个交界处有个按键，按键的两端分别接在行线和列线上。
21.本实用新型的有益效果是：
22.1）本实用新型设计一种多功能石油储罐监测系统，代替人工对石油储罐内的温度以及液面高度进行监测，避免了人工检测时需要打开储罐导致石油氧化或挥发的情况，且提高监测效率和监测精准度。
23.2）用户可自己通过按键模块预设限位值，限位值与实时监测值进行比较，当实时监测值超出了限位值所限定的范围时，报警模块会发出声光警报，且对应温度上下限和液面高度上下限分别设置4个led灯，出现报警时，可清楚知道油罐内哪一项指标超出或低于了最高或最低限位值。
附图说明
24.图1为本实用新型一种多功能石油储罐监测系统的总体结构框图；
25.图2为本实用新型一种多功能石油储罐监测系统温度采集模块的电路图；
26.图3为本实用新型一种多功能石油储罐监测系统液位检测模块的超声波发射电路图；
27.图4为本实用新型一种多功能石油储罐监测系统液位检测模块的超声波接收电路图；
28.图5位本实用新型一种多功能石油储罐监测系统显示模块的lcd逻辑电路图；
29.图6为本实用新型一种多功能石油储罐监测系统行列扫描式键盘接线图；
30.图7为本实用新型一种多功能石油储罐监测系统报警模块的电路原理图。
具体实施方式
31.下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.参阅图1
‑
7，本实用新型提供一种技术方案：
33.一种多功能石油储罐监测系统，包括电源、数据采集模块、报警模块、ad模数转换器、显示模块、按键模块以及用于控制各个模块的单片机；
34.优选的，所述单片机采用at89s52单片机，所述at89s52单片机的引脚分布及功能如下：
35.p0 口：p0口是一个8位漏极开路的双向i/o口。作为输出口，每位能驱动8个ttl逻辑电平。对p0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，p0具有内部上拉电阻。 在flash编程时，p0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。
36.p1 口：p1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 ttl 逻辑电平。对p1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。 此外，p1.0和p1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（p1.0/t2）和时器/计数器2 的触发输入（p1.1/t2ex），具体如下所示。
37.在flash编程和校验时，p1口接收低8位地址字节。
38.引脚号第二功能 ：
39.p1.0 t2（定时器/计数器t2的外部计数输入），时钟输出；
40.p1.1 t2ex（定时器/计数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制）；
41.p1.5 mosi（在系统编程用）；
42.p1.6 miso（在系统编程用）；
43.p1.7 sck（在系统编程用）；
44.p2 口：p2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个 ttl 逻辑电平。对p2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行movx @dptr） 时，p2 口送出高八位地址。在这种应用中，p2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如movx @ri）访问外部数据存储器时，p2口输出p2锁存器的内容。在flash编程和校验时，p2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
45.p3 口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个 ttl 逻辑电平。对p3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。 p3口
亦作为at89s52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。
46.在flash编程和校验时，p3口也接收一些控制信号。
47.端口引脚第二功能：
48.p3.0 rxd(串行输入口)；
49.p3.1 txd(串行输出口)；
50.p3.2 into(外中断0)；
51.p3.3 int1(外中断1)；
52.p3.4 to(定时/计数器0)；
53.p3.5 t1(定时/计数器1)；
54.p3.6 wr(外部数据存储器写选通)；
55.p3.7 rd(外部数据存储器读选通)；
56.此外，p3口还接收一些用于flash闪存编程和程序校验的控制信号。
57.rst——复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
58.ale/prog——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ale仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ale脉冲。
59.对flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（prog）。
60.如有必要，可通过对特殊功能寄存器（sfr）区中的8eh单元的d0位置位，可禁止ale操作。该位置位后，只有一条movx和movc指令才能将ale激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ale禁止位无效。
61.psen——程序储存允许（psen）输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89s52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次psen有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次psen信号。
62.ea/vpp——外部访问允许，欲使cpu仅访问外部程序存储器（地址为0000h
‑
ffffh），ea端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被编程，复位时内部会锁存ea端状态。
63.如ea端为高电平（接vcc端），cpu则执行内部程序存储器的指令。
64.flash存储器编程时，该引脚加上+12v的编程允许电源vpp，当然这必须是该器件是使用12v编程电压vpp。
65.优选的，所述ad模数转换器采用adc0809模数转换器。
66.所述数据采集模块包括温度采集模块及液位检测模块，所述温度采集模块包括温度传感器及与之相连的放大电路，所述温度传感器通过放大电路与ad模数转换器的in0引脚相连；所述ad模数转换器与单片机的p3.2引脚相连；温度传感器检测储罐内的温度，并将温度信号转换为电信号，电信号通过ad模数转换器转换为数字信号存储进单片机中；
67.温度测试电路如图2，测温传感器采用集成温度传感器ad590，其电源电压为4～30v，测温范围
‑
55～150℃。整个测温范围内精度可达
±
0.5℃，且线性度好。因为流过ad590的电流与温度成正比，当电阻r
‑
t1和可变电阻r
‑
t2之和为1k欧时，输出电压随温度的变化
为 1mv/k。但由于ad590的增益有偏差，电阻也有偏差，因此应对电路进行调整，调整方法为：将ad590放在冰水混合物中，调整电位器使r
‑
t2，使v0=273.2+25=298.2（mv），使其在0
‑
25
°
c下有较高精度。
68.ad581提供10v标准电压，它与运算放大器lf355和电阻r
‑
t1、r
‑
t2，r
‑
t3、r
‑
t4组成信号转换与放大电路，将18
‑
24℃温度转换为0～5v的电压信号；查手册可知ad590在18℃和24℃时输出电流分别为291.2μa和297.2μa，因此r
‑
t1、r
‑
t2，r
‑
t3、r
‑
t4阻值可按下式计算：
69.r
‑
t1+ r
‑
t2=10v/291.2μa=34.3kω，取r1=30kω，vr1=5kω；
70.r
‑
t3+ r
‑
t4=5v/(297.2－291.2)μa=833kω，取r2=700kω，vr2=10kω。
71.所述液位检测模块包括超声波发射电路和超声波接收电路，所述超声波发射电路包括超声波发射换能器，超声波接收电路包括接收探头，超声波发射换能器和接收探头均设置于石油储罐顶端并竖直向下设置；所述超声波发射电路与单片机的p1.0引脚相连，所述超声波接收电路与单片机的int1引脚相连；液位检测模块的超声波发射声波后，单片机开始计时，超声波触及储罐内油液面时返回，当返回至液面检测模块时，单片机停止计时，根据声波在空气中的传播速度以及超声波的反射时间，计算出液面高度；
72.如图3所示，超声波发射电路由反相器74ls04和超声波发射换能器t构成，单片机p1.0端口输出的40khz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。
73.如图4所示，集成电路cx20106a是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 khz与测距的超声波频率40 khz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路。
74.所述显示模块为点阵图形式lcd显示器，所述lcd显示器与单片机的p2.0引脚以p1.1引脚相连；显示模块将温度测量模块的数字信号以及液位检测模块的液面高度显示在lcd显示器上。
75.所述按键模块与单片机的p1.2～p1.7引脚相连，所述按键模块为行列扫描式键盘；用户可通过按键模块向单片机内输入预设的限位值，限位值包括最高温度、最低温度、最高液面值、最低液面值；
76.所述液位检测模块设置于石油储罐顶端，所述温度传感器设置于石油储罐罐壁；
77.所述报警模块与所述单片机连接，所述报警模块包括4个led灯和一个蜂鸣器，4个led灯分别对应油罐温度的上下限、油罐液位的上下限；当数据采集模块采集到的实时数值超出了用户预设的限位值范围时，报警模块发出声光报警。
78.所述电源为所述多功能石油储罐监测系统供电。
79.优选的，所述温度传感器采用ad590温度传感器，温度采集模块的放大电路通过ad581提供10v标准电压，所述ad581与运算放大器lf355和电阻r
‑
t1、r
‑
t2，r
‑
t3、r
‑
t4组成放大电路。
80.优选的，所述超声波发射电路主要由反相器和超声波发射换能器构成，所述单片机p1.0端口输出的40khz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极；
81.所述超声波接收电路采用红外线检波接收的专用芯片cx20106a制作。
82.优选的，所述行列扫描式键盘，通过连接单片机p1.2～p1.7引脚的6根口线组成8个按键，键盘为2
×
4格局，p1.2、p1.3为行线，p1.4～p1.7为列线。列线分别由上拉电阻拉到vcc，在行线与列线的每一个交界处有个按键，按键的两端分别接在行线和列线上。
83.具体实施时，用户预先通过按键模块输入预设的温度上下限值以及液面高度上下限值，位于储罐罐壁上的温度传感器将储罐内的温度信号转换为电信号，并传输至ad模数转换器，ad模数转换器将电信号转换为数字信号存入单片机，并将温度数值实时显示在与单片机相连的lcd显示器上，当实时检测的温度值高于或低于了预设温度的上限值或者下限值时，报警模块对应的lcd灯闪烁，同时蜂鸣器发出声音报警；液位检测模块的超声波发出电路发出超声波，同时单片机开始计时，超声波触及储罐内油液面时返回，直至超声波接收电路接收到返回的超声波，单片机停止计时，根据声波在空气中的传播速度以及超声波发出及返回的时间，计算得储罐内液面的高度，将此液面高度数值显示在lcd显示器上，当实际液面高度高于或低于了预设液面高度的上限值或下限值时，报警模块对应的lcd灯闪烁，同时蜂鸣器发出声音报警。
84.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。