портативный пороговый электронный манометр для измерения давления в пневматической шине транспортного средства

Формула изобретения

1. Портативный пороговый электронный манометр для измерения давления в пневматической шине транспортного средства, содержащий индикатор давления, подсоединенный к микроконтроллеру, аналого-цифровой преобразователь, выход которого подсоединен к микроконтроллеру, а вход - к датчику давления, источник питания с системой управления отключением прибора, подсоединенный к кнопке активации и к вышеперечисленным блокам устройства, отличающийся тем, что дополнительно содержит подсоединенный к датчику давления пороговый элемент, подсоединенное к микроконтроллеру и к пороговому элементу устройство управления дежурным режимом, позволяющее при превышении заданного порогового давления производить запуск узлов измерения давления, выдачу его значения на индикатор и последующее отключение измерительных и управляющих схем прибора, подсоединенный к устройству управления дежурным режимом генератор запускающих импульсов.

2. Манометр по п. 1, отличающийся тем, что содержит дополнительно часы-таймер реального времени, флэш-память и беспроводный порт обмена информацией с вышестоящими устройствами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автомобильного сервиса и может быть использовано для визyaлизaции показания давления в пневматических шинах транспортных средств, а также и в других отраслях техники при измерении (сигнализации) давления в различных пневматических или гидравлических системах.

Известен "Карманный манометр для измерения давления в пневматической шине" модели MS-41B фирмы DACOMP Electronic GMBH, см. страницу в Интернете по адресу: www. dacom. de [1].

Данный манометр портативный работает следующим образом. Перед каждым измерением давления для включения и калибровки данного измерительного прибора пользователь нажимает кнопку на этом приборе, тем самым включая его в работу, затем автоматически производится калибровка датчика давления прибора.

После калибровки прибора раздается звуковой сигнал и пользователь приступает к измерению давления в пневматической шине путем соединения головки измерительного прибора с вентилем пневматической шины (колеса). Пользователь обязан в течение определенного времени (5-7 секунд) измерить давление в шине (а далее измерительный прибор отключается автоматически).

Данный измеритель не предназначен для профессиональной работы в условиях частого измерения, а именно в случае производства замеров более чем 200 раз в день (смену).

Другим недостатком данного измерителя является то, что пользователю приходится каждый раз до проведения измерения давления нажимать кнопку включения прибора. При этом теряется немало рабочего времени на ожидание периода калибровки, а также дополнительной работы пользователя на нажатие кнопки, что безусловно снижает производительность труда.

Следующим недостатком данного измерительного прибора является невозможность получения достоверной статистической информации о ходе технологических процессов накачивания пневматических шин, распределения количества подкачек за смену, сутки, неделю и т.п., а также невозможность обмена: информацией между измерителем давления и вышестоящим устройством.

Владельцу этого измерительного прибора невозможно получать объективную информацию о степени эксплуатации (загрузки) данного прибора в течение какого-то определенного периода времени - смены, суток, недели и т.п.

Целью при разработке предлагаемого способа измерения давления в пневматической шине транспортного средства и портативного порогового электронного манометра для осуществления этого способа является:

1) создание способа измерений давления воздуха, при котором энергопотребление измерительным прибором будет минимальным и измерение давления будет производиться автоматически уже при непосредственном присоединении головки данного измерительного манометра к вентилю пневматической шины, как это происходит в обыкновенных аналоговых манометрах;

2) создание манометра, который производит подсчет количества подкачек пневматических шин за смену, сутки, неделю и т.п., а также производит запись технологического процесса накачивания шин в определенные поля энергонезависимой памяти;

3) создание такого манометра, который мог бы работать в составе информационных систем, обмениваться данными (информацией) с вышестоящим устройством по беспроводному интерфейсу связи, а также получать калибровочную информацию и реконфигурировать собственное программное обеспечение.

Указанная цель реализуется следующим образом.

Предлагаемый измерительный прибор постоянно находится в дежурном режиме и отслеживает подачу давления к датчику прибора с заданным порогом давления. При превышении заданного порога давления производится автоматически активация данного прибора и измерение давления и выдача его значения на индикатор давления.

Пользователю достаточно лишь присоединить головку измерительного прибора к вентилю пневматической шины и на индикаторе давления прибора отобразится автоматически его значение. То есть пользователю необходимо произвести минимум манипуляций.

Предлагаемый манометр наряду с индикатором давления, аналого-цифровым преобразователем, датчиком давления, кнопкой активации измерительного прибора, источником питания и системой управления отключением прибора, дополнительно содержит пороговый элемент, устройство управления дежурным режимом, микроконтроллер и генератор запускающих импульсов.

Предлагаемый манометр может содержать также часы-таймер реального времени, флэш-память и беспроводный порт обмена информацией с вышестоящими устройствами. Данный манометр может производить подсчет количества подкачек пневматических шин за смену, сутки, неделю и т.п., а также производить запись хода технологического процесса накачивания шин в определенные поля энергонезависимой памяти.

Таким образом, данный манометр может работать в составе информационных систем, обмениваться информацией с вышестоящим устройством по беспроводному интерфейсу связи, а также получать калибровочную информацию и реконфигурировать собственное программное обеспечение.

Близкого аналога предлагаемому способу измерения давления в пневматической шине транспортного средства в доступной научно-технической и патентной информации не выявлено.

В качестве отдаленного аналога предлагаемому портативному пороговому манометру для изменения давления в пневматической шине транспортного средства можно принять карманный манометр по научно-технической информации по источнику информации [1].

Перечень чертежей

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого манометра.

На фиг.2 изображена более подробная схема соединения датчика давления с пороговым элементом и устройством управления дежурным режимом.

На фиг. 3 изображена диаграмма функционирования манометра по схеме на фиг.2.

Предлагаемый манометр состоит из следующих блоков и узлов. Основой всего прибора является микроконтроллер 1, который производит начальную инициализацию всех подсоединенных к нему устройств (фиг.1 и 2), а также производит измерение аналоговой величины напряжения (пропорционально: приложенному значению давления к датчику), полученного с датчика давления.

Батарея питания 2 производит питание всех узлов и схем манометра. При этом напрямую к батарее питания 2 подключены часы-таймер реального времени 3, RS-триггер 4 управления питанием с кнопкой 5 начальной активами прибора и выбора диапазонов измерения давления во включенном состоянии прибора, с "подтягивающим" резистором 5а. К батарее питания 2 подключен также ключ общего отключения 6, предназначенный для отключения от батареи питания 2 микроконтроллера 1 и других измерительных блоков и схем прибора, при условии длительного не использования прибора (сутки и более) по команде микроконтроллера 1 (вход R RS-триггера 4, на фиг.1).

Предлагаемый манометр может быть активизирован в определенный запрограммированный период времени часами-таймером 3 реального времени (вход S RS-триггера 4, фиг.1).

Повышающий стабилизатор напряжения 7, управляемый микроконтроллером 1, предназначен для стабилизации напряжения питания, подаваемого к датчику давления 8 и пороговому элементу 9 через ключ 10 включения датчика давления и порогового элемента.

Устройство управления дежурным режимом (УУДР) 11, приводимое в действие генератором импульсов часов-таймера 3 реального времени подает короткие импульсы тока (замыкая ключ 10) на датчик давления 8 и пороговый элемент 9, и в случае превышения заданного порога давления производит вывод микроконтроллера 1 из "спящего" режима, после чего микроконтроллер 1 считывает показания давления с датчика давления 8, производит его перекодировку и выдачу перекодированного значения на индикатор давления 12.

К микроконтроллеру 1 через интерфейс I²с подсоединена флэш-память 13, предназначенная для хранения информации о значениях количества подкачек пневматических шин за смену, сутки, неделю и т.п., а также записи информации о ходе технологического процесса в определенные поля энергонезависимой памяти.

К микроконтроллеру 1 подсоединен беспроводный интерфейс связи 14, предназначенный для обмена данными (информацией) с вышестоящим устройством.

На фиг. 2 изображена подробная схема соединения датчика давления 8 с пороговым элементом 9 устройством управления дежурным режимом 11.

К датчику давления 8 через ключи 15 и 16 подсоединен конденсатор 17, предназначенный дли накопления заряда и переноса его встречно напряжению смещения, подаваемого через ключи 18 и 19 к компаратору напряжения 20. Порог давления включения (активации) предлагаемого электронного манометра устанавливается (задается) резисторами 21, 22, 23.

Полученное путем сравнения значение порога давления подается на вход D-триггера 24 и в период валидности сигнала на вход с D-триггера 24 подается стробирующий сигнал от устройства управления дежурным режимом 11. В случае превышения заданного порога давления в заданный период времени на вход микроконтроллера 1 поступает сигнал, и микроконтроллер выходит из "спящего" режима.

После этого микроконтроллер 1 дает команду повышающему стабилизатору напряжения 7, а последний производит стабилизацию напряжения на заданном уровне, после чего датчик давления 8 гарантирует заданные метрологические характеристики. Микроконтроллер 1 оцифровывает "правильную" аналоговую величину напряжения и выдает ее на индикатор давления 12.

После этого микроконтроллер 1 дает команду устройству управления дежурным режимом 11 на переход в "спящий" режим. После чего манометр ожидает прихода следующего запускающего импульса от часов-таймера 3 реального времени, после получения которого будет произведена следующая попытка измерения давления в автомобильной шине.

На фиг. 3 изображены пять диаграмм функционирования схемы манометра по фиг.2.

При этом изображены два периода измерения давления:

- период ожидания при давлений ниже заданного порога давления;

- и период функционирования при заданном пороге давления (при подаче измеряемого давления).

А изображенные пять диаграмм отображают:

1-я диаграмма - зависимость давления на входе датчика давления от времени;

2-я диаграмма - зависимость напряжения питания датчика давления и порогового элемента от времени;

3-я диаграмма - зависимость выхода компаратора (напряжения) от времени;

4-я диаграмма - зависимость входа стробирования с D-триггера 4 от времени;

5-я диаграмма - зависимость выхода D-триггера 4 от времени.

Принцип работы предлагаемого манометра основывается на том, что

Р_выкл<Р<P,

где Р_выкл - мощность потребления прибором в выключенном состоянии;

Р_монит - мощность потребления прибором в режиме отслеживания порога давления;

P_изм - мощность потребления прибором в режиме измерения давления.

При этом на практике было установлено, что при профессиональном использовании предлагаемого прибора (манометра) получены следующие соотношения:





а в некоторых случаях даже больше - до 100000 раз.

При первоначальной установке в корпус манометра батареи питания 2 - манометр не запускается в работу.

Для запуска пользователю необходимо нажать на кнопку 5 активации прибора и ключ 6 замкнется и даст питание микроконтроллеру 1. А микроконтроллер произведет инициализацию всех устройств, входящих в состав манометра и войдет в "спящий" режим; потребление мощности в этом режиме микроконтроллерам и остальными узлами будет минимальным.

Генератор импульсов часов-таймера 3 реального времени генерирует импульсы, которые подаются на вход УУДР 11(1-2 Гц). По приходу этого импульса УУДР 11 активизируется и выдает циклограмму в соответствии с фиг.3. При этом в каждой фазе циклограммы производится подача импульса тока на датчик давления 8 и пороговый элемент 9 (от 50 до 1000 мкс). Это необходимо для получения "оценочной" информации о величине входного давления воздуха в датчик давления 8. Данная информация является метрологически неточной, но позволяет судить о событии подачи давления в датчик давления 8.

Пороговый элемент 9, выполненный на ключах 15, 16, 18 и 19, конденсаторе 17. резисторах 21, 22, 23 и компараторе 20 позволяет отследить подачу давления на вход датчика давления с заданным порогом давления (от 0,2 кг/см²). Возможно построение порогового элемента 9 и по другим схемам.

В зависимости от величины давления на выходе компаратора давления 20 устанавливается логический уровень "1" и "0". "1" соответствует давлению ниже заданного порога давления, а "0" соответственно выше задорного порога давления.

В случае если давление не было подано на датчик давления 8, то на вход прерывания микроконтроллера не поступает информация о прерывании. УУДР 11, отключив пороговый элемент 9 и датчик давления 8, снова ждет прихода следующего импульса с генератора импульсов часов -таймера 3 реального времени.

За счет того, что датчик давления 8 и пороговый элемент 9 включаются лишь на очень короткий промежуток времени, потребление энергии манометром является исключительно минимальным.

В случае подачи давления датчик давления 8 компаратор 20 выдает логический "0", который, поступая на вход микроконтроллера 1 выводит его из "спящего" режима, последний дает команду повышающему стабилизатору натяжения 7, после чего датчик давления 8 гарантирует заданные метрологические характеристики.

"Правильное" напряжение, снимаемое с выхода датчика давления 8, оцифровывается внутренним АЦП микроконтроллера 1, преобразуется в нужную форму и выводится на индикатор давления 12.

Попутно производится запись этой информации в определенные поля флэш-памяти 13. Микроконтроллер 1 "засыпает" и ждет прихода следующего цикла измерения деления.

В случае если в период ожидания подачи давления в манометр была (длительно) нажата кнопка активации 5, микроконтроллер 1 тоже выходит из "спящего" состояния и проверяет состояние коммуникационного канала связи через беспроводный интерфейс связи 14. А в случае требования установления связи через данный канал связи микроконтроллер запускает специальную программу, которая позволяет обмениваться данными (информацией) манометра с вышестоящим устройством, например, по беспроводному интерфейсу связи 14 с персональным компьютером (ПК), а также получать калибровочную информацию и реконфигурировать собственное программное обеспечение.

В случае если не было требования вышестоящего устройства на установление связи с манометром, то микроконтроллер 1 переходит в "спящий" режим. Измерение давления при запущенной коммуникационной программе не производится. В случае кратковременного нажатия кнопки 5 микроконтроллер производит изменение в параметрах калибровки сигнала с датчика давления и выдает на дисплей индикатора давления 12 значения в кг/см², PSI, KPA.

Перебор следующего значения давления производится при очередном кратковременном нажатии кнопки 5.

В случае неиспользования манометра более одних суток, микроконтроллер 1 дает команду RS-триггеру 4 на отключение питания схем управления дежурным режимом и потребление питания всем прибором минимизируется. Для выхода из этого режима питания достаточно нажать кнопку 5 включения питания.

Таким образом, предлагаемый манометр имеет оптимальное энергопотребление, не снижающее производительности труда при частом использовании. А срок замены батарей питания составляет один раз в два года и реже.

Предлагаемый манометр изготовлен и испытан по предлагаемому способу измерения давления с положительным результатом в октябре 2001 года в г. Омске.