CN101692005B - 数字电容式液位测量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液位测量领域，为一种数字电容式液位测量传感器，包括电容探头，数据采集电路，数据接收电路和显示器，电容探头的输出连接数据采集电路，数据接收电路的输出连接显示器，数据采集电路与数据接收电路之间通过CAN和LIN网络连接。克服了现有技术读数不准、使用寿命有限的缺点，读数精确，使用寿命长，油量显示可以和其它参数如时速，温度显示集成。
Description
技术领域
本发明涉及化工，石油，水位等相关液位测量领域使用的数字电容式液位测量传感器。
背景技术
液位传感器有投入式液位传感器(杆式、缆式)、法兰式液位传感器(单法兰、双法兰)和磁翻板液位传感器及浮球液位传感器等。根据不同的环境要求，可以选用相应的传感器，目前用于汽车油箱油量测量的大都是浮子式液位传感器。其测量原理是在液体中投入浮子，浮子会根据液位的变化带动可变电阻的阻值变化，根据电路中电流的大小变化再控制显示器，得到实时的液位值。因为浮子式液位传感器的核心部件为可变电阻，随液位变化做机械运动且直接暴露在燃油中，长期使用导致得到的读数误差较大，该类传感器的缺点是读数不精确，使用寿命短，司机无法准确掌握当前准确油量。
现在汽车的油量显示基本是运用指针指示，且刻度不细致，只能大概反应当前的油量，在汽车行驶过程中车身震动也会使指针发生偏转，数字显示的目标是用精确的数字读数代替指针指示，使司机很容易得知当前的油量，掌握油箱内的温度，知道什么时候该给汽车加油。随着汽车电子化的发展，数字式仪表成为电子化发展的趋势，油量显示需要和其它如时速，温度显示集成，以便降低成本提高性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种读数精确数字显示的数字电容式液位测量传感器。
本发明所采用的技术方案是：数字电容式液位测量传感器，包括电容探头，数据采集电路，数据接收电路和显示器，其中：
电容探头的输出连接数据采集电路，数据接收电路的输出连接显示器，数据采集电路与数据接收电路之间通过CAN和LIN网络连接。
电容探头包括：支撑物，第一电极2，第二电极3，第三电极4，电极保护层，内部引线6，内部引线7，内部引线8，金属孔9，金属孔10，金属孔11；
电极保护层覆盖在电极表面，电极分布在支撑物表面，第一电极2和第二电极3组成测量电极对，第一电极2和第三电极4组成参比电极对，测量电极对和参比电极对共用第一电极2，第二电极3和第三电极4处在同一直线上且与第一电极2平行；支撑物分为5层，内部引线6位于支撑物的第二层，与第一电极2平行，两者通过金属孔9相连；内部引线7位于支撑物的第三层，与第二电极3平行，两者通过金属孔10相连；内部引线8位于支撑物的第四层，与第三电极4平行，两者通过金属孔11相连。
数据采集电路中采用CDC转换芯片AD7746，采集微控制器MC68HC908GZ16，CAN收发器MC33388，LIN收发器MC33399；
采集微控制器MC68HC908GZ16的PTE2引脚和AD7746的SCL引脚相连，PTE3引脚和SDA引脚相连；采集微控制器MC68HC908GZ16的PTC0/CANTX引脚和CAN收发器MC33388的TX引脚相连，PTC1/CANRX引脚和RX引脚相连；采集微控制器MC68HC908GZ16的PTE0/TXD引脚和LIN收发器MC33399的TXD引脚相连，PTE1/RXD引脚和RXD引脚相连。
数据接收电路中采用数据微控制器MC68HC908GZ16，CAN收发器MC33388，LIN收发器MC33399；
数据微控制器MC68HC908GZ16的PTC0/CANTX引脚和MC33388的TX引脚相连，PTC1/CANRX引脚和RX引脚相连；MC68HC908GZ16的PTE0/TXD引脚和MC33399的TXD引脚相连，PTE1/RXD引脚和RXD引脚相连。
显示器采用液晶显示器。
本发明的积极效果是：1、读数精确，使用寿命长。2、用精确的数字读数代替指针指示，使司机很容易得知当前的油量。3、油量显示可以和其它如时速，温度显示集成。
附图说明
图1是电容探头的原理图，
图2是电容探头A-A和B-B剖面的复合图，
图3是数据采集电路图，
图4是数据接收电路图，
图5是整体电路图，
图6是总体方框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
电容式液位传感器是应用电容值的大小与电极的正对面积，间距和电极间介质的介电常数有关，当保持其中两个量不变，改变第三个量时，电容值随之变化这一原理来实现的，随着微电子机械系统(MEMS)加工技术日渐成熟，我们可以在硅基片上制作电容电极，可以形成大规模的阵列，得到高精度，低能耗的传感器，使得成本降低，更适用于批量生产。
本发明提供基于MEMS技术的一种新型数字电容式液位测量传感器，可以用于汽车油箱的液位测量，也可以用在化工，石油，水位等相关的液位测量的领域。传感器电容探头可以采用MEMS工艺加工得到。
如图6所示，数字电容式液位测量传感器，包括电容探头19，数据采集电路20，数据接收电路21和显示器22。
电容探头19的输出连接数据采集电路20，数据接收电路21的输出连接显示器22，数据采集电路20与数据接收电路21之间通过CAN和LIN网络连接。
如图1、图2所示，电容探头包括：支撑物1，第一电极2，第二电极3，第三电极4，电极保护层5，内部引线6，内部引线7，内部引线8，金属孔9，金属孔10，金属孔11。其中电极保护层5覆盖在电极表面，电极分布在支撑物1表面，电极对采用梳齿形状，同组电极采用并联形式，具体梳齿数可以根据测量的范围作相应的调整。第一电极2和第二电极3组成测量电极对，第一电极2和第三电极4组成参比电极对，两种电极共用一组第一电极2，第二电极3和第三电极4处在同一条直线上且与第一电极2平行。支撑物从上往下可分为5层，采用同种材料。内部引线6位于支撑物的第二层，与第一电极2平行，两者通过金属孔9相连；内部引线7位于支撑物的第三层，与第二电极3平行，两者通过金属孔10相连；内部引线8位于支撑物的第四层，与第三电极4平行，两者通过金属孔11相连。参比电极对可以自动补偿燃油介电常数和温度变化对测量电极产生的影响。测量液位时将电容探头竖直插入油箱中，参比电极对位于箱体底部，当液位低于参比电极对上端时，显示器上就会产生报警信号，提醒司机加油。
如图3、图5所示，数据采集电路主要由CDC转换芯片(AD7746)12，采集微控制器(MC68HC908GZ16)13，CAN收发器(MC33388)14，LIN收发器(MC33399)15组成。采集微控制器MC68HC908GZ16内部可编程，可以处理数据，也可以控制其它芯片。CDC转换芯片AD7746带有两个电容输入端口，可以直接将电容值转化成数字信号，自带的温度传感器可用来测量油箱内部温度。目前车身主要采用CAN网络进行通信，LIN网络可以作为CAN网络的辅助用在低速系统中，节省成本，这里使用两种收发器是为了更合理的传输和显示数据，具体使用时选择较空闲的网络进行数据传输。
采集微控制器(MC68HC908GZ16)13的PTE2引脚和CDC转换芯片(AD7746)12的SCL引脚相连，PTE3引脚和SDA引脚相连；采集微控制器(MC68HC908GZ16)13的PTC0/CANTX引脚和CAN收发器(MC33388)14的TX引脚相连，PTC1/CANRX引脚和RX引脚相连；采集微控制器(MC68HC908GZ16)13的PTE0/TXD引脚和LIN收发器(MC33399)15的TXD引脚相连，PTE1/RXD引脚和RXD引脚相连。通过以上的连接方式微控制器将CDC转换芯片AD7746输出的数字信号经过内部运算后通过CAN网络或LIN网络发送出去。
如图4、图5所示，数据接收电路主要由数据微控制器(MC68HC908GZ16)16，CAN收发器(MC33388)17，LIN收发器(MC33399)18组成。
数据微控制器(MC68HC908GZ16)16的PTC0/CANTX引脚和CAN收发器(MC33388)17的TX引脚相连，PTC1/CANRX引脚和RX引脚相连；数据微控制器(MC68HC908GZ16)16的PTE0/TXD引脚和LIN收发器(MC33399)18的TXD引脚相连，PTE1/RXD引脚和RXD引脚相连。微控制器通过以上连接方式选择较空闲的CAN或LIN网络系统来接收信号。最后输出的为数字信号，可直接提供给液晶显示器显示。
本发明的具体制作工艺步骤如下：
(1)首先在支撑物上刻蚀内部引线和金属孔，支撑物采用绝缘材料；
(2)待引线完成后在表面溅射铜，刻蚀产生电极对；
(3)在电极对表面淀积绝缘保护层，保护电极对；
(4)制作印刷电路板，将数据采集电路和电容探头的连线接好后整体封装；
(5)对数据接收电路进行封装，把输出信号送给液晶显示器；
(6)数据采集电路和接收电路之间通过车身CAN/LIN网络传输信号。整个系统完成。
本发明可用于液位测量的多个领域，具体用到汽车油量测量时，与现有的产品比，可以精确的在液晶屏上实时显示汽车油箱内的油量值，实时显示每次加油的油量值，实时显示车辆百公里油耗值，实时提示油箱内油量可续航里程，低油量报警；提醒司机加油。探头采用电容的形式，读数精确，使用寿命增加，测得油量值连续性好，液晶显示的方式更利于与其它显示集成，成本降低。
Claims (3)
1.数字电容式液位测量传感器，包括电容探头(19)，数据采集电路(20)，数据接收电路(21)和显示器(22)，其特征在于：
电容探头(19)的输出连接数据采集电路(20)，数据接收电路(21)的输出连接显示器(22)，数据采集电路(20)与数据接收电路(21)之间通过CAN和LIN网络连接；
所述电容探头(19)包括：支撑物(1)，第一电极(2)，第二电极(3)，第三电极(4)，电极保护层(5)，第一内部引线(6)，第二内部引线(7)，第三内部引线(8)，第一金属孔(9)，第二金属孔(10)，第三金属孔(11)；
电极保护层(5)覆盖在电极表面，电极分布在支撑物(1)表面，第一电极(2)和第二电极(3)组成测量电极对，第一电极(2)和第三电极(4)组成参比电极对，测量电极对和参比电极对共用第一电极(2)，第二电极(3)和第三电极(4)处在同一直线上且与第一电极(2)平行；支撑物分为5层，第一内部引线(6)位于支撑物的第二层，与第一电极(2)平行，两者通过第一金属孔(9)相连；第二内部引线(7)位于支撑物的第三层，与第二电极(3)平行，两者通过第二金属孔(10)相连；第三内部引线(8)位于支撑物的第四层，与第三电极(4)平行，两者通过第三金属孔(11)相连。
2.根据权利要求1所述的数字电容式液位测量传感器，其特征在于：
所述数据采集电路(20)中采用CDC转换芯片AD7746(12)，采集微控制器MC68HC908GZ16(13)，第一CAN收发器MC33388(14)，第一LIN收发器MC33399(15)；
采集微控制器MC68HC908GZ16(13)的PTE2引脚和CDC转换芯片AD7746(12)的SCL引脚相连，采集微控制器MC68HC908GZ16(13)的PTE3引脚和CDC转换芯片AD7746(12)的SDA引脚相连；采集微控制器MC68HC908GZ16(13)的PTC0/CANTX引脚和第一CAN收发器MC33388(14)的TX引脚相连，采集微控制器MC68HC908GZ16(13)的PTC1/CANRX引脚和第一CAN收发器MC33388(14)的RX引脚相连；采集微控制器MC68HC908GZ16(13)的PTE0/TXD引脚和第一LIN收发器MC33399(15)的TXD引脚相连，采集微控制器MC68HC908GZ16(13)的PTE1/RXD引脚和第一LIN收发器MC33399(15)的RXD引脚相连。
3.根据权利要求1或2所述的数字电容式液位测量传感器，其特征在于：
所述数据接收电路(21)中采用数据微控制器MC68HC908GZ16(16)，第二CAN收发器MC33388(17)，第二LIN收发器MC33399(18)；
数据微控制器MC68HC908GZ16(16)的PTC0/CANTX引脚和第二CAN收发器MC33388(17)的TX引脚相连，数据微控制器MC68HC908GZ16(16)的PTC1/CANRX引脚和第二CAN收发器MC33388(17)的RX引脚相连；数据微控制器MC68HC908GZ16(16)的PTE0/TXD引脚和第二LIN收发器MC33399(18)的TXD引脚相连，数据微控制器MC68HC908GZ16(16)的PTE1/RXD引脚和第二LIN收发器MC33399(18)的RXD引脚相连。
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