CN102288257A - 一种使用方波信号的液位检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种使用方波信号的液位检测装置，由液体容器、电极A、电极B、整形电路部分、单片机控制部分、各部分之间的连接线组成；电极A和电极B安装在液位容器侧面的适当位置，电极A通过导线与单片机控制部分连接，电极B通过导线与整形电路部分连接，整形电路通过导线与单片机控制部分连接。该装置能有效的避免测量时容器内水滴附着在电极上或者外界电磁场的干扰所产生的误导通而导致误测量现象的发生，具有较高的可靠性。

Description

一种使用方波信号的液位检测装置
技术领域
本发明涉及一种使用方波信号的液位检测装置，用以解决电极方式的液位检测问题。
背景技术
现有技术中，液位检测较为常用的一种方法是用一对导电不锈钢螺钉作为电极，将这对电极安装在容器内适当的位置，电极的一端接地，另一端连接至单片机的输入管脚。当容器中液位高度不足时，电极回路断开，此时连接至单片机的输入管脚为高电平。当液位高度到达电极安装位置时，电极回路导通，此时连接至单片机的输入管脚为低电平。这样单片机就可以根据连接至单片机的输入管脚电平的高低来判断液位是否达到指定的高度。
上述方法存在以下缺点：首先，测量时容器内水滴附着在电极上或者外界电磁场的干扰都有可能使电极产生误导通，影响液位检测的可靠性。其次，由于连接至单片机的输入管脚的信号未经过整形电路，单片机可能无法检测到该信号，造成液位检测失败。另外，该方法无法实现对具有不同导电性能液体的液位检测功能，功能单一。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺点，提供一种使用方波信号的液位检测装置。
本发明是通过以下技术方案来实现的：在被测容器侧面的适当位置安装一对不锈钢螺钉作为导电电极，将电极的一端连接至单片机的输出引脚，形成检测回路的发射端，另一电极通过整形电路连接至单片机的输入引脚，形成检测回路的接收端。测量时，在发射端加载方波信号，当容器中液位高度不足时，检测回路断开，接收端检测到的是低电平信号，当液位高度达到电极安装位置时，检测回路导通，此时接收端检测到是方波信号。接收端检测采用多次采样的方式进行确认，以保证装置检测的可靠性。整形电路中比较器中的输入参考电压值可调保证了该装置能适用于不同导电性能液体的液位检测。
本发明包括液位检测部分、整形电路部分和单片机控制部分，其结构由液体容器、电极A、电极B、整形电路部分、单片机控制部分、各部分之间的连接线组成；电极A和电极B安装在液位容器侧面的适当位置，电极A通过导线与单片机控制部分连接，电极B通过导线与整形电路部分连接，整形电路通过导线与单片机控制部分连接。
整形电路部分包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、电源VCC_5V、接地和比较器LM339，其中电阻R3一端和VCC_5V连接，一端和R4连接，R4另一端接地，R3，R4串联完成5V电压的分压。将R3和R4之间连线某点连接至比较器LM339的正向输入端，电极接收端接收的信号经过R1连接至比较器LM339的反向输入端。当正向输入端输入电压大于反向输入端输入电压时，比较器输出高电平，反之则输出低电平，比较器输出信号输入至单片机控制部分。当液位未到达电极位置时，反向输入端相当于断开，电平高于正向输入端，比较器输出低电平；反之当液位到达电极位置时，比较器输出端信号是一个与输入端方波电平相反的方波。由于不同液体的导电性不同，导致在测量时比较器LM339的反向输入端的电压值不同，此时可以通过调整电阻R4的阻值来调整比较器LM339的正向输入端的电压值，当正向输入端输入电压大于反向输入端输入电压时，比较器输出高电平，反之则输出低电平。由此可以实现对不同导电性液体的液位测量。
单片机控制部分包括：单片机控制部分包括单片机U1、电极连接插座P1、信号上拉电路R6、R7、整形电路信号输入管脚PD1、方波信号输出管脚PD5、单片机U1晶振电路Y1、C29、C30，单片机U1电源滤波电路C27、C28、电源VCC_5V和接地，电极连接插座P1的1脚将电极A和单片机30脚PD5信号连接起来，电极连接插座P1的2脚将电极B和整形电路的R1端连接起来，单片机控制部分的上拉电路R6，R7是用来保证来整形电路的比较器输出信号至单片机U1的PD1输入管脚的稳定性。单片机U1采用ATmega128-16AC,由Y1，C29，C30连接成的电路为单片机U1提供系统时钟，由C27，C28连接成的电路为单片机U1的工作电源提供滤波，防止外界干扰而导致工作电源不稳定。
单片机U1首先完成初始化，其主要目的是完成输入输出管脚、定时器的配置，设置引脚PD5为输出，引脚PD1输入。PD1产生方波作用于电极A形成发射端，在时刻A时开始单片机引脚PD5开始采集接收端电极B接收信号，连续采样5次至时间B为止，若采样得到有5个高电平的出现，则可以判断液位已经到达电极位置。如果5次采样均没有高电平的出现则说明液位未到达电极位置，系统继续检测。此处通过5次接收端信号的采集以保证液位检测的可靠性，排除短时误导通引起的误检测。
本发明的有益效果：
该装置能有效的避免测量时容器内水滴附着在电极上或者外界电磁场的干扰所产生的误导通而导致误测量现象的发生，具有较高的可靠性。
由于从电极接收端至单片机的输入管脚的信号经过整形电路，这样能保证检测接收信号的稳定输入单片机，所以该装置具有较好的稳定性。
该装置可以通过调整整形电路中比较器正向输入端的电压值来实现对具有不同导电性能液体的液位检测，检测对象多样化。
该装置结构简洁，成本低，适用场合较为广泛。
附图说明
图1为本发明方波信号液位检测装置的结构示意图。
图中：1、液体容器 2、电极A   3、电极B   4、液面位置  5、连接线  6、单片机控制部分7、连接线  8、整形电路部  9、连接线
图2为本发明控制电路原理图。
图3为本发明工作时序图。
图中：10、发射端方波   11、液面是否到达电极位置（高点平表示否，低电平表示是） 12、接收端电平信号   13、时间A    14、时间B。
图4为本发明控制程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对实施例作进一步的说明。
本发明包括液位检测部分、整形电路部分和单片机控制部分，其结构由液体容器、电极A、电极B、整形电路部分、单片机控制部分、各部分之间的连接线路组成；电极A和电极B安装在液位容器侧面的适当位置，电极A通过导线与单片机控制部分连接，电极B通过导线与整形电路部分连接，整形电路通过导线与单片机控制部分连接。
整形电路部分包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、电源VCC_5V、接地和比较器LM339，其中电阻R3一端和VCC_5V连接，一端和R4连接，R4另一端接地，R3，R4串联完成5V电压的分压。将R3和R4之间连线某点连接至比较器LM339的正向输入端，电极接收端接收的信号经过R1连接至比较器LM339的反向输入端。当正向输入端输入电压大于反向输入端输入电压时，比较器输出高电平，反之则输出低电平，比较器输出信号输入至单片机控制部分。当液位未到达电极位置时，反向输入端相当于断开，电平高于正向输入端，比较器输出低电平；反之当液位到达电极位置时，比较器输出端信号是一个与输入端方波电平相反的方波。由于不同液体的导电性不同，导致在测量时比较器LM339的反向输入端的电压值不同，此时可以通过调整电阻R4的阻值来调整比较器LM339的正向输入端的电压值，当正向输入端输入电压大于反向输入端输入电压时，比较器输出高电平，反之则输出低电平。由此可以实现对不同导电性液体的液位测量。
单片机控制部分包括：单片机U1、电极连接插座P1、信号上拉电路R6、R7、整形电路信号输入管脚PD1、方波信号输出管脚PD5、单片机U1晶振电路Y1、C29、C30，单片机U1电源滤波电路C27、C28、电源VCC_5V和接地，电极连接插座P1的1脚将电极A和单片机30脚PD5信号连接起来，电极连接插座P1的2脚将电极B和整形电路的R1端连接起来，单片机控制部分的上拉电路R6，R7是用来保证来整形电路的比较器输出信号至单片机U1的PD1输入管脚的稳定性。单片机U1采用ATmega128-16AC,由Y1，C29，C30连接成的电路为单片机U1提供系统时钟，由C27，C28连接成的电路为单片机U1的工作电源提供滤波，防止外界干扰而导致工作电源不稳定。
单片机U1首先完成初始化，其主要目的是完成输入输出管脚、定时器的配置，设置引脚PD5为输出，引脚PD1输入。PD1产生方波作用于电极A形成发射端，在时刻A时开始单片机引脚PD5开始采集接收端电极B接收信号，连续采样5次至时间B为止，若采样得到有5个高电平的出现，则可以判断液位已经到达电极位置。如果5次采样均没有高电平的出现则说明液位未到达电极位置，系统继续检测。此处通过5次接收端信号的采集以保证液位检测的可靠性，排除短时误导通引起的误检测。

Claims (3)

1.一种使用方波信号的液位检测装置，其特征是：所述装置由液体容器、电极A、电极B、整形电路部分、单片机控制部分、各部分之间的连接线组成；电极A和电极B安装在液位容器侧面的适当位置，电极A通过导线与单片机控制部分连接，电极B通过导线与整形电路部分连接，整形电路通过导线与单片机控制部分连接。
2.根据权利要求书1所述的一种使用方波信号的液位检测装置，其特征是：整形电路部分包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、电源VCC_5V、接地和比较器LM339，其中电阻R3一端和VCC_5V连接，一端和R4连接，R4另一端接地，R3，R4串联完成5V电压的分压。
3.根据权利要求书1所述的一种使用方波信号的液位检测装置，其特征是：单片机控制部分包括单片机U1、电极连接插座P1、信号上拉电路R6、R7、整形电路信号输入管脚PD1、方波信号输出管脚PD5、单片机U1晶振电路Y1、C29、C30，单片机U1电源滤波电路C27、C28、电源VCC_5V和接地，电极连接插座P1的1脚将电极A和单片机30脚PD5信号连接起来，电极连接插座P1的2脚将电极B和整形电路的R1端连接起来。
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