CN104359529B - 一种生化仪液面感应探测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电容式液面感应探测装置及其方法，属于液面技术领域。本发明仪器包括单片机最小系统、LED指示灯、555多谐振荡电路、采样针和电阻R，555多谐振荡电路的输出端与单片机最小系统的输入端连接，电阻R与单片机最小系统的输出端连接，另一端与LED指示灯的阳极连接，LED指示灯的阴极接地。采样针作为555多谐振荡电路中的电容C，当采样针短路时该电路的输出信号由脉动波变成了不脉动的定值波，单片机最小系统通过检测该信号的频率变化来判断采样针是否与液面接触。优点：该方法的原理新颖，结构简单，效果明显，可靠性高，可对微量级的液体进行正确检测并且成本低廉易于实现与推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容式液面感应探测装置及其方法，属于液面感应技术领域。
背景技术
近年来，随着电子技术和计算机技术的飞速发展，使得液面探测系统的结构和性能都有了很大的改进。目前，液面探测技术主要有非接触式和接触式2种技术。虽然非接触式液面探测技术，如超声波法、激光法等已日臻成熟，但其结构复杂，成本高昂，同时在软件设计上也增加了难度，难以在一般中小型工程中得到应用与推广。接触式液面探测技术主要有气压法、机械振动法、电阻法和电容法，其中气压法主要应用于一次性加样头；机械振动法适合于液体表面有泡沫和样本管盖有橡胶塞的情况；电阻法因需要电极与液体直接接触，增大了交叉污染的可能性且其两电极间的距离对探测系统测量精度影响较大；电容式液面探测技术由于原理简单、成本低并且易于实现是当前应用最为广泛的液面探测方法。
目前，电容式液面探测方法的原理主要是根据电容值的变化来判断是否接触液面，由于电容值的变化不大，其测量精度受最少探液量的影响较大，所以很难实现高可靠，高灵敏度的液面感应探测系统。目前也有通过输出信号脉冲宽度的变化判断采样针是否接触液面，但该装置的电路相对复杂，成本也较高，不易于应用与推广。
发明内容
本发明的目的在于：要提供一种高效，快速，微量，高精度，低携带污染物，且运行稳定，成本低廉的液面感应探测装置及其方法。
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种液面感应探测装置，其特征在于包括单片机最小系统、555多谐振荡电路、LED指示灯和电阻R；所述单片机最小系统设有信号输入输出口，所述单片机系统的输入口(9口)与555多谐振荡电路的输出端(3口)连接，所述单片机系统的输出口(10口)与电阻R的一端连接，所述电阻R的另一端与LED指示灯的阳极连接，LED指示灯的阴极接地；所述的555多谐振荡电路包括555定时器、电阻R1、R2、电容C1和采样针；所述采样针有两个等长度的金属套管组成，作为555多谐振荡电路中的电容C。
所述2个金属套管中间通过绝缘材质把它们分离，其相当于电容器的2个极板，其中外极板接地并和机壳连接起来；所述采样针内外金属套管一样长，其外表涂一层特氟龙材料，减少采样针外表面的液体携带量，防止污染。
所述555定时器的放电端(7口)与电阻R1、R2连接，电阻R1的另一端与555定时器的电压输入端(8口)和复位端(4口)共同接输入电压VDD，R2的另一端与采样针的内极板、555定时器的高触发端(6口)和低触发端(2口)连接，采样针的外极板与555定时器的接地端(1口)和电容C1的一端共同接地，电容C1的另一端与555定时器的控制电压端(5口)连接。
本发明要解决的第二个技术问题是根据上述装置所提供一种探测方法，对单片机最小系统进行初始化，当采样针未接触液面时，555多谐振荡电路的输出信号是周期为T的脉冲波，T＝0.7(R1+2R2)C；当采样针接触液体时，内外金属套管短路即C＝0，T＝0，此时555多谐振荡电路的输出信号由脉冲波变为幅值恒定的定值波；555多谐振荡电路的输出信号作为单片机最小系统的输入信号，单片机最小系统通过检测一定时间t内输入信号的脉冲个数a是否大于2来控制LED指示灯的亮灭，从而判断采样针是否与液面接触。
所述对单片机最小系统进行初始化，启动外部中断INT0，并使其工作在边沿触发方式；a＝0，P1.1＝0，LED灯处于熄灭状态。
所述555多谐振荡电路的输出信号是单片机外部中断INT0的输入信号，当INT0检测到输入信号的脉冲下降沿时中断被触发，执行中断程序a＝a+1。
所述单片机每隔时间t检测一次a的数值，当a的数值大于2时说明输入信号是脉冲信号，采样针未接触液面，此时，将a值置0，P1.1＝0保持不变，LED灯处于熄灭状态；当a的值小于2时说明输入信号是幅值恒定的定值波，此时采样针因接触液体而短路，单片机将P1.1口置1，LED灯亮。
所述单片机最小系统每隔时间t检测一次a的数值，输入信号的周期T＝0.7(R1+2R2)C，t是T的20～30倍，当采样针未检测到液面时，信号是脉冲信号，时间t内单片机最小系统能检测到20～30个脉冲信号，则a的值大于0。理论上当a＝0时，说明信号是幅值恒定的定值波，采样针检测到了液面；当a>0时，说明采样针未检测到液面，输入信号是脉冲信号。但为了提高准确度，减少误判，取数值2，用a与2的大小比较来判断采样针是否检测到液面。当然，由于信号是脉冲波时a的数值较大(20～30)，也可以用3或4，不会影响效果。
本发明的有益效果是只要有极其微量的液体使电容C短路，输出信号的波形立即由原来的脉动波变为不脉动的定值波，灵敏度高，反应迅速，不易受外界环境的干扰，可靠性高，与传统的根据电容值的变化来判断是否接触液面的电容式液面探测技术相比，具有高效，快速，微量，高精度、低成本的优点。
附图说明
附图1为本发明的示意图。
附图2为本发明的原理结构图。
附图3为本发明的电路原理图。
具体实施方式
结合附图1-3，一种生化仪的液面感应检测装置及方法，包括单片机最小系统、555多谐振荡电路、采样针、LED指示灯和电阻R，单片机最小系统设有信号输入输出口，555多谐振荡电路的输出端(3口)与单片机最小系统的输入口(9口)连接，电阻R的一端与单片机最小系统的输出口(10口)连接，电阻R的另一端与LED指示灯的阳极连接，LED指示灯的阴极接地。555多谐振荡电路包括555定时器、电阻R1、R2、电容C1和采样针，所述555定时器的放电端(7口)与电阻R1、R2连接，电阻R1的另一端与555定时器的电压输入端(8口)和复位端(4口)共同接输入电压VDD，R2的另一端与采样针的内极板、555定时器的高触发端(6口)和低触发端(2口)连接，采样针的外极板与555定时器的接地端(1口)和电容C1的一端共同接地，电容C1的另一端与555定时器的控制电压端(5口)连接。
所述采样针就是一个电容，它由内外2个金属套管组成，中间通过绝缘材质把它们分离，相当于电容器的2个极板，其中外极板接地并和机壳连接起来。采样针内外金属套管一样长，其外表面涂一层特氟龙材料，可以减少采样针外表面的液体携带量，防止污染。
对单片机最小系统进行初始化，启动外部中断INT0，并使其工作在边沿触发方式；a＝0，P1.1＝0，LED灯处于熄灭状态；555多谐振荡电路的输出信号是单片机外部中断INT0的输入信号，当INT0检测到输入信号的脉冲下降沿时中断被触发，执行中断程序a＝a+1。单片机每隔时间t检测一次a的数值，当a的数值大于2时说明输入信号是脉冲信号，采样针未接触液面，此时，将a值置0，P1.1＝0保持不变，LED灯处于熄灭状态；当a的值小于2时说明输入信号是幅值恒定的定值波，此时采样针因接触液体而短路，单片机将P1.1口置1，LED灯亮。
所述单片机最小系统每隔时间t检测一次a的数值，输入信号的周期T＝0.7(R1+2R2)C，t是T的20～30倍，当采样针未检测到液面时，信号是脉冲信号，时间t内单片机最小系统能检测到20～30个脉冲信号，则a的值大于0。理论上当a＝0时，说明信号是幅值恒定的定值波，采样针检测到了液面；当a>0时，说明采样针未检测到液面，输入信号是脉冲信号。但为了提高准确度，减少误判，取数值2，用a与2的大小比较来判断采样针是否检测到液面。当然，由于信号是脉冲波时a的数值较大(20～30)，也可以用3或4，不会影响效果。
本发明采用的工作原理：
当采样针未接触液面时，555多谐振荡电路的输出信号是周期为T的脉冲波，T＝0.7(R1+2R2)C；当采样针接触液体时，内外金属套管短路即C＝0，T＝0，此时555多谐振荡电路的输出信号是幅值恒定的定值波。555多谐振荡电路的输出信号作为单片机最小系统的输入信号，单片机最小系统通过检测一定时间t内输入信号的脉冲个数a是否大于2来控制LED指示灯的亮灭，从而判断采样针是否与液面接触。综上所述，本发明在采样针与液面接触时，t时间内检测到的脉冲个数a>2，效果十分明显。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (5)
1.一种液面感应探测装置，其特征在于：包括单片机最小系统、555多谐振荡电路、LED指示灯和电阻R；所述单片机最小系统设有信号输入输出口，所述单片机系统的输入口9口与555多谐振荡电路的输出端3口连接，所述单片机系统的输出口10口与电阻R的一端连接，所述电阻R的另一端与LED指示灯的阳极连接，LED指示灯的阴极接地；所述555多谐振荡电路包括555定时器、电阻R1、R2、电容C1和采样针；所述采样针有两个等长度的金属套管组成，作为555多谐振荡电路中的电容C；
所述555多谐振荡电路的输出信号是单片机外部中断INT0的输入信号，当INT0检测到输入信号的脉冲下降沿时中断被触发，执行中断程序a＝a+1；
所述单片机最小系统每隔时间t检测一次a的数值，当a的数值大于2时说明输入信号是脉冲信号，采样针未接触液面，此时，将a值置0，P1.1＝0保持不变，LED灯处于熄灭状态；当a的值小于2时说明输入信号是幅值恒定的定值波，此时采样针因接触液体而短路，单片机将P1.1口置1，LED灯亮；
所述2个金属套管中间通过绝缘材质把它们分离，其相当于电容器的2个极板，其中外极板接地并和机壳连接起来；所述采样针内外金属套管一样长，其外表涂一层特氟龙材料，减少采样针外表面的液体携带量，防止污染；
所述555定时器的放电端7口与电阻R1、R2连接，电阻R1的另一端与555定时器的电压输入端8口和复位端4口共同接输入电压VDD，R2的另一端与采样针的内极板、555定时器的高触发端6口和低触发端2口连接，采样针的外极板与555定时器的接地端1口和电容C1的一端共同接地，电容C1的另一端与555定时器的控制电压端5口连接。
2.一种应用权利要求1所述装置感应探测液面的方法，特征在于：对单片机最小系统进行初始化，当采样针未接触液面时，555多谐振荡电路的输出信号是周期为T的脉冲波，T＝0.7(R1+2R2)C；当采样针接触液体时，内外金属套管短路即C＝0，T＝0，此时555多谐振荡电路的输出信号由脉冲波变为幅值恒定的定值波；555多谐振荡电路的输出信号作为单片机最小系统的输入信号，单片机最小系统通过检测一定时间t内输入信号的脉冲个数a是否大于2来控制LED指示灯的亮灭，从而判断采样针是否与液面接触。
3.根据权利要求2所述的方法，特征在于，所述对单片机最小系统进行初始化，启动外部中断INT0，并使其工作在边沿触发方式；a＝0，P1.1＝0，LED灯处于熄灭状态。
4.根据权利要求2所述的方法，特征在于，所述555多谐振荡电路的输出信号是单片机外部中断INT0的输入信号，当INT0检测到输入信号的脉冲下降沿时中断被触发，执行中断程序a＝a+1。
5.根据权利要求2所述的方法，特征在于，所述单片机最小系统每隔时间t检测一次a的数值，当a的数值大于2时说明输入信号是脉冲信号，采样针未接触液面，此时，将a值置0，P1.1＝0保持不变，LED灯处于熄灭状态；当a的值小于2时说明输入信号是幅值恒定的定值波，此时采样针因接触液体而短路，单片机将P1.1口置1，LED灯亮。
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