CN104713615B - 一种排水管网液位检测装置的电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排水管网液位检测装置的电路包括单片机控制电路、信号发生电路和输出电路。单片机控制电路基本电路包括CPU、稳压电源模块电路、电压滤波模块电路、电压转换模块电路、串口下载程序模块电路、时钟模块电路、调试模块电路、启动模块电路和CAN收发模块电路；信号发生电路主要包括稳压电源电路、方波发生电路、正弦波发生电路、滤波电路和放大电路。输出电路包括谐振检测电路、电容检测电路和电压比较电路。本发明采用的元器件成熟可靠、成本低廉、来源丰富。

Description

一种排水管网液位检测装置的电路

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，涉及一种电路，具体涉及一种排水管网液位检测装置的电路。

背景技术

随着城市的飞速发展,城市排水已成为制约城市快速发展的瓶颈之一。城市排水主要针对城市现有排水设施，通过排水系统管网模型和实时监测数据，整体优化排水系统运行，提高泵站网络的综合运行效率、节能降耗，提高城市的预洪、防洪能力。因此，排水管网的检测装置是十分重要的。

在排水管网的检测中，液位检测是非常重要的一个方面。因为多数城市内涝的产生都是由于不能很好地监测排水管网的液位而产生的。液位检测的可靠性、及时性也变得至关重要。

发明内容

本发明的目的就是针对排水领域相关技术的不完整，提供一种可靠的、稳定的、可通信的排水管网水位检测装置的电路。

本发明一种排水管网液位检测装置的电路包括单片机控制电路、信号发生电路和输出电路。

单片机控制电路基本电路包括CPU、稳压电源模块电路、电压滤波模块电路、电压转换模块电路、串口下载程序模块电路、时钟模块电路、调试模块电路、启动模块电路和CAN收发模块电路；所述的CPU采用STM32F103Rc芯片；

所述稳压电源模块电路包括五个电容；其中第一滤波电容C7的一端、第二滤波电容C8的一端、第三滤波电容C9的一端、第四滤波电容C10的一端、第五滤波电容C11的一端都与电源VCC端连接，五个滤波电容的另外一端都接地。

所述电压滤波模块包括两个电容。其中第六滤波电容C14的一端、第七滤波电容C13的一端都与模拟电源AVCC的一端连接并接CPU的13脚，两个滤波电容的另外一端都接地模拟地AGND。

所述电压转换模块包括两个电容。其中第八滤波电容C15的一端与CPU的47脚连接，另一端接地。第九滤波电容C16的一端与CPU的31脚连接，另一端接地。

所述串口下载程序模块包括三个电阻和一个电容。第一分压电阻R5的一端与第二分压电阻R7的一端、第三分压电阻R8连接。第一分压电阻R5的另一端接电源VCC,第二分压电阻R7的另一端与CPU的管脚60连接。第一储能电容C12的一端与CPU的NRST接口相连，另一端与第三分压电阻R8的另一端连接并接地。

所述时钟模块包括一个晶振和两个电容；第一晶振Y1的一端与第二储能电容C1的一端连接，并与CPU的管脚6连接；第一晶振Y1的另一端与第三储能电容C2的一端连接，并与CPU的管脚5连接。第二储能电容C1的另一端、第三储能电容C2的另一端接地。

所述调试模块包括一个发光二极管和一个电阻。第四分压电阻R6的一端与CPU的PA15/JTDI引脚连接，另一端与发光二极管DS1的正极连接，发光二极管DS1的负极接地。

所述启动模块包括一个电阻。第一上拉电阻R9的一端与CPU的管脚28连接，另一端接地。

所述CAN收发模块包括四个电阻、四个电容、四个瞬态抑制二极管和CAN接口集成芯片U1；CAN接口集成芯片U1的型号为SN65HVD1050；第一瞬态抑制二极管TVS1的阳极、第二瞬态抑制二极管TVS2的阳极、第三瞬态抑制二极管TVS3的阳极、第四瞬态抑制二极管TVS4的阳极与十字热电偶的正极连接。第一瞬态抑制二极管TVS1的阴极、第二瞬态抑制二极管TVS2的阴极与CAN接口集成芯片U1的7脚连接。第三瞬态抑制二极管TVS3的阴极、第四瞬态抑制二极管TVS4的阴极与CAN接口集成芯片U1的6脚连接。CAN接口集成芯片U1的4脚与第二上拉电阻R1的一端连接，CAN接口集成芯片U1的1脚与第三上拉电阻R2的一端连接，第二上拉电阻R1的另一端与第三上拉电阻R2的另一端、第十六滤波电容C5一端、第十滤波电容C6的一端以及CAN接口集成芯片U1的管脚3连接并接+5V电源。第十六滤波电容C5另一端、第十滤波电容C6的另一端以及CAN接口集成芯片U1的管脚2连接并接地，CAN接口集成芯片U1的管脚5与第十一滤波电容C4的一端连接，第十一滤波电容C4的另一端接地，CAN接口集成芯片U1的管脚8悬空；

所述的CPU的12脚接数字地，CPU的18脚接地，19脚、64脚、48脚、32脚接VCC；CPU在本文中未提到的引脚皆架空；

接插件RJ1的4脚、5脚依次与CAN接口集成芯片U1的7脚、6脚连接，1脚、2脚、3脚、6脚、7脚、8脚接地；接插件RJ2的4脚、5脚依次与CAN接口集成芯片U1的7脚、6脚连接，1脚、2脚、3脚、6脚、7脚、8脚接地；接插件P_CANH1的1脚与CAN接口集成芯片U1的7脚连接，2脚与第四上拉电阻R3的一端连接，接插件P_CANL1的1脚与CAN接口集成芯片U1的6脚连接，2脚与第五上拉电阻R4的一端连接，第四上拉电阻R3的另一端与第五上拉电阻R4的另一端、第二十二滤波电容C3的一端连接，第二十二滤波电容C3的另一端接地；

此外还有外部供电接口JP1，管脚1接电源VCC，管脚2接模拟电源AVCC，管脚3接VEE，管脚4接地。供电接口JP2，管脚1接电源VCC，管脚2接CPU的管脚46,管脚3接CPU的管脚49，管脚4接地。

信号发生电路包括稳压电源电路、方波发生电路、正弦波发生电路、滤波电路和放大电路。

所述稳压电源电路包括两个电容。第十二滤波电容C27的一端与第十三滤波电容C28的一端相连并接电源VCC，第十二滤波电容C27与第十三滤波电容C28的另一端相连并接地。

所述方波发生电路包括一个无源晶振和一个电容。第十四滤波电容C36的一端与无源晶振X17的4脚相连接并接电源VCC，第十四滤波电容C36的另一端与无源晶振X17的管脚2相连接并接地，无源晶振X17的管脚1架空。

所述正弦波发生电路包括一个9833芯片U19、两个电容。第十五滤波电容C26的一端与9833芯片U19的管脚1相连接，第十五滤波电容C26的另一端、9833芯片U19的管脚2相连接并接电源VCC。第二十三滤波电容C33的一端与9833芯片U19的管脚3相连接，第二十三滤波电容C33的另一端、9833芯片U19的管脚4相连接并接地。9833芯片U19的管脚5与无源晶振X17的管脚3相连接。9833芯片U19的9脚接地。9833芯片U19的管脚6、管脚7、管脚8分别与CPU的管脚36、管脚34、管脚33相连接。

所述滤波电路包括两个电阻、五个电容和两个电感。第一滤波电阻R33的一端、第十七滤波电容C35的一端以及9833芯片U19的管脚10相连接。第一滤波电阻R33的另一端与第十七滤波电容C35的另一端接地。第十八滤波电容C30的一端与第十九滤波电容C31的一端、第二十滤波电容C34的一端、第一滤波电感L18的一端、第二滤波电感L19的一端连接，第十八滤波电容C30的另一端与第一滤波电感L18的另一端、9833芯片U19的管脚10连接。第二滤波电感L19的另一端与第十九滤波电容C31的另一端、第二十一滤波电容C32的一端、第二滤波电阻R32的一端、第一耦合电容C29的一端连接。第二十滤波电容C34的另一端、第二十一滤波电容C32的另一端以及第二滤波电阻R32的另一端接地。

所述放大电路包括两个电阻、一个电容、一个运算放大器；所述的运算放大器P18的型号为EL5100W；

第二十七滤波电容C25的一端与第三滤波电阻R30的一端、第四滤波电阻R31的一端、运算放大器P18的反向输入端IN-管脚相连接，第二十七滤波电容C25的另一端与第三滤波电阻R30的另一端、运算放大器P18的输出端0管脚相连接。第四滤波电阻R31与运算放大器P18的EN管脚相连接并接地。运算放大器P18的同向端IN+与第一耦合电容C29相连接。运算放大器P18的V+管脚接电源VCC，运算放大器P18的V-管脚接电源VEE，

输出电路包括谐振检测电路、电容检测电路和电压比较电路。

所述谐振检测电路包括八个电阻、四个电容、两个比较器模块、一个异或门模块和一个电感，其中比较器U17A和比较器U17B的型号为LM2903DR2，异或门U18B的型号为MC74AC86D；

所述的第十七分压电阻R26的一端与第三滤波电感L17的一端、运算放大器P18的输出端O管脚相连接，第十七分压电阻R26的另一端与比较器U17B的管脚5相连接，第五分压电阻R29的一端与比较器U17B的管脚6相连接，第五分压电阻R29的另一端接地，第三滤波电感L17的另一端与被测电容P17的管脚2相连接。比较器U17B的管脚7与第六分压电阻R28连接，第六分压电阻R28的另一端与异或门U18B的管脚4相连接。比较器U17B的管脚4和管脚8架空。

比较器U17A的管脚2接地，第七分压电阻R22的一端与比较器U17A的管脚3、被测电容P17的管脚1相连接，第七分压电阻R22另一端与比较器U17A的管脚4相连接并接地；比较器U17A的管脚8接电源VCC。比较器U17A的管脚1与第八分压电阻R20的一端相连接，第八分压电阻R20的另一端与异或门U18B的管脚5相连接。

第二十八滤波电容C21的一端、第九分压电阻R23的一端以及CPU的管脚14相连接，第九分压电阻R23的另一端与第二十九滤波电容C22的一端、第十分压电阻R24的一端相连接，第十分压电阻R24的另一端与第三十滤波电容C23的一端、第十一分压电阻R25的一端相连接，第十一分压电阻R25的另一端与异或门U18B的管脚6相连接。第二十八滤波电容C21的另一端、第二十九滤波电容C22的另一端以及第三十滤波电容C23的另一端相连接并接地。

所述电容检测电路包括三个电阻和三个电容。第三十一滤波电容C17的一端与第十二分压电阻R17的一端、CPU的管脚15相连接，第十二分压电阻R17的另一端与第三十二滤波电容C18的一端、第十三分压电阻R18的一端相连接，第十三分压电阻R18的另一端与第三十三滤波电容C19的一端、第十四分压电阻R19的一端相连接，第十四分压电阻R19的另一端与比较器U17A的管脚1相连接。

所述电压比较电路包括两个异或门、两个电阻和两个电容，异或门U18A和异或门U18C的型号为MC74AC86D；异或门U18A的管脚1接地，异或门U18A的管脚2接电源VCC。第十五分压电阻R21的一端与第三十四滤波电容C20的一端、CPU的管脚16连接。第三十四滤波电容C20的另一端接地，第十五分压电阻R21的另一端与异或门U18A的管脚3相连接。异或门U18C的管脚9、管脚10相连接并接地。第十六分压电阻R27的一端与第三十五滤波电容C24的一端、CPU的管脚17相连接。第三十五滤波电容C24的另一端接地，第十六分压电阻R27的另一端与异或门U18C的管脚8相连接。

本发明设计的检测电路，采用非接触式的方法检测排水管网的水位，排除了管网内部复杂多变的环境对监测数据的干扰，更加可靠。在管网外部加装电容极板的方法简单易操作，通过电位法并作精细滤波后测得的电容值能精确检测管网水位，达到理想的效果。本发明采用的元器件成熟可靠、成本低廉、来源丰富。

附图说明

图1是本发明的RAM板基本电路部分中的CPU、稳压电源模块电路、电压滤波模块电路、电压转换模块电路、串口下载程序模块电路、时钟模块电路、调试模块电路和启动模块电路部分；

图2是发明的RAM板基本电路部分中的CAN收发模块电路部分；

图3是供电接口JP1图；

图4是供电接口JP2图；

图5信号发生电路图；

图6输出电路图。

具体实施方式

下面结合原理图和具体操作实施对本发明作进一步说明，以帮助相关领域的科研工作者对本发明的思想有一个更加深刻的理解。

如图1所示，一种排水管网液位检测装置的电路包括单片机控制电路、信号发生电路和输出电路。

单片机控制电路基本电路包括CPU、稳压电源模块电路、电压滤波模块电路、电压转换模块电路、串口下载程序模块电路、时钟模块电路、调试模块电路、启动模块电路和CAN收发模块电路；所述的CPU采用STM32F103Rc芯片；

所述稳压电源模块电路包括五个电容。其中第一滤波电容C7的一端、第二滤波电容C8的一端、第三滤波电容C9的一端、第四滤波电容C10的一端、第五滤波电容C11的一端都与电源VCC端连接，五个滤波电容的另外一端都接地。

所述电压滤波模块包括两个电容。其中第六滤波电容C14的一端、第七滤波电容C13的一端都与模拟电源AVCC的一端连接并接CPU的13脚，两个滤波电容的另外一端都接地模拟地AGND。

所述电压转换模块包括两个电容。其中第八滤波电容C15的一端与CPU的47脚连接，另一端接地。第九滤波电容C16的一端与CPU的31脚连接，另一端接地。

所述串口下载程序模块包括三个电阻和一个电容。第一分压电阻R5的一端与第二分压电阻R7的一端、第三分压电阻R8连接。第一分压电阻R5的另一端接电源VCC,第二分压电阻R7的另一端与CPU的管脚60连接。第一储能电容C12的一端与CPU的NRST接口相连，另一端与第三分压电阻R8的另一端连接并接地。

所述时钟模块包括一个晶振和两个电容；第一晶振Y1的一端与第二储能电容C1的一端连接，并与CPU的管脚6连接；第一晶振Y1的另一端与第三储能电容C2的一端连接，并与CPU的管脚5连接。第二储能电容C1的另一端、第三储能电容C2的另一端接地。

所述调试模块包括一个发光二极管和一个电阻。第四分压电阻R6的一端与CPU的PA15/JTDI引脚连接，另一端与发光二极管DS1的正极连接，发光二极管DS1的负极接地。

所述启动模块包括一个电阻。第一上拉电阻R9的一端与CPU的管脚28连接，另一端接地。

如图2所示，所述CAN收发模块包括四个电阻、四个电容、四个瞬态抑制二极管和CAN接口集成芯片U1；CAN接口集成芯片U1的型号为SN65HVD1050；第一瞬态抑制二极管TVS1的阳极、第二瞬态抑制二极管TVS2的阳极、第三瞬态抑制二极管TVS3的阳极、第四瞬态抑制二极管TVS4的阳极与十字热电偶的正极连接。第一瞬态抑制二极管TVS1的阴极、第二瞬态抑制二极管TVS2的阴极与CAN接口集成芯片U1的7脚连接。第三瞬态抑制二极管TVS3的阴极、第四瞬态抑制二极管TVS4的阴极与CAN接口集成芯片U1的6脚连接。CAN接口集成芯片U1的4脚与第二上拉电阻R1的一端连接，CAN接口集成芯片U1的1脚与第三上拉电阻R2的一端连接，第二上拉电阻R1的另一端与第三上拉电阻R2的另一端、第十六滤波电容C5一端、第十滤波电容C6的一端以及CAN接口集成芯片U1的管脚3连接并接+5V电源。第十六滤波电容C5另一端、第十滤波电容C6的另一端以及CAN接口集成芯片U1的管脚2连接并接地，CAN接口集成芯片U1的管脚5与第十一滤波电容C4的一端连接，第十一滤波电容C4的另一端接地，CAN接口集成芯片U1的管脚8悬空；

所述的CPU的12脚接数字地，CPU的18脚接地，19脚、64脚、48脚、32脚接VCC；CPU在本文中未提到的引脚皆架空；

如图2所示，RJ1的4脚、5脚依次与CAN接口集成芯片U1的7脚、6脚连接，1脚、2脚、3脚、6脚、7脚、8脚接地；接插件RJ2的4脚、5脚依次与CAN接口集成芯片U1的7脚、6脚连接，1脚、2脚、3脚、6脚、7脚、8脚接地；接插件P_CANH1的1脚与CAN接口集成芯片U1的7脚连接，2脚与第四上拉电阻R3的一端连接，接插件P_CANL1的1脚与CAN接口集成芯片U1的6脚连接，2脚与第五上拉电阻R4的一端连接，第四上拉电阻R3的另一端与第五上拉电阻R4的另一端、第二十二滤波电容C3的一端连接，第二十二滤波电容C3的另一端接地；

如图3、如图4所示，此外还有外部供电接口JP1，管脚1接电源VCC，管脚2接模拟电源AVCC，管脚3接VEE，管脚4接地。供电接口JP2，管脚1接电源VCC，管脚2接CPU的管脚46,管脚3接CPU的管脚49，管脚4接地。

如图5所示，信号发生电路包括稳压电源电路、方波发生电路、正弦波发生电路、滤波电路和放大电路。

所述稳压电源电路包括两个电容。第十二滤波电容C27的一端与第十三滤波电容C28的一端相连并接电源VCC，第十二滤波电容C27与第十三滤波电容C28的另一端相连并接地。

所述方波发生电路包括一个无源晶振和一个电容。第十四滤波电容C36的一端与无源晶振X17的4脚相连接并接电源VCC，第十四滤波电容C36的另一端与无源晶振X17的管脚2相连接并接地，无源晶振X17的管脚1架空。

所述正弦波发生电路包括一个9833芯片U19、两个电容。第十五滤波电容C26的一端与9833芯片U19的管脚1相连接，第十五滤波电容C26的另一端、9833芯片U19的管脚2相连接并接电源VCC。第二十三滤波电容C33的一端与9833芯片U19的管脚3相连接，第二十三滤波电容C33的另一端、9833芯片U19的管脚4相连接并接地。9833芯片U19的管脚5与无源晶振X17的管脚3相连接。9833芯片U19的9脚接地。9833芯片U19的管脚6、管脚7、管脚8分别与CPU的管脚36、管脚34、管脚33相连接。

所述滤波电路包括两个电阻、五个电容和两个电感。第一滤波电阻R33的一端、第十七滤波电容C35的一端以及9833芯片U19的管脚10相连接。第一滤波电阻R33的另一端与第十七滤波电容C35的另一端接地。第十八滤波电容C30的一端与第十九滤波电容C31的一端、第二十滤波电容C34的一端、第一滤波电感L18的一端、第二滤波电感L19的一端连接，第十八滤波电容C30的另一端与第一滤波电感L18的另一端、9833芯片U19的管脚10连接。第二滤波电感L19的另一端与第十九滤波电容C31的另一端、第二十一滤波电容C32的一端、第二滤波电阻R32的一端、第一耦合电容C29的一端连接。第二十滤波电容C34的另一端、第二十一滤波电容C32的另一端以及第二滤波电阻R32的另一端接地。

所述放大电路包括两个电阻、一个电容、一个运算放大器；所述的运算放大器P18的型号为EL5100W；

第二十七滤波电容C25的一端与第三滤波电阻R30的一端、第四滤波电阻R31的一端、运算放大器P18的反向输入端IN-管脚相连接，第二十七滤波电容C25的另一端与第三滤波电阻R30的另一端、运算放大器P18的输出端0管脚相连接。第四滤波电阻R31与运算放大器P18的EN管脚相连接并接地。运算放大器P18的同向端IN+与第一耦合电容C29相连接。运算放大器P18的V+管脚接电源VCC，运算放大器P18的V-管脚接电源VEE。

如图6所示，输出电路包括谐振检测电路、电容检测电路和电压比较电路。

所述谐振检测电路包括八个电阻、四个电容、两个比较器模块、一个异或门模块和一个电感，其中比较器U17A和比较器U17B的型号为LM2903DR2，异或门U18B的型号为MC74AC86D；

所述的第十七分压电阻R26的一端与第三滤波电感L17的一端、运算放大器P18的输出端O管脚相连接，第十七分压电阻R26的另一端与比较器U17B的管脚5相连接，第五分压电阻R29的一端与比较器U17B的管脚6相连接，第五分压电阻R29的另一端接地，第三滤波电感L17的另一端与被测电容P17的管脚2相连接。比较器U17B的管脚7与第六分压电阻R28连接，第六分压电阻R28的另一端与异或门U18B的管脚4相连接。比较器U17B的管脚4和管脚8架空。

比较器U17A的管脚2接地，第七分压电阻R22的一端与比较器U17A的管脚3、被测电容P17的管脚1相连接，第七分压电阻R22另一端与比较器U17A的管脚4相连接并接地；比较器U17A的管脚8接电源VCC。比较器U17A的管脚1与第八分压电阻R20的一端相连接，第八分压电阻R20的另一端与异或门U18B的管脚5相连接。

第二十八滤波电容C21的一端、第九分压电阻R23的一端以及CPU的管脚14相连接，第九分压电阻R23的另一端与第二十九滤波电容C22的一端、第十分压电阻R24的一端相连接，第十分压电阻R24的另一端与第三十滤波电容C23的一端、第十一分压电阻R25的一端相连接，第十一分压电阻R25的另一端与异或门U18B的管脚6相连接。第二十八滤波电容C21的另一端、第二十九滤波电容C22的另一端以及第三十滤波电容C23的另一端相连接并接地。

所述电容检测电路包括三个电阻和三个电容；第三十一滤波电容C17的一端与第十二分压电阻R17的一端、CPU的管脚15相连接，第十二分压电阻R17的另一端与第三十二滤波电容C18的一端、第十三分压电阻R18的一端相连接，第十三分压电阻R18的另一端与第三十三滤波电容C19的一端、第十四分压电阻R19的一端相连接，第十四分压电阻R19的另一端与比较器U17A的管脚1相连接。

所述电压比较电路包括两个异或门、两个电阻和两个电容，异或门U18A和异或门U18C的型号为MC74AC86D。异或门U18A的管脚1接地，异或门U18A的管脚2接电源VCC。第十五分压电阻R21的一端与第三十四滤波电容C20的一端、CPU的管脚16连接。第三十四滤波电容C20的另一端接地，第十五分压电阻R21的另一端与异或门U18A的管脚3相连接。异或门U18C的管脚9、管脚10相连接并接地。第十六分压电阻R27的一端与第三十五滤波电容C24的一端、CPU的管脚17相连接。第三十五滤波电容C24的另一端接地，第十六分压电阻R27的另一端与异或门U18C的管脚8相连接。

工作过程：

排水管网液位检测装置的电路基本工作流程如下，电路上电后，上拉电阻R9给单片机控制芯片U2注入电流，稳压电源电路对的滤波电容对电源电压进行滤波，给单片机控制芯片U2注入电压，晶振电路给单片机控制芯片U2提供运行时钟，串口下载程序模块开始下载程序，单片机控制芯片U2开始运作，发光二极管DS1亮，CAN收发电路通过CAN总线协议收发数据。无源晶振X17的管脚3输出一个方波信号给信号发生器U10的管脚5，单片机产生控制信号和波形参数，通过串行接口将数据传送到9833芯片U10，经U10的管脚10输出的正弦波信号在经过低通滤波后输出。由于9833不具备调幅功能，因此在电路中加入后级运算放大器对信号的幅值进行必要的调节和控制。正弦信号经过滤波电路的滤波输出，经过耦合电容C29输入运算放大器的同相输入端IN+。将运算放大器P18的输出端O与反相输入端IN-通过并联在一起的滤波电容C25和反馈电阻R30连接，形成一种负反馈。输出端O输出放大后的正弦波信号，正弦波信号经过分压电阻R26输入比较器U17B的同相输入端管脚5，比较器U17B将正弦波信号转化成为方波信号，经过分压电阻R28的延时输入到异或门U18的端口4；另一方面输出的正弦波信号经过电感L17和被测电容P17的作用后，输入到比较器U17A的同相输入端管脚3，比较器U17A将正弦波信号转化成为方波信号。当反馈电阻R22、电感L17、被测电容P17以及作用在其上的正弦波信号频率到达谐振要求时，反馈电阻R22、电感L17以及被测电容P17以及形成一个RLC串联谐振电路。从RLC串联谐振电路输出的正弦波信号输入比较器U17A的同相输入端3，比较器U17A将正弦波信号转化成为方波信号，方波信号经过分压电阻R20延时输入到异或门U18B的管脚5。异或门U18A将以上两者方波信号进行比较，再经过滤波电路输出所需的信号，若该信号为低电平，则RLC串联电路发生谐振；若该信号为方波信号或是高电平，则RLC串联电路未发生谐振。由于经过电感L17、被测电容P17作用后的，方波信号可能超前或是滞后，所以可以调整频率，使电感L17、被测电容P17谐振，可计算出被测电容P17的值。

异或门U18A的管脚1、管脚2分别接地、电源VCC，根据异或门的工作原理，输出端管脚3始终输出高电平，经过分压电阻R21和滤波电容C20进行滤波输出，异或门U18C的管脚9和管脚10接地，根据异或门的工作原理，输出端管脚8始终输出低电平，经过分压电阻R27和滤波电容C24进行滤波输出。以上输出的低电平、方波信号或是高电平都介于此处的高电平和低电平之间。可判断所得的测量值是否有效。

从比较器U17A输出的方波信号经过滤波电路滤波输出，可判断电路是否正常启动工作。

Claims (1)

1.一种排水管网液位检测装置的电路，包括单片机控制电路、信号发生电路和输出电路；

其特征在于：单片机控制电路基本电路包括CPU、稳压电源模块电路、电压滤波模块电路、电压转换模块电路、串口下载程序模块电路、时钟模块电路、调试模块电路、启动模块电路和CAN收发模块电路；所述的CPU采用STM32F103Rc芯片；

所述稳压电源模块电路包括五个电容；其中第一滤波电容C7的一端、第二滤波电容C8的一端、第三滤波电容C9的一端、第四滤波电容C10的一端、第五滤波电容C11的一端都与电源VCC端连接，五个滤波电容的另外一端都接地；

所述电压滤波模块包括两个电容；其中第六滤波电容C14的一端、第七滤波电容C13的一端都与模拟电源AVCC的一端连接并接CPU的13脚，两个滤波电容的另外一端都接地模拟地AGND；

所述电压转换模块包括两个电容；其中第八滤波电容C15的一端与CPU的47脚连接，另一端接地；第九滤波电容C16的一端与CPU的31脚连接，另一端接地；

所述串口下载程序模块包括三个电阻和一个电容；第一分压电阻R5的一端与第二分压电阻R7的一端、第三分压电阻R8连接；第一分压电阻R5的另一端接电源VCC,第二分压电阻R7的另一端与CPU的管脚60连接；第一储能电容C12的一端与CPU的NRST接口相连，另一端与第三分压电阻R8的另一端连接并接地；

所述时钟模块包括一个晶振和两个电容；第一晶振Y1的一端与第二储能电容C1的一端连接，并与CPU的管脚6连接；第一晶振Y1的另一端与第三储能电容C2的一端连接，并与CPU的管脚5连接；第二储能电容C1的另一端、第三储能电容C2的另一端接地；

所述调试模块包括一个发光二极管和一个电阻；第四分压电阻R6的一端与CPU的PA15/JTDI引脚连接，另一端与发光二极管DS1的正极连接，发光二极管DS1的负极接地；

所述启动模块包括一个电阻；第一上拉电阻R9的一端与CPU的管脚28连接，另一端接地；

所述CAN收发模块包括四个电阻、四个电容、四个瞬态抑制二极管和CAN接口集成芯片U1；CAN接口集成芯片U1的型号为SN65HVD1050；第一瞬态抑制二极管TVS1的阳极、第二瞬态抑制二极管TVS2的阳极、第三瞬态抑制二极管TVS3的阳极、第四瞬态抑制二极管TVS4的阳极与十字热电偶的正极连接；第一瞬态抑制二极管TVS1的阴极、第二瞬态抑制二极管TVS2的阴极与CAN接口集成芯片U1的7脚连接；第三瞬态抑制二极管TVS3的阴极、第四瞬态抑制二极管TVS4的阴极与CAN接口集成芯片U1的6脚连接；CAN接口集成芯片U1的4脚与第二上拉电阻R1的一端连接，CAN接口集成芯片U1的1脚与第三上拉电阻R2的一端连接，第二上拉电阻R1的另一端与第三上拉电阻R2的另一端、第十六滤波电容C5一端、第十滤波电容C6的一端以及CAN接口集成芯片U1的管脚3连接并接+5V电源；第十六滤波电容C5另一端、第十滤波电容C6的另一端以及CAN接口集成芯片U1的管脚2连接并接地，CAN接口集成芯片U1的管脚5与第十一滤波电容C4的一端连接，第十一滤波电容C4的另一端接地，CAN接口集成芯片U1的管脚8悬空；

所述的CPU的12脚接模拟地，CPU的18脚接数字地，19脚、64脚、48脚、32脚接VCC；CPU在本文中未提到的引脚皆架空；

接插件RJ1的4脚、5脚依次与CAN接口集成芯片U1的7脚、6脚连接，1脚、2脚、3脚、6脚、7脚、8脚接地；接插件RJ2的4脚、5脚依次与CAN接口集成芯片U1的7脚、6脚连接，1脚、2脚、3脚、6脚、7脚、8脚接地；接插件P_CANH1的1脚与CAN接口集成芯片U1的7脚连接，2脚与第四上拉电阻R3的一端连接，接插件P_CANL1的1脚与CAN接口集成芯片U1的6脚连接，2脚与第五上拉电阻R4的一端连接，第四上拉电阻R3的另一端与第五上拉电阻R4的另一端、第二十二滤波电容C3的一端连接，第二十二滤波电容C3的另一端接地；

此外还有外部供电接口JP1，管脚1接电源VCC，管脚2接模拟电源AVCC，管脚3接VEE，管脚4接地；供电接口JP2，管脚1接电源VCC，管脚2接CPU的管脚46,管脚3接CPU的管脚49，管脚4接地；

信号发生电路包括稳压电源电路、方波发生电路、正弦波发生电路、滤波电路和放大电路；

所述稳压电源电路包括两个电容；第十二滤波电容C27的一端与第十三滤波电容C28的一端相连并接电源VCC，第十二滤波电容C27与第十三滤波电容C28的另一端相连并接地；

所述方波发生电路包括一个无源晶振和一个电容；第十四滤波电容C36的一端与无源晶振X17的4脚相连接并接电源VCC，第十四滤波电容C36的另一端与无源晶振X17的管脚2相连接并接地，无源晶振X17的管脚1架空；

所述正弦波发生电路包括一个9833芯片U19、两个电容；第十五滤波电容C26的一端与9833芯片U19的管脚1相连接，第十五滤波电容C26的另一端、9833芯片U19的管脚2相连接并接电源VCC；第二十三滤波电容C33的一端与9833芯片U19的管脚3相连接，第二十三滤波电容C33的另一端、9833芯片U19的管脚4相连接并接地；9833芯片U19的管脚5与无源晶振X17的管脚3相连接；9833芯片U19的9脚接地；9833芯片U19的管脚6、管脚7、管脚8分别与CPU的管脚36、管脚34、管脚33相连接；

所述滤波电路包括两个电阻、五个电容和两个电感；第一滤波电阻R33的一端、第十七滤波电容C35的一端以及9833芯片U19的管脚10相连接；第一滤波电阻R33的另一端与第十七滤波电容C35的另一端接地；第十八滤波电容C30的一端与第十九滤波电容C31的一端、第二十滤波电容C34的一端、第一滤波电感L18的一端、第二滤波电感L19的一端连接，第十八滤波电容C30的另一端与第一滤波电感L18的另一端、9833芯片U19的管脚10连接；第二滤波电感L19的另一端与第十九滤波电容C31的另一端、第二十一滤波电容C32的一端、第二滤波电阻R32的一端、第一耦合电容C29的一端连接；第二十滤波电容C34的另一端、第二十一滤波电容C32的另一端以及第二滤波电阻R32的另一端接地；

所述放大电路包括两个电阻、一个电容、一个运算放大器；所述的运算放大器P18的型号为EL5100W；

第二十七滤波电容C25的一端与第三滤波电阻R30的一端、第四滤波电阻R31的一端、运算放大器P18的反向输入端IN-管脚相连接，第二十七滤波电容C25的另一端与第三滤波电阻R30的另一端、运算放大器P18的输出端0管脚相连接；第四滤波电阻R31与运算放大器P18的EN管脚相连接并接地；运算放大器P18的同向端IN+与第一耦合电容C29相连接；运算放大器P18的V+管脚接电源VCC，运算放大器P18的V-管脚接电源VEE，

输出电路包括谐振检测电路、电容检测电路和电压比较电路；

所述谐振检测电路包括八个电阻、四个电容、两个比较器模块、一个异或门模块和一个电感，其中比较器U17A和比较器U17B的型号为LM2903DR2，异或门U18B的型号为MC74AC86D；

第十七分压电阻R26的一端与第三滤波电感L17的一端、运算放大器P18的输出端O管脚相连接，第十七分压电阻R26的另一端与比较器U17B的管脚5相连接，第五分压电阻R29的一端与比较器U17B的管脚6相连接，第五分压电阻R29的另一端接地，第三滤波电感L17的另一端与被测电容P17的管脚2相连接；比较器U17B的管脚7与第六分压电阻R28连接，第六分压电阻R28的另一端与异或门U18B的管脚4相连接；比较器U17B的管脚4和管脚8架空；

比较器U17A的管脚2接地，第七分压电阻R22的一端与比较器U17A的管脚3、被测电容P17的管脚1相连接，第七分压电阻R22另一端与比较器U17A的管脚4相连接并接地；比较器U17A的管脚8接电源VCC；比较器U17A的管脚1与第八分压电阻R20的一端相连接，第八分压电阻R20的另一端与异或门U18B的管脚5相连接；

第二十八滤波电容C21的一端、第九分压电阻R23的一端以及CPU的管脚14相连接，第九分压电阻R23的另一端与第二十九滤波电容C22的一端、第十分压电阻R24的一端相连接，第十分压电阻R24的另一端与第三十滤波电容C23的一端、第十一分压电阻R25的一端相连接，第十一分压电阻R25的另一端与异或门U18B的管脚6相连接；第二十八滤波电容C21的另一端、第二十九滤波电容C22的另一端以及第三十滤波电容C23的另一端相连接并接地；

所述电容检测电路包括三个电阻和三个电容；第三十一滤波电容C17的一端与第十二分压电阻R17的一端、CPU的管脚15相连接，第十二分压电阻R17的另一端与第三十二滤波电容C18的一端、第十三分压电阻R18的一端相连接，第十三分压电阻R18的另一端与第三十三滤波电容C19的一端、第十四分压电阻R19的一端相连接，第十四分压电阻R19的另一端与比较器U17A的管脚1相连接；

所述电压比较电路包括两个异或门、两个电阻和两个电容，异或门U18A和异或门U18C的型号为MC74AC86D；异或门U18A的管脚1接地，异或门U18A的管脚2接电源VCC；第十五分压电阻R21的一端与第三十四滤波电容C20的一端、CPU的管脚16连接；第三十四滤波电容C20的另一端接地，第十五分压电阻R21的另一端与异或门U18A的管脚3相连接；异或门U18C的管脚9、管脚10相连接并接地；第十六分压电阻R27的一端与第三十五滤波电容C24的一端、CPU的管脚17相连接；第三十五滤波电容C24的另一端接地，第十六分压电阻R27的另一端与异或门U18C的管脚8相连接。