CN109163742A - 一种无磁传感计量电路及方法 - Google Patents

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周千智
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Abstract

本发明公开了一种无磁传感计量电路及方法，该电路包括谐振电路、开关电路、比较器、参考电压电路以及单片机。该方法包括将两个谐振电路中的电感置于叶轮上方检测叶轮的转动，按照预定周期采集所述谐振电路的谐振波形，将谐振电路产生的谐振波形与参考电压进行比较得到方波波形，采集每个周期方波波形中的方波个数N，通过比较两个谐振电路方波个数N的差值N3的变化量△N3来判断叶轮是否转一周。本发明通过比较器将谐振电路产生的谐振波形与参考电压进行比较得到方波波形，通过单片机采集每个周期方波波形中的方波个数N，不需要选择带有旋转扫描接口(SCAN IF)的单片机，然后再通过N变化的数值△N来判断叶轮是否转一周，节约了生产成本。

Description

一种无磁传感计量电路及方法
技术领域
本发明涉及无磁计量技术领域，尤其是涉及一种无磁传感计量电路及方法。
背景技术
无磁计量技术是把一个谐振回路中的电感置于叶轮的上方可以检测到叶轮的转动，叶轮的一半敷有铜或其他有阻尼性的金属。由电感在叶轮上方的位置决定谐振回路的阻尼系数，电感位于区域a时，回路的阻尼系数高于电感位于区域b时。通过测量谐振回路的不同阻尼系数，可以实现对转动的测量。
现有技术中，将两个电感位于叶轮上方不同区域时产生不同的振荡波形，通过TI(德州仪器)的单片机MSP430FW42x内部的旋转扫描接口(SCAN IF)采用振荡测试法把不同的衰减幅度的振荡波形转换为数字信号进行测量。这种方法分别把两个电感检测到的的减幅系数表示为L和H。从一个电感从L变到H(另一个电感从H变到L)，即为叶轮旋转一圈，按此方法技术可以得叶轮旋转的圈数，达到计量的目的。当此技术使用单片机类型受限，只能选择带有旋转扫描接口(SCAN IF)的单片机，使用受限，且带有旋转扫描接口(SCAN IF)的单片机价格相对于没有扫描接口(SCAN IF)价格更高，加大了生产成本。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种节约成本、提高计量稳定性和提高感应距离的无磁传感计量电路及方法。
本发明所采用的技术方案是：一种无磁传感计量电路，其包括谐振电路、开关电路、比较器、参考电压电路以及单片机，所述单片机的输出端与所述开关电路的输入端连接，所述谐振电路的输出端与所述开关电路的输入端连接，所述开关电路的输出端与所述比较器的反相输入端连接，所述参考电路的输出端与所述比较器的正相输入端连接，所述比较器的输出端与所述单片机的输入端连接。
进一步，所述谐振电路包括第一电源正端、第一电容，所述第一电感和所述第一电容并联，所述第一电感的一端与第一电源正端连接，其另一端与所述开关电路的输入端连接。
进一步，所述开关电路包括三极管和限流电阻，所述单片机的输出端通过所述限流电阻与所述三极管的基极连接，所述三极管的发射极与电源地连接，所述三极管的集电极与所述谐振电路的输出端连接。
进一步，其还包括隔直电容，所述隔直电容的一端与所述开关电路的输出端连接，其另一端与所述比较器的反相输入端连接。
进一步，所述参考电压电路包括第二电阻、第三电容以及第四电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电源正端连接，其另一端与所述比较器的正相输入端连接，所述第三电容和所述第四电阻并联，所述第四电阻的一端与所述比较器的正相输入端连接，其另一端与电源地连接。
本发明所采用的另一技术方案是：一种无磁传感计量方法，包括将谐振电路中的电感置于叶轮上方检测叶轮的转动，其包括：按照预定周期采集所述谐振电路的谐振波形，将谐振电路产生的谐振波形与参考电压进行比较得到方波波形，采集每个周期方波波形中的方波个数N，通过N变化的数值△N来判断叶轮是否转一周。
进一步，当N变化的数值△N大于预设值时，判定为叶轮转一周。
进一步，设置第一谐振电路和第二谐振电路，将第一谐振电路中的第一电感和第二谐振电路中的第二电感置于叶轮的上方，圆形叶轮上放置有等半径且圆弧与叶轮重合的半圆金属片(当第一电感在半圆金属片正方向时，第二电感在叶轮无金属片区的正上方)，按照预定周期采集所述第一谐振电路的第一谐振波形和所述第二谐振电路的第二谐振波形，分别将所述第一谐振波形和所述第二谐振波形与参考电压进行比较得到第一方波波形和第二方波波形，采集每个周期中第一方波波形中的方波个数N1和第二方波波形中的方波个数N2，通过N1和N2的差值N3的变化量△N3判断叶轮是否转一周。
进一步，当N1和N2的差值N3的变化量△N3大于预设值时，判定为叶轮转一周。
本发明的有益效果是：
第一，本发明通过比较器将谐振电路产生的谐振波形与参考电压进行比较得到方波波形，通过单片机采集每个周期方波波形中的方波个数N，不需要选择带有旋转扫描接口(SCAN IF)的单片机，然后再通过N变化的数值△N来判断叶轮是否转一周，节约了生产成本。
第二，本发明中参考电压电路与振谐电路中的供电电源(第一电源正端)一致，当谐振电源受电源影响时，参考电压电路亦受相应的影响，N值相对稳定，从而不会导致计量精度收到影响。
附图说明
图1是本发明中一种无磁传感计量电路的功能模块框图；
图2是本发明中一种无磁传感计量电路的一具体实施例的电路原理图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，一种无磁传感计量电路，其包括谐振电路、开关电路、比较器、参考电压电路以及单片机，所述单片机的输出端与所述开关电路的输入端连接，所述谐振电路的输出端与所述开关电路的输入端连接，所述开关电路的输出端与所述比较器的反相输入端连接，所述参考电路的输出端与所述比较器的正相输入端连接，所述比较器的输出端与所述单片机的输入端连接。
将谐振电路中的电感置于叶轮上方检测叶轮的转动，单片机输出周期性脉冲信号至开关电路激发谐振电路谐振,然后输出谐振波形至比较器，比较器将谐振电路产生的谐振波形与参考电压进行比较得到方波波形，通过单片机采集每个周期方波波形中的方波个数N，通过N变化的数值△N来判断叶轮是否转一周。不需要选择带有旋转扫描接口(SCANIF)的单片机，节约了生产成本。
进一步作为优选的实施方式，所述谐振电路包括第一电源正端、第一电容，所述第一电感和所述第一电容并联，所述第一电感的一端与第一电源正端连接，其另一端与所述开关电路的输入端连接。所述参考电压电路包括第二电阻、第三电容以及第四电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电源正端连接，其另一端与所述比较器的正相输入端连接，所述第三电容和所述第四电阻并联，所述第四电阻的一端与所述比较器的正相输入端连接，其另一端与电源地连接。参考电压电路与振谐电路中的供电电源(第一电源正端)一致，当谐振电源受电源影响时，参考电压电路亦受相应的影响，从而不会导致计量精度收到影响。
如图2所示，其示出了一种无磁传感计量电路的电路原理图，以下对各个电路进行说明。
其中，谐振电路包括第一电源正端VCC、第一电容V1，所述第一电感L1和所述第一电容V1并联，所述第一电感L1的一端与第一电源正端VCC连接，其另一端与三极管Q1的集电极连接。
开关电路包括三极管Q1和限流电阻R5，所述单片机的输出端L1_Excite通过所述限流电阻R5与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极与电源地GND连接。单片机的输出端L1_Excite的瞬时高电平脉冲通过三极管Q1打开并激发谐振电路谐振。
隔直电容C2的一端与三极管Q1的集电极连接连接，其另一端与所述比较器U1A的反相输入端连接。产生的谐振波形通过隔直电容C2输入到比较器U1A的反相输入端。
参考电压电路包括第二电阻R2、第三电容C3以及第四电阻R4，所述第二电阻R2的一端与所述第一电源正端VCC连接，其另一端与所述比较器的正相输入端连接，所述第三电容C3和所述第四电阻R4并联，所述第四电阻R4的一端与所述比较器U1A的正相输入端连接，其另一端与电源地GND连接。比较器U1A的输出端与单片机的Input1端连接。
比较器U1A的正相输入端为第一电源正端VCC通过第二电阻R2分压的参考电压VREF(电压为VCC/3)；这两个信号经过比较器U1A后输出越来越窄的方波脉冲信号到具备中断捕获能力单片机的Input1端，这个方波信号随着谐振波形的幅值衰减而高电平变窄，最终消失；计算单片机的输出端L1_Excite输出的瞬时脉冲每个周期中的脉冲个数N1。谐振波形下降越快，N1的数目越少，也就是说电感在金属片上方时N1值较小，远离金属片上方时N1值越大。通过由单片机的输出端L1_Excite周期性高电平脉冲，间断地产生一次次谐振波形，随着金属片转动，N1数值发生变化，所以N1的数值变化可以检测金属片是否旋转了一圈，从而计算金属片旋转圈数。当第一电源正端VCC上升/下降时，谐振波形幅值也同步变化，参考电压(电压为VCC/3)也与VCC同步变化，这样这两个信号经过比较器后的输出基本不受VCC变化的影响，所以N1不受电压上升/下降影响。
本发明所采用的另一技术方案是：一种无磁传感计量方法，包括将谐振电路中的电感置于叶轮上方检测叶轮的转动，其包括：按照预定周期采集所述谐振电路的谐振波形，将谐振电路产生的谐振波形与参考电压进行比较得到方波波形，采集每个周期方波波形中的方波个数N，通过N变化的数值△N来判断叶轮是否转一周。当N变化的数值△N大于预设值时，判定为叶轮转一周。
进一步作为优选的实施方式，设置第一谐振电路和第二谐振电路，将第一谐振电路中的第一电感和第二谐振电路中的第二电感置于叶轮的上方，按照预定周期采集所述第一谐振电路的第一谐振波形和所述第二谐振电路的第二谐振波形，分别将所述第一谐振波形和所述第二谐振波形与参考电压进行比较得到第一方波波形和第二方波波形，采集每个周期中第一方波波形中的方波个数N1和第二方波波形中的方波个数N2，通过N1和N2的差值判断叶轮是否转一周。当N1和N2的差值N3大于预设值时，判定为叶轮转一周。随着金属片旋转从-△N到从△N变化，N3的变化值相当于2△N，所以用N3的值来判断金属片是否旋转了一周会更容易，电感的感应距离也可以更远。电感到叶轮金属片的距离也可以设置的更远。因为△N3的值为-△N到△N，变化范围是△N两倍，由变化量△N3判断叶轮是否转一周的预设值需求变小，相当于增加了传感距离。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种无磁传感计量电路，其特征在于，其包括谐振电路、开关电路、比较器、参考电压电路以及单片机，所述单片机的输出端与所述开关电路的输入端连接，所述谐振电路的输出端与所述开关电路的输入端连接，所述开关电路的输出端与所述比较器的反相输入端连接，所述参考电路的输出端与所述比较器的正相输入端连接，所述比较器的输出端与所述单片机的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的无磁传感计量电路，其特征在于，所述谐振电路包括第一电源正端、第一电容，所述第一电感和所述第一电容并联，所述第一电感的一端与第一电源正端连接，其另一端与所述开关电路的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的无磁传感计量电路，其特征在于，所述开关电路包括三极管和限流电阻，所述单片机的输出端通过所述限流电阻与所述三极管的基极连接，所述三极管的发射极与电源地连接，所述三极管的集电极与所述谐振电路的输出端连接。
4.根据权利要求1所述的无磁传感计量电路，其特征在于，其还包括隔直电容，所述隔直电容的一端与所述开关电路的输出端连接，其另一端与所述比较器的反相输入端连接。
5.根据权利要求2所述的无磁传感计量电路，其特征在于，所述参考电压电路包括第二电阻、第三电容以及第四电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电源正端连接，其另一端与所述比较器的正相输入端连接，所述第三电容和所述第四电阻并联，所述第四电阻的一端与所述比较器的正相输入端连接，其另一端与电源地连接。
6.一种无磁传感计量方法，包括将谐振电路中的电感置于叶轮上方检测叶轮的转动，其特征在于，其包括：按照预定周期采集所述谐振电路的谐振波形，将谐振电路产生的谐振波形与参考电压进行比较得到方波波形，采集每个周期方波波形中的方波个数N，通过N变化的数值△N来判断叶轮是否转一周。
7.根据权利要求6所述的无磁传感计量方法，其特征在于，当N变化的数值△N大于预设值时，判定为叶轮转一周。
8.根据权利要求6所述的无磁传感计量方法，其特征在于，
设置第一谐振电路和第二谐振电路，将第一谐振电路中的第一电感和第二谐振电路中的第二电感置于叶轮的上方，按照预定周期采集所述第一谐振电路的第一谐振波形和所述第二谐振电路的第二谐振波形，分别将所述第一谐振波形和所述第二谐振波形与参考电压进行比较得到第一方波波形和第二方波波形，采集每个周期中第一方波波形中的方波个数N1和第二方波波形中的方波个数N2，通过N1和N2的差值N3的变化量△N3判断叶轮是否转一周。
9.根据权利要求6所述的无磁传感计量方法，其特征在于，当N1和N2的差值N3的变化量△N3大于预设值时，判定为叶轮转一周。
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