CN111812159A - 一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了氢氧呼吸机领域的一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路及方法，电路包括一MCU、一双极性方波激励源、一TDS探针、一储水箱TDS接口、一双极性转单极性电路以及一温度传感器；所述储水箱TDS接口的一端分别与TDS探针以及温度传感器连接，另一端分别与所述双极性方波激励源、双极性转单极性电路以及MCU连接；所述MCU的一端与双极性方波激励源连接，另一端与所述双极性转单极性电路连接。本发明的优点在于：实现对水质进行高精度的检测。
Description
技术领域
本发明涉及氢氧呼吸机领域，特别指一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路及方法。
背景技术
氢氧呼吸机是一种通过电解水产生氢气和氧气的电化学设备，而氢氧呼吸机的储水箱内存储的水的水质会直接影响电解槽的寿命和用户的健康。然而，传统的氢氧呼吸机并未对储水箱内存储的水的水质进行检测，不管存储怎样的水均直接进行电解，严重影响了氢氧呼吸机的使用寿命和用户的健康。
因此，如何提供一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路及方法，实现对水质进行高精度的检测，成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路及方法，实现对水质进行高精度的检测。
一方面，本发明提供了一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路，包括一MCU、一双极性方波激励源、一TDS探针、一储水箱TDS接口、一双极性转单极性电路以及一温度传感器；
所述储水箱TDS接口的一端分别与TDS探针以及温度传感器连接，另一端分别与所述双极性方波激励源、双极性转单极性电路以及MCU连接；所述MCU的一端与双极性方波激励源连接，另一端与所述双极性转单极性电路连接。
进一步地，所述MCU的引脚11与储水箱TDS接口连接，引脚13、14、15以及37与双极性方波激励源连接，引脚10与双极性转单极性电路连接。
进一步地，所述储水箱TDS接口包括：
一接线端子J1、一电阻R7、一电阻R8、一电容C1以及一电容C2；
所述接线端子J1的引脚1的一端与TDS探针连接，另一端与所述双极性方波激励源连接；所述接线端子J1的引脚2的一端与TDS探针连接，另一端与所述双极性转单极性电路、电阻R8以及电容C2连接；所述接线端子J1的引脚3的一端与温度传感器连接，另一端与基准电压VREF连接；所述接线端子J1的引脚4的一端与温度传感器连接，另一端与所述MCU、电阻R7以及电容C1连接；所述电阻R7、电阻R8、电容C1以及电容C2均接地。
进一步地，所述TDS探针包括一第一针脚以及一第二针脚；所述第一针脚以及第二针脚均与储水箱TDS接口连接。
进一步地，所述双极性方波激励源包括一模数转换器U1、一运算放大器U2A、一运算放大器U2B、一模拟开关DG419、一电阻R1、一电阻R2、一电阻R3、一电阻R4、一电阻R5以及一电阻R6；
所述模数转换器U1的引脚1、2、3均与MCU连接，引脚5与所述电阻R1连接；所述运算放大器U2A的引脚1分别与电阻R3、电阻R5以及模拟开关DG419的引脚2连接，引脚2分别与电阻R2以及电阻R3连接，引脚3与电阻R1连接；所述运算放大器U2B的引脚5与电阻R4连接，引脚6与电阻R5以及电阻R6连接，引脚7与电阻R6以及模拟开关DG419的引脚8连接；所述模拟开关DG419的引脚1与储水箱TDS接口连接，引脚6与MCU连接；所述电阻R2和电阻R4均接地。
进一步地，所述双极性转单极性电路包括一电压跟随器U4A、一电压跟随器U4B、一电阻R9、一电阻R10、一电阻R11、一电阻R12、一电阻R13、一电容C3、一电容C4、一接线端子J2、一接线端子J3以及一接线端子J4；
所述接线端子J2的引脚2的一端与储水箱TDS接口连接，另一端与所述电阻R9连接；所述电压跟随器U4A的引脚1与引脚2以及电阻R11连接，引脚3与电阻R9连接，引脚4与电容C3以及电容C5连接，引脚5与电容C4以及电容C6连接；所述电容C3和电容C5连接并接地；所述电容C4和电容C6连接并接地；
所述电压跟随器U4B的引脚5与电阻R10以及电阻R11连接，引脚6与电阻R12以及电阻R13连接，引脚7与电阻R13以及接线端子J4的引脚1连接；所述电阻R10与接线端子J3的引脚2连接；所述接线端子J2的引脚1、接线端子J3的引脚1、接线端子J4的引脚2以及电阻R12均接地；所述接线端子J4的引脚1与MCU连接。
进一步地，所述温度传感器为热电阻温度传感器。
另一方面，本发明提供了一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测方法，所述方法需使用上述的检测电路，包括如下步骤：
步骤S10、将TDS探针和温度传感器放入氢氧呼吸机的储水箱，浸泡在水中；
步骤S20、MCU控制双极性方波激励源产生双极性方波信号，并通过储水箱TDS接口传递给TDS探针；
步骤S30、TDS探针将测量的水体等效电压通过双极性转单极性电路转换为单极性方波信号后，输入给MCU；
步骤S40、MCU基于水体等效电压U水以及产生双极性方波信号的电流I计算水体等效电阻R水；
步骤S50、MCU基于水体等效电阻R水、第一针脚和第二针脚的距离L以及TDS探针的横向面积A计算水的导电率K0；
步骤S60、MCU通过温度传感器获取水温t，并基于水温t对导电率K0进行补偿，得到修正导电率K；
步骤S70、MCU基于修正导电率K计算水的TDS。
进一步地，所述步骤S40中，所述水体等效电阻R水＝U水/I；
所述步骤S50中，所述水的导电率K0＝(L/A)/R水。
进一步地，所述步骤S60中，所述基于水温t对导电率K0进行补偿，得到修正导电率K具体为：
所述步骤S70中，所述计算水的TDS具体为：
TDS＝n*K，0.55≤n≤0.7。
本发明的优点在于：
通过设置所述双极性方波激励源，使得所述MCU能够通过双极性方波激励源产生双极性方波信号，并加载在所述TDS探针上，即使所述TDS探针的第一针脚和第二针脚不断切换正负极性，避免正负极性固定而导致其中一根针脚被过度氧化而导致TDS探针的测量精度下降；通过设置所述温度传感器，使得所述MCU能够通过温度传感器获得水温，进而利用水温对导电率进行补偿，最终实现对水质进行高精度的检测。
通过对水质进行高精度的检测，不使用水质不合格的水，延长了电解槽的使用寿命，并保障了用户的健康。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路的电路原理框图。
图2是本发明储水箱TDS接口的电路图。
图3是本发明双极性方波激励源的电路图。
图4是本发明双极性转单极性电路的电路图。
图5是本发明MCU的电路图。
图6是本发明一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测方法的流程图。
具体实施方式
本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：
通过设置所述双极性方波激励源不断切换TDS探针的第一针脚和第二针脚的正负极性，避免所述第一针脚和第二针脚的氧化程度不同而影响TDS探针的测量精度；并设置所述双极性转单极性电路将双极性方波激励源产生的双极性方波信号转换为单极性方波信号传输给MCU计算；通过设置所述温度传感器采集水温进而对导电率进行补偿，进而对水质进行高精度的检测。
请参照图1至图6所示，本发明一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路的较佳实施例，包括一MCU、一双极性方波激励源、一TDS探针、一储水箱TDS接口、一双极性转单极性电路以及一温度传感器；所述双极性方波激励源用于产生频率和幅值可调的双极性方波信号；
所述储水箱TDS接口的一端分别与TDS探针以及温度传感器连接，另一端分别与所述双极性方波激励源、双极性转单极性电路以及MCU连接；所述MCU的一端与双极性方波激励源连接，另一端与所述双极性转单极性电路连接。
所述MCU的引脚11与储水箱TDS接口连接，引脚13、14、15以及37与双极性方波激励源连接，引脚10与双极性转单极性电路连接；所述MCU的型号为STM32RCT6。
所述储水箱TDS接口包括：
一接线端子J1、一电阻R7、一电阻R8、一电容C1以及一电容C2；
所述接线端子J1的引脚1的一端与TDS探针连接，另一端与所述双极性方波激励源连接；所述接线端子J1的引脚2的一端与TDS探针连接，另一端与所述双极性转单极性电路、电阻R8以及电容C2连接；所述接线端子J1的引脚3的一端与温度传感器连接，另一端与基准电压VREF连接；所述接线端子J1的引脚4的一端与温度传感器连接，另一端与所述MCU的引脚11、电阻R7以及电容C1连接；所述电阻R7、电阻R8、电容C1以及电容C2均接地。
所述TDS探针包括一第一针脚以及一第二针脚；所述第一针脚以及第二针脚均与储水箱TDS接口连接。
所述双极性方波激励源包括一模数转换器U1、一运算放大器U2A、一运算放大器U2B、一模拟开关DG419、一电阻R1、一电阻R2、一电阻R3、一电阻R4、一电阻R5以及一电阻R6；所述模数转换器U1和模拟开关DG419用于调节双极性方波信号的频率和幅值；所述模数转换器U1的型号为LTC1446,是双通道12位数模转换器(DAC)，采用串行通信，配有一个轨至轨电压输出放大器、一个内部基准和一个简单易用的三线式可级联串行接口，具有一个内部基准和一个4.095V全标度输出；所述运算放大器U2A和运算放大器U2B的型号为OP282，用于幅值的放大和极性反转。
所述MCU通过MCU_CLK,MCU_DIN,MCU_CS三个引脚控制模数转换器U1的引脚5输出不同幅值的电压，通过所述运算放大器U2A和运算放大器U2B构成的双路运放模块对信号极性进行设置和放大，所述放大器U2A输出正极性电压，所述运算放大器U2B输出负极性电压，分别连接所述模拟开关DG419的引脚2和管脚8；所述模拟开关DG419是一款单芯片CMOS单刀双掷(SPDT)开关，采用增强型LC2MOS工艺设计，具有低功耗、高开关速度、低导通电阻和低泄漏电流特性；所述MCU通过MCU_PWM引脚切换模拟开关DG419的引脚1输出为正极性或者负极性。
所述模数转换器U1的引脚1、2、3均分别与MCU的引脚13、14、15连接，引脚5与所述电阻R1连接；所述运算放大器U2A的引脚1分别与电阻R3、电阻R5以及模拟开关DG419的引脚2连接，引脚2分别与电阻R2以及电阻R3连接，引脚3与电阻R1连接；所述运算放大器U2B的引脚5与电阻R4连接，引脚6与电阻R5以及电阻R6连接，引脚7与电阻R6以及模拟开关DG419的引脚8连接；所述模拟开关DG419的引脚1与储水箱TDS接口连接，引脚6与MCU的引脚37连接；所述电阻R2和电阻R4均接地。
所述双极性转单极性电路包括一电压跟随器U4A、一电压跟随器U4B、一电阻R9、一电阻R10、一电阻R11、一电阻R12、一电阻R13、一电容C3、一电容C4、一接线端子J2、一接线端子J3以及一接线端子J4；所述电压跟随器U4A和电压跟随器U4B的型号为OP213；
当从TDS_ADC获取到电压信号后，需要将电压信号送至所述MCU进行计算，但所述MCU只能处理直流信号，因此需要将双极性方波信号转换为单极性方波信号。所述双极性转单极性电路有电压跟随器和电压偏置两部分构成，所述接线端子J3输入5V的基准参考电压，所述电压跟随器U4A的输出电压和从接线端子J2的输入电压相同；所述接线端子J4的输入端叠加接线端子J3输入的基准参考电压，变为单极性输出，所述接线端子J4的引脚1连接MCU的AD口进行电压采样处理。
所述接线端子J2的引脚2的一端与储水箱TDS接口连接，另一端与所述电阻R9连接；所述电压跟随器U4A的引脚1与引脚2以及电阻R11连接，引脚3与电阻R9连接，引脚4与电容C3以及电容C5连接，引脚5与电容C4以及电容C6连接；所述电容C3和电容C5连接并接地；所述电容C4和电容C6连接并接地；
所述电压跟随器U4B的引脚5与电阻R10以及电阻R11连接，引脚6与电阻R12以及电阻R13连接，引脚7与电阻R13以及接线端子J4的引脚1连接；所述电阻R10与接线端子J3的引脚2连接，所述接线端子J3输入5V的基准参考电压；所述接线端子J2的引脚1、接线端子J3的引脚1、接线端子J4的引脚2以及电阻R12均接地；所述接线端子J4的引脚1与MCU连接。
所述温度传感器为热电阻温度传感器。
本发明一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测方法的较佳实施例，包括如下步骤：
步骤S10、将TDS探针和温度传感器放入氢氧呼吸机的储水箱，浸泡在水中；
步骤S20、MCU控制双极性方波激励源产生双极性方波信号，并通过储水箱TDS接口传递给TDS探针；所述双极性方波信号的电压幅值为-2.5-+2.5，频率为1Khz；
步骤S30、TDS探针将测量的水体等效电压通过双极性转单极性电路转换为单极性方波信号后，输入给MCU；
步骤S40、MCU基于水体等效电压U水以及产生双极性方波信号的电流I计算水体等效电阻R水；
步骤S50、MCU基于水体等效电阻R水、第一针脚和第二针脚的距离L以及TDS探针的横向面积A计算水的导电率K0；
步骤S60、MCU通过温度传感器获取水温t，并基于水温t对导电率K0进行补偿，得到修正导电率K；
步骤S70、MCU基于修正导电率K计算水的TDS。
所述步骤S40中，所述水体等效电阻R水＝U水/I；
所述步骤S50中，所述水的导电率K0＝(L/A)/R水。
所述步骤S60中，所述基于水温t对导电率K0进行补偿，得到修正导电率K具体为：
所述步骤S70中，所述计算水的TDS具体为：
TDS＝n*K，0.55≤n≤0.7。
综上所述，本发明的优点在于：
通过设置所述双极性方波激励源，使得所述MCU能够通过双极性方波激励源产生双极性方波信号，并加载在所述TDS探针上，即使所述TDS探针的第一针脚和第二针脚不断切换正负极性，避免正负极性固定而导致其中一根针脚被过度氧化而导致TDS探针的测量精度下降；通过设置所述温度传感器，使得所述MCU能够通过温度传感器获得水温，进而利用水温对导电率进行补偿，最终实现对水质进行高精度的检测。
通过对水质进行高精度的检测，不使用水质不合格的水，延长了电解槽的使用寿命，并保障了用户的健康。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路，其特征在于：包括一MCU、一双极性方波激励源、一TDS探针、一储水箱TDS接口、一双极性转单极性电路以及一温度传感器；
所述储水箱TDS接口的一端分别与TDS探针以及温度传感器连接，另一端分别与所述双极性方波激励源、双极性转单极性电路以及MCU连接；所述MCU的一端与双极性方波激励源连接，另一端与所述双极性转单极性电路连接。
2.如权利要求1所述的一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路，其特征在于：所述MCU的引脚11与储水箱TDS接口连接，引脚13、14、15以及37与双极性方波激励源连接，引脚10与双极性转单极性电路连接。
3.如权利要求1所述的一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路，其特征在于：所述储水箱TDS接口包括：
一接线端子J1、一电阻R7、一电阻R8、一电容C1以及一电容C2；
所述接线端子J1的引脚1的一端与TDS探针连接，另一端与所述双极性方波激励源连接；所述接线端子J1的引脚2的一端与TDS探针连接，另一端与所述双极性转单极性电路、电阻R8以及电容C2连接；所述接线端子J1的引脚3的一端与温度传感器连接，另一端与基准电压VREF连接；所述接线端子J1的引脚4的一端与温度传感器连接，另一端与所述MCU、电阻R7以及电容C1连接；所述电阻R7、电阻R8、电容C1以及电容C2均接地。
4.如权利要求1所述的一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路，其特征在于：所述TDS探针包括一第一针脚以及一第二针脚；所述第一针脚以及第二针脚均与储水箱TDS接口连接。
5.如权利要求1所述的一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路，其特征在于：所述双极性方波激励源包括一模数转换器U1、一运算放大器U2A、一运算放大器U2B、一模拟开关DG419、一电阻R1、一电阻R2、一电阻R3、一电阻R4、一电阻R5以及一电阻R6；
所述模数转换器U1的引脚1、2、3均与MCU连接，引脚5与所述电阻R1连接；所述运算放大器U2A的引脚1分别与电阻R3、电阻R5以及模拟开关DG419的引脚2连接，引脚2分别与电阻R2以及电阻R3连接，引脚3与电阻R1连接；所述运算放大器U2B的引脚5与电阻R4连接，引脚6与电阻R5以及电阻R6连接，引脚7与电阻R6以及模拟开关DG419的引脚8连接；所述模拟开关DG419的引脚1与储水箱TDS接口连接，引脚6与MCU连接；所述电阻R2和电阻R4均接地。
6.如权利要求1所述的一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路，其特征在于：所述双极性转单极性电路包括一电压跟随器U4A、一电压跟随器U4B、一电阻R9、一电阻R10、一电阻R11、一电阻R12、一电阻R13、一电容C3、一电容C4、一接线端子J2、一接线端子J3以及一接线端子J4；
所述接线端子J2的引脚2的一端与储水箱TDS接口连接，另一端与所述电阻R9连接；所述电压跟随器U4A的引脚1与引脚2以及电阻R11连接，引脚3与电阻R9连接，引脚4与电容C3以及电容C5连接，引脚5与电容C4以及电容C6连接；所述电容C3和电容C5连接并接地；所述电容C4和电容C6连接并接地；
所述电压跟随器U4B的引脚5与电阻R10以及电阻R11连接，引脚6与电阻R12以及电阻R13连接，引脚7与电阻R13以及接线端子J4的引脚1连接；所述电阻R10与接线端子J3的引脚2连接；所述接线端子J2的引脚1、接线端子J3的引脚1、接线端子J4的引脚2以及电阻R12均接地；所述接线端子J4的引脚1与MCU连接。
7.如权利要求1所述的一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测电路，其特征在于：所述温度传感器为热电阻温度传感器。
8.一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1至7任一项所述的检测电路，包括如下步骤：
步骤S10、将TDS探针和温度传感器放入氢氧呼吸机的储水箱，浸泡在水中；
步骤S20、MCU控制双极性方波激励源产生双极性方波信号，并通过储水箱TDS接口传递给TDS探针；
步骤S30、TDS探针将测量的水体等效电压通过双极性转单极性电路转换为单极性方波信号后，输入给MCU；
步骤S40、MCU基于水体等效电压U水以及产生双极性方波信号的电流I计算水体等效电阻R水；
步骤S50、MCU基于水体等效电阻R水、第一针脚和第二针脚的距离L以及TDS探针的横向面积A计算水的导电率K0；
步骤S60、MCU通过温度传感器获取水温t，并基于水温t对导电率K0进行补偿，得到修正导电率K；
步骤S70、MCU基于修正导电率K计算水的TDS。
9.如权利要求8所述的一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测方法，其特征在于：所述步骤S40中，所述水体等效电阻R水＝U水/I；
所述步骤S50中，所述水的导电率K0＝(L/A)/R水。
10.如权利要求8所述的一种氢氧呼吸机储水箱的水质检测方法，其特征在于：所述步骤S60中，所述基于水温t对导电率K0进行补偿，得到修正导电率K具体为：
所述步骤S70中，所述计算水的TDS具体为：
TDS＝n*K，0.55≤n≤0.7。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2020
- 2020-06-19 CN CN202010563941.1A patent/CN111812159A/zh active Pending
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