CN112504395A - 一种收发一体式超声波油位计 - Google Patents

一种收发一体式超声波油位计 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种收发一体式超声波油位计，包括电源模块、控制模块、信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器、超声波探头；所述电源模块分别与控制模块、信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器电连接，所述控制模块分别与信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器电连接，所述超声波探头分别与信号处理模块、驱动器电连接；该收发一体式超声波油位计为非接触式测量，安装方便，后期维护简单，探头抗腐蚀性好，寿命较传统接触式测量油位计长。

Description

一种收发一体式超声波油位计
技术领域
本发明属于汽车油位检测技术领域，具体涉及一种收发一体式超声波油位计。
背景技术
汽车传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车用传感器的主流。油位计就是其中之一。目前，常用的油罐油位计主要以接触式测量为主，即需要在油罐顶部开孔，然后将测量杆插入油罐中，通过法兰或螺纹连接，其主要缺点是接触式测量、需要开孔、后期安装维护不方便。市面上已经出现的外贴超声波液位计也可用于油罐油位测量，但普遍存在盲区大(目前都在100mm以上)、价格贵、性价比不高的缺点。
发明内容
本发明所述的一种收发一体式超声波油位计，包括电源模块、控制模块、信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器、超声波探头；所述电源模块分别与控制模块、信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器电连接，所述控制模块分别与信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器电连接，所述超声波探头分别与信号处理模块、驱动器电连接。
所述超声波探头内贴与油箱内顶部。
所述驱动器的电路包括驱动芯片U2,电阻R8，电容C10，二极管D5，肖特基二极管BAV23S；驱动芯片U2的引脚3与接地端GND电连接；驱动芯片U2的引脚4通过电阻R8与PWM输入端电连接；驱动芯片U2的引脚5与二极管D5的正极电连接，二极管D5的负极与输入端INPUT电连接，驱动芯片U2的引脚5还与肖特基二极管BAV23S的负极电连接，肖特基二极管BAV23S的正极与还与输入端INPUT电连接；驱动芯片U2的引脚6与电源输入端电连接，；驱动芯片U2的引脚6还通过电容C10与接地端GND电连接。
所述驱动芯片U2的型号为UCC27535D。
所述控制模块为单片机，其型号为89C51。
所述信号处理模块包括电阻R19，电阻R20，电阻R22，电阻R23，电阻R25，电阻R26，电阻R26，电阻R27，电阻R28，电阻R29，电阻R30，电容C18，电容C19，电容C20，电容C21，电容C22,二极管D6，二极管D7，放大器U4A，放大器U4B，放大器U5A，放大器U5B；所述电阻R25的一端与输入端INPUT电连接，电阻R25的另一端通过电容C20与放大器U4A的引脚2电连接，电阻R25的另一端与二极管D7的负极电连接，二极管D7的正极与接地端GND电连接，电阻R20的另一端还与二极管D6的正极电连接，二极管D6的负极与接地端GND电连接，放大器U4A的引脚2还通过电阻R20与放大器U4A的引脚1电连接，放大器U4A的引脚3与输入端Vref电连接；放大器U4A的引脚1通过电阻R26与电容C21的一端电连接，电容C21的一端还通过电容C18与放大器U4B的引脚7电连接，电容C21的一端还通过电阻R30与接地端GND电连接，电容C21的另一端与放大器U4B的引脚6电连接，放大器U4B的引脚6通过电阻R23与放大器U4B的引脚7电连接，放大器U4B的引脚5与输入端Vref电连接；放大器U4B的引脚7通过电阻R27与电容C22的一端电连接，电容C22的另一端与放大器U5A的引脚2电连接，放大器U5A的引脚2通过电阻R21与放大器U5A的引脚1电连接，放大器U5A的引脚3与输入端Vref电连接；放大器U5A的引脚1通过电阻R28与放大器U5B的引脚5电连接，放大器U5B的引脚6通过电阻R19与输入端Vref电连接，放大器U5B的引脚6通过电阻R22与接地端GND电连接,放大器U5B的引脚6还通过电容C19与接地端电连接，放大器U5B的引脚7通过电阻R29与接地端GND电连接，放大器U5B的引脚7与AD输出端电连接。
所述放大器U4A，放大器U4B，放大器U5A，放大器U5B的型号均为TPH2502。
所述超声波探头内设置有温度传感器模块，温度传感器模块与控制模块电连接。
所述温度传感器模块的电路包括电阻R16,电阻R17,热敏电阻R18,电容C17,所述电阻R16的一端与电源正极电连接，电阻R16的另一端通过电阻R17与输出端T2电连接，输出端T2还通过电容C17与接地端GND电连接，电阻R16的另一端通过热敏电阻R18与接地端GND电连接。
本发明的有益效果：本发明提供的这种收发一体式超声波油位计为非接触式测量，安装方便，后期维护简单，探头抗腐蚀性好，寿命较传统接触式测量油位计长，驱动器使用MOS驱动芯片，提升单片机驱动能力，从而使探头测量距离更远，较传统变压器升压测量响应更快，实时性更好，测量精度更高；信号处理模块采用三级放大电路，放大倍数为1800倍，满足测量需求，并减少噪声对测量的干扰；信号处理模块的无限增益带通滤波选取中心频率260KHz，当300KHz探头在260KHz驱动频率下回波能量最大；信号处理模块的检波整形电路由电压比较器对驱动信号与回波信号进行电平转换并发送给单片机进行信号处理；所述超声波探头内设置有温度传感器模块，温度传感器模块与控制模块电连接，能够监测油箱内温度，以便实时测量进行温度补偿，从而消除温度对超声波传播速度的影响，提高测量精度。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为收发一体式超声波油位计原理示意图。
图2为驱动器的电路示意图。
图3为信号处理模块的电路示意图。
图4为温度传感器模块的电路示意图。
图5为超声波探头置于油箱内的示意图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“对齐”、“重叠”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
本发明提供了一种如图1～图5所示的收发一体式超声波油位计，包括电源模块、控制模块、信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器、超声波探头；所述电源模块分别与控制模块、信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器电连接，所述控制模块分别与信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器电连接，所述超声波探头分别与信号处理模块、驱动器电连接。
进一步的，所述超声波探头内贴与油箱内顶部。所述电源模块、控制模块、信号处理模块、电压模拟输出模块组成控制板，设置于油箱外部，实现了非接触式液面高度实时测量，再由电压模拟量输出0-5V，即一个电压值对应液面高度值，从而准确计算出油箱对应油量。
进一步的，所述驱动器的电路包括驱动芯片U2,电阻R8，电容C10，二极管D5，肖特基二极管BAV23S；驱动芯片U2的引脚3与接地端GND电连接；驱动芯片U2的引脚4通过电阻R8与PWM输入端电连接；驱动芯片U2的引脚5与二极管D5的正极电连接，二极管D5的负极与输入端INPUT电连接，驱动芯片U2的引脚5还与肖特基二极管BAV23S的负极电连接，肖特基二极管BAV23S的正极与还与输入端INPUT电连接；驱动芯片U2的引脚6与电源输入端电连接，；驱动芯片U2的引脚6还通过电容C10与接地端GND电连接。
进一步的，所述驱动芯片U2的型号为UCC27535D。
进一步的，所述控制模块为单片机，其型号为89C51。
进一步的，所述信号处理模块包括电阻R19，电阻R20，电阻R22，电阻R23，电阻R25，电阻R26，电阻R26，电阻R27，电阻R28，电阻R29，电阻R30，电容C18，电容C19，电容C20，电容C21，电容C22,二极管D6，二极管D7，放大器U4A，放大器U4B，放大器U5A，放大器U5B；所述电阻R25的一端与输入端INPUT电连接，电阻R25的另一端通过电容C20与放大器U4A的引脚2电连接，电阻R25的另一端与二极管D7的负极电连接，二极管D7的正极与接地端GND电连接，电阻R20的另一端还与二极管D6的正极电连接，二极管D6的负极与接地端GND电连接，放大器U4A的引脚2还通过电阻R20与放大器U4A的引脚1电连接，放大器U4A的引脚3与输入端Vref电连接；放大器U4A的引脚1通过电阻R26与电容C21的一端电连接，电容C21的一端还通过电容C18与放大器U4B的引脚7电连接，电容C21的一端还通过电阻R30与接地端GND电连接，电容C21的另一端与放大器U4B的引脚6电连接，放大器U4B的引脚6通过电阻R23与放大器U4B的引脚7电连接，放大器U4B的引脚5与输入端Vref电连接；放大器U4B的引脚7通过电阻R27与电容C22的一端电连接，电容C22的另一端与放大器U5A的引脚2电连接，放大器U5A的引脚2通过电阻R21与放大器U5A的引脚1电连接，放大器U5A的引脚3与输入端Vref电连接；放大器U5A的引脚1通过电阻R28与放大器U5B的引脚5电连接，放大器U5B的引脚6通过电阻R19与输入端Vref电连接，放大器U5B的引脚6通过电阻R22与接地端GND电连接,放大器U5B的引脚6还通过电容C19与接地端电连接，放大器U5B的引脚7通过电阻R29与接地端GND电连接，放大器U5B的引脚7与AD输出端电连接。
进一步的，所述放大器U4A，放大器U4B，放大器U5A，放大器U5B的型号均为TPH2502。
进一步的，所述超声波探头内设置有温度传感器模块，温度传感器模块与控制模块电连接。
进一步的，所述温度传感器模块的电路包括电阻R16,电阻R17,热敏电阻R18,电容C17,所述电阻R16的一端与电源正极电连接，电阻R16的另一端通过电阻R17与输出端T2电连接，输出端T2还通过电容C17与接地端GND电连接，电阻R16的另一端通过热敏电阻R18与接地端GND电连接。
进一步的，所述超声波探头的型号为HY40A10TR07-1。
进一步的，所述电压模拟输出模块为0～5V的电压模拟输出模块，其型号为WTS5。
进一步的，所述电源模块的输出为24V直流电源，通过变压模块将24V直流电源转换为5V直流电源，为单片机，信号处理模块、电压模拟输出模块提供工作电源，电源模块为现有技术中汽车常用的直流电源，本实施例不再详述。
综上所述，该收发一体式超声波油位计为非接触式测量，安装方便，后期维护简单，探头抗腐蚀性好，寿命较传统接触式测量油位计长，驱动器使用MOS驱动芯片，提升单片机驱动能力，从而使探头测量距离更远，较传统变压器升压测量响应更快，实时性更好，测量精度更高；信号处理模块采用三级放大电路，放大倍数为1800倍，满足测量需求，并减少噪声对测量的干扰；信号处理模块的无限增益带通滤波选取中心频率260KHz，当300KHz探头在260KHz驱动频率下回波能量最大；信号处理模块的检波整形电路由电压比较器对驱动信号与回波信号进行电平转换并发送给单片机进行信号处理；所述超声波探头内设置有温度传感器模块，温度传感器模块与控制模块电连接，能够监测油箱内温度，以便实时测量进行温度补偿，从而消除温度对超声波传播速度的影响，提高测量精度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种收发一体式超声波油位计，其特征在于：包括电源模块、控制模块、信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器、超声波探头；所述电源模块分别与控制模块、信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器电连接，所述控制模块分别与信号处理模块、电压模拟输出模块、驱动器电连接，所述超声波探头分别与信号处理模块、驱动器电连接。
2.如权利要求1所述的一种收发一体式超声波油位计，其特征在于：所述超声波探头内贴与油箱内顶部。
3.如权利要求1所述的一种收发一体式超声波油位计，其特征在于：所述驱动器的电路包括驱动芯片U2,电阻R8，电容C10，二极管D5，肖特基二极管BAV23S；驱动芯片U2的引脚3与接地端GND电连接；驱动芯片U2的引脚4通过电阻R8与PWM输入端电连接；驱动芯片U2的引脚5与二极管D5的正极电连接，二极管D5的负极与输入端INPUT电连接，驱动芯片U2的引脚5还与肖特基二极管BAV23S的负极电连接，肖特基二极管BAV23S的正极与还与输入端INPUT电连接；驱动芯片U2的引脚6与电源输入端电连接，；驱动芯片U2的引脚6还通过电容C10与接地端GND电连接。
4.如权利要求3所述的一种收发一体式超声波油位计，其特征在于：所述驱动芯片U2的型号为UCC27535D。
5.如权利要求1所述的一种收发一体式超声波油位计，其特征在于：所述控制模块为单片机，其型号为89C51。
6.如权利要求1所述的一种收发一体式超声波油位计，其特征在于：所述信号处理模块包括电阻R19，电阻R20，电阻R22，电阻R23，电阻R25，电阻R26，电阻R26，电阻R27，电阻R28，电阻R29，电阻R30，电容C18，电容C19，电容C20，电容C21，电容C22,二极管D6，二极管D7，放大器U4A，放大器U4B，放大器U5A，放大器U5B；所述电阻R25的一端与输入端INPUT电连接，电阻R25的另一端通过电容C20与放大器U4A的引脚2电连接，电阻R25的另一端与二极管D7的负极电连接，二极管D7的正极与接地端GND电连接，电阻R20的另一端还与二极管D6的正极电连接，二极管D6的负极与接地端GND电连接，放大器U4A的引脚2还通过电阻R20与放大器U4A的引脚1电连接，放大器U4A的引脚3与输入端Vref电连接；放大器U4A的引脚1通过电阻R26与电容C21的一端电连接，电容C21的一端还通过电容C18与放大器U4B的引脚7电连接，电容C21的一端还通过电阻R30与接地端GND电连接，电容C21的另一端与放大器U4B的引脚6电连接，放大器U4B的引脚6通过电阻R23与放大器U4B的引脚7电连接，放大器U4B的引脚5与输入端Vref电连接；放大器U4B的引脚7通过电阻R27与电容C22的一端电连接，电容C22的另一端与放大器U5A的引脚2电连接，放大器U5A的引脚2通过电阻R21与放大器U5A的引脚1电连接，放大器U5A的引脚3与输入端Vref电连接；放大器U5A的引脚1通过电阻R28与放大器U5B的引脚5电连接，放大器U5B的引脚6通过电阻R19与输入端Vref电连接，放大器U5B的引脚6通过电阻R22与接地端GND电连接,放大器U5B的引脚6还通过电容C19与接地端电连接，放大器U5B的引脚7通过电阻R29与接地端GND电连接，放大器U5B的引脚7与AD输出端电连接。
7.如权利要求6所述的一种收发一体式超声波油位计，其特征在于：所述放大器U4A，放大器U4B，放大器U5A，放大器U5B的型号均为TPH2502。
8.如权利要求1所述的一种收发一体式超声波油位计，其特征在于：所述超声波探头内设置有温度传感器模块，温度传感器模块与控制模块电连接。
9.如权利要求8所述的一种收发一体式超声波油位计，其特征在于：所述温度传感器模块的电路包括电阻R16,电阻R17,热敏电阻R18,电容C17,所述电阻R16的一端与电源正极电连接，电阻R16的另一端通过电阻R17与输出端T2电连接，输出端T2还通过电容C17与接地端GND电连接，电阻R16的另一端通过热敏电阻R18与接地端GND电连接。
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Application publication date: 20210316