CN115903930B - 一种水位测量控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水位测量控制电路，涉及测量、监测技术领域，包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一输出端、第二输出端、第一电容、第一电位器、第二电阻、第三电阻、第一光电三极管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四光电二极管、第五光电三极管，所述第一电位器一端和电源连接，第一电位器抽头端和第一光电三极管集电极连接，第一光电三极管基极和第一输出端连接，第一光电三极管发射极和第二电阻一端。本发明解决光电液位传感器固定频率带来的功耗过高问题。

Description

一种水位测量控制电路

技术领域

本发明涉及测量、监测技术领域，特别涉及一种水位测量控制电路。

背景技术

光电液位传感器是利用光在两种不同介质界面会发生反射折射的原理，来判断被测液的液位，其原理是通过传感器上的光线发射器将光线通过透明锥形镜头进行发射，当被测液浸没透明锥体镜头时，光线通过被测液体进行折射，使透明锥形镜头反射回去的光线减少，而传感器内部的光线接收器接收到的光信号减少，以此进行判断被测液体的液位，现有技术中，光电液位传感器采用电池供电，而光线发射器的频率固定，导致在弱检测环境中出现功耗过高的情况。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种水位测量控制电路，包括控制模块，所述控制模块包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一输出端OUT1、第二输出端OUT2、第一电容C1、第一电位器R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一光电三极管D1、第二PMOS管D2、第三PMOS管D3、第四光电二极管D4、第五光电三极管D5，所述第一电位器R1一端和电源连接，第一电位器R1抽头端和第一光电三极管D1集电极连接，第一光电三极管D1基极和第一输出端OUT1连接，第一光电三极管D1发射极和第二电阻R2一端、第二运算放大器U2反相端、第一运算放大器U1同相端、第一电容C1一端连接，第一运算放大器U1输出端和第三PMOS管D3栅极连接，第三PMOS管D3漏极和第二PMOS管D2漏极、电源连接，第三PMOS管D3源极和第四光电二极管D4阳极连接，第四光电二极管D4和第五光电三极管D5耦合封装，第五光电三极管D5集电极和电源连接，第五光电三极管D5发射极和第三电阻R3一端、第二输出端OUT2连接，第三电阻R3另一端和接地端连接，第二运算放大器U2输出端和第二PMOS管D2栅极连接，第二PMOS管D2源极和第一输出端OUT1连接，第一电位器R1另一端、第二电阻R2另一端、第一电容C1另一端、第四光电二极管D4阴极和接地端连接；

第一电位器R1用于调节第一电容C1电位上升速率以及第一运算放大器U1同相端和第二运算放大器U2反相端基准电位，第一光电三极管D1基极和第一输出端OUT1连接，第一输出端OUT1存在信号时第一光电三极管D1导通，第一运算放大器U1和第二运算放大器U2用于翻转频率信号，第一运算放大器U1反相端和第二运算放大器U2同相端设置参考电位，第四光电二极管D4用于发送脉冲频率，第二PMOS管D2和第三PMOS管D3用于输入第一运算放大器U1和第二运算放大器U2输出的门限电压，改变第一电容C1电位上升速率实现第四光电二极管D4红外脉冲信号的发送频率调节；

上电时第一电位器R1端电源信号经第一电位器R1一端、第一电位器R1抽头端到达第一光电三极管D1基极，第一光电三极管D1未导通时第一电容C1处于低电位，第二运算放大器U2差分同相端和反相端电位输出信号到达第二PMOS管D2，第二PMOS管D2栅极到源极达到导通的正压差，第二PMOS管D2导通，第二PMOS管D2漏极端电源信号经第二PMOS管D2漏极、第二PMOS管D2源极到达第一输出端OUT1使第一光电三极管D1导通，第一光电三极管D1集电极信号通过第一光电三极管D1发射极到达第一电容C1极板，第一电容C1电位上升使第二运算放大器U2反相端和第一运算放大器U1同相端电位持续上升后，第一运算放大器U1差分输出信号到达第三PMOS管D3，第三PMOS管D3导通，而第二PMOS管D2因第二运算放大器U2无输出截止，第三PMOS管D3漏极端电源信号经第三PMOS管D3源极使第四光电二极管D4导通，第四光电二极管D4发送红外信号，液体折射时第五光电三极管D5截止，反之第五光电三极管D5导通，第五光电三极管D5集电极电源信号经第五光电三极管D5发射极到达第二输出端OUT2输出液位信号，第三电阻R3用于信号下拉，防止第二输出端OUT2无连接时开路。

进一步的，所述控制模块还包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第六三极管D6、第七三极管D7，所述第四电阻R4一端和电源连接，第四电阻R4另一端和第五电阻R5一端、第七三极管D7集电极、第四光电二极管D4阳极连接，第五电阻R5另一端和第六三极管D6基极连接，第六三极管D6集电极和第六电阻R6一端、第七电阻R7一端、第二PMOS管D2源极连接，第六电阻R6另一端和电源连接，第七电阻R7另一端和第七三极管D7基极连接，第六三极管D6发射极、第七三极管D7发射极和接地端连接。

考虑到第一运算放大器U1和第二运算放大器U2无输出时的无响应故障和掉频，第二PMOS管D2源极信号到达第一输出端OUT1同时还经第七电阻R7到达第七三极管D7基极和到达第六三极管D6集电极，第三PMOS管D3源极信号到达第四光电二极管D4同时通过第五电阻R5到达第六三极管D6基极和到达第七三极管D7集电极，初始状态时，第四电阻R4端电源信号经第五电阻R5到达第六三极管D6基极，使第六三极管D6处于放大状态，第六电阻R6端电源信号经过第七电阻R7到达第七三极管D7基极，使第七三极管D7处于放大状态，此时第四光电二极管D4阳极电位因第七三极管D7处于放大状态低于第七三极管D7集电极到第七三极管D7发射极、接地端的回路，而第一输出端OUT1因为第六三极管D6放大，电位低于第六三极管D6集电极、第六三极管D6发射极到接地端回路，当第三PMOS管D3导通时，第三PMOS管D3源极信号经过第五电阻R5到达第六三极管D6，第六三极管D6处于饱和状态，第六电阻R6端电源信号经第七电阻R7到达第七三极管D7基极、发射极、接地端的回路改变为经第六电阻R6、第六三极管D6、接地端形成回路，第七三极管D7截止，第三PMOS管D3无信号输出时，此时第四光电二极管D4阳极到阴极电位低于第五电阻R5、第六三极管D6基极、第六三极管D6发射极、接地端回路，第四光电二极管D4持续导通，当第二PMOS管D2存在信号时，信号经第七电阻R7到达第七三极管D7，使第七三极管D7进入饱和状态，此时第四光电二极管D4电位高于第七三极管D7集电极、发射极、接地端回路，第四光电二极管D4截止，而第一输出端OUT1输出信号使第一电容C1电位重新上升，第三PMOS管D3再次导通，防止第一运算放大器U1和第二运算放大器U2无输出时无响应故障，以及掉频产生的实际频率与调节的预设频率不符的问题。

进一步的，所述控制模块还包括第二电容C2、第八电阻R8，所述第二电容C2一端和第八电阻R8一端、第二输出端OUT2连接，第八电阻R8另一端、第二电容C2另一端和接地端连接；考虑到液位存在异物飘动时，控制模块会发送错误信号，在存在异物时，第五光电三极管D5接收到无折射较强的光信号时，通过第二电容C2和第八电阻R8进行延时，当异物飘走后，第二电容C2经第八电阻R8形成回路进行释放。

进一步的，所述控制模块还包括第九电阻R9、第十电阻R10，所述第九电阻R9一端和第一运算放大器U1输出端连接，第十电阻R10一端和第二运算放大器U2输出端连接，第九电阻R9另一端、第十电阻R10另一端和接地端连接；设置第九电阻R9和第十电阻R10防止第三PMOS管D3和第二PMOS管D2内的寄生电容产生振荡，干扰或损坏后级电路。

进一步的，所述控制模块还包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13，所述第十一电阻R11一端和电源连接，第十一电阻R11另一端和第十二电阻R12一端、第一运算放大器U1反相端连接，第十二电阻R12另一端和第二运算放大器U2同相端、第十三电阻R13一端连接，第十三电阻R13另一端和接地端连接；考虑到第一运算放大器U1和第二运算放大器U2设置不同的参考电位时，当电源出现波动后出现区间差值与设置的频率不符，通过第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13串联分压为第一运算放大器U1和第二运算放大器U2提供参考电位信号。

进一步的，所述控制模块还包括第十四电阻R14、第十五电阻R15，所述第十四电阻R14一端和电源连接，第十四电阻R14另一端和第三PMOS管D3漏极、第二PMOS管D2漏极、第十五电阻R15一端连接，第十五电阻R15另一端和接地端连接；

设置第十四电阻R14和第十五电阻R15同样防止另设第三PMOS管D3和第二PMOS管D2漏极电源时，当第三PMOS管D3和第二PMOS管D2的漏极电位高于第一运算放大器U1和第二运算放大器U2输出端时造成无导通现象。

进一步的，所述控制模块还包括第八光电二极管D8，所述第八光电二极管D8和第一光电三极管D1耦合封装，第八光电二极管D8阳极和第二PMOS管D2源极连接，第八光电二极管D8阴极和接地端连接；设置第八光电二极管D8和第一光电三极管D1进行耦合封装，通过隔离信号进行输出的方式防止信号干扰，同时避免第一输出端OUT1输出时需要额外设置电阻与前级电路进行阻值匹配的问题，需要说明的是通过第八光电二极管D8和第一光电三极管D1耦合输出的方式，第一输出端OUT1进行开路无需连接第一光电三极管D1基极。

进一步的，所述控制模块还包括第十六电阻R16，所述第十六电阻R16一端和电源连接，第十六电阻R16另一端和第一电位器R1一端连接；防止第一电位器R1故障时后级电路会出现过流损坏元件。

本发明与现有技术相比的有益效果是：通过控制红外信号发射器的发送频率解决弱检测环境或不同环境使用时，因固定频率带来的功耗过高问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1、图2、图3为本发明提供的一种水位测量控制电路的控制模块结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明，应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

参阅附图，本发明是一种水位测量控制电路，包括控制模块，所述控制模块包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一输出端OUT1、第二输出端OUT2、第一电容C1、第一电位器R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一光电三极管D1、第二PMOS管D2、第三PMOS管D3、第四光电二极管D4、第五光电三极管D5，所述第一电位器R1一端和电源连接，第一电位器R1抽头端和第一光电三极管D1集电极连接，第一光电三极管D1基极和第一输出端OUT1连接，第一光电三极管D1发射极和第二电阻R2一端、第二运算放大器U2反相端、第一运算放大器U1同相端、第一电容C1一端连接，第一运算放大器U1输出端和第三PMOS管D3栅极连接，第三PMOS管D3漏极和第二PMOS管D2漏极、电源连接，第三PMOS管D3源极和第四光电二极管D4阳极连接，第四光电二极管D4和第五光电三极管D5耦合封装，第五光电三极管D5集电极和电源连接，第五光电三极管D5发射极和第三电阻R3一端、第二输出端OUT2连接，第三电阻R3另一端和接地端连接，第二运算放大器U2输出端和第二PMOS管D2栅极连接，第二PMOS管D2源极和第一输出端OUT1连接，第一电位器R1另一端、第二电阻R2另一端、第一电容C1另一端、第四光电二极管D4阴极和接地端连接；第一电位器R1用于调节第一电容C1电位上升速率以及第一运算放大器U1同相端和第二运算放大器U2反相端基准电位，第一光电三极管D1基极和第一输出端OUT1连接，第一输出端OUT1存在信号时第一光电三极管D1导通，第一运算放大器U1和第二运算放大器U2用于翻转频率信号，第一运算放大器U1反相端和第二运算放大器U2同相端设置参考电位，第四光电二极管D4用于发送脉冲频率，第二PMOS管D2和第三PMOS管D3用于输入第一运算放大器U1和第二运算放大器U2输出的门限电压，改变第一电容C1电位上升速率实现第四光电二极管D4红外脉冲信号的发送频率调节；

上电时第一电位器R1端电源信号经第一电位器R1一端、第一电位器R1抽头端到达第一光电三极管D1基极，第一光电三极管D1未导通时第一电容C1处于低电位，第二运算放大器U2差分同相端和反相端电位输出信号到达第二PMOS管D2，第二PMOS管D2栅极到源极达到导通的正压差，第二PMOS管D2导通，第二PMOS管D2漏极端电源信号经第二PMOS管D2漏极、第二PMOS管D2源极到达第一输出端OUT1使第一光电三极管D1导通，第一光电三极管D1集电极信号通过第一光电三极管D1发射极到达第一电容C1极板，第一电容C1电位上升使第二运算放大器U2反相端和第一运算放大器U1同相端电位持续上升后，第一运算放大器U1差分输出信号到达第三PMOS管D3，第三PMOS管D3导通，而第二PMOS管D2因第二运算放大器U2无输出截止，第三PMOS管D3漏极端电源信号经第三PMOS管D3源极使第四光电二极管D4导通，第四光电二极管D4发送红外信号，液体折射时第五光电三极管D5截止，反之第五光电三极管D5导通，第五光电三极管D5集电极电源信号经第五光电三极管D5发射极到达第二输出端OUT2输出液位信号，第三电阻R3用于信号下拉，防止第二输出端OUT2无连接时开路。

具体地，所述控制模块还包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第六三极管D6、第七三极管D7，所述第四电阻R4一端和电源连接，第四电阻R4另一端和第五电阻R5一端、第七三极管D7集电极、第四光电二极管D4阳极连接，第五电阻R5另一端和第六三极管D6基极连接，第六三极管D6集电极和第六电阻R6一端、第七电阻R7一端、第二PMOS管D2源极连接，第六电阻R6另一端和电源连接，第七电阻R7另一端和第七三极管D7基极连接，第六三极管D6发射极、第七三极管D7发射极和接地端连接。

考虑到第一运算放大器U1和第二运算放大器U2无输出时的无响应故障和掉频，第二PMOS管D2源极信号到达第一输出端OUT1同时还经第七电阻R7到达第七三极管D7基极和到达第六三极管D6集电极，第三PMOS管D3源极信号到达第四光电二极管D4同时通过第五电阻R5到达第六三极管D6基极和到达第七三极管D7集电极，初始状态时，第四电阻R4端电源信号经第五电阻R5到达第六三极管D6基极，使第六三极管D6处于放大状态，第六电阻R6端电源信号经过第七电阻R7到达第七三极管D7基极，使第七三极管D7处于放大状态，此时第四光电二极管D4阳极电位因第七三极管D7处于放大状态低于第七三极管D7集电极到第七三极管D7发射极、接地端的回路，而第一输出端OUT1因为第六三极管D6放大，电位低于第六三极管D6集电极、第六三极管D6发射极到接地端回路，当第三PMOS管D3导通时，第三PMOS管D3源极信号经过第五电阻R5到达第六三极管D6，第六三极管D6处于饱和状态，第六电阻R6端电源信号经第七电阻R7到达第七三极管D7基极、发射极、接地端的回路改变为经第六电阻R6、第六三极管D6、接地端形成回路，第七三极管D7截止，第三PMOS管D3无信号输出时，此时第四光电二极管D4阳极到阴极电位低于第五电阻R5、第六三极管D6基极、第六三极管D6发射极、接地端回路，第四光电二极管D4持续导通，当第二PMOS管D2存在信号时，信号经第七电阻R7到达第七三极管D7，使第七三极管D7进入饱和状态，此时第四光电二极管D4电位高于第七三极管D7集电极、发射极、接地端回路，第四光电二极管D4截止，而第一输出端OUT1输出信号使第一电容C1电位重新上升，第三PMOS管D3再次导通，防止第一运算放大器U1和第二运算放大器U2无输出时无响应故障，以及掉频产生的实际频率与调节的预设频率不符的问题。

具体地，所述控制模块还包括第二电容C2、第八电阻R8，所述第二电容C2一端和第八电阻R8一端、第二输出端OUT2连接，第八电阻R8另一端、第二电容C2另一端和接地端连接；考虑到液位存在异物飘动时，控制模块会发送错误信号，在存在异物时，第五光电三极管D5接收到无折射较强的光信号时，通过第二电容C2和第八电阻R8进行延时，当异物飘走后，第二电容C2经第八电阻R8形成回路进行释放。

具体地，所述控制模块还包括第九电阻R9、第十电阻R10，所述第九电阻R9一端和第一运算放大器U1输出端连接，第十电阻R10一端和第二运算放大器U2输出端连接，第九电阻R9另一端、第十电阻R10另一端和接地端连接；设置第九电阻R9和第十电阻R10防止第三PMOS管D3和第二PMOS管D2内的寄生电容产生振荡，干扰或损坏后级电路。

具体地，所述控制模块还包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13，所述第十一电阻R11一端和电源连接，第十一电阻R11另一端和第十二电阻R12一端、第一运算放大器U1反相端连接，第十二电阻R12另一端和第二运算放大器U2同相端、第十三电阻R13一端连接，第十三电阻R13另一端和接地端连接；考虑到第一运算放大器U1和第二运算放大器U2设置不同的参考电位时，当电源出现波动后出现区间差值与设置的频率不符，通过第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13串联分压为第一运算放大器U1和第二运算放大器U2提供参考电位信号。

具体地，所述控制模块还包括第十四电阻R14、第十五电阻R15，所述第十四电阻R14一端和电源连接，第十四电阻R14另一端和第三PMOS管D3漏极、第二PMOS管D2漏极、第十五电阻R15一端连接，第十五电阻R15另一端和接地端连接；设置第十四电阻R14和第十五电阻R15同样防止另设第三PMOS管D3和第二PMOS管D2漏极电源时，当第三PMOS管D3和第二PMOS管D2的漏极电位高于第一运算放大器U1和第二运算放大器U2输出端时造成无导通现象。

具体地，所述控制模块还包括第八光电二极管D8，所述第八光电二极管D8和第一光电三极管D1耦合封装，第八光电二极管D8阳极和第二PMOS管D2源极连接，第八光电二极管D8阴极和接地端连接；设置第八光电二极管D8和第一光电三极管D1进行耦合封装，通过隔离信号进行输出的方式防止信号干扰，同时避免第一输出端OUT1输出时需要额外设置电阻与前级电路进行阻值匹配的问题，需要说明的是通过第八光电二极管D8和第一光电三极管D1耦合输出的方式，第一输出端OUT1进行开路无需连接第一光电三极管D1基极。

具体地，所述控制模块还包括第十六电阻R16，所述第十六电阻R16一端和电源连接，第十六电阻R16另一端和第一电位器R1一端连接；防止第一电位器R1故障时后级电路会出现过流损坏元件。

Claims (8)

1.一种水位测量控制电路，包括控制模块，其特征在于，所述控制模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一输出端、第二输出端、第一电容、第一电位器、第二电阻、第三电阻、第一光电三极管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四光电二极管、第五光电三极管，所述第一电位器一端和电源连接，第一电位器抽头端和第一光电三极管集电极连接，第一光电三极管基极和第一输出端连接，第一光电三极管发射极和第二电阻一端、第二运算放大器反相端、第一运算放大器同相端、第一电容一端连接，第一运算放大器输出端和第三PMOS管栅极连接，第三PMOS管漏极和第二PMOS管漏极、电源连接，第三PMOS管源极和第四光电二极管阳极连接，第四光电二极管和第五光电三极管耦合封装，第五光电三极管集电极和电源连接，第五光电三极管发射极和第三电阻一端、第二输出端连接，第三电阻另一端和接地端连接，第二运算放大器输出端和第二PMOS管栅极连接，第二PMOS管源极和第一输出端连接，第一电位器另一端、第二电阻另一端、第一电容另一端、第四光电二极管阴极和接地端连接。

2.根据权利要求1所述的水位测量控制电路，其特征在于，所述控制模块还包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第六三极管、第七三极管，所述第四电阻一端和电源连接，第四电阻另一端和第五电阻一端、第七三极管集电极、第四光电二极管阳极连接，第五电阻另一端和第六三极管基极连接，第六三极管集电极和第六电阻一端、第七电阻一端、第二PMOS管源极连接，第六电阻另一端和电源连接，第七电阻另一端和第七三极管基极连接，第六三极管发射极、第七三极管发射极和接地端连接。

3.根据权利要求1所述的水位测量控制电路，其特征在于，所述控制模块还包括第二电容、第八电阻，所述第二电容一端和第八电阻一端、第二输出端连接，第八电阻另一端、第二电容另一端和接地端连接。

4.根据权利要求1所述的水位测量控制电路，其特征在于，所述控制模块还包括第九电阻、第十电阻，所述第九电阻一端和第一运算放大器输出端连接，第十电阻一端和第二运算放大器输出端连接，第九电阻另一端、第十电阻另一端和接地端连接。

5.根据权利要求1所述的水位测量控制电路，其特征在于，所述控制模块还包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻，所述第十一电阻一端和电源连接，第十一电阻另一端和第十二电阻一端、第一运算放大器反相端连接，第十二电阻另一端和第二运算放大器同相端、第十三电阻一端连接，第十三电阻另一端和接地端连接。

6.根据权利要求1所述的水位测量控制电路，其特征在于，所述控制模块还包括第十四电阻、第十五电阻，所述第十四电阻一端和电源连接，第十四电阻另一端和第三PMOS管漏极、第二PMOS管漏极、第十五电阻一端连接，第十五电阻另一端和接地端连接。

7.根据权利要求1所述的水位测量控制电路，其特征在于，所述控制模块还包括第八光电二极管，所述第八光电二极管和第一光电三极管耦合封装，第八光电二极管阳极和第二PMOS管源极连接，第八光电二极管阴极和接地端连接。

8.根据权利要求1所述的水位测量控制电路，其特征在于，所述控制模块还包括第十六电阻，所述第十六电阻一端和电源连接，第十六电阻另一端和第一电位器一端连接。

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