CN203464974U

CN203464974U - 一种合成电阻式传感器

Info

Publication number: CN203464974U
Application number: CN201320526151.1U
Authority: CN
Inventors: 谢少伟
Original assignee: Zhejiang University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: Zhejiang University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2023-08-27

Abstract

本实用新型涉及一种合成电阻式传感器，包括液位传感器、信号变换单元、单片机单元和合成电阻控制单元及电源单元，液位传感器的输出端和信号变换单元的输入端相连，信号变换单元的输出端和单片机单元的输入端相连，单片机单元的PWM信号输出端和合成电阻控制单元的输入端相连，合成电阻控制单元的电阻信号输出端和液位指示仪表相连。本实用新型采用单片机控制，将液位传感器输出的电流值或电压值转换成非线性的合成电阻信号输出，故使电压输出型或电流输出型传感器和动圈式、动磁式十字交叉线圈油量表匹配连接时，油量表所指示油量值仍能保持很高的精确度，大大减小液位指示误差，拓宽电容型、电压型和电流型传感器的使用范围。

Description

一种合成电阻式传感器

技术领域

本实用新型涉及一种液位传感器，尤其涉及一种合成电阻式传感器。

背景技术

传统的汽车、摩托车用油量传感器采用浮子式液位传感器，这种传感器为滑线电阻式传感器，利用杠杆原理，浮子高低位置变化，带动滑线电阻式电位器转动，从而改变阻值，最后在油量表上显示出来。当油箱高度较高时，由于杠杆传动力较大，容易造成滑线电阻式电位器磨损及损坏，因此在油箱高度较高的大型汽车中，一般采用电容式油量传感器，其输出较多采用电流输出型（输出电流与液位高度有对应关系）或电压输出型（输出电压与液位高度有对应关系）。而油量表较多地利用动圈式或动磁式十字交叉线圈原理，对于动圈式或动磁式十字交叉线圈油量表来说，是针对电阻式传感器设计的，如果配电压输出型或电流输出型传感器，其所指示油量值均将产生较大误差。特别对汽车仪表来说，电源电压的变化较大，如采用电流输出型传感器, 配上动圈式或动磁式十字交叉线圈油量表，当电源电压从10.5V～15V(国家标准规定的范围)变化时，其油量值指示误差会超过20%。

发明内容

本实用新型主要解决原有测量液位的电流输出型传感器、电压输出型传感器和动圈式、动磁式十字交叉线圈油量表匹配使用时，油量表所指示油量值存在较大误差的技术问题；提供一种合成电阻式传感器，其能将电流输出型传感器输出的电流值或电压输出型传感器输出的电压值转换成非线性的合成电阻信号，即相当于转换成电阻式传感器，故和动圈式或动磁式十字交叉线圈油量表匹配连接时，提高油量表所指示油量值的精确度，减小误差。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括液位传感器、信号变换单元、单片机单元和合成电阻控制单元及为整个合成电阻式传感器提供工作电压的电源单元，液位传感器的输出端和信号变换单元的输入端相连，信号变换单元的输出端和单片机单元的输入端相连，单片机单元的PWM信号输出端和合成电阻控制单元的输入端相连，合成电阻控制单元的电阻信号输出端和液位指示仪表相连。液位传感器输出和液位高度对应的电压值或电流值给信号变换单元，经信号变换单元处理再输送给单片机单元，单片机单元再将该信号转换成PWM信号，作为合成电阻的控制信号，输送给合成电阻控制单元，最后经合成电阻控制单元处理，输出非线性的合成电阻信号给液位指示仪表。本实用新型相当于将电流输出型传感器或电压输出型传感器转换成电阻式传感器，故和动圈式或动磁式十字交叉线圈油量表匹配连接时，油量表所指示油量值的精确度高，大大减小指示误差。当然，这里所说的液位传感器和液位指示仪表，也可以是测量其他参数的传感器，只要传感器的输出信号为电容、电压或电流值即可，指示仪表与传感器匹配，也不局限于是液位指示仪表。

作为优选，所述的合成电阻控制单元包括PWM调整电路、滤波电路、合成电阻输出电路和跟随器，PWM调整电路、滤波电路和合成电阻输出电路依次相连，PWM调整电路的输入端和所述的单片机单元的PWM信号输出端相连，合成电阻输出电路的电阻信号输出端和液位指示仪表相连，跟随器的一端和所述的PWM调整电路相连，跟随器的另一端和所述的合成电阻输出电路相连。单片机单元输出的PWM波形经过PWM调整电路调整，整形成不同占空比的方波，再由滤波电路进行滤波，变为平滑的直流电压，再通过合成电阻输出电路处理，输出对应的合成电阻给液位指示仪表。跟随器主要消除PWM调整电路对输出合成电阻的影响。

作为优选，所述的PWM调整电路包括三极管Q2和电阻R10、电阻R11，所述的滤波电路包括电阻R12和电容C4，所述的合成电阻输出电路包括运放U4、运放U5和三极管Q1、二极管D2、电阻R7、电阻R8、电阻R9、可变电阻RW、电容C3、电解电容C12，所述的跟随器包括运放U3和电容C5；电容C5的两端分别和运放U2、运放U3、运放U4及运放U5的工作电源负极、工作电源正极并接，运放U3的反相输入端和运放U3的输出端相连，运放U3的输出端经电阻R10、电阻R12和运放U4的同相输入端相连，电阻R10和电阻R12的并接点和三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极经电阻R11和所述的单片机单元的PWM信号输出端相连，电容C4的一端接地，电容C4的另一端和运放U4的同相输入端相连，运放U4的反相输入端和运放U4的输出端相连，运放U4的输出端经电阻R9、可变电阻RW接地，电阻R9和可变电阻RW的并接点及电容C3的一端和运放U5的同相输入端相连，电容C3的另一端接地，运放U5的输出端经电阻R7和三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极，一路经电阻R8接地，另一路和运放U5的反相输入端相连，二极管D2的正极、电解电容C12的负极均接地，二极管D2的负极、电解电容C12的正极均和三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的集电极就是所述的合成电阻输出电路的电阻信号输出端，其既和所述的液位指示仪表相连，又和运放U3的同相输入端相连。运放U2、运放U3、运放U4及运放U5可用一个集成电路实现，如LM324芯片，因此这四个运放是同电源。

作为优选，所述的合成电阻式传感器包括报警电路，报警电路的控制端和所述的单片机单元的输出端相连。当单片机单元接收到的液位信号低于设定值时，单片机单元输出控制信号触发报警电路，实现液位过低报警。报警电路可采用灯光报警或声音鸣叫报警或声光同时报警方式。

作为优选，所述的液位传感器采用电容式传感器CX，所述的信号变换单元包括运放U2和电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6，运放U2的同相输入端和电阻R1、电阻R2及电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端接+8V电压，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端和运放U2的输出端相连，运放U2的反相输入端和电容式传感器CX的一端相连，电容式传感器CX的另一端接地，电阻R4连接在运放U2的反相输入端和运放U2的输出端之间，运放U2的输出端经电阻R5和电阻R6接地，电阻R5和电阻R6的并接点就是所述的信号变换单元的输出端，和所述的单片机单元的输入端相连。本技术方案中的信号变换单元采用c-f变换电路，该c-f变换电路实际上是运放U2构成的RC振荡电路，将由电容式传感器CX测得的与液位高度对应的电容值变换成对应的频率输出，单片机单元对c-f变换电路输出的频率进行测量，根据频率大小输出PWM波形（占空比）给合成电阻控制单元。

作为优选，所述的单片机单元包括单片机U1、电容C1、电容C2、电容C10和晶振Y1，单片机U1采用87LPC759单片机，所述的信号变换单元的输出端和单片机U1的7脚相连，单片机U1的1脚即为单片机U1的PWM信号输出端，其和所述的合成电阻控制单元的输入端相连，单片机U1的3脚接地，电容C1、电容C2的一端分别和单片机U1的4脚、5脚相连，电容C1、电容C2的另一端均接地，晶振Y1的两端分别和单片机U1的4脚、5脚并接，电容C10的一端接地，电容C10的另一端既和单片机U1的11脚相连，又和+5V电压相连。

本实用新型的有益效果是：电路结构简单，实现方便，采用单片机控制，将液位传感器输出的电压信号或电流信号转换成PWM信号，作为合成电阻的控制信号，实现非线性合成电阻的输出，故使电压输出型或电流输出型传感器和动圈式、动磁式十字交叉线圈油量表匹配连接时，油量表所指示油量值仍能保持很高的精确度，大大减小液位指示误差，拓宽电容型、电压型和电流型传感器的使用范围。

附图说明

图1是本实用新型的一种电路原理连接结构框图。

图2是本实用新型的一种电路原理图。

图中1.液位传感器，2.信号变换单元，3.单片机单元，4.合成电阻控制单元，5.电源单元，6.液位指示仪表，7.PWM调整电路，8.滤波电路，9.合成电阻输出电路，10.跟随器，11.报警电路。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种合成电阻式传感器，如图1所示，包括液位传感器1、信号变换单元2、单片机单元3、报警电路11和由PWM调整电路7、滤波电路8、合成电阻输出电路9与跟随器10构成的合成电阻控制单元4及为整个合成电阻式传感器提供工作电压的电源单元5。液位传感器1的输出端和信号变换单元2的输入端相连，信号变换单元2的输出端和单片机单元3的输入端相连，单片机单元3的PWM信号输出端和PWM调整电路7的输入端相连，PWM调整电路7、滤波电路8和合成电阻输出电路9依次相连，合成电阻输出电路9的电阻信号输出端和液位指示仪表6相连，跟随器10的一端和PWM调整电路7相连，跟随器10的另一端和合成电阻输出电路9相连。报警电路11的控制端和单片机单元3的输出端相连。

如图2所示，液位传感器1采用电容式传感器CX。信号变换单元2包括运放U2和电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6。单片机单元3包括单片机U1、电容C1、电容C2、电容C10和晶振Y1，单片机U1采用87LPC759单片机。运放U2的同相输入端和电阻R1、电阻R2及电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端接+8V电压，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端和运放U2的输出端相连，运放U2的反相输入端和电容式传感器CX的一端相连，电容式传感器CX的另一端接地，电阻R4连接在运放U2的反相输入端和运放U2的输出端之间，运放U2的输出端经电阻R5和电阻R6接地，电阻R5和电阻R6的并接点就是该信号变换单元2的输出端，和单片机U1的7脚相连。单片机U1的1脚即为单片机U1的PWM信号输出端，其和PWM调整电路7的输入端相连，单片机U1的3脚接地，电容C1、电容C2的一端分别和单片机U1的4脚、5脚相连，电容C1、电容C2的另一端均接地，晶振Y1的两端分别和单片机U1的4脚、5脚并接，电容C10的一端接地，电容C10的另一端既和单片机U1的11脚相连，又和+5V电压相连。PWM调整电路7包括三极管Q2和电阻R10、电阻R11，滤波电路8包括电阻R12和电容C4，合成电阻输出电路9包括运放U4、运放U5和三极管Q1、二极管D2、电阻R7、电阻R8、电阻R9、可变电阻RW、电容C3、电解电容C12，跟随器10包括运放U3和电容C5。电容C5的两端分别和运放U2、运放U3、运放U4及运放U5的工作电源负极、工作电源正极并接，运放U3的反相输入端和运放U3的输出端相连，运放U3的输出端经电阻R10、电阻R12和运放U4的同相输入端相连，电阻R10和电阻R12的并接点和三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极经电阻R11和单片机U1的1脚相连，电容C4的一端接地，电容C4的另一端和运放U4的同相输入端相连，运放U4的反相输入端和运放U4的输出端相连，运放U4的输出端经电阻R9、可变电阻RW接地，电阻R9和可变电阻RW的并接点、电容C3的一端均和运放U5的同相输入端相连，电容C3的另一端接地，运放U5的输出端经电阻R7和三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极，一路经电阻R8接地，另一路和运放U5的反相输入端相连，二极管D2的正极、电解电容C12的负极均接地，二极管D2的负极、电解电容C12的正极均和三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的集电极输出合成电阻信号，其既和液位指示仪表6相连，又和运放U3的同相输入端相连。报警电路11包括报警灯和三极管Q3、电阻R13，单片机U1的8脚经电阻R13和三极管Q3的基极相连，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极和报警灯相连。

输入电源经三端稳压块U6、三端稳压块U7分别输出+8V电压和+5V电压，为合成电阻式传感器的各电路单元提供工作电压。电容式传感器CX为直接测量液位高低的液位传感器，其输出与液位高度对应的电容值。本实施例中的信号变换单元是c-f变换电路，c-f变换电路实际上是运放U2构成的RC振荡电路，将电容式传感器CX输出的电容值变换成对应的频率输送给单片机，单片机对c-f变换电路输出的频率进行测量，根据频率大小输出PWM波形（占空比）给PWM调整电路，经过PWM调整电路调整，整形成不同占空比的方波，再由滤波电路进行滤波，变为平滑的直流电压，再通过合成电阻输出电路处理，输出对应的合成电阻给液位指示仪表。运放U4作为跟随器，主要消除PWM调整电路对输出合成电阻的影响。

合成电阻的转换原理如下：

运放U5的同相输入端电压V+=VOUT×D，VOUT为三极管Q1的集电极的输出电压，D为与PWM占空比有关的参数，当液位高度不变时为定值；

运放U5的反相输入端电压V-=R8×I，I为流过电阻R8的电流值；

由于运放U4、运放U5和三极管Q1的调整作用，V-= V+，则R8×I =VOUT×D，而合成电阻R= VOUT÷I，因此得出：合成电阻R= VOUT÷I=R8÷D。液位变化，与PWM占容比有关的参数D也变化，相应地输出不同的合成电阻值。

当单片机接收到的液位信号低于设定值时，单片机输出控制信号给三极管Q3的基极，三极管Q3导通，报警灯得电被点亮，实现灯光报警。

Claims

1.一种合成电阻式传感器，其特征在于包括液位传感器（1）、信号变换单元（2）、单片机单元（3）和合成电阻控制单元（4）及为整个合成电阻式传感器提供工作电压的电源单元（5），液位传感器（1）的输出端和信号变换单元（2）的输入端相连，信号变换单元（2）的输出端和单片机单元（3）的输入端相连，单片机单元（3）的PWM信号输出端和合成电阻控制单元（4）的输入端相连，合成电阻控制单元（4）的电阻信号输出端和液位指示仪表（6）相连。

2.根据权利要求1所述的一种合成电阻式传感器，其特征在于所述的合成电阻控制单元（4）包括PWM调整电路（7）、滤波电路（8）、合成电阻输出电路（9）和跟随器（10），PWM调整电路（7）、滤波电路（8）和合成电阻输出电路（9）依次相连，PWM调整电路（7）的输入端和所述的单片机单元（3）的PWM信号输出端相连，合成电阻输出电路（9）的电阻信号输出端和液位指示仪表（6）相连，跟随器（10）的一端和所述的PWM调整电路（7）相连，跟随器（10）的另一端和所述的合成电阻输出电路（9）相连。

3.根据权利要求2所述的一种合成电阻式传感器，其特征在于所述的PWM调整电路（7）包括三极管Q2和电阻R10、电阻R11，所述的滤波电路（8）包括电阻R12和电容C4，所述的合成电阻输出电路（9）包括运放U4、运放U5和三极管Q1、二极管D2、电阻R7、电阻R8、电阻R9、可变电阻RW、电容C3、电解电容C12，所述的跟随器（10）包括运放U3和电容C5；电容C5的两端分别和运放U2、运放U3、运放U4及运放U5的工作电源负极、工作电源正极并接，运放U3的反相输入端和运放U3的输出端相连，运放U3的输出端经电阻R10、电阻R12和运放U4的同相输入端相连，电阻R10和电阻R12的并接点和三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极经电阻R11和所述的单片机单元（3）的PWM信号输出端相连，电容C4的一端接地，电容C4的另一端和运放U4的同相输入端相连，运放U4的反相输入端和运放U4的输出端相连，运放U4的输出端经电阻R9、可变电阻RW接地，电阻R9和可变电阻RW的并接点及电容C3的一端和运放U5的同相输入端相连，电容C3的另一端接地，运放U5的输出端经电阻R7和三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极，一路经电阻R8接地，另一路和运放U5的反相输入端相连，二极管D2的正极、电解电容C12的负极均接地，二极管D2的负极、电解电容C12的正极均和三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的集电极就是所述的合成电阻输出电路（9）的电阻信号输出端，其既和所述的液位指示仪表（6）相连，又和运放U3的同相输入端相连。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种合成电阻式传感器，其特征在于包括报警电路（11），报警电路（11）的控制端和所述的单片机单元（3）的输出端相连。

5.根据权利要求1所述的一种合成电阻式传感器，其特征在于所述的液位传感器（1）采用电容式传感器CX，所述的信号变换单元（2）包括运放U2和电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6，运放U2的同相输入端和电阻R1、电阻R2及电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端接+8V电压，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端和运放U2的输出端相连，运放U2的反相输入端和电容式传感器CX的一端相连，电容式传感器CX的另一端接地，电阻R4连接在运放U2的反相输入端和运放U2的输出端之间，运放U2的输出端经电阻R5和电阻R6接地，电阻R5和电阻R6的并接点就是所述的信号变换单元（2）的输出端，和所述的单片机单元（3）的输入端相连。

6.根据权利要求1或2或3或5所述的一种合成电阻式传感器，其特征在于所述的单片机单元（3）包括单片机U1、电容C1、电容C2、电容C10和晶振Y1，单片机U1采用87LPC759单片机，所述的信号变换单元（2）的输出端和单片机U1的7脚相连，单片机U1的1脚即为单片机U1的PWM信号输出端，其和所述的合成电阻控制单元（4）的输入端相连，单片机U1的3脚接地，电容C1、电容C2的一端分别和单片机U1的4脚、5脚相连，电容C1、电容C2的另一端均接地，晶振Y1的两端分别和单片机U1的4脚、5脚并接，电容C10的一端接地，电容C10的另一端既和单片机U1的11脚相连，又和+5V电压相连。