CN206399506U - 一种基于单片机的液位检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于单片机的液位检测电路，包括单片机、比较整形模块和电压调节器；第一晶体管Q1的基极与所述电压调节器的K端相连接，第一晶体管Q1的基极还通过第一偏置电阻R1与电源正极VDD相连接；第一晶体管Q1的发射极通过第二偏置电阻R2接地；第一晶体管Q1的集电极与第二晶体管Q2的发射极相连接；光电三极管的集电极还与比较整形模块的电压输入端相连接，比较整形模块的电压输出端与单片机的输入口相连接；单片机还与声光报警模块相连接。本实用新型具有能灵活控制测量光源亮度，实现较好测量环境适应性的优点；本实用新型具有能减小电路整体体积，便于测量系统安装的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种液位检测电路，具体是基于单片机实现检测与报警的液位检测电路。
背景技术
实现液位自动检测的测量仪器应用非常普遍，很多工业领域都需要进行液位自动检测，实现液位自动检测的原理也各不相同，光电式液位检测由于可以不直接接触被测液体而被广泛采用。
现有技术中的光电式液位检测电路多是基于555电路和其他分立器件实现检测控制，采用振荡元件实现声光报警，这导致了一些局限，例如调节光源亮度困难(针对某些被测液体需要采用亮度高的光源，或者根据测量环境光线明暗不同也需要采用不同亮度的测量光源)，这导致了测量过程的智能控制性不强，此外分立元件构成的测量电路使用元件数量多，电路结构复杂，因此硬件布线难度大，调试困难；此外不利于减小电路整体体积，这也与液位检测系统安装尺寸越小越好的原则相冲突。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是：怎样提供一种能灵活控制测量光源亮度，电路结构简单，有利于降低测量系统体积的液位检测电路。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下的技术方案。
一种基于单片机的液位检测电路，其特征在于：包括单片机、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、光电三极管和电压调节器；
所述电压调节器采用TL431芯片；
所述单片机内部设有一个PWM波发生器模块；
所述第一晶体管Q1的基极与所述电压调节器的K端相连接，第一晶体管Q1的基极还通过第一偏置电阻R1与电源正极VDD相连接；第一晶体管 Q1的发射极通过第二偏置电阻R2接地；第一晶体管Q1的集电极与第二晶体管Q2的发射极相连接；
第二晶体管Q2的基极与设置在单片机内部的PWM波发生器模块的 PWM波输出口相连接；第二晶体管Q2的集电极与被驱动LED的阴极相连接，所述被驱动LED的阳极与电源正极VDD相连接；
所述电压调节器的R端与第一晶体管Q1的发射极相连接；电压调节器的 A端接地；
所述光电三极管的集电极通过第三偏置电阻R3与电源正极VDD相连接，光电三极管的发射极接地；
光电三极管的集电极还与比较整形模块的电压输入端相连接，比较整形模块的电压输出端与单片机的输入口相连接；
单片机还与声光报警模块相连接。
进一步的，所述比较整形模块主要由运算放大器构成。
相比现有技术，本实用新型具有如下优点：
本实用新型中，光电式液位检测电路的光源驱动部分电路由单片机和电压调节器为核心器件设计，能够对LED光源进行恒流驱动，并且可以灵活控制光源亮度，以适应各种被测液体以及测试环境光线亮暗，因此本实用新型具有能灵活控制测量光源亮度，实现较好测量环境适应性的优点；此外本实用新型采用集成度高的器件实现测量与报警控制，因此具有能减小电路整体体积，便于测量系统安装的优点。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构图；
图2为本实用新型使用方法示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型光电式样液位检测电路由光源控制部分和光检测部分组成。
(一)光源控制部分
主要由恒流源部分和驱动电流通断控制部分。
如图1所示，恒流源部分以TL431芯片为控制核心，以第一晶体管Q1 和两个偏置电阻为外围元件。TL431是可控精密稳压源，内部含有一个2.5V 的基准电压，它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管。封装形式与塑封三极管相同，具有三个管脚：参考极(通常也称为R 端)、阳极(通常也称为A端)和阴极(通常也称为K端)。
其原理在于，TL431芯片的R端电压恒定在2.5V，因此接在TL431芯片 R端和地间的电阻中流过的电流是恒定的，也即是流经第一晶体管Q1的电流便由第二偏置电阻R2决定。第二偏置电阻R2阻值恒定则流经第一晶体管Q1 的电流恒定，实现了恒流源输出。
驱动电流通断控制部分：驱动电流的通断控制主要是为了实现对LED灯亮度的调节。驱动电流通断控制部分主要以单片机为控制核心。
本实用新型中的单片机采用MSP430G2553芯片。电路结构非常简单：第二晶体管Q2的基极与设置在单片机内部的PWM波发生器模块的PWM波输出口相连接。
MSP430G2553芯片的定时器不仅可以完成精确定时，还能产生PWM波形输出，通常，其定时器的PWM输出有8种模式，单片机内PWM波发生器模块产生的PWM波幅值为3.6V。其工作原理如下：
PWM波发生器模块的输出端向第二晶体管Q2的基极发送PWM波便会使得第二晶体管Q2的处于交替导通和斩断状态，如果PWM波高电平持续时间长则实际流过LED灯的驱动电流供给时间长，LED灯亮度高，而如果PWM 波高电平持续时间短，则实际流过LED灯的驱动电流供给时间短，LED灯亮度低，(实际上LED灯会交替亮灭，但是交替的时间间隔足够短的话，人眼观察到的显示画面却是稳定的)，而PWM波高电平持续时间(占空比)又是可以根据需要可以通过单片机灵活控制的，因而实现了对LED亮度的灵活调节。
(二)光检测部分
光检测部分电路主要包括光电三极管、比较整形模块和单片机。其电路连接关系是：光电三极管的集电极通过第三偏置电阻R3与电源正极VDD相连接，光电三极管的发射极接地；光电三极管的集电极还与比较整形模块的电压输入端相连接，比较整形模块的电压输出端与单片机的输入口相连接；比较整形模块的参考电压输入端可以由两个电阻串联分压得到，所分得电压可以由两个电阻阻值的比值决定。比较整形模块可以由运算放大器实现，例如可以采用如下结构
运算放大器的负输入端通过一个分压电阻与电源正极相连接，运算放大器的负输入还端通过另一个分压电阻与地相连接。显然，运算放大器的负输入端即是比较器模块的参考电位输入端(连个分压电阻之间的比值就决定了比较器模块的比较参考电位大小)，而运算发大器的正输入端则是比较器模块的信号输入端，运算放大器的输出端即比较整形模块的输出端。
单片机还与声光报警模块相连接。
光检测部分工作原理比较简单：当光电三极管没有接收到光信号时，光电三极管的集电极电位较大，经比较整形模块处理后输出单片机可以处理的高电平。而当光电三极管接收到光信号时导通，集电极电位下降，经过比较整形模块处理后输出单片机能够处理的低电平。单片机收到相应电平后通过内部逻辑运算决定是否启动声光报警模块工作。
本实用新型的使用方法是：如图2所示，将本实用新型的光源控制部分和光检测部分放在乘放有被测液体的玻璃管两侧，LED光源与光电三极管正对放置(通常大的液体存储罐的侧壁上会设置有一只玻璃管液位计，用于肉眼观察罐内液位，该玻璃管液位计与罐内空间，因此罐内液体能够例如玻璃管液位计的管体中，罐内的液位即是玻璃管液位计管体中的液位显示，对玻璃管液位计管体中的液位进行自动检测即可检测出罐内液位)。
针对需要检测判断液位是否超过最大液位的应用时：将本实用新型设置在玻璃管临界最高液位处，光源部分和光检测部分设置在玻璃管两侧，并，且相对设置便于收光。由于光在不不同的物质中传播折射率不同，例如在空气中传播时光折射小，而在水中传播时折射大，因此当玻璃管中液体没有超过最高临界液位时，光电三极管接收到的光线多，光电三极管饱和导通，如前所述单片机接收到低电平，而当玻璃管中液体超过最高临界液位时，单片机接收到高电平，对于是否超过最大液位的检测应用，单片机在接收到高电平时应该控制声光报警电路进行报警。
显然，对于需要进行是否低于最小液位的应用时，光源和光检测部分设置与上一种情况是相同的，区别只是在于，当单片机接收到低电平时说明液位已经低于最低液位，单片机应该控制报警电路工作。
而当某些透光性差的被测液体，或者测量环境光线较强的情况下：可以通过驱动电流通断控制来实现增大LED亮度，驱动电流通断控制调节LED亮度的原理如前所述，这里不再赘述(当然LED亮度的控制是可以通过与单片机连接的键盘电路进行控制的)。总之，LED亮度的灵活控制为提高测量仪器对被测液体和测试环境的适应性提供了较优的解决途径。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种基于单片机的液位检测电路，其特征在于：包括单片机、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、光电三极管和电压调节器；
所述电压调节器采用TL431芯片；
所述单片机内部设有一个PWM波发生器模块；
所述第一晶体管Q1的基极与所述电压调节器的K端相连接，第一晶体管Q1的基极还通过第一偏置电阻R1与电源正极VDD相连接；第一晶体管Q1的发射极通过第二偏置电阻R2接地；第一晶体管Q1的集电极与第二晶体管Q2的发射极相连接；
第二晶体管Q2的基极与设置在单片机内部的PWM波发生器模块的PWM波输出口相连接；第二晶体管Q2的集电极与被驱动LED的阴极相连接，所述被驱动LED的阳极与电源正极VDD相连接；
所述电压调节器的R端与第一晶体管Q1的发射极相连接；电压调节器的A端接地；
所述光电三极管的集电极通过第三偏置电阻R3与电源正极VDD相连接，光电三极管的发射极接地；
光电三极管的集电极还与比较整形模块的电压输入端相连接，比较整形模块的电压输出端与单片机的输入口相连接；
单片机还与声光报警模块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的液位检测电路，其特征在于，所述比较整形模块主要由运算放大器构成。
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|---|---|---|---|---|
| CN113175972A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-07-27 | 湖南考思特电子有限公司 | 一种液/料位指示、警示灯的控制系统 |
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