CN215811117U - 一种车载式超声波液位计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种车载式超声波液位计，包括液位计本体，在其外部底端安装超声波发射器和超声波接收器，在液位计本体的侧壁靠近顶部位置安装铂电阻，在液位计本体的外部下端安装用于提示系统工作状态的LED，在液位计本体内部底部安装用于检测是否有水滴溅射至液位计本体上的雨水检测模块；在液位计本体内部还设置主控制器模块，铂电阻、超声波发射器、超声波接收器以及雨水检测模块均通过导线与主控制器模块连通，且超声波接受器和超声波发射器通过超声波控制电路与主控制器模块相连，铂电阻通过温度补偿电路与主控制器连接；本实用新型能够根据环境温度进行实时温度补偿，并采取相应的滤波处理算法消除干扰，精准的测量出积水的液位高度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种车载式超声波液位计，属于超声波检测领域。
背景技术
近年来，我国城市道路积水严重，对城市运转和人民生活造成了极大影响；实时准确的监测城市积水情况，能够使得人们规避灾害风险，减少生命财产损失。
目前，市场上针对液位的检测主要可分为浮力式液位计、差压式液位计、红外线式液位计和超声波式液位仪。随着液位测量技术的发展，红外线和超声波等非接触式液位计使用量迅速增加，其中以超声波式液位计尤为突出。
实用新型内容
本实用新型提供一种车载式超声波液位计，能够安装于车辆底部，通过车辆的行迹路线来测量城市道路的积水情况，同时能够根据环境温度进行实时温度补偿，并采取相应的滤波处理算法消除干扰，更加精准的测量出道路积水的液位高度。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种车载式超声波液位计，包括液位计本体，在液位计本体的外部底端安装超声波发射器和超声波接收器，在液位计本体的侧壁靠近顶部位置安装用于检测温度变化的铂电阻，在液位计本体的外部下端安装用于提示系统工作状态的LED，在液位计本体内部底部安装用于检测是否有水滴溅射至液位计本体上的雨水检测模块；
在液位计本体内部还设置主控制器模块，铂电阻、超声波发射器、超声波接收器以及雨水检测模块均通过导线与主控制器模块连通，且超声波接受器和超声波发射器通过超声波控制电路与主控制器模块相连，铂电阻通过温度补偿电路与主控制器连接；
在液位计本体内，超声波控制电路由DC-DC变换器以及运算放大器TL074组成，温度补偿电路包括24位模数转化芯片CS1232；
作为本发明的进一步优选，前述的温度补偿电路中，铂电阻的两端通过导线分别与转化芯片CS1232的第11脚和第12脚，即通道1正输入端和通道1负输入端相连接，在连接正输入端的铂电阻引脚上连接10K欧的上拉电阻，上拉电阻的另一端连接3.3V电压；
转化芯片CS1232的第1脚数字电源供电端与3.3V电压相连，转化芯片CS1232的第2脚、第3脚、第5脚、第6脚、第7脚、第8脚以及第9脚均与地相接，转化芯片CS1232的第1 脚与地之间还接有容量为1uF的滤波电容，在转化芯片CS1232的第9脚与第10脚之间连接容量为100uF的电容，转化芯片CS1232的第15脚负参考电压端与地相接，转化芯片CS1232 的第16脚正参考电压端连接3.3V电压，转化芯片CS1232的第17脚、第18脚为模拟电压输入，且第17脚、第18脚与5V电源电压相连接，同时在第17脚与第18脚之间连接100uF的电容；转化芯片CS1232的第19脚、第20脚以及第21脚均与地相连接，转化芯片CS1232的第22脚连接3.3V高电平信号，转化芯片CS1232的第23脚、第24脚均与主控制器连接；
作为本发明的进一步优选，前述的雨水检测模块采用电容式雨水检测传感器；
作为本发明的进一步优选，前述的液位计本体内还安装RS485通信模块，在主控制器模块的控制板上还开设SD卡槽，其内安装SD卡存储模块；液位计本体内安装锂电池，其通过导线与主控制器模块连通；
作为本发明的进一步优选，前述的铂电阻为PT100薄膜铂电阻，主控制器模块的主控制器芯片选用STM32F103RCT6单片机芯片，运算放大器选用TL074运算放大芯片，DC-DC变换器选用ADP1111直流变换芯片；
作为本发明的进一步优选，在液位计本体靠近顶部的侧壁上分别安装固定扣。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型采用PT100薄膜铂电阻检测周围环境温度对超声波速度进行一定的温度补偿并对其进行校准，提高液位计检测的精确度；
2、本实用新型采用车载式超声波测量的方法来检测道路中积水情况，液位计系统控制超声波每200ms定时检测一次液位值，并将检测到的数据进行相应的滤波算法处理，消除车辆在行驶过程中因颠簸等因素的影响，提高了测量精度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1a-图1b是本实用新型提供的液位计本体的整体结构示意图；
图2是本实用新型提供的温度补偿电路示意图；
图3是本实用新型提供的液位计本体的控制流程图。
图中：1为固定扣，2为PT100薄膜铂电阻，3为RS485通信模块，4为LED，5为超声波发射器，6为超声波接收器，7为锂电池，8为导线，9为SD卡存储模块，10为主控器模块，11为雨水检测模块。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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实用新型和简化描述，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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
图1a-图1b所示，是本申请给出的优选实施例结构，
包括液位计本体，在液位计本体的外部底端安装超声波发射器5和超声波接收器6，在液位计本体的侧壁靠近顶部位置安装用于检测温度变化的铂电阻，在液位计本体的外部下端安装用于提示系统工作状态的LED4，在液位计本体内部底部安装用于检测是否有水滴溅射至液位计本体上的雨水检测模块11；在液位计本体内部还设置主控制器模块，铂电阻、超声波发射器、超声波接收器以及雨水检测模块均通过导线8与主控制器模块连通，且超声波接受器和超声波发射器通过超声波控制电路与主控制器模块相连，铂电阻通过温度补偿电路与主控制器模块连接；
图3给出了整个液位计本体的控制流程图，其中超声波控制电路的形成过程是，超声波控制电路生成40KHz的脉冲信号，通过超声波控制模块的DC-DC变换器将脉冲信号幅度放大为50V，超声波发射器将其发出，当检测到被测液体时，声波信号反射而回，超声波接收器将接收到的回波信号转换成微弱的电压信号，再经由TL074运算放大器对电压信号进行放大处理后，发送到主控芯片进行解码并计算出相关数据。
温度补偿电路的连接示意图如图2所示，主控器模块10的控制板上安装CS1232 24位模数转化芯片以及主控芯片，在本申请中铂电阻选用PT100薄膜铂电阻2，因为其阻值的变化与温度变化成正比且有较高的精度，因此采用CS1232 24位模数转化芯片(即转化芯片CS1232) 将供电后的铂电阻两端的电压模拟信号转化为数字信号，并发送至主控器模块内进行数据处理，具体的PT100薄膜铂电阻的两端分别与转化芯片CS1232的第11脚通道1正输入端和第 12脚通道1负输入端相连接，在连接正输入端的PT100薄膜铂电阻引脚上连接10K欧的上拉电阻，上拉电阻的另一端连接3.3V电压；
转化芯片CS1232的第1脚数字电源供电端与3.3V电压相连，转化芯片CS1232的第2脚、第3脚、第5脚、第6脚、第7脚、第8脚以及第9脚均与地相接，转化芯片CS1232 的第1脚与地之间还接有容量为1uF的滤波电容，在转化芯片CS1232的第9脚与第10脚之间连接容量为100uF的电容，转化芯片CS1232的第15脚负参考电压端与地相接，转化芯片 CS1232的第16脚正参考电压端连接3.3V电压，转化芯片CS1232的第17脚、第18脚为模拟电压输入，且第17脚、第18脚与5V电源电压相连接，同时在第17脚与第18脚之间连接100uF的电容；转化芯片CS1232的第19脚、第20脚以及第21脚均与地相连接，转化芯片CS1232的第22脚连接3.3V高电平信号，转化芯片CS1232的第23脚、第24脚均与主控制器连接。其中第24脚为SPI的输入/输出端口，第23脚为SPI的时钟输入端口，将转换后的数字量数据发送至主控芯片中；
实施时，PT100薄膜铂电阻将环境温度的变化转换为电阻值大小的变化，通过检测PT100 薄膜铂电阻两端的电压变化并利用CS1232 24位模数转化芯片计算出周围环境温度的大小，超声波温度补偿公式为
V＝331.4+0.607*T
其中，V为温度补偿后的声速，T为检测的温度；
接着自动检测出超声波探头与地面之间的距离(即为液位计本体的安装高度)，并设置为初始值，当雨水检测模块即电容式水滴检测传感器检测到水滴时，整个系统启动检测，超声波控制电路通过测量声波返回的时间并结合液位计本体液位计算公式
h＝H-L＝H-v*t/2
其中，h为计算出的液位高度，H为超声波探头与液位底部的距离(即为液位计本体的安装高度)，L为超声波探头与液位表面的距离，V为温度补偿后的声速，t为传输时间；
单片机的主控芯片控制超声波每200ms检测一次液位值，并连续检测5次，设为Pi，如果检测到的Pi+1>H或Pi+1>＝Pi+5毫米时，则取消Pi+1的值，若连续5次检测到的Pi+1>＝Pi+5，则取其最后5次的检测值并做其算术平均，得出最终的液位高度测量值。
在实施例中，锂电池7可选用车载的12V蓄电池进行供电，整个液位计本体的系统具有降压稳压线路，可以将5V-24V的输入电压转化为电路内各模块所需的电压大小；在整个系统中，通过RS485通信模块3将检测处理后的数据进行传输，在单片机的控制板上还开设SD 卡槽，其内安装SD卡存储模块9，用于存储检测到的数据。
在液位计本体靠近顶部的侧壁上分别安装固定扣1，可以方便固定液位计本体。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种车载式超声波液位计，其特征在于：包括液位计本体，在液位计本体的外部底端安装超声波发射器和超声波接收器，在液位计本体的侧壁靠近顶部位置安装用于检测温度变化的铂电阻，在液位计本体的外部下端安装用于提示系统工作状态的LED，在液位计本体内部底部安装用于检测是否有水滴溅射至液位计本体上的雨水检测模块；
在液位计本体内部还设置主控制器模块，铂电阻、超声波发射器、超声波接收器以及雨水检测模块均通过导线与主控制器模块连通， 且超声波接受器和超声波发射器通过超声波控制电路与主控制器模块相连，铂电阻通过温度补偿电路与主控制器连接；
在液位计本体内，超声波控制电路由DC-DC变换器以及运算放大器TL074组成，温度补偿电路包括24位模数转化芯片CS1232。
2.根据权利要求1所述的车载式超声波液位计，其特征在于：前述的温度补偿电路中，铂电阻的两端通过导线分别与转化芯片CS1232的第11脚和第12脚，即通道1正输入端和通道1负输入端相连接，在连接正输入端的铂电阻引脚上连接10K欧的上拉电阻，上拉电阻的另一端连接3.3V电压；
转化芯片CS1232的第1脚数字电源供电端与3.3V电压相连，转化芯片CS1232的第2脚、第3脚、第5脚、第6脚、第7脚、第8脚以及第9脚均与地相接，转化芯片CS1232的第1脚与地之间还接有容量为1uF的滤波电容，在转化芯片CS1232的第9脚与第10脚之间连接容量为100uF的电容，转化芯片CS1232的第15脚负参考电压端与地相接，转化芯片CS1232的第16脚正参考电压端连接3.3V电压，转化芯片CS1232的第17脚、第18脚为模拟电压输入，且第17脚、第18脚与5V电源电压相连接，同时在第17脚与第18脚之间连接100uF的电容；转化芯片CS1232的第19脚、第20脚以及第21脚均与地相连接，转化芯片CS1232的第22脚连接3.3V高电平信号，转化芯片CS1232的第23脚、第24脚均与主控制器连接。
3.根据权利要求2所述的车载式超声波液位计，其特征在于：前述的雨水检测模块采用电容式雨水检测传感器。
4.根据权利要求1所述的车载式超声波液位计，其特征在于：前述的液位计本体内还安装RS485通信模块，在主控制器模块的控制板上还开设SD卡槽，其内安装SD卡存储模块；液位计本体内安装锂电池，其通过导线与主控制器模块连通。
5.根据权利要求2所述的车载式超声波液位计，其特征在于：前述的铂电阻为PT100 薄膜铂电阻，主控制器模块的主控制器芯片选用STM32F103RCT6单片机芯片，运算放大器选用TL074运算放大芯片，DC-DC变换器选用ADP1111直流变换芯片。
6.根据权利要求1所述的车载式超声波液位计，其特征在于：在液位计本体靠近顶部的侧壁上分别安装固定扣。
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