CN217717594U - 检测电路和检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种检测电路和检测系统，所述电路包括：水质探针、TDS检测电路和控制器；TDS检测电路包括第一电阻单元至第四电阻单元、电容单元和比较器，用于生成脉冲信号；其中，设定电源分别与第一电阻单元的一端和第四电阻单元的一端连接，第一电阻单元的另一端分别与比较的同相输入端、第二电阻单元的一端和第三电阻单元的一端连接，第二电阻单元的另一端接地，第三电阻单元的另一端分别与比较器的输出端、第四电阻单元的另一端和水质探针的一端连接，电容单元的一端分别与比较器的反向输入端、水质探针的另一端和控制器的中断检测端口连接，电容单元的另一端接地；控制器用于根据脉冲信号确定水的TDS值。该电路结构简单、成本低。

Description

检测电路和检测系统

技术领域

本实用新型涉及水质检测技术领域，特别涉及一种检测电路和一种检测系统。

背景技术

随着经济的高速发展，人们生活水平不断提高，人们对饮食健康越来越重视。其中，人们对水质的健康与安全，就是饮食健康中重要的一部分。

目前，为了更直观地看到饮用水是否安全，可采用TDS(Total Dissolved Solids，溶解性固体总量)作为检测标准。一般来说，TDS值可在一定程度上反映水质，通常TDS值越低，表明水中的重金属离子等可溶性盐类越少，水质越好。如果检测电路设计的较为复杂，则整体方案成本较高，因此，设计一个结构简单、成本低的检测电路是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少从一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种检测电路，该电路通过由第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元、电容单元和比较器组成的TDS检测电路根据不同纯度的水生成不同频率的脉冲信号，并通过控制器根据脉冲信号确定水的TDS值，并且该电路的结构简单、成本低。

本实用新型的第二个目的在于提出一种检测系统。

为实现上述目的，本实用新型第一方面提出了一种检测电路，所述检测电路包括：水质探针、溶解性固体总量TDS检测电路和控制器；其中，所述TDS检测电路包括：第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元、电容单元和比较器，用于生成脉冲信号；其中，设定电源分别与所述第一电阻单元的一端和所述第四电阻单元的一端连接，所述第一电阻单元的另一端分别与所述比较的同相输入端、所述第二电阻单元的一端和所述第三电阻单元的一端连接，所述第二电阻单元的另一端接地，所述第三电阻单元的另一端分别与所述比较器的输出端、所述第四电阻单元的另一端和所述水质探针的一端连接，所述电容单元的一端分别与所述比较器的反向输入端、所述水质探针的另一端和所述控制器的中断检测端口连接，所述电容单元的另一端接地，所述比较器的电源输入端与所述设定电源连接，所述比较器的接地端接地；所述控制器，用于根据所述脉冲信号，确定水的TDS值。

根据本实用新型的检测电路，包括水质探针、溶解性固体总量TDS检测电路和控制器，其中，TDS检测电路包括：第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元、电容单元和比较器，用于生成脉冲信号；其中，设定电源分别与第一电阻单元的一端和第四电阻单元的一端连接，第一电阻单元的另一端分别与比较的同相输入端、第二电阻单元的一端和第三电阻单元的一端连接，第二电阻单元的另一端接地，第三电阻单元的另一端分别与比较器的输出端、第四电阻单元的另一端和水质探针的一端连接，电容单元的一端分别与比较器的反向输入端、水质探针的另一端和控制器的中断检测端口连接，电容单元的另一端接地，比较器的电源输入端与设定电源连接，比较器的接地端接地；控制器，用于根据脉冲信号，确定水的TDS值。由此，该电路通过由第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元、电容单元和比较器组成的TDS检测电路根据不同纯度的水生成不同频率的脉冲信号，并通过控制器根据脉冲信号确定水的TDS值，并且该电路的结构简单、成本低。

另外，根据本实用新型上述提出的检测电路还可以具有如下附加的技术特征：

具体地，所述TDS值与设定时间的所述脉冲信号所对应的脉冲数呈正相线性关系。

具体地，所述设定时间的所述脉冲信号所对应的脉冲数与所述TDS值之间的比值的取值范围为[2，4]。

具体地，所述第一电阻单元的电阻值取值范围为[15KΩ，25KΩ]，所述第二电阻单元的电阻值取值范围为[4KΩ，6KΩ]，所述第三电阻单元的电阻值取值范围为[8KΩ，12KΩ]，所述第四电阻单元的电阻值取值范围为[8KΩ，12KΩ]，所述电容单元的电容值取值范围为[3nF，3.6nF]。

具体地，所述设定电源为5V或12V。

为实现上述目的，本实用新型第二方面提出了一种检测系统，包括：显示设备和上述的检测电路；其中，所述显示设备与所述检测电路中所述控制器的第一输出端连接，用于显示所述TDS值。

根据本实用新型的检测系统，包括显示设备和上述的检测电路，显示设备与检测电路中控制器的第一输出端连接，用于显示TDS值。由此，该系统通过由第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元、电容单元和比较器组成的TDS检测电路根据不同纯度的水生成不同频率的脉冲信号，并通过控制器根据脉冲信号确定水的TDS值，并且该电路的结构简单、成本低，并且能够显示TDS值。

另外，根据本实用新型上述提出的检测系统还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，上述的检测系统，还包括：报警设备；其中，所述报警设备与所述检测电路中所述控制器的第二输出端连接，用于在所述TDS值大于设定TDS值时，发出报警信号。

具体地，所述报警设备为声报警器和/或光报警器。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的检测电路的示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的检测电路的电路图；

图3是根据本实用新型一个实施例的检测电路的等效电路图；

图4是根据本实用新型一个实施例的比较器的同相输入端的等效电路图；

图5是根据本实用新型另一个实施例的比较器的同相输入端的等效电路图；

图6是根据本实用新型一个实施例的脉冲信号的示意图；

图7是根据本实用新型实施例的检测系统的方框示意图；

图8是根据本实用新型一个实施例的检测系统的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图来描述本实用新型实施例的检测电路和检测系统。

图1是根据本实用新型实施例的检测电路的电路图。

如图1所示，本发明实施例的检测电路，包括：水质探针100、溶解性固体总量TDS检测电路200和控制器300。

其中，TDS检测电路200包括：第一电阻单元210、第二电阻单元220、第三电阻单元230、第四电阻单元240、电容单元250和比较器260，用于产生脉冲信号；其中，设定电源VCC分别与第一电阻单元210的一端和第四电阻单元240的一端连接，第一电阻单元210的另一端分别与比较的同相输入端5、第二电阻单元220的一端和第三电阻单元230的一端连接，第二电阻单元220的另一端接地GND，第三电阻单元230的另一端分别与比较器260的输出端2、第四电阻单元240的另一端和水质探针100的一端连接，电容单元250的一端分别与比较器260的反向输入端4、水质探针100的另一端和控制器300的中断检测端口连接，电容单元250的另一端接地GND，比较器260的电源输入端1与设定电源VCC连接，比较器260的接地端3接地GND。控制器300，用于根据脉冲信号，确定水的TDS值。

具体地，比较器260的电源输入端1接到电源VCC，所连接的电源VCC的电压可以是常用的5V，也可以是12V。由于比较器260为开漏输出的方式，因此比较器的输出端2需要通过第四电源单元240连接到设定电源VCC。比较器260的接地端3需要与检测系统共地。比较器260的同相输入端5，通过第一电阻单元210上拉，连接到设定电源VCC，并且通过第二电阻单元220接地，并且第三电阻单元230和第四电阻单元240同第一电阻单元210为并联关系。比较器260的反向输入端4的电压是变化的电压，通过电容单元250接地，并且电容单元250通过水质探针100和第四电阻单元240上拉到设定电源VCC，水质探针100的一端连接到比较器260的输出端2。电容单元250的一端连接到控制器300的检测端口，该检测端口是控制器300的中断检测端口。

具体是使用比较器260进行输入电压比较，并且利用电容和电阻充放电的特点形成震荡波形，将振荡波形输入控制器300的中断检测端口，当中断检测端口产生上升沿后，进入特定的程序进行处理，计算出频率，程序再根据预先设置好的表格计算出水的TDS值。

由于不同纯度的水的电阻值是不一样的，但普遍来说水的电阻值都非常大，不能用传统的检测方法，比如电压/电阻＝电流的方式来计算，这种方式计算出来的电流值很小，很难被准确地捕捉到，因此本实用新型提出一种高频率的振荡检测电路，利用RD充放电的方式，通过改变电阻值，改变RC时间常数，从而改变充放电频率，不同的频率对应不同的TDS值。

由此，本实用新型的检测电路，通过由第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元、电容单元和比较器组成的TDS检测电路根据不同纯度的水生成不同频率的脉冲信号，并通过控制器根据脉冲信号确定水的TDS值，并且该电路的结构简单、成本低。

根据本实用新型的一个实施例，第一电阻单元210包括至少一个第一电阻；第二电阻单元220包括至少一个第二电阻；第三电阻单元230包括至少一个第三电阻；第四电阻单元240包括至少一个第四电阻；电容单元250包括至少一个电容。

在本实用新型的一个实施例中，第一电阻单元210的电阻值取值范围为[15KΩ，25KΩ]，第二电阻单元220的电阻值取值范围为[4KΩ，6KΩ]，第三电阻单元230的电阻值取值范围为[8KΩ，12KΩ]，第四电阻单元240的电阻值取值范围为[8KΩ，12KΩ]，电容单元250的电容值取值范围为[3nF，3.6nF]。优选地，第一电阻单元210的电阻值为20KΩ，第二电阻单元220的电阻值为5KΩ，第三电阻单元230的电阻值为10KΩ，第四电阻单元240的电阻值为10KΩ，电容单元250的电容值为3.3nF。

举例说明，本实用新型实施例的第一电阻单元210包括一个第一电阻R1，第二电阻单元220包括一个第二电阻R2，第三电阻单元230包括一个第三电阻R3，第四电阻单元240包括一个第四电阻R4，电容单元250包括一个电容C1时，具体电路图如图2所示。其中，第一电阻R1的电阻值为20KΩ，第二电阻R2的电阻值为5KΩ，第三电阻R3的电阻为10KΩ，第四电阻R4的电阻值为10KΩ，电容C1的电容值为3.3nF。

本实用新型实施例的第一电阻单元210包括两个以上的第一电阻，第二电阻单元220包括两个以上的第二电阻，第三电阻单元230包括两个以上的第三电阻，第四电阻单元240包括两个以上的第四电阻，电容单元250包括两个以上的电容时，本实施例没有给出具体示例。其中，两个以上的第一电阻的连接关系可串联，可并联，也可串联和并联都有，具体可根据实际需要的第一电阻值确定；两个以上的第二电阻的连接关系可串联，可并联，也可串联和并联都有，具体可根据实际需要的第二电阻值确定；两个以上的第三电阻的连接关系可串联，可并联，也可串联和并联都有，具体可根据实际需要的第三电阻值确定；两个以上的第四电阻的连接关系可串联，可并联，也可串联和并联都有，具体可根据实际需要的第四电阻值确定；两个以上的电容的连接关系可串联，可并联，也可串联和并联都有，具体可根据实际需要的电容值确定。

为便于说明，本实用新型以第一电阻单元210包括一个第一电阻R1、第二电阻单元220包括一个第二电阻R2、第三电阻单元230包括一个第三电阻R3、第四电阻单元240包括一个第四电阻R4、电容单元250包括一个电容C1时的电路图，即以图2为例进行说明。

水质探针100是放置在水中的，此时水质探针100可以等效为电阻R5(电阻R5的电阻值取值范围为[15KΩ，25KΩ]，优选地，为20KΩ)，如图3所示。

下面结合图3的实施例描述电压变化的过程：

本实用新型实施例的检测电路上电之后，设定电源VCC通过第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4和第二电阻R2的分压输出一个稳定的电压V5给到比较器260的同相输入端5，等效电路如图4所示，因此，比较器260的同相输入端5的输入电压V5-1可以表示为：V5-1＝Vcc*R2/(R6+R2)，其中，R6＝(R3+R4)*R1/(R1+R3+R4)。

因电容C1的电压不能突变，初次上电，电容C1上的电压为0V，因此比较器260的反相输入端4的电压为0V，比较器260的输出端2通过第四电压R4连接设定电源VCC，输出的是高电平(如4V)，而电容C1是通过第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5组成的分压电压给到电容C1充电的，因此时间常数为R*C1，其中R＝[(R1+R3)*R4/(R1+R3+R4)]+R5。

特别的，改变第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的电阻值即可改变充电的时间，充电时间改变后，振荡的频率也会随之改变。

随着电容C1继续充电，当电容C1上的电压超过V5-1后，比较器260的反向输入端4的电压反转，比较器的输出端2输出的电压从高电平变为低电平。当比较器的输出端2输出的电压变为低电平之后，比较器260的同相输入端5的输入电压也会随之改变，如等效电路图5所示，而比较器260的同相输入端5的输入电压V5-2可以表示为：V5-2＝Vcc*R7/(R7+R1)，其中R7＝R2*R3/(R2+R3)。

当比较器260的输出端2的输出电压变为低电平(如1.7V)之后，电容C1从充电状态变为放电状态，放电回路是第五电阻R5，放电的时间常数为R5*C1，改变第五电阻R5的电阻值即可改变放电的时间常数，振荡的频率也会随之改变。

从等效电路图(如图6所示)，以及比较器260的同相输入端5的输入电压为V5-1或V5-2，从V5-1和V5-2的公式可以看出V5-1必然大于V5-2，因此，如前面对电容C1充放电的描述中可知，电容C1的充放电被限制在V5-1和V5-2之间，即充电到V5-1后即开始放电，放电到V5-2后又开始充电，如此循环往复。

通过充放电的时间常数可知，改变第五电阻R5的电阻值即可改变放电和充电的时间常数，可同时改变充电和放电的振荡频率，如前所述不同纯度的水电阻值是不一样的。当水质探针100之间流过不同纯度的水后，等效出来的第五电阻R5的电阻值也是不一样的，因此，最终改变了TDS检测电路输出的频率值。

特别的，TDS检测电路通过导线与控制器300的中断检测端口连接，控制器300的中断检测端口设置为外部中断检测端口，使用控制器300的中断检测可对外信号进行快速响应。

当外部振荡信号的电压超过中断检测端口设置的阈值电压后，控制器300的内部即产生中断信号，并且芯片会强制进入中断程序，进入中断程序后，控制器会将计数器count加1，计数器count为程序预先设置好的8位或者16位寄存器，该寄存器的功能就是对中断次数进行累加count＝count+1。

特别的，该程序会设置一个额外的定时中断，定时时间为1秒钟，当定时时间到达1秒后，程序将计数器count装载到一个预先设置好的寄存器SUM_i中，由频率的计算方式可知频率值F＝SUM_i/1秒。

举例说明，SUM_i＝100，则F＝100Hz，即1秒钟内检测到了100个振荡脉冲信号。

通过采集大量的实验数据，TDS值与设定时间的脉冲信号所对应的脉冲数呈正相线性关系，即线性上升关系，以横坐标为TDS值，纵坐标为脉冲数，则斜率为k(设定时间的脉冲信号所对应的脉冲数与所述TDS值之间的比值)，k的范围在[2，4]之间，k取经验值3，则TDS＝SUM_i/3，且TDS数取整。举例说明，当控制器300检测到300个脉冲信号时，TDS值＝100；当控制器300检测到100个脉冲信号时，TDS＝33。其中，TDS值越低，代表水的纯度越高。

综上所述，根据本实用新型的检测电路，包括水质探针、溶解性固体总量TDS检测电路和控制器，其中，TDS检测电路包括：第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元、电容单元和比较器，用于生成脉冲信号；其中，设定电源分别与第一电阻单元的一端和第四电阻单元的一端连接，第一电阻单元的另一端分别与比较的同相输入端、第二电阻单元的一端和第三电阻单元的一端连接，第二电阻单元的另一端接地，第三电阻单元的另一端分别与比较器的输出端、第四电阻单元的另一端和水质探针的一端连接，电容单元的一端分别与比较器的反向输入端、水质探针的另一端和控制器的中断检测端口连接，电容单元的另一端接地，比较器的电源输入端与设定电源连接，比较器的接地端接地；控制器，用于根据脉冲信号，确定水的TDS值。由此，该电路通过由第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元、电容单元和比较器组成的TDS检测电路根据不同纯度的水生成不同频率的脉冲信号，并通过控制器根据脉冲信号确定水的TDS值，并且该电路的结构简单、成本低。

图7是根据本实用新型实施例的检测系统的示意图。

如图7所示，本实用新型实施例的检测系统700，包括：显示设备710和上述的检测电路720。

其中，显示设备710与检测电路720中控制器的第一输出端连接，用于显示TDS值。

举例说明，显示设备710可以为LED(Lght Emitting Diode，发光二极管)显示屏、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)显示屏等。

具体地，当控制器计算出TDS值之后，将该TDS值发送值显示设备710，以通过显示设备710进行显示。

进一步地，如图8所示，上述实施例的检测系统700，还包括：报警设备。其中，报警设备与检测电路中控制器的第二输出端连接，用于在TDS值大于设定TDS值时，发出报警信号。其中，设定TDS值可根据实际需要进行设置。

其中，报警设备可以为声报警器和/或光报警器，其中，声报警器可以为蜂鸣器，光报警器可以为报警灯。

例如，在TDS值大于设定TDS值，控制器报警灯亮红灯和/或蜂鸣器报警。

需要说明的是，本实用新型实施例的检测系统中未披露的细节，请参照本实用新型实施例的检测电路中所披露的细节，具体这里不再赘述。

根据本实用新型的检测系统，包括显示设备和上述的检测电路，显示设备与检测电路中控制器的第一输出端连接，用于显示TDS值。由此，该系统通过由第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元、电容单元和比较器组成的TDS检测电路根据不同纯度的水生成不同频率的脉冲信号，并通过控制器根据脉冲信号确定水的TDS值，并且该电路的结构简单、成本低，并且能够显示TDS值。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种检测电路，其特征在于，包括：水质探针、溶解性固体总量TDS检测电路和控制器；

其中，所述TDS检测电路包括：第一电阻单元、第二电阻单元、第三电阻单元、第四电阻单元、电容单元和比较器，用于生成脉冲信号；其中，设定电源分别与所述第一电阻单元的一端和所述第四电阻单元的一端连接，所述第一电阻单元的另一端分别与所述比较的同相输入端、所述第二电阻单元的一端和所述第三电阻单元的一端连接，所述第二电阻单元的另一端接地，所述第三电阻单元的另一端分别与所述比较器的输出端、所述第四电阻单元的另一端和所述水质探针的一端连接，所述电容单元的一端分别与所述比较器的反向输入端、所述水质探针的另一端和所述控制器的中断检测端口连接，所述电容单元的另一端接地，所述比较器的电源输入端与所述设定电源连接，所述比较器的接地端接地；

所述控制器，用于根据所述脉冲信号，确定水的TDS值。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述TDS值与设定时间的所述脉冲信号所对应的脉冲数呈正相线性关系。

3.根据权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述设定时间的所述脉冲信号所对应的脉冲数与所述TDS值之间的比值的取值范围为[2，4]。

4.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第一电阻单元的电阻值取值范围为[15KΩ，25KΩ]，所述第二电阻单元的电阻值取值范围为[4KΩ，6KΩ]，所述第三电阻单元的电阻值取值范围为[8KΩ，12KΩ]，所述第四电阻单元的电阻值取值范围为[8KΩ，12KΩ]，所述电容单元的电容值取值范围为[3nF，3.6nF]。

5.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述设定电源为5V或12V。

6.一种检测系统，其特征在于，包括：显示设备和如权利要求1-5中任一项所述的检测电路；其中，

所述显示设备与所述检测电路中所述控制器的第一输出端连接，用于显示所述TDS值。

7.根据权利要求6所述的检测系统，其特征在于，还包括：报警设备；其中，

所述报警设备与所述检测电路中所述控制器的第二输出端连接，用于在所述TDS值大于设定TDS值时，发出报警信号。

8.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述报警设备为声报警器和/或光报警器。

Images