CN209878081U - 一种基于正反对称方波直流电的水位检测电路 - Google Patents

一种基于正反对称方波直流电的水位检测电路 Download PDF

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程威龙
郑东挺
朱超麒
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Abstract

本实用新型公开了一种基于正反对称方波直流电的水位检测电路,用于实现对水位状态的检测,包括一脉冲信号输出设备,脉冲信号输出设备的第一输出端口连接一第一脉冲信号处理电路的输入端,脉冲信号输出设备的第二输出端口连接一第二脉冲信号处理电路的输入端;第一脉冲信号处理电路的输出端连接一电压采样信号比较电路的第一输入端,第一脉冲信号处理电路的输出端同时连接一用于检测水位状态的第一水位电极;第二脉冲信号处理电路的输出端连接一用于检测水位状态的第二水位电极;电压采样信号比较电路的输出端连接脉冲信号输出设备的输入端,本实用新型够给两水位电极施加断续的正反对称的方波直流电,大幅提升水位电极的使用寿命。

Description

一种基于正反对称方波直流电的水位检测电路
技术领域
本实用新型涉及水位检测技术领域,尤其涉及一种基于正反对称方波直流电的水位检测电路。
背景技术
电极式水位检测装置检测水位状态的原理是通过水位电极从有水到无水或从无水到有水的电平变化进而实现对水位状态的实时检测。电极式水位检测装置广泛应用于需要进行水位检测的设备中。现有的电极式水位检测方式根据两水位电极间施加的电压类型不同主要有以下两种:
一是在两水位电极间施加连续的单方向的直流电;二是在两个水位电极间施加连续的正弦波交流电。上述第一种水位检测方式,由于施加的直流电为单方向连续进行,所以会出现严重的电解极化现象,大幅缩短水位电极的使用寿命。上述第二种水位检测方式通过施加连续的正弦波交流电以替代施加连续的单方向直流电,虽然能够有效改善电解极化现象,延长了水位电极的使用寿命,但由于连续施加的正弦波交流电无法完全消除电解极化现象,所以无法满足特定情况下对水位电极使用寿命的要求。而且,由于正弦波交流电需要由专门的变压器比如工频电源变压器提供,所以该水位检测方式无法被广泛应用。
实用新型内容
鉴于上述存在技术问题,本实用新型的目的在于提供一种基于正反对称方波直流电的水位检测电路,以解决上述技术问题。
本实用新型解决其技术问题采取技术方案是提供一种基于正反对称方波直流电的水位检测电路,用于实现对水位状态的检测,包括一脉冲信号输出设备,所述脉冲信号输出设备的第一输出端口连接一第一脉冲信号处理电路的输入端,所述脉冲信号输出设备的第二输出端口连接一第二脉冲信号处理电路的输入端;
所述第一脉冲信号处理电路的输出端连接一电压采样信号比较电路的第一输入端,所述第一脉冲信号处理电路的所述输出端同时连接一用于检测所述水位状态的第一水位电极;
所述第二脉冲信号处理电路的输出端连接一用于检测所述水位状态的第二水位电极;
所述电压采样信号比较电路的输出端连接所述脉冲信号输出设备的输入端。
作为本实用新型的一种优选方案,所述脉冲信号输出设备为一单片机。
作为本实用新型的一种优选方案,所述单片机的型号具体为STC15F100。
作为本实用新型的一种优选方案,所述第一脉冲信号处理电路包括一第一电阻R1、一第一三极管Q1、一第二电阻R2、一第三电阻R3和一第一二极管组合电路;
所述第一二极管组合电路包括一第一二极管和与所述第一二极管并联连接的一第二二极管,所述第一二极管的正极接地,所述第一二极管的负极连接所述第二二极管的正极,所述第二二极管的负极连接电源VCC;
所述第一电阻R1的一端连接所述脉冲信号输出设备的所述第一输出端口,所述第一电阻R1的另一端连接所述第一三极管Q1的基极;
所述第一三极管Q1的发射极接地;
所述第一三极管Q1的集电极通过所述第二电阻R2连接所述电源VCC;所述第一三极管Q1的所述集电极同时通过所述第三电阻R3连接所述第一水位电极;
所述第一二极管和所述第二二极管相接的连接点A连接至所述第三电阻R3与所述第一水位电极相接的连接点B并连接至所述电压采样信号比较电路的所述第一输入端。
作为本实用新型的一种优选方案,所述第二脉冲信号处理电路包括一第四电阻R4、一第二三极管Q2、一第五电阻R5和一第二二极管组合电路;
所述第二二极管组合电路包括一第三二极管和与所述第三二极管并联连接的一第四二极管,所述第三二极管的正极接地,所述第三二极管的负极连接所述第四二极管的正极,所述第四二极管的负极连接电源VCC;
所述第四电阻R4的一端连接所述脉冲信号输出设备的所述第二输出端口,所述第四电阻R4的另一端连接所述第二三极管Q2的基极;
所述第二三极管Q2的发射极接地;
所述第二三极管Q2的集电极通过所述第五电阻R5连接所述电源VCC;所述第二三极管Q2的所述集电极同时连接所述第二水位电极;
所述第三二极管和所述第四二极管相接的连接点C连接至所述第二三极管Q2的所述集电极。
作为本实用新型的一种优选方案,所述电压采样信号比较电路包括一第六电阻R6、一第七电阻R7、一第八电阻R8和一比较器;
所述第六电阻R6的一端连接电源VCC,所述第六电阻R6的另一端连接所述电压采样信号比较电路的第二输入端;
所述第七电阻R7的一端接地,所述第七电阻R7的另一端连接所述电压采样信号比较电路的所述第二输入端;
所述第八电阻R8的一端连接所述比较器的输出端,所述第八电阻R8的另一端连接所述电源VCC;
所述电压采样信号比较电路的所述输出端连接所述脉冲信号输出设备的所述输入端。
作为本实用新型的一种优选方案,所述第三电阻R3的阻值为43千欧。
作为本实用新型的一种优选方案,所述单片机的第一引脚、第三引脚和第八引脚均悬空,所述单片机的第二引脚连接电源VCC,所述单片机的第五引脚作为所述脉冲信号输出设备的所述第二输出端口,所述单片机的第六引脚作为所述脉冲信号输出设备的所述第一输出端口,所述单片机的第七引脚作为所述脉冲信号输出设备的所述输入端。
本实用新型提供的水位检测电路能够给两水位电极施加断续的正反对称的方波直流电,能够极大改善电极式水位检测装置在工作中的电解极化现象,进而可大幅提升水位电极的使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的水位检测电流的电路图;
图2是本实用新型实施例提供的单片机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明,但不作为本实用新型的限定。
请参照图1,本实用新型实施例提供的一种基于正反对称方波直流电的水位检测电路,用于实现对水位状态的检测,包括一脉冲信号输出设备100,脉冲信号输出设备100的第一输出端口101连接一第一脉冲信号处理电路200的输入端201,脉冲信号输出设备100的第二输出端口102连接一第二脉冲信号处理电路300的输入端301;
第一脉冲信号处理电路200的输出端202连接一电压采样信号比较电路400的第一输入端401,第一脉冲信号处理电路200的输出端202同时连接一用于检测水位状态的第一水位电极1;
第二脉冲信号处理电路300的输出端302连接一用于检测水位状态的第二水位电极2;
电压采样信号比较电路400的输出端402连接脉冲信号输出设备100的输入端103。
上述技术方案中,脉冲信号输出设备1优选为单片机,单片机的型号优选为STC15F100。
第一脉冲信号处理电路200包括一第一电阻R1、一第一三极管Q1、一第二电阻R2、一第三电阻R3和一第一二极管组合电路;
第一二极管组合电路包括一第一二极管203和与第一二极管203并联连接的一第二二极管204,第一二极管203的正极接地,第一二极管203的负极连接第二二极管204的正极,第二二极管204的负极连接电源VCC;
第一电阻R1的一端连接脉冲信号输出设备100的第一输出端口101,第一电阻R1的另一端连接第一三极管Q1的基极;
第一三极管Q1的发射极接地;
第一三极管Q1的集电极通过第二电阻R1连接电源VCC;第一三极管Q1的集电极同时通过第三电阻R3连接第一水位电极1;
第一二极管203和第二二极管204相接的连接点A连接至第三电阻R3与第一水位电极1相接的连接点B并连接至电压采样信号比较电路400的第一输入端401。
第二脉冲信号处理电路300包括一第四电阻R4、一第二三极管Q2、一第五电阻R5和一第二二极管组合电路;
第二二极管组合电路包括一第三二极管303和与第三二极管303并联连接的一第四二极管304,第三二极管303的正极接地,第三二极管303的负极连接第四二极管304的正极,第四二极管304的负极连接电源VCC;
第四电阻R4的一端连接脉冲信号输出设备100的第二输出端口102,第四电阻R4的另一端连接第二三极管Q2的基极;
第二三极管Q2的发射极接地;
第二三极管Q2的集电极通过第五电阻R5连接电源VCC;第二三极管Q2的集电极同时连接第二水位电极;
第三二极管303和第四二极管304相接的连接点C连接至第二三极管Q2的集电极。
电压采样信号比较电路400包括一第六电阻R6、一第七电阻R7、一第八电阻R8和一比较器403;
第六电阻R6的一端连接电源VCC,第六电阻R6的另一端连接电压采样信号比较电路400的第二输入端404;
第七电阻R7的一端接地,第七电阻R7的另一端连接电压采样信号比较电路400的第二输入端404;
第八电阻R8的一端连接电压采样信号比较电路400的输出端402,第八电阻R8的另一端连接电源VCC;
电压采样信号比较电路400的输出端402连接脉冲信号输出设备100的输入端103。
这里需要说明的是,上述技术方案中,电压采样信号比较电路400的第一输入端401为比较器403的同相输入端,电压采样信号比较电路400的第二输入端404为比较器403的反相输入端,电压采样信号比较电路400的输出端402为比较器403的输出端。
上述技术方案中,比较器403的型号优选为LM393。
上述技术方案中,脉冲信号输出设备100若采用型号为STC15F100的单片机,该单片机各个引脚的状态及连接关系如下:
请参照图2和图1,单片机的第一引脚11、第三引脚13和第八引脚18均悬空,单片机的第二引脚12连接电源VCC,单片机的第五引脚15作为单片机的第二输出端口102,单片机的第六引脚16作为单片机的第一输出端口101,单片机的第七引脚17作为单片机的输入端103,单片机的第四引脚14接地。
上述技术方案中,第一脉冲信号处理电路200、第二脉冲信号处理电路300以及电压采样信号比较电路400中的各个元器件的作用简述如下:
第一脉冲信号处理电路200中的第一电阻R1起限流作用;第一三极管Q1起信号整形作用;第二电阻R1作为上拉电阻起到上拉电压的作用,以确保电压采样信号比较电路400能够读取到比较稳定的水位检测信号;第三电阻R3起到调节水位检测灵敏度的作用;第一二极管组合电路用于保护第一三极管Q1和比较器403不受损坏。
第二脉冲信号处理电路300中的第四电阻R4同样起到限流作用;第二三极管Q2同样起到信号整形作用;第五电阻R5作为上拉电阻起到上拉电压的作用,以确保电压采样信号比较电路400能够读取到比较稳定的水位检测信号;第二二极管组合电路用于保护第二三极管Q2不受损坏。
电压采样信号比较电路400中的第六电阻R6和第七电阻R7均作为分压电阻分压产生一基准电压VCC/2,第八电阻R8作为上拉电阻起到上拉电压的作用,比较器403用于比较第一水位电极1和第二水位电极2间的电压变化状态。
本实施例提供的水位检测电路检测水位状态的原理简述如下:
请参照图1,在间隔时间里,单片机使其第一输出端口101和第二输出端口102均保持低电平,可以将此间隔时间设置为100ms。在间隔时间段内,此时第一三极管Q1和第二三极管Q2均不导通,而且此时比较器403的输入是高阻的,因此在间隔时间段内,第一水位电极1和第二水位电极2上的电压均为VCC,第一水位电极1和第二水位电极2上均没有电流通过,两个水位电极均不会发生电解。在间隔时间内,单片机不检测比较器403的输出信号。
当间隔时间过后进入直流电第一施加时间,单片机使其第一输出端口101维持低电平状态,同时是第二输出端口102维持高电平状态,施加时间可以保持1ms,也就是单片机维持第一输出端口101为低电平状态同时维持第二输出端口102为高电平状态的时间保持1ms,在此第一施加时间内,第一三极管Q1不导通,第二三极管Q2导通,电流从电源VCC依次经过第二电阻R2、第三电阻R3、第一水位电极1和第二水位电极2间的等效电阻RS(将第一水位电极1和第二水位电极2之间的电阻视为等效电阻RS)和第二三极管Q2后导通到电源地。在此第一施加时间内,若检测对象比如水桶中有水,由于等效电阻RS的阻值远小于第三电阻R3的阻值,则此时比较器403同相端的电压比反相端的基准电压VCC/2小,比较器403此时将输出低电平,反之比较器403输出高电平。单片机根据比较器403的输出信号即可判断检测对象是否有水。
第一施加时间结束后,进入直流电第二施加时间,单片机使其第一输出端口101维持高电平状态,同时使其第二输出端口102维持低电平状态,第二施加时间也可以是1ms。在第二施加时间内,第一三极管Q1导通,第二三极管Q2不导通,电流从电源VCC依次经过第五电阻R5、等效电阻RS、第三电阻R2和第一三极管Q1导通到电源地。在第二施加时间内,若检测对象中有水,由于等效电阻RS的阻值远小于第三电阻R3的阻值,则此时比较器403同相端的电压比反相端的基准电压VCC/2大,比较器403输出高电平,反之比较器403输出低电平。单片机根据比较器403的输出信号也可判断检测对象是否有水。至此完成一正反对称直流方波施加过程,在一个正反对称直流电施加周期中,两个水位电极的正负电解基本可以消除,可极大延长水位电极的使用寿命。
最后在第二施加时间结束后,重新进入间隔时间,依次循环对水位电极施加断续的直流电,既保证了水位检测的实时性,又增加了水位电极的使用寿命。
这里需要说明的是,检测对象在有水时,等效电阻RS的阻值通常在20千欧左右,无水时,等效电阻RS的阻值无穷大,所以为了提高本实施例提供的水位检测电路的检测准确度,较佳的,第三电阻R3的阻值要大于有水时等效电阻RS的一倍以上。在本实施例中,第三电阻R3的阻值优选为43千欧。
综上,本实用新型提供的水位检测电路能够给两水位电极施加断续的正反对称的方波直流电,能够极大改善电极式水位检测装置在工作中的电解极化现象,进而可大幅提升水位电极的使用寿命。
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例,并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于正反对称方波直流电的水位检测电路,用于实现对水位状态的检测,其特征在于,包括一脉冲信号输出设备,所述脉冲信号输出设备的第一输出端口连接一第一脉冲信号处理电路的输入端,所述脉冲信号输出设备的第二输出端口连接一第二脉冲信号处理电路的输入端;
所述第一脉冲信号处理电路的输出端连接一电压采样信号比较电路的第一输入端,所述第一脉冲信号处理电路的所述输出端同时连接一用于检测所述水位状态的第一水位电极;
所述第二脉冲信号处理电路的输出端连接一用于检测所述水位状态的第二水位电极;
所述电压采样信号比较电路的输出端连接所述脉冲信号输出设备的输入端。
2.如权利要求1所述的水位检测电路,其特征在于,所述脉冲信号输出设备为一单片机。
3.如权利要求2所述的水位检测电路,其特征在于,所述单片机的型号具体为STC15F100。
4.如权利要求1所述的水位检测电路,其特征在于,所述第一脉冲信号处理电路包括一第一电阻R1、一第一三极管Q1、一第二电阻R2、一第三电阻R3和一第一二极管组合电路;
所述第一二极管组合电路包括一第一二极管和与所述第一二极管并联连接的一第二二极管,所述第一二极管的正极接地,所述第一二极管的负极连接所述第二二极管的正极,所述第二二极管的负极连接电源VCC;
所述第一电阻R1的一端连接所述脉冲信号输出设备的所述第一输出端口,所述第一电阻R1的另一端连接所述第一三极管Q1的基极;
所述第一三极管Q1的发射极接地;
所述第一三极管Q1的集电极通过所述第二电阻R2连接所述电源VCC;所述第一三极管Q1的所述集电极同时通过所述第三电阻R3连接所述第一水位电极;
所述第一二极管和所述第二二极管相接的连接点A连接至所述第三电阻R3与所述第一水位电极相接的连接点B并连接至所述电压采样信号比较电路的所述第一输入端。
5.如权利要求1所述的水位检测电路,其特征在于,所述第二脉冲信号处理电路包括一第四电阻R4、一第二三极管Q2、一第五电阻R5和一第二二极管组合电路;
所述第二二极管组合电路包括一第三二极管和与所述第三二极管并联连接的一第四二极管,所述第三二极管的正极接地,所述第三二极管的负极连接所述第四二极管的正极,所述第四二极管的负极连接电源VCC;
所述第四电阻R4的一端连接所述脉冲信号输出设备的所述第二输出端口,所述第四电阻R4的另一端连接所述第二三极管Q2的基极;
所述第二三极管Q2的发射极接地;
所述第二三极管Q2的集电极通过所述第五电阻R5连接所述电源VCC;所述第二三极管Q2的所述集电极同时连接所述第二水位电极;
所述第三二极管和所述第四二极管相接的连接点C连接至所述第二三极管Q2的所述集电极。
6.如权利要求1所述的水位检测电路,其特征在于,所述电压采样信号比较电路包括一第六电阻R6、一第七电阻R7、一第八电阻R8和一比较器;
所述第六电阻R6的一端连接电源VCC,所述第六电阻R6的另一端连接所述电压采样信号比较电路的第二输入端;
所述第七电阻R7的一端接地,所述第七电阻R7的另一端连接所述电压采样信号比较电路的所述第二输入端;
所述第八电阻R8的一端连接所述电压采样信号比较电路的输出端,所述第八电阻R8的另一端连接所述电源VCC;
所述电压采样信号比较电路的所述输出端连接所述脉冲信号输出设备的所述输入端。
7.如权利要求4所述的水位检测电路,其特征在于,所述第三电阻R3的阻值为43千欧。
8.如权利要求2或3所述的水位检测电路,其特征在于,所述单片机的第一引脚、第三引脚和第八引脚均悬空,所述单片机的第二引脚连接电源VCC,所述单片机的第五引脚作为所述脉冲信号输出设备的所述第二输出端口,所述单片机的第六引脚作为所述脉冲信号输出设备的所述第一输出端口,所述单片机的第七引脚作为所述脉冲信号输出设备的所述输入端。
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