CN210742233U - 一种简易多功能容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种简易多功能容器，单片机控制模块通过液体检测模块检测透明容器内不透明液体的透明度；单片机控制模块通过PH值检测模块检测透明容器内液体的PH值；单片机控制模块通过电导率检测模块检测透明容器内液体的电导率值；单片机控制模块通过液位高度检测模块检测透明容器内液体的高度值。简易多功能容器采用了激光测距传感器测出被测液体的液位。采用了称重传感器测量液体的重量。采用了ph传感器分辨出白醋。采用了电导率传感器采用分辨出盐水。采用了激光对射光电开关分辨出牛奶。使得采用简易多功能容器就可以检测出液体的透明度，液体的PH值，液体的电导率值，液体的高度值以及液体的重量值等信息。

Description

一种简易多功能容器

技术领域

本实用新型涉及液体称装试验技术领域，尤其涉及一种简易多功能容器。

背景技术

目前在对一些液体进行试验操作时，需要辨识液体的种类，名称以及属性信息等等。比如分辨纯净水、盐水、牛奶、白醋四种液体。如果试验人员不知道液体的种类，名称以及属性信息时，通常需要再找其他试验介质来进行甄别。或者在通过一些试验方式来进行甄别。这样不仅影响试验过程的效率，还需要额外增加试验介质及器材。通常无法第一时间获悉到需要辨识液体的种类，名称以及属性信息等等。

而且对未知液体进行鉴别时，需要进行多次试验，或者引入多种不同的相关介质来进行验证，时效性较差。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种简易多功能容器，包括：透明容器和数据处理终端；

数据处理终端设有液体检测模块、PH值检测模块、电导率检测模块、单片机控制模块和显示电路模块；

透明容器的上端设有液位高度检测模块；

显示电路模块、液体检测模块、PH值检测模块、电导率检测模块以及液位高度检测模块分别与单片机控制模块连接；

单片机控制模块通过液体检测模块检测透明容器内不透明液体的透明度，并通过显示电路模块进行显示；

单片机控制模块通过PH值检测模块检测透明容器内液体的PH值，并通过显示电路模块进行显示；

单片机控制模块通过电导率检测模块检测透明容器内液体的电导率值，并通过显示电路模块进行显示；

单片机控制模块通过液位高度检测模块检测透明容器内液体的高度值，并通过显示电路模块进行显示。

进一步需要说明的是，透明容器底部设有底座，透明容器安置在底座上；

底座设有称重传感器模块；

称重传感器模块与单片机控制模块连接；

单片机控制模块通过称重传感器模块检测透明容器内液体的重量值，并通过显示电路模块进行显示。

进一步需要说明的是，数据处理终端还设有信号处理模块；

液体检测模块通过信号处理模块连接单片机控制模块。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

简易多功能容器采用了激光测距传感器测出被测液体的液位。采用了称重传感器测量液体的重量。采用了ph传感器分辨出白醋。采用了电导率传感器采用分辨出盐水。采用了激光对射光电开关分辨出牛奶。使得采用简易多功能容器就可以检测出液体的透明度，液体的PH值，液体的电导率值，液体的高度值以及液体的重量值等信息，避免了对未知液体进行鉴别时，需要进行多次试验，或者引入多种不同的相关介质来进行验证，时效性较差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为简易多功能容器示意图；

图2为简易多功能容器实施例示意图；

图3为转换电路图；

图4为称重传感器模块实施例示意图。

具体实施方式

为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实用新型提供了一种简易多功能容器，如图1至4所示，包括：透明容器1和数据处理终端2；

数据处理终端2设有液体检测模块8、PH值检测模块6、电导率检测模块7、单片机控制模块3和显示电路模块4；

透明容器1的上端设有液位高度检测模块5；液位高度检测模块5向液位方向检测液位高度。

显示电路模块4、液体检测模块8、PH值检测模块6、电导率检测模块7 以及液位高度检测模块5分别与单片机控制模块3连接；单片机控制模块3 通过液体检测模块8检测透明容器内不透明液体的透明度，并通过显示电路模块4进行显示；

单片机控制模块3通过PH值检测模块6检测透明容器1内液体的PH值，并通过显示电路模块4进行显示；单片机控制模块3通过电导率检测模块7 检测透明容器1内液体的电导率值，并通过显示电路模块4进行显示；单片机控制模块3通过液位高度检测模块5检测透明容器1内液体的高度值，并通过显示电路模块4进行显示。

本实用新型透明容器1底部设有底座11，透明容器1安置在底座11上；底座 11设有称重传感器模块9；称重传感器模块9与单片机控制模块3连接；单片机控制模块3通过称重传感器模块9检测透明容器1内液体的重量值，并通过显示电路模块4进行显示。可以实现对透明容器1内部液体重量的称量。底座11设有转盘16，可以实现对透明容器1内部液体的旋转搅拌。

简易多功能容器可以自动测量给定液体的液位、重量等参数；可判别给定液体的种类如纯净水、盐水、牛奶、白醋等，可显示测量数据。可实现以下功能：

1能检测液体液位、重量等参数，可显示检测结果。液位测量绝对误差的绝对值小于2mm；重量测量绝对误差的绝对值小于1g。

2能够区分不同浓度的盐水。

3根据液体特征可分辨纯净水、盐水、牛奶、白醋四种液体种类。

本实用新型中，通过称重传感器测量液体重量，可对容器进行去皮操作。采用激光测距传感器测量液位高度，采用PH及检测白醋液体，采用电导率传感器判断不同浓度的盐水，采用激光对射开关检测牛奶不透光判断是否为牛奶，通过3.2寸TFT液晶显示重量和液位值以及显示不同液体类型。

单片机控制模块3可以采用80C51内核的STC系列单片机，配置有两个 16位定时计数器，两个外中断，两个计时器中断，并有4个8位并行输入口。 80C51的***性能采集***，可用来作为控制核心。

或采用STM32F407ZGT6系列单片机，STM32F4系列基于最新的ARM Cortex M4内核，运行速度可达168MHz，在现有的STM32微控制器产品组合中新增了信号处理功能，外设资源丰富。STM32F407ZGT6单片机，还带有 FPU的

32位

-M4CPU、在Flash存储器中实现零等待状态运行性能的自适应实时加速器、主频高达168MHz，MPU，能够实现高达210DMIPS/1.25DMIPS/MHz(Dhrystone 2.1)的性能，具有DSP指令集。

作为本实用新型中的液位高度检测模块5可以采用超声波测距传感器，通过发送和接收超声波，利用时间差和声音传播速度，超声波在空气中的传播速度为v，根据记录测出发射和接收回波的时间差△t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，但超声波发射呈扇面，当超声波经过之处空间狭小时，易受到干扰测量不准确。

液位高度检测模块5还可以采用投入式液位传感器，是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号，但其精度容易受到外界因素的影响。

液位高度检测模块5还可以激光测距传感器，用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离，精度比较高可以达到设计要求。

显示电路模块4采用八位共阴极LED数码管进行显示，利用单片机串行口的移位寄存器工作方式，外接MAX7219串行输入共阴极显示驱动器，每片可驱动8个LED数码管。但是数码管显示信息量少，且功耗大。

还可以采用3.2寸TFT触摸屏，可以显示***数字和汉字等字符，随着半导体技术的发展，液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。可视面积大色彩更加逼真。

本实用新型中还包括电源电路；电源电路采用5V、12V电源，分别给单片机控制模块和各个电气元件供电。

电源电路可以采用开关电源，体积小，效率高，重量轻稳压范围宽转换速率快。或采用线性直流稳压电源，纹波电压小，电压稳定。但变换效率较低容易发热，体积较大不方便携带。

作为本实用新型中的单片机控制模块以STM32F407ZGT6单片机为控制核心，采用激光测距传感器探测液体的液位高度，用称重传感器测量液体的重量，用PH值传感器、激光对射光电开关和电导率传感器根据液体特征判断液体的种类。

作为本实用新型中的液位高度检测模块5的液位高度分析计算方式为：采用相位式测量激光测距仪，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离，以此测定出光经往返所需的时间。

若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为

则对应时间t可表示为：

代入D＝ct/2式可表示为

式中：

C——光在大气中的传播速度；

——信号往返测线一次产生的总的相位延迟

ω——调制信号的角频率，ω＝2πf；U——单位长度，数值等于1/4调制波长

N——测线所包含调制半波长个数；

——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。

ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分，

作为本实用新型中的称重传感器模块9采用电阻应变片桥式称重传感器，称重传感器通过HX711集成电路HX711输出信号，并通过IIC协议与单片机控制模块3通信连接。HX711工作电压2.6-5.5V，16管脚的SOP-16封装。采用了海芯科技集成电路专利技术，电阻应变片桥式称重传感器是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。电阻应变片桥式称重传感器集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的***电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。

称重传感器HX711+5kg传感器满量程输出电压＝激励电压×灵敏度 1.0mv/v。

例如：供电电压是5v乘以灵敏度1.0mv/v＝满量程5mv。相当于有5Kg重力产生时候产生5mV的电压。

HX711模块A通道带有128倍信号增益，可以将5mV的电压放大128 倍，然后采样输出24bit AD转换的值，单片机通过指定时序将24bit数据读出。

步骤1：计算传感器供电电压

HX711可以在产生VAVDD和AGND电压，即711模块上的E+和E- 电压。该电压通过VAVDD＝VBG(R1+R2)/R2计算。VBG为模块儿基准电压1.25v，R1＝20K,R2＝8.2K，因此得出VAVDD＝4.3V。为了降低功耗，该电压只在采样时刻才有输出。

步骤2：计算AD输出最大值

在4.3V的供电电压下5kg的传感器最大输出电压是4.3v*1mv/V＝ 4.3mV。

经过128倍放大后，最大电压为4.3mV*128＝550.4mV，经过AD转换后输出的24bit数字值最大为：550.4mV*2 24/4.3V≈2147483。

作为本实用新型中的电导率检测模块7采用赛通RS485型液体电导率变送器ST-YT-EC-20K。

赛通RS485型液体电导率变送器ST-YT-EC-20K适用于水体电导率值的测量，经与德国原装高精度传感器比较标定，精度高，响应快，输出稳定。耐长期电解，耐腐蚀，抽真空灌封，完全防水。适用于各种场所，尤其适用于水质监测、污水处理等场所。

工作电压12-24VDC，平均功耗150mW，电导率量程0～20000μS/cm，电导率精度±3％，电导率分辨率1μS/cm，响应时间<1s，防护等级IP68，输出信号为RS485modbus协议，适用于水体电导率的测量，精度高响应快输出稳定，根据盐水的电导率不同于其他液体进而判别出盐水。

电导率传感器是在实验室、工业生产和探测领域里被用来测量超纯水、纯水、饮用水、污水等各种溶液的电导性或水标本整体离子的浓度的传感器，根据盐水的电导率与其他几种液体不同可以在设计中用来检测盐水。

表1各种液体的液体特征

作为本实用新型中的PH值检测模块6采用BHT-D型PH值采集器，配置有低噪音屏蔽线；

采用BHT-D型PH值采集器，低噪音屏蔽线800mm，纤维盐桥，用于实验室常规PH值测量。用氢离子玻璃电极与参比电极组成原电池，在玻璃膜与被测溶液中的氢离子进行离子交换过程中，通过测量电极之间的电位差，来检测溶液中的氢离子浓度，从而测得被测液体的PH值，进而辨别出白醋。

BHT-D型PH值采集器采用双高阻三电极体系，具有在线一键校准、实时温度补偿、校准时电极好坏报警、掉电保护可使标定结果和预置数据不因关机或停电而丢失、测量精度高、响应快、使用寿命长等特点。人性化的在线一键校准功能方便用户定期对电极进行校准修正，结合温度补偿、掉电保护功能，能有效地完成对测量数据的转换、处理、等过程。产品体积小、重量轻、易于安装和维护，5V供电，可PH值、温度同时输出1-3V、0.4-2V标准线性模拟信号或串口输出数字信号，方便用户进行二次开发。

PH值采集器参数：额定电压：DC 5V；额定电流:20mA；PH量程:0.00～14.00PH；PH灵敏度:0.01PH；温度量程：-20～80℃；测温度：±0.5℃；储存条件:0～50℃95％rh以下无结露。

BHT-D型PH值由PH探头和串口变送器模块构成，PH探头通过BNC头与串口变送器连接，串口变送器通过Tx、Rx与单片机连接。

作为本实用新型中的数据处理终端2还设有信号处理模块12；液体检测模块8通过信号处理模块12连接单片机控制模块3。信号处理模块12可以对液体的透明度数据进行滤波放大处理，避免外界信号干扰。

液体检测模块8采用激光对射开关；激光对射开关包括：接收器13和发射器14；激光对射光电开关采用E3F-20C1 E3F20L，工作电压6-36VDC，反应频率120Hz，负载电流200mAMax，激光为红色可见激光为640～650nm。

因为激光对射开关在供电电压为12V时，输出高电平12V，低电平0V，所以需要转换电路输出为5V高电平信号，采用转换电路。

数据处理终端2还设有转换电路；转换电路输出为5V高电平信号，给激光对射光电开关供电；

转换电路包括：第一连接端H1，第二连接端H2，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电容C1，电容C2，运放器U1，三极管Q1以及发光二极管D1；激光对射光电开关与第一连接端H1连接；第一连接端H1第二端接电源，第一连接端H1第一端分别与第二连接端H2第二端，电阻R1第一端，电容C1第一端，运放器U1 负极输入端连接；电阻R1第二端，电容C1第二端以及第二连接端H2第一端分别接地；运放器U1正极输入端分别与电阻R3第一端，电容C2第一端，电阻R2第二端连接；电阻R2第一端与电阻R8滑动端连接；电阻R8第一端接电源，第二端接地；电容C2第二端接地；电阻R3第二端分别与运放器U1 输出端，电阻R5第一端，电阻R4第二端以及电阻R6第一端连接；电阻R6 第二端接地；电阻R4第一端连接电源；电阻R5第二端接三极管Q1基极；三极管Q1发射极接地；三极管Q1集电极分别接转换电路输出端，电阻R7 第一端和发光二极管D1阴极，发光二极管D1阳极通过电阻R9接电源；电阻R7第二端接电源。

本实用新型中涉及的测试条件：为了保障测量的精度和准确度，简易多功能容器要平放读数时视线与液面最低处相平，添加液体时用胶头滴管搅拌液体时用玻璃杯。检测线路连接是否准确，保证线路连接无故障。

测试能够准确测量出液体液位、重量等参数如下表。

表2测量纯净水、白醋的液位高度和重量 单位：毫米、克

可以满足液位测量和重量测量在要求误差内。

表3测量纯净水、牛奶的液位和重量 单位：毫米、克

能够区分不同浓度的盐水并显示第二次测量的名称。

表4测量盐水浓度并显示盐水类别 单位：g/ml

能够根据液体特征分辨纯净水、盐水等。

表5分辨液体种类

被测液体种类	测量方法	显示测试种类
			纯净水	电导率传感器	纯净水
盐水	电导率传感器	盐水
			牛奶	激光对射光电开关	牛奶
白醋	Ph传感器	白醋
			白糖水	称重传感器	白糖水

能够分辨出纯净水和白糖水。

表6分辨白糖水纯净水

被测液体种类	显示液体种类
		纯净水	纯净水
白糖水	白糖水

作为本实用新型优选的实施方式，可以增加了语音模块，可以根据不同的需求播放纯净水、白糖水等液体名称。还可以包括按键模块17，使用户能够进行信息的输入及输出。

简易多功能容器采用了激光测距传感器测出被测液体的液位。采用了称重传感器测量液体的重量。采用了PH值检测模块分辨出白醋。采用了电导率传感器采用分辨出盐水。采用了激光对射光电开关分辨出牛奶。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等如果存在是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种简易多功能容器，其特征在于，包括：透明容器(1)和数据处理终端(2)；

数据处理终端(2)设有液体检测模块(8)、PH值检测模块(6)、电导率检测模块(7)、单片机控制模块(3)和显示电路模块(4)；

透明容器(1)的上端设有液位高度检测模块(5)；

显示电路模块(4)、液体检测模块(8)、PH值检测模块(6)、电导率检测模块(7)以及液位高度检测模块(5)分别与单片机控制模块(3)连接；

单片机控制模块(3)通过液体检测模块(8)检测透明容器内不透明液体的透明度，并通过显示电路模块(4)进行显示；

单片机控制模块(3)通过PH值检测模块(6)检测透明容器(1)内液体的PH值，并通过显示电路模块(4)进行显示；

单片机控制模块(3)通过电导率检测模块(7)检测透明容器(1)内液体的电导率值，并通过显示电路模块(4)进行显示；

单片机控制模块(3)通过液位高度检测模块(5)检测透明容器(1)内液体的高度值，并通过显示电路模块(4)进行显示。

2.根据权利要求1所述的简易多功能容器，其特征在于，

透明容器(1)底部设有底座(11)，透明容器(1)安置在底座(11)上；

底座(11)设有称重传感器模块(9)；

称重传感器模块(9)与单片机控制模块(3)连接；

单片机控制模块(3)通过称重传感器模块(9)检测透明容器(1)内液体的重量值，并通过显示电路模块(4)进行显示。

3.根据权利要求1或2所述的简易多功能容器，其特征在于，

数据处理终端(2)还设有信号处理模块(12)；

液体检测模块(8)通过信号处理模块(12)连接单片机控制模块(3)。

4.根据权利要求1或2所述的简易多功能容器，其特征在于，

液体检测模块(8)采用激光对射开关；

激光对射开关包括：接收器(13)和发射器(14)；

激光对射光电开关采用E3F-20C1 E3F20L，工作电压6-36VDC，反应频率120Hz，负载电流200mAMax，激光为红色可见激光为640～650nm。

5.根据权利要求4所述的简易多功能容器，其特征在于，

数据处理终端(2)还设有转换电路；

转换电路输出为5V高电平信号，给激光对射光电开关供电；

转换电路包括：第一连接端H1，第二连接端H2，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电容C1，电容C2，运放器U1，三极管Q1以及发光二极管D1；

激光对射光电开关与第一连接端H1连接；

第一连接端H1第二端接电源，第一连接端H1第一端分别与第二连接端H2第二端，电阻R1第一端，电容C1第一端，运放器U1负极输入端连接；电阻R1第二端，电容C1第二端以及第二连接端H2第一端分别接地；运放器U1正极输入端分别与电阻R3第一端，电容C2第一端，电阻R2第二端连接；电阻R2第一端与电阻R8滑动端连接；电阻R8第一端接电源，第二端接地；电容C2第二端接地；

电阻R3第二端分别与运放器U1输出端，电阻R5第一端，电阻R4第二端以及电阻R6第一端连接；电阻R6第二端接地；电阻R4第一端连接电源；

电阻R5第二端接三极管Q1基极；三极管Q1发射极接地；三极管Q1集电极分别接转换电路输出端，电阻R7第一端和发光二极管D1阴极，发光二极管D1阳极通过电阻R9接电源；电阻R7第二端接电源。

6.根据权利要求2所述的简易多功能容器，其特征在于，

称重传感器模块(9)采用电阻应变片桥式称重传感器，称重传感器通过HX711集成电路HX711输出信号，并通过IIC协议与单片机控制模块(3)通信连接。

7.根据权利要求1或2所述的简易多功能容器，其特征在于，

单片机控制模块(3)采用80C51内核的STC系列单片机，配置有两个16位定时计数器，并设有4个8位并行输入口；

或采用STM32F407ZGT6系列单片机。

8.根据权利要求1或2所述的简易多功能容器，其特征在于，

液位高度检测模块(5)采用L1A05RS232激光测距传感器，测量范围0.05-40m，分辨率1mm，测量精度1.5mm；配置有UART接口，RX接收端，TX发送端。

9.根据权利要求1或2所述的简易多功能容器，其特征在于，

PH值检测模块(6)采用BHT-D型PH值采集器，配置有低噪音屏蔽线；

电导率检测模块(7)采用赛通RS485型液体电导率变送器ST-YT-EC-20K。

10.根据权利要求2所述的简易多功能容器，其特征在于，

底座(11)设有转盘(16)。

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