本實(shí)用新型涉及一種液位檢測電路，具體是基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)檢測與報(bào)警的液位檢測電路。

背景技術(shù)：

實(shí)現(xiàn)液位自動(dòng)檢測的測量儀器應(yīng)用非常普遍，很多工業(yè)領(lǐng)域都需要進(jìn)行液位自動(dòng)檢測，實(shí)現(xiàn)液位自動(dòng)檢測的原理也各不相同，光電式液位檢測由于可以不直接接觸被測液體而被廣泛采用。

現(xiàn)有技術(shù)中的光電式液位檢測電路多是基于555電路和其他分立器件實(shí)現(xiàn)檢測控制，采用振蕩元件實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，這導(dǎo)致了一些局限，例如調(diào)節(jié)光源亮度困難(針對某些被測液體需要采用亮度高的光源，或者根據(jù)測量環(huán)境光線明暗不同也需要采用不同亮度的測量光源)，這導(dǎo)致了測量過程的智能控制性不強(qiáng)，這導(dǎo)致了液位測量電路不能避免測量環(huán)境的光線干擾，也導(dǎo)致了液位測量電路不能適應(yīng)各種透光性不同的被測液體；此外分立元件構(gòu)成的測量電路使用元件數(shù)量多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此硬件布線難度大，調(diào)試?yán)щy；此外不利于減小電路整體體積，這也與液位檢測系統(tǒng)安裝尺寸越小越好的原則相沖突。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的是：怎樣提供一種能靈活控制測量光源亮度，電路結(jié)構(gòu)簡單，有利于降低測量系統(tǒng)體積的液位檢測電路。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案。

一種能避免檢測環(huán)境光線干擾的液位檢測電路，其特征在于：包括單片機(jī)、晶體管Q、電子電位器、電壓調(diào)節(jié)器和光電三極管；

所述晶體管Q的基極與所述電壓調(diào)節(jié)器的K端相連接，晶體管Q的基極還通過第一偏置電阻R1與電源正極VDD相連接；晶體管Q的集電極與被驅(qū)動(dòng)LED的陰極相連接，所述被驅(qū)動(dòng)LED的陽極與電源正極VDD相連接；晶體管Q的發(fā)射極與第二偏置電阻R2的一端相連接，第二偏置電阻R2的另一端與所述電子電位器的滑動(dòng)端相連接；

所述電子電位器的滑動(dòng)端還與電子電位器的高電位端相連接，電子電位器的低電位端接地，電子電位器的受控端與單片機(jī)的輸出端相連；

所述電壓調(diào)節(jié)器的R端與晶體管Q的發(fā)射極相連接；電壓調(diào)節(jié)器的A端接地；

所述光電三極管的集電極通過第三偏置電阻R3與電源正極VDD相連接，光電三極管的發(fā)射極接地；

光電三極管的集電極還與比較整形模塊的電壓輸入端相連接，比較整形模塊的電壓輸出端與單片機(jī)的輸入口相連接；

單片機(jī)還與聲光報(bào)警模塊相連接。

進(jìn)一步的，所述比較整形模塊主要由運(yùn)算放大器構(gòu)成。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型中，光電式液位檢測電路的光源驅(qū)動(dòng)部分電路由單片機(jī)和電壓調(diào)節(jié)器為核心器件設(shè)計(jì)，能夠?qū)ED光源進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)，并且可以靈活控制光源亮度，使得本實(shí)用新型能避免測量環(huán)境的光線干擾，并且適應(yīng)各種被測液體，因此本實(shí)用新型具有能靈活控制測量光源亮度，實(shí)現(xiàn)較好測量適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)；此外本實(shí)用新型采用集成度高的器件實(shí)現(xiàn)測量與報(bào)警控制，因此具有減小電路整體體積，便于測量系統(tǒng)安裝的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型使用方法示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型光電式樣液位檢測電路由光源控制部分和光檢測部分組成。

(一)光源控制部分

主要由恒流源部分和驅(qū)動(dòng)電流通斷控制部分。

如圖1所示，恒流源部分以TL431芯片為控制核心，以第一晶體管Q1和兩個(gè)偏置電阻為外圍元件。TL431是可控精密穩(wěn)壓源，內(nèi)部含有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意的設(shè)置到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中用它代替穩(wěn)壓二極管。封裝形式與塑封三極管相同，具有三個(gè)管腳：參考極(通常也稱為R端)、陽極(通常也稱為A端)和陰極(通常也稱為K端)。

其原理在于，TL431芯片的R端電壓恒定在2.5V，因此接在TL431芯片R端和地間的電阻中流過的電流是恒定的，也即是流經(jīng)第一晶體管Q1的電流便由第二偏置電阻R2決定。第二偏置電阻R2阻值恒定則流經(jīng)第一晶體管Q1的電流恒定，實(shí)現(xiàn)了恒流源輸出。

驅(qū)動(dòng)電流的通斷控制主要是為了實(shí)現(xiàn)對LED燈亮度的調(diào)節(jié)。如圖1所示，驅(qū)動(dòng)電流控制部分主要以單片機(jī)和電子電位器為控制核心。

本實(shí)用新型中的單片機(jī)采用MSP430G2553芯片。

電子電位器為X9C102芯片，X9C102是100階數(shù)字電位器，最大阻值1KΩ，最小電阻40Ω，滑動(dòng)增量10.1Ω，該電子電位器具有如下引腳：“增加輸入引腳”，“升降輸入引腳”，“高電位端VH”，“低電位端VL”，“地端VSS”，“滑動(dòng)端VW”和“片選輸入端”，其中“增加輸入引腳”，“升降輸入引腳”和“片選輸入端”為電子電位器的受控端。

在本實(shí)用新型中電子電位器的連接采用“變阻式”：“高電位端VH”和“滑動(dòng)端VW”短接在一起，這樣“低電位端VL”與“滑動(dòng)端VW”兩個(gè)點(diǎn)之間就形成一個(gè)電阻值可以改變的電阻了，并且阻值的大小可以通過單片機(jī)進(jìn)行控制調(diào)整，也即是電子電位器的受控端均與單片機(jī)的輸出端相連；

具體工作原理可闡述為：單片機(jī)能控制電子電位器修改其阻值，具體的，增加輸入引腳由下降沿觸發(fā)，該引腳上出現(xiàn)的下降沿將使得滑動(dòng)端VW朝內(nèi)部計(jì)數(shù)器增加或減小的方向移動(dòng)，升降輸入引腳上的邏輯電平控制著電子電位器滑動(dòng)端VW移動(dòng)的方向；增加輸入引腳和升降輸入引腳的信號(hào)均由單片機(jī)提供，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對電子電位器阻值的控制修改。

而驅(qū)動(dòng)電流的大小是由電子電位器與第二偏置電阻R2串聯(lián)所得總電阻決定的，具體的TL431芯片的R端電壓恒定在2.5V，因此驅(qū)動(dòng)電流的大小即是2.5V與“電子電位器與第二偏置電阻R2串聯(lián)所得總電阻”的比值，例如第二偏置電阻R2設(shè)置為2KΩ，電子電位器設(shè)置在最小值40Ω，則驅(qū)動(dòng)電流約為1.25mA，電子電位器設(shè)置在最大值1KΩ，則驅(qū)動(dòng)電流約為0.83mA，驅(qū)動(dòng)電流實(shí)現(xiàn)了靈活調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了對LED亮度的靈活調(diào)節(jié)。當(dāng)然根據(jù)實(shí)際使用的LED和電路系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)需求(例如本實(shí)用新型可以用于各種光檢測用光產(chǎn)生部分)，可以選擇不同最大阻值、最小阻值的電子電位器。

(二)光檢測部分

光檢測部分電路主要包括光電三極管、比較整形模塊和單片機(jī)。其電路連接關(guān)系是：光電三極管的集電極通過第三偏置電阻R3與電源正極VDD相連接，光電三極管的發(fā)射極接地；光電三極管的集電極還與比較整形模塊的電壓輸入端相連接，比較整形模塊的電壓輸出端與單片機(jī)的輸入口相連接；比較整形模塊的參考電壓輸入端可以由兩個(gè)電阻串聯(lián)分壓得到，所分得電壓可以由兩個(gè)電阻阻值的比值決定。比較整形模塊可以由運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，例如可以采用如下結(jié)構(gòu)

運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端通過一個(gè)分壓電阻與電源正極相連接，運(yùn)算放大器的負(fù)輸入還端通過另一個(gè)分壓電阻R與地相連接。顯然，運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端即是比較器模塊的參考電位輸入端(連個(gè)分壓電阻之間的比值就決定了比較器模塊的比較參考電位大小)，而運(yùn)算發(fā)大器的正輸入端則是比較器模塊的信號(hào)輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端即比較整形模塊的輸出端

單片機(jī)還與聲光報(bào)警模塊相連接。

光檢測部分工作原理比較簡單：當(dāng)光電三極管沒有接收到光信號(hào)時(shí)，光電三極管的集電極電位較大，經(jīng)比較整形模塊處理后輸出單片機(jī)可以處理的高電平。而當(dāng)光電三極管接收到光信號(hào)時(shí)導(dǎo)通，集電極電位下降，經(jīng)過比較整形模塊處理后輸出單片機(jī)能夠處理的低電平。單片機(jī)收到相應(yīng)電平后通過內(nèi)部邏輯運(yùn)算決定是否啟動(dòng)聲光報(bào)警模塊工作。

本實(shí)用新型的使用方法是：如圖2所示，將本實(shí)用新型的光源控制部分和光檢測部分放在乘放有被測液體的玻璃管兩側(cè)，LED光源與光電三極管正對放置(通常大的液體存儲(chǔ)罐的側(cè)壁上會(huì)設(shè)置有一只玻璃管液位計(jì)，用于肉眼觀察罐內(nèi)液位，該玻璃管液位計(jì)與罐內(nèi)空間，因此罐內(nèi)液體能夠例如玻璃管液位計(jì)的管體中，罐內(nèi)的液位即是玻璃管液位計(jì)管體中的液位顯示，對玻璃管液位計(jì)管體中的液位進(jìn)行自動(dòng)檢測即可檢測出罐內(nèi)液位)。

針對需要檢測判斷液位是否超過最大液位的應(yīng)用時(shí)：將本實(shí)用新型設(shè)置在玻璃管臨界最高液位處，光源部分和光檢測部分設(shè)置在玻璃管兩側(cè)，并，且相對設(shè)置便于收光。由于光在不不同的物質(zhì)中傳播折射率不同，例如在空氣中傳播時(shí)光折射小，而在水中傳播時(shí)折射大，因此當(dāng)玻璃管中液體沒有超過最高臨界液位時(shí)，光電三極管接收到的光線多，光電三極管飽和導(dǎo)通，如前所述單片機(jī)接收到低電平，而當(dāng)玻璃管中液體超過最高臨界液位時(shí)，單片機(jī)接收到高電平，對于是否超過最大液位的檢測應(yīng)用，單片機(jī)在接收到高電平時(shí)應(yīng)該控制聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。

顯然，對于需要進(jìn)行是否低于最小液位的應(yīng)用時(shí)，光源和光檢測部分設(shè)置與上一種情況是相同的，區(qū)別只是在于，當(dāng)單片機(jī)接收到低電平時(shí)說明液位已經(jīng)低于最低液位，單片機(jī)應(yīng)該控制報(bào)警電路工作。

而當(dāng)某些透光性差的被測液體，或者測量環(huán)境光線較強(qiáng)的情況下：可以通過驅(qū)動(dòng)電流通斷控制來實(shí)現(xiàn)增大LED亮度，驅(qū)動(dòng)電流通斷控制調(diào)節(jié)LED亮度的原理如前所述，這里不再贅述(當(dāng)然LED亮度的控制是可以通過與單片機(jī)連接的鍵盤電路進(jìn)行控制的)?？傊?，LED亮度的靈活控制為提高測量儀器對被測液體和測試環(huán)境的適應(yīng)性提供了較優(yōu)的解決途徑。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。