一種基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器的製作方法

2024-03-05 23:37:15

本實用新型涉及液位傳感器領域，尤其涉及一種基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器。

背景技術：

目前應用的非接觸電容感應式液位傳感器，通常是由電子電路檢測容器壁內的水或其他液體同感應開關的感應板產生的電容量，判斷是否有水或其他液體，並輸出相應信號，檢測方式有兩種：

第一種方式是通過電子電路組成振蕩器產生幾十到幾百千赫茲的高頻脈衝信號，通過感應板與液體之間的電容變化，由比較器輸入端同基準端的電位變化來檢測是否有水或其他液體，並輸出相應信號。但是，由於由比較器和電容組成的振蕩器隨外界因素變化較大，其電路的振蕩頻率也會隨之變化，對所調節好的基準影響較大，易引起漂移及變化，使檢測精度均降低甚致產生判斷失效。

第二種是使用帶電荷轉移感應電容式輸入端MCU來測量感應金屬板上電容量的變化量，該電路常用一個固定的電容量來作為檢測基準，感應板上電容量變化值和固定的電容量不一致時，則通過MCU判斷是否感應到有液體存在。由於基準電容的數值容易受溫度等環境因數影響較大，使對液體有無的判斷不穩定；另外，由於缺少斷電記憶功能，當檢測過程中意外掉電時MCU進行運算的被測值和基準值均為變量，出現檢測失誤，造成檢測的不可靠性。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提出一種可在惡劣環境下也能長期高效使用，無需溫度補償處理，大大提高了準確性、穩定性和可靠性的基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器。

為達此目的，本實用新型採用以下技術方案：

一種基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器，包括PCB電路板和感應板，所述感應板和PCB電路板電連接；

所述PCB電路板包括液位感應電路、MCU檢測電路、信號存儲電路、檢測控制電路和輸出電路，所述MCU檢測電路包括MCU檢測晶片U1，所述液位感應電路、信號存儲電路、檢測控制電路和輸出電路均與MCU檢測晶片U1電連接；

所述信號存儲電路存儲基準電平值和液位電平值。

優選地，所述檢測控制電路向MCU檢測晶片U1輸送電量和檢測控制信號，所述液位感應電路將感應到的液位電平值輸送至MCU檢測晶片U1；

所述MCU檢測晶片U1讀取並比較所述信號存儲電路的基準電平值和液位電平值，當檢測到液位電平值高於或低於基準電平值時，所述MCU檢測晶片U1將液位電平值輸出至輸出電路。

優選地，所述信號存儲電路包括信號存儲晶片U2和電阻R4、R5，所述信號存儲晶片U2的AO端、A1端、A2端、WP端和VSS端均接地，所述信號存儲晶片U2的VDD端、電阻R4的一端和電阻R5的一端均接電源，所述電阻R4的另一端和信號存儲晶片U2的SCL端電連接，所述電阻R5的另一端和信號存儲晶片U2的SDA端電連接；

所述MCU檢測晶片U1的第1引腳和信號存儲晶片U2的AO端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第2引腳和信號存儲晶片U2的A1端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第3引腳和信號存儲晶片U2的A2端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第4引腳和信號存儲晶片U2的VSS端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第5引腳和信號存儲晶片U2的SDA端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第6引腳和信號存儲晶片U2的SCL端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第7引腳和信號存儲晶片U2的WP端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第8引腳和信號存儲晶片U2的VDD端電連接。

優選地，所述檢測控制電路包括電容C1、C2、電阻R1和採集按鍵K1，所述電容C1的一端、電容C2的一端、電阻R1的一端和MCU檢測晶片U1的第4引腳均接電源，所述電阻R1的另一端、採集按鍵K1的一端和MCU檢測晶片U1的第5引腳電連接，所述採集按鍵K1的另一端、電容C1的另一端和電容C2的另一端均接地。

優選地，所述液位感應電路包括第一感應電極T1和第二感應電極T2，所述第一感應電極T1設置於感應板的底端，並且所述第一感應電極T1和MCU檢測晶片U1的第2引腳電連接；所述第二感應電極T2設置於感應板的頂端，並且所述第二感應電極T2和MCU檢測晶片U1的第3引腳電連接。

優選地，所述輸出電路包括電阻R3、輸出埠OUT和電晶體Q1，所述電阻R3的一端和MCU檢測晶片U1的第14引腳電連接，所述電阻R3的另一端和電晶體Q1的基極電連接，所述電晶體Q1的發射極和MCU檢測晶片U1的第11引腳電連接，所述電晶體Q1的發射極接地，所述電晶體Q1的集電極和輸出埠OUT電連接。

優選地，所述輸出電路還包括電阻R2和工作指示燈D1，所述電阻R2的一端和工作指示燈D1的正極電連接，所述電阻R2的另一端和MCU檢測晶片U1的第8引腳電連接，所述工作指示燈D1的負極接地。

優選地，還包括絕緣殼體，所述PCB電路板和感應板分隔放置於絕緣殼體的內部。

所述基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器設有信號存儲電路，使得基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器具有記憶功能，可存儲基準電平值和液位電平值，從而使MCU檢測晶片U1預設的基準電平值不會因環境發生變化而變化，可在惡劣環境下也能長期高效使用，無需進行溫度補償，實現斷電後基準電平值不丟失，穩定性強。

附圖說明

附圖對本實用新型做進一步說明，但附圖中的內容不構成對本實用新型的任何限制。

圖1是本實用新型其中一個實施例的液位傳感器結構示意圖；

圖2是本實用新型其中一個實施例的PCB電路原理圖；

圖3是本實用新型其中一個實施例的液位檢測示意圖。

其中：PCB電路板21；感應板22；液位感應電路211；MCU檢測電路212；信號存儲電路213；檢測控制電路214；輸出電路215；MCU檢測晶片U1；信號存儲晶片U2；電阻R1、R2、R3、R4、R5；電容C1、C2；採集按鍵K1；第一感應電極T1；第二感應電極T2；輸出埠OUT；電晶體Q1；工作指示燈D1；絕緣殼體23；基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器24；容器25；液位線26。

具體實施方式

下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本實用新型的技術方案。

本實施例的基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器24，如圖1所示，包括PCB電路板21和感應板22，所述感應板22和PCB電路板21電連接；

所述PCB電路板21包括液位感應電路211、MCU檢測電路212、信號存儲電路213、檢測控制電路214和輸出電路215，如圖2所示，所述MCU檢測電路212包括MCU檢測晶片U1，所述液位感應電路211、信號存儲電路213、檢測控制電路214和輸出電路215均與MCU檢測晶片U1電連接；所述信號存儲電路213存儲基準電平值和液位電平值。

優選地，如圖2所示，所述檢測控制電路214向MCU檢測晶片U1輸送電量和檢測控制信號，所述液位感應電路211將感應到的液位電平值輸送至MCU檢測晶片U1；所述MCU檢測晶片U1讀取並比較所述信號存儲電路213的基準電平值和液位電平值，當檢測到液位電平值高於或低於基準電平值時，所述MCU檢測晶片U1將液位電平值輸出至輸出電路215。

所述基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器24設有信號存儲電路213，使得基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器24具有記憶功能，可存儲基準電平值和液位電平值，從而使MCU檢測晶片U1預設的基準電平值不會因環境發生變化而變化，無需進行溫度補償，實現斷電後基準電平值不丟失，穩定性強。

使用時，如圖3所示，所述基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器24設置於容器25的外側，所述基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器24設有感應板22，感應板22為金屬材料，所述感應板22的中心靠近被檢測液體的液位線26，然後上電，進行液位檢測。當有液體在感應板22的範圍內，會引起感應板22上電容量的變化，產生新的液位電平值，所述液位感應電路211將感應到的液位電平值輸送至MCU檢測晶片U1，所述MCU檢測晶片U1將檢測到液位電平值和預設的基準電平值進行比較，當檢測到液位電平值高於或低於基準電平值時，所述MCU檢測晶片U1將液位電平值輸出至輸出電路215，以便於後續的裝置計算液位高度。所述MCU檢測晶片U1的型號為SN8P2711單片機。所述基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器24可在惡劣環境下也能長期高效使用，基準電平穩定，無需溫度補償處理，大大提高了準確性、穩定性和可靠性。

優選地，如圖2所示，所述信號存儲電路213包括信號存儲晶片U2和電阻R4、R5，所述信號存儲晶片U2的AO端、A1端、A2端、WP端和VSS端均接地，所述信號存儲晶片U2的VDD端、電阻R4的一端和電阻R5的一端均接電源，所述電阻R4的另一端和信號存儲晶片U2的SCL端電連接，所述電阻R5的另一端和信號存儲晶片U2的SDA端電連接；

所述MCU檢測晶片U1的第1引腳和信號存儲晶片U2的AO端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第2引腳和信號存儲晶片U2的A1端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第3引腳和信號存儲晶片U2的A2端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第4引腳和信號存儲晶片U2的VSS端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第5引腳和信號存儲晶片U2的SDA端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第6引腳和信號存儲晶片U2的SCL端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第7引腳和信號存儲晶片U2的WP端電連接，所述MCU檢測晶片U1的第8引腳和信號存儲晶片U2的VDD端電連接。

所述信號存儲晶片U2的型號為24C02存儲晶片，所述信號存儲晶片U2和MCU檢測晶片U1建立通信，所述信號存儲晶片U2斷電記憶功能。所述信號存儲晶片U2的AO端、A1端、A2端均為器件地址選擇端，分別與所述MCU檢測晶片U1的第1引腳、第2引腳、第3引腳電連接，分別用於存儲基準電平值、第一感應電極T1的感應電容值，第二感應電極T2的感應電容值。所述MCU檢測晶片U1的第6引腳和信號存儲晶片U2的SCL端電連接，信號存儲晶片U2的SCL端為串行時鐘信號輸入端，所述MCU檢測晶片U1的第6引腳向信號存儲晶片U2的SCL端輸送用於信號存儲晶片U2接收或發送數據的時鐘信號。所述MCU檢測晶片U1的第5引腳和信號存儲晶片U2的SDA端電連接，所述信號存儲晶片U2的SDA端為串行數據管腳，所述MCU檢測晶片U1的第5引腳向信號存儲晶片U2的SDA端輸送控制其數據接收或發送的控制信號。所述MCU檢測晶片U1的第7引腳和信號存儲晶片U2的WP端電連接，所述信號存儲晶片U2的WP端為防寫端，所述MCU檢測晶片U1的第7引腳向信號存儲晶片U2的WP端輸送控制其讀寫操作的控制信號。

優選地，如圖2所示，所述檢測控制電路214包括電容C1、C2、電阻R1和採集按鍵K1，所述電容C1的一端、電容C2的一端、電阻R1的一端和MCU檢測晶片U1的第4引腳均接電源，所述電阻R1的另一端、採集按鍵K1的一端和MCU檢測晶片U1的第5引腳電連接，所述採集按鍵K1的另一端、電容C1的另一端和電容C2的另一端均接地。

所述電容C1的一端、電容C2的一端、電阻R1的一端和MCU檢測晶片U1的第4引腳均接電源，電源經過電容C1、C2進行濾波後輸送給MCU檢測晶片U1，以作為MCU檢測晶片U1的電量供應和參考電壓。所述採集按鍵K1和MCU檢測晶片U1的第5引腳電連接，當採集按鍵K1斷開時，所述MCU檢測晶片U1處於待機狀態；當進行液位檢測時，按下採集按鍵K1，即向MCU檢測晶片U1的第5引腳發送檢測控制信號，以驅動MCU檢測晶片U1的第2引腳、第3引腳分別採集第一感應電極T1的感應電容值和第二感應電極T2的感應電容值，並將採集到的上述數據存儲至信號存儲晶片U2。

優選地，如圖2所示，所述液位感應電路211包括第一感應電極T1和第二感應電極T2，所述第一感應電極T1設置於感應板22的底端，並且所述第一感應電極T1和MCU檢測晶片U1的第2引腳電連接；所述第二感應電極T2設置於感應板22的頂端，並且所述第二感應電極T2和MCU檢測晶片U1的第3引腳電連接。如圖1、圖3所示，所述第一感應電極T1設置於感應板22的底端，用於檢測感應板22的底端的感應電容值，並將其發送至MCU檢測晶片U1的第2引腳；所述第二感應電極T2設置於感應板22的頂端，用於檢測感應板22的頂端的感應電容值，並將其發送至MCU檢測晶片U1的第3引腳。所述MCU檢測晶片U1設有運算器，對採集到的第一感應電極T1的感應電容值和第二感應電極T2的感應電容值進行計算，繼而得出液位電平值。

優選地，如圖2所示，所述輸出電路215包括電阻R3、輸出埠OUT和電晶體Q1，所述電阻R3的一端和MCU檢測晶片U1的第14引腳電連接，所述電阻R3的另一端和電晶體Q1的基極電連接，所述電晶體Q1的發射極和MCU檢測晶片U1的第11引腳電連接，所述電晶體Q1的發射極接地，所述電晶體Q1的集電極和輸出埠OUT電連接。所述MCU檢測晶片U1的第11引腳和輸出埠OUT之間通過電晶體Q1電連接，所述MCU檢測晶片U1的第11引腳通過電晶體Q1向輸出埠OUT輸送檢測到的液位電平值；所述MCU檢測晶片U1的第14引腳通過電阻R3和電晶體Q1的基極電連接，從而MCU檢測晶片U1的第14引腳通過電阻R3進行高低電平轉換來控制電晶體Q1的通斷，繼而控制液位電平值的輸出。

優選地，所述輸出電路215還包括電阻R2和工作指示燈D1，如圖2所示，所述電阻R2的一端和工作指示燈D1的正極電連接，所述電阻R2的另一端和MCU檢測晶片U1的第8引腳電連接，所述工作指示燈D1的負極接地。所述MCU檢測晶片U1的第8引腳通過電阻R2和工作指示燈D1電連接，所述MCU檢測晶片U1的第8引腳通過電阻R2輸出高低電平來控制工作指示燈D1的亮滅，當MCU檢測晶片U1向輸出電路215輸出液位電平值時，點亮所述工作指示燈D1，以便了解基準電平穩定的非接觸電容感應式液位傳感器24工作情況。

優選地，還包括絕緣殼體23，如圖1所示，所述PCB電路板21和感應板22分隔放置於絕緣殼體23的內部。所述絕緣殼體23對所述PCB電路板21和感應板22起到絕緣保護作用，延長使用壽命；所述PCB電路板21和感應板22分隔放置於絕緣殼體23的內部，可減少所述PCB電路板21對所述感應板22的電場幹擾，提高檢測精度。

以上結合具體實施例描述了本實用新型的技術原理。這些描述只是為了解釋本實用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對本實用新型保護範圍的限制。基於此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本實用新型的其它具體實施方式，這些方式都將落入本實用新型的保護範圍之內。