一种高铁真空集便器用电容液位开关的制作方法

本实用新型涉及传感器领域，尤其涉及一种高铁真空集便器用电容液位开关。

背景技术：

集便器液位开关产品安装于旅客列车污物集便器箱上检测箱体内污物的液位（包含普通车辆和动车组），老旧的车型运用的是浮球液位开关，容易受挂污影响产生误报警，导致集便器系统工作不正常或失效。

技术实现要素：

为了实现上述背景技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种高铁真空集便器用电容液位开关，具体由以下技术方案实现：

所述高铁真空集便器用电容液位开关，包括：信号产生电路、信号调理模块、MCU控制模块以及电源和通讯模块，所述信号产生电路、信号调理模块、MCU控制模块以及电源和通讯模块逐个电气连接。

所述高铁真空集便器用电容液位开关的进一步设计在于，所述信号产生电路包括运算放大器、电容传感器以及分压单元，所述分压单元与运算放大器的同向输入端连接，所述运算放大器的反向输入端与电容传感器连接。

所述高铁真空集便器用电容液位开关的进一步设计在于，所述分压单元由两个分压电阻与一个负载电阻组成，所述两个分压电阻串接，所述负载电阻的一端连接于两分压电阻的中间节点，负载电阻的另一端与运算放大器的同向输入端连接。

所述高铁真空集便器用电容液位开关的进一步设计在于，所述电容传感器为一电容。

所述高铁真空集便器用电容液位开关的进一步设计在于，所述电容液位开关的外部为不锈钢防护壳体，所述壳体上设有PEEK塑料制成的探头，壳体通过多芯线缆对外输出与PLC设备连接。

所述高铁真空集便器用电容液位开关的进一步设计在于，所述信号调理模块由芯片74HC74D与芯片SN74LS08组成，芯片74HC74D与芯片SN74LS08通信连接。

所述高铁真空集便器用电容液位开关的进一步设计在于，所述MCU控制模块采用STC15WXXAD芯片。

所述高铁真空集便器用电容液位开关的进一步设计在于，所述电源和通讯模块数模包括转换器DAC7311与电流环路发送器XTR115组成，所述转换器DAC7311与电流环路发送器XTR115通信连接。

本实用新型的优点如下：

本实施例的高铁真空集便器用电容液位开关可用于高铁动车组、飞机、智能制造、食品和制药行业等液位测量以及工业过程控制。开关通过电场确定传感器末端的电容值和介质的介电常数值。由于空气的介电常数值不同于水基液的介电常数值，开关能够稳定识别两种状态：被覆盖和未被覆盖。该液位开关利用自主研发技术，采用模块化设计思路，电路及结构设计简单可靠，易于批量生产。

附图说明

图1是本实用新型的一种高铁真空集便器用电容液位开关的组成框图。

图2是本实用新型的电容液位开关的外形示意图。

图3是本实用新型的电容液位开关的信号产生电路。

图4是本实用新型的电容液位开关的信号调理模块电路。

图5是本实用新型的电容液位开关的MCU控制模块电路。

图6是本实用新型的电容液位开关的电源和通讯模块电路。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1，本实施例的高铁真空集便器用电容液位开关，主要由信号产生电路、信号调理模块、MCU控制模块以及电源和通讯模块组成。信号产生电路、信号调理模块、MCU控制模块以及电源和通讯模块逐个电气连接。

信号产生电路主要是通过振荡电路测量法将电容传感器的电容量转换为方波频率信号的电路，该电路最终输出信号为在高电平与低电平之间自动连续转换矩形波。信号产生电路通过构造延迟环节与反馈网络电路，使得输出状态按照一定时间间隔周期性的变化，加上反相输入滞回比较器，利用RC回路充放电特性以及算法放大器比较电压特性，实现了测量电路的自振荡，最终输出一定频率的自动切换高低电平状态的矩形波信号。

如图3，本实施例的信号产生电路主要由运算放大器、电容传感器以及分压单元组成。分压单元与运算放大器的同向输入端连接。运算放大器的反向输入端与电容传感器连接。分压单元由两个分压电阻与一个负载电阻组成。两个分压电阻串接，所述负载电阻的一端连接于两分压电阻的中间节点，负载电阻的另一端与运算放大器的同向输入端连接。电容传感器为一电容。

本实施例的信号调理模块为采样信号控制电路，在采集输出频率电路中采用多周期同步频率测量法来消除量化误差，其电路主要是由两个芯片配合完成功能，分别是与非门和D型触发器。被测信号和闸门时间是同步的，并且闸门信号的周期为被测信号的整倍数，所以在对被测信号的测量中，消除了测量中存在的量化误差。

如图4，本实施例的信号调理模块由芯片74HC74D与芯片SN74LS08组成，芯片74HC74D与芯片SN74LS08通信连接。

本实施例的MCU控制模块用于对整个电路进行整体的软硬件管理和控制，通过它来实现信号发生、采集、调理、开关信号输出及延时控制等。该MCU集成了许多复杂的调理功能，从而可以在设计电容液位信变电路时，大大减少外围器件的数目和电路板设计的复杂度以及降低了整个系统电路的成本。MCU还和温度测量芯片进行数字通讯，以便补偿温度对测量频率的影响。

如图5，本实施例的MCU控制模块采用STC15WXXAD芯片。

本实施例的电源和通讯模块是一体的，对电容比较点和回程的选择，采用串行协议标准支持的芯片通讯部分，同时芯片电源部分向整个测量电路提供+5V的电压作为整个系统的电源电压。考虑到电容式液位开关的应用范围主要针对工业测量，因此在这里采用了工业+24V直流电源回路供电方式。通讯基于电流环来实现信号的远传，以此配合相关仪器可以实现串行协议外部通信。

如图6，本实施例的电源和通讯模块数模包括转换器DAC7311与电流环路发送器XTR115组成，所述转换器DAC7311与电流环路发送器XTR115通信连接。

如图2，图3本实施例的外部为不锈钢防护壳体，壳体探头为PEEK塑料，对外输出通过多芯线缆与PLC设备连接。本实施例的壳体为抗盐雾316L不锈钢钢防护壳体，壳体探头为PEEK塑料，材质耐腐蚀性且具高强度硬度，多芯电缆对外输出与PLC设备连接，其包含电源线和输出开关信号线，由于产品有防护等级要求，整体全密封结构，设计紧凑，内部灌封高性能密封胶，抗振动、冲击，耐腐蚀性强，防护等级可满足探头部分 IP68，尾部 IP66。

本实施例的开关通过电场确定传感器末端的电容值和介质的介电常数值。由于空气的介电常数值不同于水基液的介电常数值，开关能够稳定识别两种状态：被覆盖和未被覆盖。该液位开关利用自主研发技术，采用模块化设计思路，电路及结构设计简单可靠，易于批量生产。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。