传感器电路的制作方法

本实用新型属于传感器技术领域，尤其涉及一种传感器电路。

背景技术：

液位传感器已被广泛应用于各种场合，但液位传感器的使用效果还可以进一步的提高。

技术实现要素：

本实用新型就是针对上述问题，提供一种使用效果好的传感器电路。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括电源处理部分、cpu主控部分、无线射频部分、液位测量部分、电量测量部分和温度测量部分，其结构要点液位测量部分的检测信号输出端口与cpu主控部分的检测信号输入端口相连，电源处理部分的电能输出端口分别与cpu主控部分的电能输入端口、无线射频部分的电能输入端口、液位测量部分的电能输入端口、电量测量部分的电能输入端口、温度测量部分的电能输入端口相连；

无线射频部分的信号传输端口与cpu主控部分的信号传输端口相连；

液位测量部分的检测信号输出端口与cpu主控部分的检测信号传输端口相连；

电量测量部分的检测信号输出端口与cpu主控部分的检测信号传输端口相连；

温度测量部分的检测信号输出端口与cpu主控部分的检测信号传输端口相连。

作为另一种优选方案，本实用新型所述电源处理部分包括tp4056芯片u8、ams1117-3.3芯片u9和usb接口，u8的1脚接gnd端，u8的2脚通过电阻rp接gnd端，u8的3脚接gnd端，u8的4脚接vcc端，u8的5脚分别与两芯接口bat的2脚、两芯接口on/off的2脚相连，bat的1脚接gnd端，on/off的1脚接4.2v端；

usb接口的vcc端分别与vcc端、电容c15正极相连，电容c15负极分别与gnd端、usb接口的gnd端相连；

u9的3脚分别与4.2v端、电容c14正极、电容c16正极相连，电容c16负极分别与电容c14负极、gnd端、u9的1脚相连，u9的2脚分别与u9的4脚、3.3v端、电容c13正极、电容c17一端、电容c18一端、电容c19一端、电容c20一端相连，电容c13负极分别与gnd端、电容c17另一端、电容c18另一端、电容c19另一端、电容c20另一端相连。

作为另一种优选方案，本实用新型所述cpu主控部分包括stm32f103c8t6芯片u5，u5的7脚分别与电容c11一端、电阻r18一端相连，电容c11另一端接gnd端，电阻r18另一端接3.3v端；

u5的8～12脚分别与gnd端、3.3v端、sig4端、sig3端、sig2端对应连接，u5的13～15脚分别与sig1端、adcx端、temp端对应连接，u5的23、24脚分别与gnd端、3.3v端对应连接，u5的29～31脚分别与set端、txd端、rxd端对应连接；

u5的16～20脚分别与发光二极管ds0～ds4的阴极对应相连，ds0的阳极分别与电阻r20一端、发光二极管ds1～ds4的阳极相连，电阻r20另一端接3.3v端，ds4的阳极通过电阻r27接3.3v端；

u5的34～37脚分别与四芯接口sw的4～1脚对应相连，u5的35脚接gnd端，u5的36脚接3.3v端；

u5的44脚通过电阻r19接gnd端；u5的47、48脚分别与gnd端、3.3v端对应相连。

作为另一种优选方案，本实用新型所述无线射频部分采用hc-12芯片u6，u6的1～5脚分别与4.2v端、gnd端、txd端、rxd端、set端对应相连，u6的6、8接gnd端。

作为另一种优选方案，本实用新型所述液位测量部分包括ne555芯片u1、u2、u3、u4，u1的1脚接gnd端，u1的2脚接trig1端相连，u1的3脚通过电阻r1接sig1端，u1的4脚通过电阻r2接3.3v端，u1的5脚通过电容c1接gnd端，u1的6脚分别与trig1端、电阻r4一端、电容c2一端相连，电容c2另一端接gnd端，电阻r4另一端分别与u1的7脚、电阻r3一端相连，电阻r3另一端分别与u1的8脚、3.3v端相连；

u2的1脚接gnd端，u2的2脚接trig2端相连，u2的3脚通过电阻r5接sig2端，u2的4脚通过电阻r6接3.3v端，u2的5脚通过电容c3接gnd端，u2的6脚分别与trig2端、电阻r8一端、电容c4一端相连，电容c4另一端接gnd端，电阻r8另一端分别与u2的7脚、电阻r7一端相连，电阻r7另一端分别与u2的8脚、3.3v端相连；

u3的1脚接gnd端，u3的2脚接trig2端相连，u3的3脚通过电阻r9接sig3端，u3的4脚通过电阻r10接3.3v端，u3的5脚通过电容c5接gnd端，u3的6脚分别与trig3端、电阻r12一端、电容c6一端相连，电容c6另一端接gnd端，电阻r12另一端分别与u3的7脚、电阻r11一端相连，电阻r11另一端分别与u3的8脚、3.3v端相连；

u4的1脚接gnd端，u4的2脚接trig4端相连，u4的3脚通过电阻r13接sig4端，u4的4脚通过电阻r14接3.3v端，u4的5脚通过电容c7接gnd端，u4的6脚分别与trig4端、电阻r16一端、电容c8一端相连，电容c8另一端接gnd端，电阻r16另一端分别与u4的7脚、电阻r15一端相连，电阻r15另一端分别与u4的8脚、3.3v端相连。

作为一种优选方案，本实用新型所述电容c2、c4、c6、c8均为两个相对设置的感应导电极板，电容c2、c4、c6、c8沿竖向布置。

其次，本实用新型所述电量测量部分包括电阻r25，电阻r25一端与4.2v端相连，电阻r25另一端分别与adcx端、电阻r26一端、电容c12一端相连，电阻r26另一端接gnd端，电容c12另一端接gnd端。

另外，本实用新型所述温度测量部分包括ds18b20芯片u7，u7的1脚接地，u7的2脚分别与temp端、电阻r24一端相连，电阻r24另一端分别与3.3v端、u7的3脚相连。

本实用新型有益效果。

本实用新型传感器电路通过各部分的配合使用，可以对液位进行可靠检测和检测信号的传输。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1～图10是本实用新型传感器电路原理图。

图11～图15是本实用新型主控电路原理图。

具体实施方式

如图所示，本实用新型包括电源处理部分、cpu主控部分、无线射频部分、液位测量部分、电量测量部分和温度测量部分，液位测量部分的检测信号输出端口与cpu主控部分的检测信号输入端口相连，电源处理部分的电能输出端口分别与cpu主控部分的电能输入端口、无线射频部分的电能输入端口、液位测量部分的电能输入端口、电量测量部分的电能输入端口、温度测量部分的电能输入端口相连；

无线射频部分的信号传输端口与cpu主控部分的信号传输端口相连；

液位测量部分的检测信号输出端口与cpu主控部分的检测信号传输端口相连；

电量测量部分的检测信号输出端口与cpu主控部分的检测信号传输端口相连；

温度测量部分的检测信号输出端口与cpu主控部分的检测信号传输端口相连。

所述电源处理部分包括tp4056芯片u8、ams1117-3.3芯片u9和usb接口，u8的1脚接gnd端，u8的2脚通过电阻rp接gnd端，u8的3脚接gnd端，u8的4脚接vcc端，u8的5脚分别与两芯接口bat的2脚、两芯接口on/off的2脚相连，bat的1脚接gnd端，on/off的1脚接4.2v端；

usb接口的vcc端分别与vcc端、电容c15正极相连，电容c15负极分别与gnd端、usb接口的gnd端相连；

u9的3脚分别与4.2v端、电容c14正极、电容c16正极相连，电容c16负极分别与电容c14负极、gnd端、u9的1脚相连，u9的2脚分别与u9的4脚、3.3v端、电容c13正极、电容c17一端、电容c18一端、电容c19一端、电容c20一端相连，电容c13负极分别与gnd端、电容c17另一端、电容c18另一端、电容c19另一端、电容c20另一端相连。

电源输入为5v电源，接口为miniusb，u8为充电芯片tp4056，rp的阻值决定该芯片的最大充电电流，rp=1.5kr，最大充电电流为700ma；bat为4.2v锂电池接口，在没有外部持续供电的情况下，锂电池可以维持系统工作所需电能。on/off为开关，串联在电源系统上。u9为ams1117-3.3，可以将锂电池的电压降压稳压至3.3v，供cpu及系统工作。c14、c16为锂电池退耦电容，c13、c17、c18、c19、c20为3.3v的退耦滤波电容。

所述cpu主控部分包括stm32f103c8t6芯片u5，u5的7脚分别与电容c11一端、电阻r18一端相连，电容c11另一端接gnd端，电阻r18另一端接3.3v端；

u5的8～12脚分别与gnd端、3.3v端、sig4端、sig3端、sig2端对应连接，u5的13～15脚分别与sig1端、adcx端、temp端对应连接，u5的23、24脚分别与gnd端、3.3v端对应连接，u5的29～31脚分别与set端、txd端、rxd端对应连接；

u5的16～20脚分别与发光二极管ds0～ds4的阴极对应相连，ds0的阳极分别与电阻r20一端、发光二极管ds1～ds4的阳极相连，电阻r20另一端接3.3v端，ds4的阳极通过电阻r27接3.3v端；

u5的34～37脚分别与四芯接口sw的4～1脚对应相连，u5的35脚接gnd端，u5的36脚接3.3v端；

u5的44脚通过电阻r19接gnd端；u5的47、48脚分别与gnd端、3.3v端对应相连。

u5为stm32f103c8t6，其中sig1、sig2、sig3、sig4为4个节点频率采集接口，adcx为预留采集电池电量接口，temp为预留温度采集接口；led1、led2、led3、led4、led5为指示灯，用于指示液位高度及工作状态。txd为输出发送端，rxd为数据接收端，set为设置引脚，分别接到无线模块的rxd、txd、set端。sw为cpu的仿真调试接口。c11、r18构成了cpu的复位电路，r19接地决定cpu的启动方式为内部flash。ds0、ds1、ds2、ds3、ds4为指示led，r20、r27为限流电阻。

所述无线射频部分采用hc-12芯片u6，u6的1～5脚分别与4.2v端、gnd端、txd端、rxd端、set端对应相连，u6的6、8接gnd端。

无线射频部分采用hc-12，其具有127个通信频道，通信频率均为433.4-473.0mhz的ism频段。接口为标准串口，供电电压为直流3.3-5v，本电路中该模块的供电电源为锂电池直接供电。

所述液位测量部分包括ne555芯片u1、u2、u3、u4，u1的1脚接gnd端，u1的2脚接trig1端相连，u1的3脚通过电阻r1接sig1端，u1的4脚通过电阻r2接3.3v端，u1的5脚通过电容c1接gnd端，u1的6脚分别与trig1端、电阻r4一端、电容c2一端相连，电容c2另一端接gnd端，电阻r4另一端分别与u1的7脚、电阻r3一端相连，电阻r3另一端分别与u1的8脚、3.3v端相连；

u2的1脚接gnd端，u2的2脚接trig2端相连，u2的3脚通过电阻r5接sig2端，u2的4脚通过电阻r6接3.3v端，u2的5脚通过电容c3接gnd端，u2的6脚分别与trig2端、电阻r8一端、电容c4一端相连，电容c4另一端接gnd端，电阻r8另一端分别与u2的7脚、电阻r7一端相连，电阻r7另一端分别与u2的8脚、3.3v端相连；

u3的1脚接gnd端，u3的2脚接trig2端相连，u3的3脚通过电阻r9接sig3端，u3的4脚通过电阻r10接3.3v端，u3的5脚通过电容c5接gnd端，u3的6脚分别与trig3端、电阻r12一端、电容c6一端相连，电容c6另一端接gnd端，电阻r12另一端分别与u3的7脚、电阻r11一端相连，电阻r11另一端分别与u3的8脚、3.3v端相连；

u4的1脚接gnd端，u4的2脚接trig4端相连，u4的3脚通过电阻r13接sig4端，u4的4脚通过电阻r14接3.3v端，u4的5脚通过电容c7接gnd端，u4的6脚分别与trig4端、电阻r16一端、电容c8一端相连，电容c8另一端接gnd端，电阻r16另一端分别与u4的7脚、电阻r15一端相连，电阻r15另一端分别与u4的8脚、3.3v端相连。

u1为ne555，r3、r4、c2构成了rc震荡电路，其震荡周期：

t=0.7（r3*（c2+cx）+r4*（c2+cx））

其中cx为被测介质的电容。

c1为芯片的滤波电容，r2为芯片的复位引脚，高电平时芯片使能。r1为保护电阻，u1的3脚输出信号经r1输入至cpu。u2、u3、u4同理。

所述电容c2、c4、c6、c8均为两个相对设置的感应导电极板，电容c2、c4、c6、c8沿竖向布置。

在两个感应导电极板间存在一个微小电容cx，在极板固定不变的情况下该电容的容值取决于介电常数ε，当ε发生变化时，cx则变化；由于空气和液体的介电常数变化较大，引起的电容值变化较大通过对电容值的判断即可区分空气和液体。电容测量电路采用由ne555搭建的多谐振荡器，容值的变化会引起谐振频率的变化；cpu通过对频率的采集即可判断被检测介质是液体或气体；cpu通过对不同高度的分段点的采集即可判断出液位的高度，cpu将采集的数据通过uhf频段发送给主控，主控控制水泵的起停，达到所设定条件下的稳态。

所述电量测量部分包括电阻r25，电阻r25一端与4.2v端相连，电阻r25另一端分别与adcx端、电阻r26一端、电容c12一端相连，电阻r26另一端接gnd端，电容c12另一端接gnd端。

cpu的工作电压及内部模拟参考电压均为3.3v，对满电量的4.2v的锂电池无法进行直接采集，用r25r26进行分压采集，c12为滤波电容，使被测电压更加稳定。

所述温度测量部分包括ds18b20芯片u7，u7的1脚接地，u7的2脚分别与temp端、电阻r24一端相连，电阻r24另一端分别与3.3v端、u7的3脚相连。

温度测量部分可测量被监测液位液体的温度。

u7为达拉斯公司生产的ds18b20，其测温范围高达-45～85摄氏度，具有0.0625摄氏度分辨率，通信协议为单总线协议，通过上拉电阻r24，数据引脚temp即可正常通信。

本实用新型传感器电路可与主控电路配合使用。主控电路包括电源处理部分、cpu主控部分、无线射频部分（可与传感器电路的无线射频部分进行信号传输）、gprs通信部分和水泵驱动部分，cpu主控部分的检测信号输入端口与无线射频部分的检测信号输入端口相连，cpu主控部分的控制信号输出端口与水泵驱动部分的控制信号输入端口相连，cpu主控部分的数据输出端口与gprs通信部分数据输入端口相连；电源处理部分的电能输出端口分别与cpu主控部分的电能输入端口、无线射频部分的电能输入端口、gprs通信部分的电能输入端口、水泵驱动部分的电能输入端口相连。

本实用新型主控电路通过各部分的配合使用，可以对液位进行可靠检测和检测信号的传输，以及水位的可靠控制。

所述电源处理部分包括ams1117-3.3芯片u5，u5的3脚分别与5v端、电容c13正极相连，电容c13负极接gnd端，u5的2脚分别与u5的4脚、3.3v端、电容c12的正极相连，电容c12的负极接gnd端；

5v端与电容c9正极相连，电容c9负极接gnd端；

12v端与电容c11正极相连，电容c11负极接gnd端。

系统电源输入分为两组：5v、12v；u5为ams1117-3.3，可以将锂电池的电压降压稳压至3.3v，供cpu及系统工作。c11为12v的退耦电容，c9、c13为5v的退耦电容，c12为3.3v的退耦电容。电源并联的电容保证了电源的纯净，使系统工作更加稳定安全。

所述cpu主控部分包括stm32f103c8t6芯片u1，u1的5脚分别与晶振x1一端、电阻r1一端、电容c1一端相连，u1的6脚分别与晶振x1另一端、电阻r1另一端、电容c2一端相连，电容c2另一端分别与gnd端、电容c1另一端相连；

u1的7脚分别与电容c3一端、电阻r2一端相连，电容c3另一端接gnd端，电阻r2另一端接3.3v端；

u1的8、9、12脚分别与gnd端、3.3v端、txd2端对应相连；

u1的13、15、16、17、23、24脚分别与rxd2端、m3端、m2端、m1端、gnd端3.3v端对应相连；

u1的25与发光二极管ds0阴极相连，发光二极管ds0阳极通过电阻r7分别与gnd端、电阻r8一端相连，电阻r8另一端接发光二极管ds1阳极，发光二极管ds1阴极接u1的26脚；

u1的29、30、31脚分别与pwr端、ctxd端、crxd端对应相连；

u1的35脚分别与gnd端、四芯接口sw的3脚相连，u1的36脚分别与3.3v端、四芯接口sw的2脚相连，四芯接口sw的1脚接u1的37脚；

u1的44脚通过电阻r3接gnd端；

u1的45、47、48脚分别与set端、gnd端、3.3v端对应相连。

cpu采用意法半导体生产的stm32f103c8t6，其具有高达72mhz主频，64kb、rom、20kb、片内ram及丰富的接口。u1为stm32f103c8t6，c1、c2、r1、x1、构成了为cpu提供主频的震荡电路，震荡频率为8mhz，c3、r2构成cpu的复位电路；r3接地决定了cpu的启动方式为内部flash。sw为cpu的仿真接口；ds0、ds1为指示灯，用于指示射频通信系统及gprs通信系统的工作状态；r7、r8分别为指示灯的限流电阻。txd2、rxd2为cpu、usart2的数据发送端和接收端，连接uhf无线通信模块hc-12，set为设置引脚；ctxd、crxd、pwr为cpu、usart1的数据发送端和接收端，用于连接gprs模块的rxd和txd；pwr为模块的开机引脚。

所述无线射频部分采用hc-12芯片u6，u6的1、2、3、4、5脚分别与5v端、gnd端、txd2端、rxd2端、set端对应相连；u6的6、8脚接gnd端。

无线射频系统采用hc-12，其具有127个通信频道，通信频率均为433.4-473.0mhz的ism频段。接口为标准串口，供电电压为直流3.3-5v，本电路中该模块的供电电源为5v供电。

所述gprs通信部分包括a6芯片u2和74hc04芯片u3，u2的24、23脚分别与pwr端、gnd端对应相连；u2的12脚分别与电容c10正极、电感l1一端相连，电容c10负极接gnd端，电感l1另一端接5v端；

u3的1脚接ctxd端，u3的2脚与u3的3脚相连，u3的4脚通过电阻r9分别与txd端、电阻r10一端相连，电阻r10另一端接gnd端；u3的7脚接gnd端，u3的10脚通过电阻r11接crxd端，u3的11脚与u3的12脚相连，u3的13、14脚分别与rxd端、5v端相连。

gprs模块采用安信可公司的a6模块，其通信接口为标准串口，通信协议为自定义at指令。l1、c10偶成了lc滤波电路，使得a6的供电电源更稳定，同时l1可使a6工作时产生的高频噪声耦合到5v主电源上，引起故障。u3为74hc04反相器，通信接口数据的txd、rxd经过两次反向后和原来保持一致，这样做的目的是gprs工作时高频噪声会叠加在数据通信线上，u3可以在一定程度上将高频噪声吸收掉，减小了对cpu的影响。

所述水泵驱动部分包括uln2003a芯片u4，u4的16脚分别与电阻r4一端、irf9640s场效应管q1的2脚相连，电阻r4另一端分别与12v端、q1的1脚相连，q1的3脚分别与motor1端、二极管d1阴极相连，二极管d1阳极接gnd端；

u4的15脚分别与电阻r5一端、irf9640s场效应管q2的2脚相连，电阻r5另一端分别与12v端、q2的1脚相连，q2的3脚分别与motor2端、二极管d2阴极相连，二极管d2阳极接gnd端；

u4的14脚分别与电阻r6一端、irf9640s场效应管q3的2脚相连，电阻r6另一端分别与12v端、q3的1脚相连，q3的3脚分别与motor3端、二极管d3阴极相连，二极管d3阳极接gnd端。

motor1、motor2、motor3可作为水泵控制信号的输入端。水泵驱动采用了p沟道场效应管驱动，驱动方式没有机械触点，控制电压及电流大，使用寿命长，增强了使用稳定性。

u4为uln2003a，其集成了7路达林顿管，每路具有高达500ma的灌电流能力。场效应管采用irf9640s，当vgs<4v时场效应管导通。d1、d2、d3为续流二极管，当负载为感性时，在关断瞬间会产生一个反电动势，续流二极管可以有效地吸收掉，对场效应管形成了保护。

本实用新型cpu主控部分通过无线射频部分可接收水位传感器输出的检测数据对水位进行判断，当水位低于设定值时，可通过水泵驱动部分控制水泵开启，直到达到所设条件（通过接收水位传感器输出的检测数据对水位进行判断），并将数据通过gprs网络传送至远程服务器。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。