一种用于液位检测的高频振荡自反馈变容电路及接近开关的制作方法

1.本发明涉及液位检测技术领域，具体涉及一种用于液位检测的高频振荡自反馈变容电路及接近开关。


背景技术：

2.在很多工业生产过程中，经常需要检测液体的高度，及有无液体状态变化，以提供一个有效的提示信号，并通知主机采取相对应的措施，以保护设备的一些外设能够有效的运行，且减少能量损耗，及一些外设的使用寿命等等。
3.目前市面采用的液位传感器种类比较多，有浮球式，光电式，电容式，超声波等等，都有各自对应的优缺点，任何物体都存在电容，且电容大小受介电常数和体积大小有关，液位传感器就是通过检测物体电容变化来判断液位的高度或者有无液体的状态，现将液位传感器紧贴容器壁后，与液体之间形成类似平行极板的电容器。
4.现有技术中接近开关通常会由于容器内液体介质的液膜、泡沫和容器外的湿润水汽导致接收到的电导率信息出现误差，从而导致液位信息不准确。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提出一种用于液位检测的高频振荡自反馈变容电路，能够在不接触液体介质的情况下检测液位并发出相应控制信号，同时避免误差，排除液体液膜、泡沫等干扰。
6.本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种用于液位检测的高频振荡自反馈变容电路，包括：
8.感应板，其用于接收液体介质的导电率信息；
9.高频自动反馈电路，所述高频自动反馈电路的t0端和t1端分别连接两感应板，其用于将高频信号转换成稳定的相位电压差信号；
10.微控制器mcu，其用于在所述感应板的t0端和t1端施加高频信号；
11.电源及输出模块，所述电源及输出模块分别与所述微控制器mcu和所述高频自动反馈电路电连接，其用于输出机器设备所需的控制信号；
12.所述微控制器mcu在to端和ti端上分别施加一个高频信号，当液位靠近所述感应板时，所述高频信号经过所述高频自动反馈电路形成稳定的相位电压差信号传输至所述微控制器mcu，所述微控制器mcu发出控制信号，以使所述电源及输出模块发出调整信号。
13.进一步地，所述高频自动反馈电路包括第一检波电压电路、第二检波电压电路、变容二极管d1、三极管q2以及三极管q3；所述第一检波电压电路两端分别连接于所述微控制器mcu的c1端和所述三极管q2的集电极，所述三极管q2的基极与所述感应板的t0端电连接，所述三极管q2的发射极与5v电源相连；所述第二检波电压电路两端分别连接于所述微控制器mcu的c2端和所述三极管q3的集电极，所述三极管q3的基极与所述感应板的t1端电连接，所述三极管q3的发射极与5v电源相连；所述变容二极管d1的正极与所述感应板的t0端连
接，其负极与所述感应板的t1端连接。
14.进一步地，所述第一检波电压电路包括变容二极管d2、电阻r12、电容c13、电容c14以及电阻r13，所述变容二极管d2的正极与所述三极管q2的集电极相连，所述变容二极管d2的负极与所述电阻r12相连，所述电阻r12分别与所述微控制器mcu、电容c14以及电阻r13电连接，所述电容c14以及电阻r13另一端接地；所述第二检测检测电路包括变容二极管d3、电阻r14、电容c16以及电阻r15，所述变容二极管d3的正极与所述三极管q3的集电极相连，所述变容二极管d3的负极与所述电阻r14相连，所述电阻r14分别与所述微控制器mcu、电容c16以及电阻r15电连接，所述电容c16以及电阻r15另一端接地。
15.进一步地，所述电源及输出模块包括放大器、第一三极管和第二三极管；所述比较器的输出端与放大器的一个输入端连接，放大器的输出端分别与两个三极管的基极连接，第一三极管的发射极连接电源稳压器。
16.进一步地，还包括与所述微控制器mcu电连接的温度补偿电路，所述温度补偿电路与所述微控制器mcu电连接，用于根据温度补偿接收到的电压信号，所述温度补偿电路包括电阻r11、热敏电阻nt以及电容c11，所述电阻r11一端连接3.3v电源，另一端分别与所述微控制器mcu、热敏电阻nt、电容c11电连接；所述热敏电阻nt另一端分别与所述微控制器mcu和公共端电连接；所述电容c11另一端分别与所述微控制器mcu和公共端电连接。
17.进一步地，还包括与所述微控制器mcu电连接的led显示电路，所述led显示电路与所述微控制器mcu的输出端相连，用于提示所述微控制器mcu的工作状态；所述led显示电路包括,第一发光二极管led1、第二发光二极管led2、电阻r2、电阻r3；所述第一发光二极管两端分别连接所述微控制器mcu的g端输出脚和电阻r2，所述第二发光二极管两端分别连接所述微控制器mcu的o端输出脚和电阻r3，所述电阻r2和电阻r3与5v电源相连。
18.进一步地，还包括与所述微控制器mcu电连接的校准电路，所述校准电路与所述微控制器mcu电连接，用于对所述微控制器mcu进行满校准和/或空校准；所述校准电路包括烧录芯片h1、复位电路、三极管q1、电阻r4、电阻r5，所述复位电路的复位端与所述烧录芯片h1电连接，所述烧录芯片h1与所述微控制器mcu相连接；所述三极管q1的集电极与所述微控制器mcu电连接，所述电阻r5两端分别与所述三极管q1的基极和公共端相连，所述三极管q1的发射极接公共端，所述电阻r4一端连接所述三极管q1的基极，另一端连接调试校准信号输出端。
19.本发明还提出一种接近开关，包括如上任一项所述的用于液位检测的高频振荡自反馈变容电路。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点。
21.通过感应板与液体介质形成平行极板，检测液体介质是否到达指定液位，可以自动适应塑料或玻璃的各种非金属容器的壁厚，无需直接接触到介质本身，即可检测非金属容器或管道内的水基介质液位信息。通过高频自动反馈电路中的相位电压差电路能够补偿器壁内外的导电率(最高50ms/cm)，避免水基介质形成的残余液膜、湿气或泡沫积聚造成误差影响。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式
或现有技术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发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明一种用于液位检测的高频振荡自反馈变容电路的系统框图；
24.图2为本发明一种用于液位检测的高频振荡自反馈变容电路的结构图；
25.图3为本发明中高频自动反馈电路的电路结构图；
26.图4为本发明中输出处理模块的电路结构图；
27.图5为本发明中校准模块的电路结构图；
28.图6为本发明中微控制器mcu的电路结构图；
29.图7为本发明中温度补偿模块的电路结构图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
31.参见图1至图7，本发明实施方式公开了种用于液位检测的高频振荡自反馈变容电路，其特征在于，包括：
32.感应板，其用于接收液体介质的导电率信息；
33.高频自动反馈电路，所述高频自动反馈电路的t0端和t1端分别连接两感应板，其用于将高频信号转换成稳定的相位电压差信号；
34.微控制器mcu，其用于在所述感应板的t0端和t1端施加高频信号；
35.电源及输出模块，所述电源及输出模块分别与所述微控制器mcu和所述高频自动反馈电路电连接，其用于输出机器设备所需的控制信号；
36.所述微控制器mcu在to端和ti端上分别施加一个高频信号，当液位靠近所述感应板时，所述高频信号经过所述高频自动反馈电路形成稳定的相位电压差信号传输至所述微控制器mcu，所述微控制器mcu发出控制信号，以使所述电源及输出模块发出调整信号。
37.具体的，感应板t0端和t1端上的高频信号强度发生变化时，经过第一检波电压电路和第二检波电压电路变为稳定的电压信号，电压信号输入微控制器mcu的c1端和c2端得到相位电压差信号，该相位电压差信号传输至微控制器mcu后与内部所校准的数值比较，如果检测值大于或等于校准值，微控制器mcu输出控制信号，控制信号去控制电源输出模块，输出模块输出信号给外部的机器设备。
38.进一步地，所述高频自动反馈电路包括第一检波电压电路、第二检波电压电路、变容二极管d1、三极管q2以及三极管q3；所述第一检波电压电路两端分别连接于所述微控制器mcu的c1端和所述三极管q2的集电极，所述三极管q2的基极与所述感应板的t0端电连接，所述三极管q2的发射极与5v电源相连；所述第二检波电压电路两端分别连接于所述微控制器mcu的c2端和所述三极管q3的集电极，所述三极管q3的基极与所述感应板的t1端电连接，所述三极管q3的发射极与5v电源相连；所述变容二极管d1的正极与所述感应板的t0端连接，其负极与所述感应板的t1端连接，变容二极管的作用是利用pn结之间电容可变的原理
制成的半导体器件，在高频调谐电路中作可变电容器使用。
39.具体地，三极管q1和三极管q2分别连接两组检波电压电路，两组检波电压电路上产生相同相位的输出电压信号，当有外界干扰时两组输出电压信号同时变化，但是两输出电压信号之间的电位压差不变；当感应板检测有介质物体时，液体介质会对高频自动反馈模块中的高频信号产生削弱作用，从而使变容二极管改变，而产生相位电压变化，从而产生相位电压差。
40.进一步的实施方式，如图3所示，所述第一检波电压电路包括变容二极管d2、电阻r12、电容c13、电容c14以及电阻r13，所述变容二极管d2的正极与所述三极管q2的集电极相连，所述变容二极管d2的负极与所述电阻r12相连，所述电阻r12分别与所述微控制器mcu、电容c14以及电阻r13电连接，所述电容c14以及电阻r13另一端接地；其中，高频信号上经变容二极管d2检波和rc低通滤波器滤波；得到稳定的输出电压，该电压信号通过c1端输入微控制器mcu。
41.所述第二检波电压电路包括变容二极管d3、电阻r14、电容c16以及电阻r15，所述变容二极管d3的正极与所述三极管q3的集电极相连，所述变容二极管d3的负极与所述电阻r14相连，所述电阻r14分别与所述微控制器mcu、电容c16以及电阻r15电连接，所述电容c16以及电阻r15另一端接地。第二检波电压电路原理与第一检波电压电路类似，输出电压信号经过c2端输入微控制器mcu。
42.进一步地，所述led显示电路包括,第一发光二极管led1、第二发光二极管led2、电阻r2、电阻r3；所述第一发光二极管两端分别连接所述微控制器mcu的g端输出脚和电阻r2，所述第二发光二极管两端分别连接所述微控制器mcu的o端输出脚和电阻r3，所述电阻r2和电阻r3与5v电源相连；具体地，第一发光二极管led1为电源指示灯，当通电后led1灯亮，第二发光二极管led2为感应到液体时指示和输出过载、短路保护指示，当产品感应到液体或物体时第二发光二极管led2灯亮；当输出端有电流超过额定时或短路时第二发光二极管led2灯会闪亮。
43.进一步地，所述校准电路包括烧录芯片h1、复位电路、三极管q1、电阻r4、电阻r5，所述复位电路的复位端与所述烧录芯片h1电连接，所述烧录芯片h1与所述微控制器mcu相连接；
44.所述三极管q1的集电极与所述微控制器mcu电连接，所述电阻r5两端分别与所述三极管q1的基极和公共端相连，所述三极管q1的发射极接公共端，所述电阻r4一端连接所述三极管q1的基极，另一端连接调试校准信号输出端；
45.进一步地，所述温度补偿电路包括电阻r11、热敏电阻nt以及电容c11，所述电阻r11一端连接3.3v电源，另一端分别与所述微控制器mcu、热敏电阻nt、电容c11电连接；所述热敏电阻nt另一端分别与所述微控制器mcu和公共端电连接；所述电容c11另一端分别与所述微控制器mcu和公共端电连接。
46.优选地，如图4所示，所述电源及信号输出模块中包括处理模块u1，其内设有放大器、第一三极管和第二三极管；所述比较器的输出端与放大器的一个输入端连接，放大器的输出端分别与两个三极管的基极连接，第一三极管的发射极连接电源稳压器；电源及输出模块的n型输出和p型输出是指电源及输出模块输出的电信号，n型是指输出npn型电信号，p型是指输出pnp型电信号。此n型或p型信号是提供给用户终端所需要的电信号。
47.工作方式：微控制器mcu发出一高频信号经过高频自动反馈电路，在to端和ti端上分别施加一个高频信号，当液体介质上升至感应板另一侧时，感应板与液体介质之间形成平行极板时，高频信号强度产生变化，高频信号经过高频自动反馈电路整形后产生相位电压差，该相位电压差信号传输至微控制器mcu后与内部所校准数值比较，如果检测值大于或等于校准值mcu输出控制信号，控制信号去控制电源输出模块，输出模块输出信号给外部的机器设备。
48.本发明的有益效果：
49.1、通过感应板与液体介质形成平行极板，检测液体介质是否到达指定液位，可以自动适应塑料或玻璃的各种非金属容器的壁厚，无需直接接触到介质本身，即可检测非金属容器或管道内的水基介质液位信息。
50.2、通过高频自动反馈电路中的相位电压差电路能够补偿器壁内外的导电率(最高50ms/cm)，避免水基介质形成的残余液膜、湿气或泡沫积聚造成误差影响。
51.本发明还提出一种接近开关，包括如上所述的用于液位检测的高频振荡自反馈变容电路，因此能够带来上述的全部有益效果，在此不再赘述。
52.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。