一种基于555时基电路的电容物位开关

1.本发明涉及物料高度测量技术领域，具体涉及一种基于555时基电路的电容物位开关。


背景技术：

2.现有的电容物位开关输出至555时基电路触发端的pwm周期固定，测量介电常数低的物料时，比如石化类产品，555时基电路的输出端的脉冲宽度过窄，以至于信噪比低，测量困难；测量介电常数高的物料时，比如盐水类产品，555时基电路的输出端的脉冲宽度过宽，以至于信号过量程，无法测量。因此实现应用中，需要针对不同被测物料调整电路参数，测量仪表适应性弱。
3.对于非导电液体，导电液体，含铁粉等不同物料的介电常数不同，引起的电容c变化不同，非导电液体的电容c变化很小，导电液体的电容c变化较大，铁粉的电容c变化很大，若采用固定周期测量非导电液体，则555时基电路的输出脉冲宽度过窄，测量效果差，测量含铁粉物料时，555时基电路的输出脉冲宽度过宽，甚至整个信号为高电平，无法测量。
4.目前，已知的可调节电容物位开关，需要手动调节电路参数，调节555时基电路触发端的脉冲周期，针对不同介电常数的物料，一般的解决方案则是根据工程师经验，手动调节，适应性弱。因此，现有的电容物位开关在针对不同介电常数的物料时，其适应性不强，并不能够针对不同介电常数的物料进行自适应调节。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种基于555时基电路的电容物位开关；通过主控制器输出周期较大的pwm至555时基电路的触发端，并采集物料满仓下555时基电路输出端输出方波的周期及占空比，自我调节主控制器输出至555时基电路触发端的pwm，使555时基电路输出端输出的方波以达到电容物位开关测量的最佳信噪比，使得测量效果最佳；实现了电容物位开关对不同介电常数的物料测量的自适应调节，可有效的解决上述技术问题。
6.本发明通过以下技术方案实现：一种基于555时基电路的电容物位开关，包括物位电容cx和控制器模块，所述的控制器模块包括主控制器，以及与主控制器连接的稳压电路和串行通信接口；所述的控制器模块还包括555时基电路，555时基电路的输入端与物位电容cx连接，555时基电路的输出端通过π型滤波网络电路后与主控制器的ad采集端连接，将555时基电路输出的方波进行滤波后传送至主控制器，主控制器通过ad采集端采集的电压值，判断物位的高度；主控制器的pwm输出端与555时基电路的触发端连接，555时基电路的输出端与主控制器连接，形成闭环电路；主控制器输出周期较大的pwm至555时基电路的触发端，并采集物料满仓下555时基电路输出端输出方波的周期及占空比，自我调节主控制器输出至555时基电路触发端的pwm，使555时基电路输出端输出的方波以达到电容物位开关测量的最佳信噪比。
7.进一步的，所述的主控制器输出周期较大的pwm至555时基电路的触发端，并采集
物料满仓下555时基电路输出端输出方波的周期及占空比，自我调节主控制器输出至555时基电路触发端的pwm，使555时基电路输出端输出的方波以达到电容物位开关测量的最佳信噪比。
8.进一步的，所述555时基电路输出端输出方波的占空比为30%-50%。
9.进一步的，所述555时基电路输出端输出方波的占空比为40%时，可达到适应性最好的最佳测量效果。
10.进一步的，所述的最佳信噪比的计算公式为：（1）式中psignal所指为有用信号功率（power of signal）与pnoise杂讯功率（power of noise），a为振幅（amplitude）。
11.进一步的，所述的π型滤波网络电路包括依次串联连接在555时基电路的输出端的电阻r24，电感l3，电阻r14，以及接在电阻r24和电感l3之间的电容c14，接在电感l3和电阻r14之间的电容c15，和接在电阻r14另一端的电阻r15；电容c14、电容c15和电阻r15的另一端接地。
12.进一步的，所述的稳压电路与电源电路连接；所述的电源电路采用电压转换芯片lm317，将24的电源转换成7.5v的电压；所述的稳压电路采用稳压芯片lt1117，将7.5v的电压稳压成3.3v的电压为整个电路提供vcc电源。
13.进一步的，所述的主控制器通过接口连接有显示电路，所述的显示电路包括lcd液晶显示器和按键电路；所述的主控制器通过串行通讯接口jp11与显示模块jp1、jp12连接，显示模块jp1、jp12与lcd显示屏电路连接。
14.进一步的，所述按键电路包括按键key1、按键key2和按键key3，按键key1、按键key2和按键key3分别与显示模块jp1连接，用于对自适应电容物位开关进行标定设置，使用者按下相对应的按键即可进行设置。
15.进一步的，所述的主控制器通过dbug接口与仿真器连接。
16.进一步的，所述的主控制器通过串行通讯接口jp22与继电器控制模块jp2连接，继电器控制模块jp2与继电器控制电路连接，所述的继电器控制电路通过relay接口外接继电器。
17.有益效果本发明提出的一种基于555时基电路的电容物位开关，与传统的现有技术相比较，其具有以下有益效果：（1）本技术方案通过主控制器、555时基电路和π型滤波网络电路的相互配合，主控制器输出周期较大的pwm至555时基电路的触发端，并采集物料满仓下555时基电路输出端输出方波的周期及占空比，自我调节主控制器输出至555时基电路触发端的pwm，使555时基电路输出端输出的方波以达到电容物位开关测量的最佳信噪比，使得测量效果最佳；实现了电容物位开关对不同介电常数的物料测量的自适应调节。电容物位开关对不同介电常数介质的测量，无需手动调节，可自适应调节，适应性强，有效性高。
18.（2）本技术方案中主控制器输出非固定周期的pwm，根据测量对象进行自适应调
节，脉冲宽度适中，信噪比高，测量效果最佳。
19.（3）本技术方案适用于各种介电常数介质的测量，适应性强，操作方便，避免频繁调节的不便。
附图说明
20.图1为本发明的整体电路示意框图。
21.图2为本发明自适应调节的工作状态流程图。
22.图3为本发明中主控制器u5部分的电路连接示意图。
23.图4为本发明中555定时器和π型滤波网络电路的连接示意图。
24.图5为本发明中电源电路v1部分的电路连接示意图。
25.图6为本发明中稳压电路v2部分的电路连接示意图。
26.图7为本发明中显示电路的连接示意图。
27.图8为本发明中继电器控制电路的连接示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.实施例：如图1所示，一种基于555时基电路的电容物位开关，包括物位电容cx和控制器模块，所述的控制器模块包括主控制器，以及与主控制器连接的稳压电路和串行通信接口；所述的控制器模块还包括555时基电路，555时基电路的输入端与物位电容cx连接，555时基电路的输出端通过π型滤波网络电路后与主控制器的ad采集端连接，将555时基电路输出的方波进行滤波后传送至主控制器，主控制器通过ad采集端采集的电压值，判断物位的高度；主控制器的pwm输出端与555时基电路的触发端连接，555时基电路的输出端与主控制器连接，形成闭环电路；主控制器输出周期较大的pwm至555时基电路的触发端，并采集物料满仓下555时基电路输出端输出方波的周期及占空比，自我调节主控制器输出至555时基电路触发端的pwm，使555时基电路输出端输出的方波以达到电容物位开关测量的最佳信噪比。
30.主控制器输出周期较大的pwm至555时基电路的触发端，并采集物料满仓下555时基电路输出端输出方波的周期及占空比，自我调节主控制器输出至555时基电路触发端的pwm，使555时基电路输出端输出的方波以达到电容物位开关测量的最佳信噪比。
31.所述的自适应为占空比w在40%的时候，有很好的适应性，其信噪比最高。信噪比的单位一般使用分贝，其值为十倍对数信号与噪声功率比。
32.所述的最佳信噪比的计算公式为：（1）式中psignal所指为有用信号功率（power of signal）与pnoise杂讯功率（power of noise），a为振幅（amplitude）。
33.初次使用自适应式电容物位开关时，在测量初期，将物料满仓，进入自适应调节
后，主控制器输出周期较大的pwm至555时基电路的触发端，主控制器同时捕获555时基电路的输出端进行自适应调节，主控制器调整输出至555时基电路触发端的pwm周期，从而使555时基电路的输出端输出占空比为40%的方波。至此自适应调节完毕，测量效果最佳。流程如图2所示。
34.控制器模块包括主控制器主控制器u5部分、555时基电路u4部分、π型滤波网络部分、稳压电路v2部分和串行通讯接口jp11、jp22、dbug接口。
35.主控制器u5采用stm8l151，555时基电路的输入端与物位开关连接，555时基电路的输出端通过π型滤波网络电路后与主控制器的ad采集端连接；π型滤波网络电路将555时基电路输出的方波进行滤波，并输出至主控制器的ad采集端。
36.主控制器u5的pwm输出端与555时基电路的触发端连接，555时基电路的输出端与主控制器连接，形成闭环电路。主控制器输出周期较大的pwm至555时基电路的触发端，同时采集物料满仓下555时基电路输出端输出方波的周期及占空比，最后输出相应周期的pwm给555时基电路触发端。
37.稳压电路v2部分与电源电路v1部分连接；所述的电源电路采用电压转换芯片lm317，将24的电源转换成7.5v的电压；所述的稳压电路采用稳压芯片lt1117，将7.5v的电压稳压成3.3v的电压为整个电路提供vcc信号。
38.主控制器u5通过串行通讯接口jp11与显示电路连接，所述的显示电路包括lcd显示器和按键电路；所述的主控制器通过串行通讯接口jp11与显示模块jp1连接，显示模块jp1与lcd显示屏电路、按键电路和jp12接口连接。所述按键电路包括按键key1、按键key2和按键key3，按键key1、按键key2和按键key3分别与显示模块jp1连接，用于对自适应电容物位开关进行标定设置，使用者按下相对应的按键即可进行设置。
39.主控制器u5通过串行通讯接口jp22与继电器控制模块jp2连接，继电器控制模块jp2与继电器控制电路连接，所述的继电器控制电路通过relay接口外接继电器。
40.主控制器u5通过dbug接口与仿真器连接。
41.具体电路连接如下：主控制器电路u5部分：如图3所示，主控制器采用型号为stm8l151的控制芯片，芯片stm8l151的第1引脚接dbug接口调试部分的nrst，作为重置信号输出；第2至第3引脚悬空，第4引脚接串口jp11的key1；第5引脚接串口jp11的key2；第6引脚接串口jp11的key3；第7引脚接地；第8引脚接稳压电路v1部分的输出端3.3v；第9引脚至第12引脚悬空；第13引脚接555时基电路的pwm1一端，作为pwm的输出；第14引脚接555时基电路的ccp3一端，采集555时基电路的方波输出；第15引脚悬空；第16引脚接u4部分的ad1端,对测量后电压值的采集；第17引脚悬空；第18引脚接串口jp11的lcd_cd；第19引脚接串口jp11的lcd_slck；第20引脚接串口jp11的lcd_sda；第21引脚接串口jp11的lcd_cs；第22引脚接串口jp11的lcd_rst；第23引脚悬空；第24引脚接jp22接口的继电器控制端口；第25引脚至31引脚悬空；第32引脚接dbug的swim端口，进行调试信号出入。
42.接口jp11部分：接口jp11的第1引脚接lcd_cs；第2引脚接lcd_rst；第3引脚接lcd_cd；第4引脚接lcd_sclk；第5引脚接lcd_sda；第6引脚接3v3；第7引脚接地；第8引脚接；第9引脚接key2；第
10引脚接key3；第11引脚接地；第12引脚接led。
43.接口jp22部分：接口jp22的第1引脚接led；第2引脚接继电器relay1；第3引脚接7v5；第4引脚接地；第5引脚接大地。
44.接口dbug部分：接口dbug的第1引脚接3v3；第2引脚接主控制器u5的第32引脚；第3引脚接地，第四引脚接稳压电阻r01和稳压电容c01。
45.555定时器电路u4部分：如图4所示，555定时器第1引脚接地；第2引脚一端接c12,c12的另一端接pwm1进入u5主控制器的pwm1引脚，第2引脚同时接电阻r22，r22另一端接3.3v；第3引脚接电阻r23，r23的另一端接3.3v，第3引脚同时接电阻r25，r25另一端接ccp3,ccp3同时接入u5主控制器的ccp3引脚，第3引脚同时接电阻r24，r24另一端接电容c14,c14另一端接地，r24另一端同时接电感l3,电感l3另一端接电容c15,c15的另一端接地，电感l3另一端接电阻r14,电阻r14另一端接电阻r15,电阻r15另一端接地，r14另一端同时接ad1,ad1接入u5主控制器的ad1采集端；第4引脚接3.3v,同时接入第8引脚vcc端口；第5引脚接电容c13，c13另一端接地；第6引脚接cn2的第1引脚，cn2第1引脚同时接555定时器的第7,引脚、第3引脚、电阻r23，电阻r23，cn2的第2引脚接安装孔\外壳，同时接电容c16，c16的另一端接地；第7引脚接cn2的第1引脚以及电阻r23；第8引脚接3.3v以及第4引脚。
46.电源电路v1部分：如图5所示，电源电路v1以电压转换芯片lm317为主，芯片lm317的第1引脚接电阻r2,电阻r2另一端接地，第1引脚同时接电容c3以电阻r3，c3的另一端接地；第2引脚同时接电阻r3,电容c4,电容c5,电源7v5，电容c4另一端接地,电容c5另一端接地；第3引脚接电容c22、电容c21、二极管d1，电容c21、c22另一端接led端口，vt接二极管zd1以及d2，zd1另一端接地，d2另一端接电感l2以及电容c03，电容c03另一端接地，电感l2另一端接电源负极，二极管d1另一端接电容c02以及电感l1,电容c02接大地，电感l1另一端接电源正极。
47.稳压电路v2部分：如图6所示，芯片lt1117的第1引脚接地；第2引脚接电容c45、c46、3v3，电容c45、c46另一端接地；第3引脚接7v5。
48.显示电路如图7所示，包括接口jp1部分：接口jp1的第1引脚接lcd_cs；第2引脚接lcd_rst；第3引脚接lcd_cd；第4引脚接lcd_sclk；第5引脚接lcd_sda；第6引脚接3v3；第7引脚接地；第8引脚接按键电路的key1；第9引脚接案件电路的key2；第10引脚接案件电路的key3；第11引脚接led；第12引脚接led。
49.接口jp12部分：接口jp12的第1引脚接led+；第2引脚接led-；作为液晶屏的背光电源。
50.接口lcd部分：接口lcd的第1引脚接lcd_cs；第2引脚接lcd_rst；第3引脚接lcd_cd；第4引脚接lcd_sclk；第5引脚接lcd_sda；第6引脚接3v3；第7引脚接地；第8引脚接电容c51,电容c51另一端接第9引脚；第10引脚接的电容c22，电容c22接第11引脚；第12引脚接电容c50，电容c50另一端接地。
51.继电器控制电路如图8所示，包括接口jp2、接口relay部分和继电器控制电路部分，所述的接口jp2与接口jp22对接，接口jp2与继电器控制电路中电阻r16的一端连接；接口relay的第1引脚接继电器控制电路中的nc1端口；第2引脚接继电器控制电路中的c1端口；第3引脚接继电器控制电路中的no1端口；第4引脚接继电器控制电路中的nc2端口；第5引脚接继电器控制电路中的c2端口；第6引脚接继电器控制电路中的no2端口。
52.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。