一种水温水位检测传感器的制作方法

本实用新型涉及检测技术领域，尤其涉及一种水温水位检测传感器。

背景技术：

随着太阳能热利用产业的飞速发展，各类太阳能热水器的控制仪表和水温水位检测传感器不断推陈出新。水温水位检测传感器时太阳能热水器的一种重要部分，太阳能热水器根据水温和水位的不同，可以实现辅助电加热、自动补水和缺水报警等功能。现有的太阳能热水器大多是将接触式传感器插入水箱中，通过模拟、数字电路来检测水温和水位。如图1所示，现有的传感器中设有比较器电路，有水时比较器电路输出持续的高电平信号，无水时输出脉冲信号，然后传感器的单片机通过各水位检测电路的高低电平信号来判断水箱中的水位。这种判断方式主要存在以下几个问题：1、当水质不同时，水的电阻差异较大，容易发生误判，需要根据水质的不同改变电路参数，而模拟电路比较复杂，改变非常麻烦；2、传感器中的变压器产生的交流电通过传感器与水相连，在雷雨季节时，雷击产生的强电流很容易通过水和传感器传导至变压器，导致变压器烧坏。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种电路结构简单的水温水位检测传感器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种水温水位检测传感器，包括单片机、水温传感器、水位传感器和检测电路，所述检测电路分别与所述单片机、水温传感器和水位传感器电连接，所述水温传感器包括热敏电阻，所述水位传感器包括依次连接的第一检测段、第二检测段、第三检测段和第四检测段，所述热敏电阻位于所述第一检测段的一端，所述检测电路包括接线端子、分压电路、采样电路和信号控制电路，所述接线端子的一端分别与所述热敏电阻、第一检测段、第二检测段、第三检测段和第四检测段电连接，所述接线端子的另一端分别与所述分压电路和信号控制电路电连接，所述信号控制电路分别与所述分压电路和采样电路电连接，所述采样电路与所述单片机电连接。

进一步的，所述检测电路还包括限流保护电路，所述限流保护电路分别与所述信号控制电路和采样电路电连接。

进一步的，所述检测电路还包括防雷击保护电路，所述防雷击保护电路分别与所述信号控制电路和采样电路电连接。

进一步的，所述检测电路还包括稳压电路，所述稳压电路分别与所述信号控制电路和采样电路电连接。

进一步的，所述分压电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻通过接线端子与所述第一检测段电连接，所述第二电阻通过接线端子与所述第二检测段电连接，所述第三电阻通过接线端子与所述第三检测段电连接，所述第四电阻通过接线端子与所述第四检测段电连接。

进一步的，所述信号控制电路包括并联设置的第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管的导电方向相反，所述第一二极管分别与所述采样电路和热敏电阻电连接，所述第二二极管分别与所述采样电路和分压电路电连接。

进一步的，所述防雷击保护电路包括第一TVS管和第二TVS管，所述第一TVS管与所述第一二极管并联设置，所述第二TVS管与所述第二二极管并联设置。

进一步的，所述限流保护电路包括第一保护电阻和第二保护电阻，所述第一保护电阻和第二保护电阻分别与单片机的IO接口电连接。

进一步的，所述稳压电路包括第一稳压管和第二稳压管，所述第一稳压管和第二稳压管分别与单片机的CPU供电接口电连接。

进一步的，所述采样电路包括采样电阻，所述采样电阻分别与所述水温传感器和水位传感器电连接。

本实用新型的有益效果在于：检测电路由分压电路、采样电路和信号控制电路组成，不设置比较电路，也不设置变压器，大大简化了电路结构，降低了生产成本；由于检测电路采用数字电路，单片机根据采集电路采集到的电压大小就可以计算出水温和水位，根据不同的水质，可以灵活设置检测的灵敏度，使得检测结果更加可靠；此外，还可以根据水质的电阻、传感器上的挂水电阻和结垢情况合理设置电压值的参考范围，避免误判。

附图说明

图1为现有技术的水温水位检测传感器的检测电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的水温水位检测传感器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一的水温水位检测传感器的检测电路的结构示意图；

标号说明：

1、第一检测段；2、第二检测段；3、第三检测段；4、第四检测段；

5、热敏电阻。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本实用新型最关键的构思在于：检测电路不设置比较电路，也不设置变压器，大大简化了电路结构，降低了生产成本。

请参照图2及图3，一种水温水位检测传感器，包括单片机、水温传感器、水位传感器和检测电路，所述检测电路分别与所述单片机、水温传感器和水位传感器电连接，所述水温传感器包括热敏电阻，所述水位传感器包括依次连接的第一检测段、第二检测段、第三检测段和第四检测段，所述热敏电阻位于所述第一检测段的一端，所述检测电路包括接线端子、分压电路、采样电路和信号控制电路，所述接线端子的一端分别与所述热敏电阻、第一检测段、第二检测段、第三检测段和第四检测段电连接，所述接线端子的另一端分别与所述分压电路和信号控制电路电连接，所述信号控制电路分别与所述分压电路和采样电路电连接，所述采样电路与所述单片机电连接。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：检测电路由分压电路、采样电路和信号控制电路组成，不设置比较电路，也不设置变压器，大大简化了电路结构，降低了生产成本，分压电路用于和采样电路进行分压，对于不同的水位，分压电路会分走不同大小的电压，从而采样电路的电压值也会相应发生变化，根据采样电路的电压大小就可判断水位情况，同样的，对于不同的水温，热敏电阻的电阻值不同，采样电路的电压大小也会随着变化，根据采样电路的电压大小也可以判断水温情况；信号控制电路用于控制输出水温检测信号还是水位检测信号，水温检测信号和水位检测信号的输出频率可以根据需要进行设置。由于检测电路采用数字电路，单片机根据采集电路采集到的电压大小就可以计算出水温和水位，根据不同的水质，可以灵活设置检测的灵敏度，使得检测结果更加可靠；此外，还可以根据水质的电阻、传感器上的挂水电阻和结垢情况合理设置电压值的参考范围，避免误判。

进一步的，所述检测电路还包括限流保护电路，所述限流保护电路分别与所述信号控制电路和采样电路电连接。

由上述描述可知，对检测电路进行限流保护，可以防止检测电路中的电流过大对单片机或者其他电子元器件造成损坏。

进一步的，所述检测电路还包括防雷击保护电路，所述防雷击保护电路分别与所述信号控制电路和采样电路电连接。

由上述描述可知，设置防雷击保护电路，可以防止雷击时产生的较大电流损坏控制电路和采样电路中的电子元器件。

进一步的，所述检测电路还包括稳压电路，所述稳压电路分别与所述信号控制电路和采样电路电连接。

由上述描述可知，稳压电路可以保证输出恒定的电压值，提高电路中电子元器件的使用寿命。

进一步的，所述分压电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻通过接线端子与所述第一检测段电连接，所述第二电阻通过接线端子与所述第二检测段电连接，所述第三电阻通过接线端子与所述第三检测段电连接，所述第四电阻通过接线端子与所述第四检测段电连接。

由上述描述可知，对于不同的水位检测段，连接有不同数量的电阻，从而分走不同的电压值，采样电路的电压情况也会随着水位的变化而变化。

进一步的，所述信号控制电路包括并联设置的第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管的导电方向相反，所述第一二极管分别与所述采样电路和热敏电阻电连接，所述第二二极管分别与所述采样电路和分压电路电连接。

由上述描述可知，当第一二极管连通时可以进行水温的数据采集，当第二二极管连通时，可以进行水位的数据采集。

进一步的，所述防雷击保护电路包括第一TVS管和第二TVS管，所述第一TVS管与所述第一二极管并联设置，所述第二TVS管与所述第二二极管并联设置。

由上述描述可知，防雷击保护电路可以对信号控制电路进行保护。

进一步的，所述限流保护电路包括第一保护电阻和第二保护电阻，所述第一保护电阻和第二保护电阻分别与单片机的IO接口电连接。

由上述描述可知，限流保护电路可以对单片机额的IO接口进行保护，防止损坏。

进一步的，所述稳压电路包括第一稳压管和第二稳压管，所述第一稳压管和第二稳压管分别与单片机的CPU供电接口电连接。

由上述描述可知，稳压电路可以保护单片机的CPU，防止CPU因电压变化较大而损坏。

进一步的，所述采样电路包括采样电阻，所述采样电阻分别与所述水温传感器和水位传感器电连接。

由上述描述可知，采样电路是通过采样电阻分得的电压大小进行水温和水位的判断的。

请参照图2及图3，本实用新型的实施例一为：

一种水温水位检测传感器，其结构简单，制作成本低，并且检测结果可靠。

如图2所示，所述水温水位检测传感器包括单片机、水温传感器、水位传感器和检测电路，所述检测电路分别与所述单片机、水温传感器和水位传感器电连接。所述水温传感器包括热敏电阻5，本实施中，为NTC电阻。所述水位传感器包括依次连接的第一检测段1、第二检测段2、第三检测段3和第四检测段4，所述热敏电阻5安装于所述第一检测段1的一端。第一检测段1、第二检测段2、第三检测段3和第四检测段4均为不锈钢材质，并且在第一检测段1、第二检测段2、第三检测段3和第四检测段4外套设有塑料管，在每一个检测段上均焊接一根导线用于和检测电路电连接。本实施例中，第一检测段1对应的水位最低，热敏电阻5安装在第一检测段1上可以保证在水位较低时仍能进行水温检测。

如图3所示，所述检测电路包括接线端子、分压电路、采样电路、信号控制电路、限流保护电路、防雷击保护电路和稳压电路。所述接线端子包括1、2、3、4、5、6六个连接端子，端子6为公共端，端子5连接第四检测段4，对应最高水位，端子4连接第三检测段3，端子3连接第二检测段2，端子2连接第一检测段1，端子1连接NTC电阻，NTC电阻的另一端还与公共端相连接。所述接线端子的还分别与所述分压电路和信号控制电路电连接。

所述分压电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，第一电阻即为图中的电阻R8，第二电阻即为图中的电阻R7，第三电阻即为图中的电阻R6，第四电阻即为图中的电阻R5，所述第一电阻通过接线端子与所述第一检测段1电连接，所述第二电阻通过接线端子与所述第二检测段2电连接，所述第三电阻通过接线端子与所述第三检测段3电连接，所述第四电阻通过接线端子与所述第四检测段4电连接。本实施例中R5、R6、R7和R8的阻值可以根据需要进行设置。

所述信号控制电路分别与所述分压电路和采样电路电连接，所述信号控制电路包括并联设置的第一二极管和第二二极管，第一二极管即图中的D12，第二二极管即图中的D13，所述第一二极管和第二二极管的导电方向相反，所述第一二极管分别与所述采样电路和热敏电阻5电连接，所述第二二极管分别与所述采样电路和分压电路电连接。

所述限流保护电路包括第一保护电阻和第二保护电阻，第一保护电阻即为图中的电阻R2，第二保护电阻即为图中的电阻R4，所述第一保护电阻和第二保护电阻分别与单片机的两个IO接口电连接,，以对IO接口进行限流保护。

所述稳压电路分别与所述信号控制电路和采样电路电连接，所述稳压电路包括第一稳压管和第二稳压管，所述第一稳压管即图中的ZD1，所述第二稳压管即图中的ZD2，第一稳压管和第二稳压管均为5.1V稳压管，所述第一稳压管和第二稳压管分别与单片机的CPU供电接口电连接，以保护CPU供电输出电压不超过5.1V。

所述防雷击保护电路分别与所述信号控制电路和采样电路电连接，所述防雷击保护电路包括第一TVS管、第二TVS管、第三TVS管和第四TVS管，所述第一TVS管即图中的TV1，所述第二TVS管即图中的TV2，所述第三TVS管即图中的TV3，所述第四TVS管即图中的TV4，所述第一TVS管与所述第一二极管并联设置，所述第二TVS管与所述第二二极管并联设置。

所述采样电路与单片机电连接，采样电路包括采样电阻，即图中的R3，所述采样电阻分别与所述水温传感器和水位传感器电连接。所述单片机包括两个IO接口、一个AD接口和CPU供电接口，通过两个IO接口和一个AD接口可以实现水温和水位的交替检测。本实施例中，每150ms采样10ms，水温和水位交替采样，进行检测时，通过单片机的两个IO接口产生脉冲信号，脉冲信号的加载时间短，能有效防止不锈钢上产生水垢，并通过单片机的AD接口采集电压值，根据电压值计算出相应的水温和水位。

本实施例中，所述水温水位检测传感器的具体工作原理如下：

当进行温度采样时，PULSE1_SW置低电平(0电压)，PULSE2_TEMP输出高电平(5V)，该高电平信号经过R4、D12到端子6连接的NTC电阻，从NTC电阻另一端接端子1出来后经过R2，在R3产生一个分压信号，单片机采样该电压值。水温不同，NTC电阻的阻值不同，R3分压就不同，通过查表方式可以得到不同水温。

当进行水位检测时，PULSE2_TEMP置低电平(0电压)，PULSE1_SW输出高电平(5V)，该高电平信号经过R3一端上拉，再经过后续分压电路在R3另一端产生一个分压，单片机采样该电压值，不同水位产生不同分压值，根据采样的电压值再判断水箱水位。其原理时，R3与R2串联，不同水位再串联不同电阻，水箱只有最低水位时，串联电阻R6+R7+R8，R5由于被水经过公共端短路，其电阻可以忽略不计或很小，串联电阻最后经D13、R4到PULSE2_TEMP低电平。即在水位最低时，检测的水位电压是电阻R3与串联电阻R2+R6+R7+R8+R4的分压。同理，水位最高时，是R3与串联电阻R2+R4的分压。如果水箱缺水或低于最低水位时，R3的串联电阻即为R2+R5+R6+R7+R8+R4，因此，根据不同水位时测得的R3的电压值，就可以计算出水箱水位。以上均为理想情况下的理想电阻，考虑到水质电阻的影响，不同水位串联电阻会比理想电阻大些，进行判断时可以设置一定范围的比较值，不会产生重叠。根据不同地区的水质，比较值可以根据要求的灵敏度设置自动调整。

综上所述，本实用新型提供的一种水温水位检测传感器，其结构简单，制作成本低，并且可以根据水质的电阻、传感器上的挂水电阻和结垢情况合理设置电压值的参考范围，避免误判，有利于提高水温和水位的检测精度。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。