电极式水浸检测电路及水浸传感器的制作方法

本发明涉及传感检测电路领域，具体涉及一种电极式水浸检测电路及水浸传感器。

背景技术：

接触式水浸传感器，通常是采用铜镀镍探针，检测电路通过加在两个探针之间的电压来判断是否有水。现有的接触式水浸传感器，其检测电路比较简单，在两个探针之间施加一定的单相电压，在多次检测有水后容易腐蚀电极，使用寿命短。另外，电极有干扰电压容易引起检测部分电路损坏。

中国专利《tds的检测电路和检测方法》(cn103675023a)公开了一种tds的检测电路和检测方法，通过向水质探针的两端交替加载电压驱动水质探针工作，避免由于对水质探针持续加载直流电压而导致的电解反应，从而提高了水质tds检测精度、避免检测时对水质的影响以及延长水质探针的使用寿命。然而该专利公开的电路结构较为简单，仍然无法达到理想的检测精度和使用寿命，且抗干扰能力差，无法适用于室外充电桩等设备。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明提供了一种检测精度高、使用寿命长且适用于室外充电桩等设备的电极式水浸检测电路及水浸传感器。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的第一个方面提供了一种电极式水浸检测电路，包括：

第一电极信号输入单元，其用于转换放大输入端接收的第一pwm信号，并经输出端耦接第一电极；

第二电极信号输入单元，其用于转换放大输入端接收的第二pwm信号，并经输出端耦接第二电极；

比较单元，其第一输入端耦接第一电极，第二输入端耦接参考电压信号，用于比较第一电极的电压和所述参考电压信号；

以及信号输出单元，其输入端耦接所述比较单元的输出端，用于转换放大比较单元的输出信号并作为检测信号输出；

其中，所述第一电极信号输入单元和第二电极信号输入单元输出到电极上的pwm信号周期及脉宽相同，相序相差180度，且信号占空比d≤5％。

进一步的，所述第一电极信号输入单元包括电阻r1-r3和mos管q1；其中mos管q1的漏极耦接第一电极，并经电阻r3耦接9v电压源，栅极经电阻r1耦接第一pwm信号源，并经电阻r2耦接源极，源极接地；

所述第二电极信号输入单元包括电阻r4-r6和mos管q2；其中mos管q2的漏极耦接第二电极，并经电阻r6耦接9v电压源，栅极经电阻r4耦接第二pwm信号源，并经电阻r5耦接源极，源极接地。

进一步的，所述比较单元包括比较器u1和电阻r7、r8；其中比较器u1的电源端耦接9v电压源，反相端耦接第一电极，同相端耦接参考电压源，经电阻r7耦接9v电压源，并经电阻r8接地，输出端耦接所述信号输出单元。

进一步的，所述信号输出单元包括mos管q3、电阻r9-r11和电容c1；其中电阻r9、r10和电容c1的一端耦接9v电压源，电阻r9的另一端耦接所述比较单元的输出端和mos管q3的源极，电阻r10的另一端耦接mos管q3的栅极，mos管q3的漏极经电阻r11耦接电压源vcc，并作为输出端输出检测信号。

进一步的，该检测电路还包括电极保护单元，所述电极保护单元包括瞬变电压抑制二极管d1和d2，其中二极管d1与d2的正极相对耦接并接地，负极分别耦接第一电极和第二电极。

本发明的第二个方面提供了一种水浸传感器，包括两根电极，耦接所述电极的如上述第一个方面所述的电极式水浸检测电路，还包括：

信号发生电路，其用于生成所述第一pwm信号和第二pwm信号。

优选的，所述信号发生电路包括sop8封装的集成mcu及其外围电路。

进一步的，该水浸传感器还包括：

电源电路，包括结构相同且相互独立的第一dcdc变换降压电路和第二dcdc变换降压电路，所述第一dcdc变换降压电路用于提供稳定的9.0v电压，所述第二dcdc变换降压电路用于提供稳定的3.3v电压。

进一步的，所述第一dcdc变换降压电路包括电阻r13-r19、电容c2-c11、dcdc芯片u2和电感l1；其中，dcdc芯片u2的vin脚耦接输入电源vddin，并经电容c2、c3、c4接地；en脚经电阻r13耦接vin脚，并经电阻r14接地；rt脚经电阻r15接地；boot脚耦接电容c5的一端，ph脚和电容c5的另一端耦接电感l1的一端；comp脚分别经串接的电阻r16、电容c11，以及电容c10接地；gnd脚接地；电感l1的另一端分别经电容c6、c7、c8以及串接的电阻r17、r18、r19接地，并作为电源输出端；电容c9并接于电阻r19两端。

进一步的，所述电源电路还包括调理防护电路，所述调理防护电路包括二极管d3、保险丝f1、压敏电阻r12和抗浪涌tvs管d4；其中，二极管d3的正极耦接外部电源，负极耦接保险丝f1后作为输出端输出电压vddin，并分别经压敏电阻r12和抗浪涌tvs管d4接地。

本发明的有益效果：

本发明的电极式水浸检测电路和水浸传感器，通过在两个电极上施加信号周期及脉宽相同且相序相差180度的pwm信号，使得水浸测试电极上的电流正负方向交错流动，有效地防止了电极的氧化。同时，经mos管驱动放大输出到电极上的pwm信号的占空比d≤5％，既能有效降低设备的功耗，又提高了电路的检测精度。另外，通过合理设置比较和结果输出电路，实现了较宽的比较监测能力；通过设定比较门限值，可以实现低tds情况下的水浸监测报警能力，从而满足了室外条件下雨水浸入的监测能力。最后，鉴于室外充电桩等设备内部环境复杂，为了防止静电等不可预测的复杂电磁环境，本发明的电路配置了电极防护电路、电源防护电路、电平转化电路等，最大程度地提高了电路的抗干扰能力，从而提高了电路的稳定性。

附图说明

图1为本发明的电极式水浸检测电路的单元组成和连接关系示意图。

图2为本发明的电极式水浸检测电路实施例的电路示意图。

图3为本发明的水浸传感器实施例中电源电路的电路示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

本发明的第一个实施例提供了一种电极式水浸检测电路，如图1所示，其包括：

第一电极信号输入单元，其用于转换放大输入端接收的第一pwm信号，并经输出端耦接第一电极；

第二电极信号输入单元，其用于转换放大输入端接收的第二pwm信号，并经输出端耦接第二电极；

比较单元，其第一输入端耦接第一电极，第二输入端耦接参考电压信号，用于比较第一电极的电压和所述参考电压信号；

以及信号输出单元，其输入端耦接所述比较单元的输出端，用于转换放大比较单元的输出信号并作为检测信号输出；

其中，第一电极信号输入单元和第二电极信号输入单元输出到电极上的pwm信号周期及脉宽相同，相序相差180度，且信号占空比d≤5％。

下面结合附图2所示的优选实施方案对本实施例中的电极式水浸检测电路作进一步说明。

如图2所示，本实施例中，第一电极信号输入单元包括电阻r1-r3和mos管q1；其中mos管q1的漏极耦接第一电极，并经电阻r3耦接9v电压源，栅极经电阻r1耦接第一pwm信号源，并经电阻r2耦接源极，源极接地；

第二电极信号输入单元包括电阻r4-r6和mos管q2；其中mos管q2的漏极耦接第二电极，并经电阻r6耦接9v电压源，栅极经电阻r4耦接第二pwm信号源，并经电阻r5耦接源极，源极接地。

比较单元包括比较器u1和电阻r7、r8；其中比较器u1的电源端耦接9v电压源，反相端耦接第一电极，同相端耦接参考电压源，经电阻r7耦接9v电压源，并经电阻r8接地，输出端耦接所述信号输出单元。

信号输出单元包括mos管q3、电阻r9-r11和电容c1；其中电阻r9、r10和电容c1的一端耦接9v电压源，电阻r9的另一端耦接所述比较单元的输出端和mos管q3的源极，电阻r10的另一端耦接mos管q3的栅极，mos管q3的漏极经电阻r11耦接电压源vcc，并作为输出端输出检测信号。

作为进一步的优选实施方案，本实施例中的检测电路还包括电极保护单元，该电极保护单元包括瞬变电压抑制二极管d1和d2，其中二极管d1与d2的正极相对耦接并接地，负极分别耦接第一电极和第二电极。

该电路的工作原理如下：第一电极和第二电极接收单片机使用推挽输出方式输出的占空比固定的两组pwm脉冲信号pwm1和pwm2，该脉冲周期为1s，占空比为95％，两组脉冲信号相位相差180度。pwm1输出高电平的时，经过r1电阻的限流后，驱动mos管q1导通，pwmc1端被拉低为低电平状态，即pwm1输入高电平，对应pwmc1输出低电平；pwm1输入低电平，对应pwmc1输出高电平。由此可得，pwmc1和pwmc2是一组相位相差180度的脉冲信号，由于mos管q1、q2的漏极都为9v电压，故pwmc1和pwmc2信号为幅值为9v、占空比为5％、相位相差180度的脉冲序列。该脉冲序列施加在电极探针上，在遇水导电的情况下，电流方向是交替方向的流动，减少了由于电流单极流向，造成的水体电解质电离，进而引起探针氧化。瞬变电压抑制二极管(tvs)d1、d2负责吸收探针上的静电和浪涌信号。r7和r8形成电阻分压电路，使vst处电压钳位在8.18v作为比较器u1的基础门限电压信号。在探针未接触水质情况下，pwmc1信号幅值9v，通过比较器后，比较器u1输出引脚上的电压信号为占空比为95％的脉冲信号。而如果有导电水质使得pwmc1和pwmc2导通，那pwmc1的电压会随着水质tds值升高而降低，当pwmc1电压信号被拉低到一定程度时候，比较器u1的输出脚完全输出高电平。r10、r11和q3组成电平转换电路模块，当比较器u1的输出脚输出高电平9v的时候，q3不工作，其漏极上test_out输出幅值为3.3v的电压信号；当u1的输出脚输出低电平0v的时候，q3工作，其漏极上test_out输出幅值低于0.5v的低电平信号。从而后续单片机通过判断test_out信号的电平特性即可以判断出探针处是否有tds值大于一定限值的水存在，从而最终判断出是否有浸水情况发生。

实施例2

本发明的第二个实施例提供了一种水浸传感器，包括两根电极，耦接电极的如上述第一个实施例所述的电极式水浸检测电路，还包括：

信号发生电路，其用于生成所述第一pwm信号和第二pwm信号；

以及电源电路，包括结构相同且相互独立的第一dcdc变换降压电路和第二dcdc变换降压电路，其中第一dcdc变换降压电路用于提供稳定的9.0v电压，供后级水浸监测电路工作及状态指示输出；第二dcdc变换降压电路用于提供稳定的3.3v电压，供后级mcu部分稳定可靠工作。

作为优选实施方案，本实施例中，信号发生电路包括sop8封装的集成mcu及其外围电路，其具有外围电路少，程序载入调试方便，运行稳定，经济效益好的优点。

作为优选实施方案，如图3所示，本实施例中，第一dcdc变换降压电路包括电阻r13-r19、电容c2-c11、dcdc芯片u2和电感l1；其中，dcdc芯片u2的vin脚耦接输入电源vddin，并经电容c2、c3、c4接地；en脚经电阻r13耦接vin脚，并经电阻r14接地；rt脚经电阻r15接地；boot脚耦接电容c5的一端，ph脚和电容c5的另一端耦接电感l1的一端；comp脚分别经串接的电阻r16、电容c11，以及电容c10接地；gnd脚接地；电感l1的另一端分别经电容c6、c7、c8以及串接的电阻r17、r18、r19接地，并作为电源输出端输出dvdd9.0v电压；电容c9并接于电阻r19两端。

本实施例中第二dcdc变换降压电路的结构与第一dcdc变换降压电路完全相同，输出端输出vcc3.3v电压，在此不做赘述。

作为进一步的优选实施方案，本实施例中，电源电路还包括调理防护电路，该调理防护电路包括二极管d3、保险丝f1、压敏电阻r12和抗浪涌tvs管d4；其中，二极管d3的正极耦接外部电源，负极耦接保险丝f1后作为输出端输出电压vddin，并分别经压敏电阻r12和抗浪涌tvs管d4接地。

本实施例中，第一dcdc变换降压电路和第二dcdc变换降压电路采用单点接地，同时在电路布局和线路走线上尽量做到独立，最大限度的降低了来自电源地的相互干扰，从而有效地提高了电路的抗干扰能力。其中二极管d3、保险丝f1、压敏电阻r12及抗浪涌tvs管d4组成了输入电源部分的调理防护电路。其中，d3作用是防反接二极管，保证电源输入正负错误时，电路不损坏；f1自恢复保险丝用于提供在后级电路瞬时短路等原因时的瞬时保护；r12和d4组成了浪涌保护电路，快速和慢速的导通搭配，有效地防护浪涌冲击发生时对电路的影响。dcdc芯片u2为带有过压、欠压、过流、过热保护以及软启动等功能的高效同步dcdc转换芯片，其中vin为芯片的高压输入，vsense为芯片的反馈输入，en为芯片的使能及启动控制输入，comp为芯片的外置补偿输入，ph为芯片的dcdc转化输出。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。