一种液位检测系统及方法与流程

本发明涉及液体检测技术领域，具体涉及一种液位检测系统及方法。

背景技术：

对于当前液位检测，大多数使用的是浮球检测，浮球式水位传感器是一种古老的检测的仪器，因使用简单，价格便宜，所以受大众欢迎，使用范围广泛。广泛应用于化工、石油、家电、轻工业和污水处理等行业。浮球检测水位精度较低，不能满足高精度的仪器上，比如医疗器械等。常见的应用有水塘检测水位等，相对精度要求低，安装、计算简便。浮球式水位是靠液体的浮力推动带磁铁的浮子上下运动，从而发布信号的。其机械结构，会影响产品寿命。若是在使用在黏稠的液体中，可能导致浮子卡死无法检测。例如在检测墨水的高度时，由于液体比较粘稠，容易出现卡死这种现象。

目前市面上液位检测装置主要有浮球式，其价格便宜，但寿命较短，精确度不高。目前也有一些电容式液位检测装置，但它们普遍存在输出非线性；寄生电容、分布电容的灵敏度、测量精确度易受影响。因此本申请公开一种系统及方法予以解决。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明公开了一种液位检测系统及方法，用于解决目前市面上液位检测装置主要有浮球式，其价格便宜，但寿命较短，精确度不高。目前也有一些电容式液位检测装置，但它们普遍存在输出非线性；寄生电容、分布电容的灵敏度、测量精确度易受影响的问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种液位检测系统，包括运算放大器，所述运算放大器的2管脚外接金属片，所述金属片置入盛有液体的容器，包括反相器，所述反相器2管脚接上拉电阻，并通过电容与所述运算放大器5管脚相连输出直流脉冲信号，包括由r1、r2、r3和r4构成的rc振荡电路；当液面高于金属片时，所述rc振荡电路得到正弦波接入比较器后输出直流脉冲信号，并将所述直流脉冲输入fpga中，所述fpga根据算法认定为液面达到或高于金属片所在位置。

更进一步的，所述rc振荡电路的振荡频率为：

，

更进一步的，当液体漫过所述金属片时，电阻r1并联的电容高于实际c1电容标注的容值，测量出r1两端的电容值，其等于c1实际电容值，根据公式计算谐振频率。

更进一步的，当液体低于金属片时，电阻r1两端并联的电容容值等于c1的容值，根据公式计算谐振频率。

更进一步的，当液面低于金属片时，无法得到正弦波，低电平输入比较器，经上拉电阻r7，输出高电平，此时fgpa或主机接收到恒为高电平的信号时，认定液面未达到该位置。

一种液位检测方法，所述检测方法使用上述的液位检测系统，所述检测方法包括以下步骤：

s1通过fpga输入固定的脉冲信号ipwm；

s2通过反相器增强驱动，参与rc振荡，并判断rc振荡电路是否发生振荡；

s3若rc振荡电路产生振荡生成正弦波，通过比较器与设定电压比较输出直流脉冲至fpga。

s4若rc振荡电路不产生振荡，通过比较器与设定电压比较输出低电平至fpga。

更进一步的，所述s3中，fpga根据算法认定为液面达到或高于金属片所在位置。

更进一步的，所述s4中，fpga根据算法认定液面未达到该位置。

本发明的有益效果为：

本发明用简单的电路就实现了液位检测的功能，算法实现简单，只需要测得输出是否有直流脉冲；精确度高，受环境影响小，无任何机械结构，不易损坏，寿命长，可移植性好，具有很强的市场应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种液位检测系统电路原理图；

图2是一种液位检测方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开如图1所示的一种液位检测系统，为液位检测部分的电路原理图。tpwm由fpga产生，是一个ttl信号，其驱动能力较弱，我们先接一个反相器（非门ic5a），同时在输出（2管脚）接一个上拉电阻，这样可以增强其驱动能力，c1可以将直流滤掉，起到“通交流隔直流”的作用，此时到达5管脚的为一个纯正的、驱动能力强的直流脉冲（tpwm）信号。

u2为比较器，根据上图可知4管脚恒为1.65v，r1，r2，r3，r4构成一个rc振荡电路，其振荡频率为

，

level_ink外接一个金属片，放在盛有液体的容器中。

液体漫过金属片，构成一个电容器，此时电容祖r1并联的电容要高于实际c1电容标注的容值（c1容值加上金属片与在水中构成的电容），测量出此时r1两端的电容值，即为c1实际电容值，计算出谐振频率。

当液体低于金属片时，由于不存在水和金属片构成的电容，此时r1两端并联的电容容值实际为c1的容值，根据公式计算出此时谐振频率。

本实施例的算法中让fpga（或主机）给u2一个tpwm，使其频率为计算出的这两个谐振频率之间，当液面低于金属片时，此时的pwm不足以起振rc谐振电路，即无法得到一个正弦波。当液面高于金属片时，rc电路得到正弦波，其峰值为3.3v，接入比较器，与上边的1.65v比较，比较器输出一个直流脉冲信号。将这个直流脉冲输入fpga（或主机）中，fpga（或主机）就可以根据算法认定为液面达到或高于金属片所在位置。

当液面低于时，由于无法起振，即一个低电平输入比较器，与1.65v比较，输出也为一个低电平，但此时有个上拉电阻r7，所以此时输出为高电平。此时fgpa（或主机）接收到一个恒为高电平的信号时，认定液面未达到该位置。然后操作其他部分进行操作。反之当液面从低处到漫过金属片时，比较器输出的由恒为高电平跳变到直流脉冲，认为液面到达金属片所在的高度。

由于比较器输出的是高阻态，若想输出直流脉冲信号，需要将在输出端接一个上拉电阻（r7）,用来增强信号驱动能力。

实施例2

本实施例公开如图2所示的一种液位检测方法，包括以下步骤：

s1通过fpga输入固定的脉冲信号ipwm；

s2通过反相器增强驱动，参与rc振荡，并判断rc振荡电路是否发生振荡；

s3若rc振荡电路产生振荡生成正弦波，通过比较器与设定电压比较输出直流脉冲至fpga。

s4若rc振荡电路不产生振荡，通过比较器与设定电压比较输出低电平至fpga。

s3中，fpga根据算法认定为液面达到或高于金属片所在位置。

s4中，fpga根据算法认定液面未达到该位置。

实施例3

本实施例公开墨水检测装置的应用，以小字符喷码机上装有的液位检测装置为例：

1.在墨水瓶里边安装一个金属极板，具体位置为页面报警线

2.按电路图方式接入电路，将输入端接至比较器的-级，

3.更具rc振荡公式，通过电阻电容算出刚好起振的频率tpwm。

4.将相应的算法烧写到主机上

5.将输出端接入主机上，并运行整个系统

6.当液面低于金属片时，液体与金属片构成一个电容，此时电容值c增大，rc谐振需要的tpwm增大，原tpwm不能起振rc振荡电路、导致比较器–级为低电平，因此输出持续为高电平，传入主机，认为液面低于金属片。

实施例4

本实施例公开厨电防溢出的液位的检测，目前许多厨电或家电产品上都有用到液位检测，例如豆浆机等的防溢出，饮水机的液位检测等。具体为：

1.在厨电产品允许最高水位上安装一个金属极板。

2.内部增加一个本发明的液位检测电路

3.通过厨电产品自身的mcu或者其他元件产生一个tpwm可以刚好起振rc谐振电路

4.当未到达此液面时，此时由于电容较大，tpwm不足以起振rc谐振电路，比较器输出为高电平

5.当液体沸腾或溢出时，使得电容减小，从而rc振荡电路中电容减小。tpwm起振rc谐振电路，与上方的1.65v比较，此时输出一个矩形波，将此输出输入到mcu时，mcu可以操控其他部分停止或者降低功率工作。

实施例5

本实施例公开电子液位开关的应用，具体为：

1.可以将这种液位检测电路封装在一起，制成液位检测开关

2.将探头部分（金属片所在部分）放在水中

3.当液体达到探头液面时，电路输出直流脉冲，不满足时，电路输出高电平。

4.电路部分除上述电路中可以整合一个mcu用来处理这个电路中的输出信号，提供tpwm脉冲输入。同时根据输出的信号，确定打开或者关闭开关。比如，液体到达液面时，mcu检测到直流脉冲，然后关闭开关。（具体可以根据mcu来配置，也可实现检测直流脉冲，打开开关）

综上本发明主要是依靠rc振荡电路产生一个0-3.3v的正弦波，使这个正弦波与比较器上边的1.65v（3.3v/2）做比较，然后通过比较器输出一个直流脉冲，即高于1.65v部分输出3.3v，低于1.65v输出0v，依次交替产生。本发明的关键点就在于tpwm的选取，要选取在液体达到金属片和未达到金属片之前刚好所需要的谐振频率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。