一种普适型液位检测装置论文和设计-刘洪恩

全文摘要

本实用新型涉及一种一种普适型液位检测装置，利用槽形光电耦合器（简称槽形光耦）作为液位检测元件，结合转换电路，把液位转化为电信号驱动发光二极管显示，并经单片机采集、通讯传送给上位机来显示或对液位进行控制。本实用新型对储液罐中液体的液位进行分段检测、显示，并通过单片机通讯将液位信息传递给上位机，适用于静压下不同透明度的、腐蚀性不确定的各种液体液位的检测，结构简单，成本低廉，具有广泛的适用性。

主设计要求

1.一种普适型液位检测装置，包括液位检测装置和电路两部分；所述的液位检测装置包括储液罐（10），储液罐（10）上安装连通器；连通器由安装在储液罐（10）的底部与储液罐连通的连接管（20）、与连接管（20）连接的垂直玻璃管（1）、以及玻璃管固定卡子（30）构成；玻璃管（1）中的液位随储液罐（10）中的液位等高度变化；在玻璃管（1）的外部沿其高度方向、在对应储液罐最低和最高液位范围内等距离粘贴若干个槽形光耦（3），使玻璃管（1）处在槽形光耦（3）的光路上，即槽形光耦（3）的红外发光二极管与光敏三极管之间；玻璃管（1）中放置不透光的浮漂（2），在玻璃管（1）中因受浮力和重力随液位上下自由移动；这样当液位为0时，浮漂处于最下方，所有槽形光偶的光路不被浮漂所遮挡；当液位不为0时，不管液位高度如何总有被浮漂挡住光路的一个或两个槽形光耦；其特征是：所述电路部分以单片机IC30STC89C52为核心，由液位信号检测转换与显示电路、多路开关电路和通讯电路三部分依电回路方式连接构成。

设计方案

1.一种普适型液位检测装置，包括液位检测装置和电路两部分；所述的液位检测装置包括储液罐（10），储液罐（10）上安装连通器；连通器由安装在储液罐（10）的底部与储液罐连通的连接管（20）、与连接管（20）连接的垂直玻璃管（1）、以及玻璃管固定卡子（30）构成；玻璃管（1）中的液位随储液罐（10）中的液位等高度变化；在玻璃管（1）的外部沿其高度方向、在对应储液罐最低和最高液位范围内等距离粘贴若干个槽形光耦（3），使玻璃管（1）处在槽形光耦（3）的光路上，即槽形光耦（3）的红外发光二极管与光敏三极管之间；玻璃管（1）中放置不透光的浮漂（2），在玻璃管（1）中因受浮力和重力随液位上下自由移动；这样当液位为0时，浮漂处于最下方，所有槽形光偶的光路不被浮漂所遮挡；当液位不为0时，不管液位高度如何总有被浮漂挡住光路的一个或两个槽形光耦；其特征是：所述电路部分以单片机IC30 STC89C52为核心，由液位信号检测转换与显示电路、多路开关电路和通讯电路三部分依电回路方式连接构成。

2.根据权利要求1所述的一种普适型液位检测装置，其特征是所述的液位信号检测转换与显示部分包括：槽形光耦LR0—LR9、施密特触发器IC10 ST0—ST9，型号为74LS14，两只、电阻R10—R19、电阻R20—R29、电阻R30—R39、发光二极管LED0—LED9；电阻R10—R19的一端接+5V电源，另一端分别接槽形光耦LR0—LR9中各红外发光二极管的阳极，槽形光耦LR0—LR9中各红外发光二极管的阴极接地；槽形光耦LR0—LR9中各红外光敏三极管的集电极接+5V电源，发射极分别接施密特触发器ST0—ST9的输入端，施密特触发器ST0—ST9的输入端同时分别接电阻R20—R29至地，施密特触发器ST0—ST9的输出端分别串联限流电阻R30—R39后分别接发光二极管LED0—LED9的阳极，发光二极管LED0—LED9的阴极接地；LED0—LED9用于现场液位的显示。

3.根据权利要求1所述的一种普适型液位检测装置，其特征是所述的多路开关电路：为十六选一多路开关IC20 型号为74HC4067，其开关输入端I0—I9分别接施密特触发器ST0—ST9的输出端，其公共端COM接单片机IC30的I\/O引脚P1.0，多路开关IC20的选择控制端S0—S3 用于选择不同的通路分别接单片机IC30的I\/O引脚P2.0—P2.3，由单片机IC30控制切换，不管选通了哪一路，哪一路的信号就接通到单片机IC30的P1.0引脚；单片机IC30通过引脚P2.0—P2.3的电平转换对多路开关IC20进行选通，把每一路的电平状态即水位状况由其P1.0引脚依次采集出来。

4.根据权利要求1所述的一种普适型液位检测装置，其特征是所述的通讯电路：为RS-485通讯接口芯片IC40型号MAX485，其RXD和TXD引脚对应接单片机IC30的RXD和TXD引脚，其控制引脚\/RE和DE相连并接单片机IC30的P3.5引脚，8脚接+5V电源，5脚接地，6、7脚接双绞线，与上位机相连；单片机IC30通过RS-485通讯接口芯片IC40一方面接收上位机的指令，另一方面向上位机发送液位信息。

5.根据权利要求1所述的一种普适型液位检测装置，其特征是浮漂（2）呈圆柱体，其长度为1.2倍槽形光耦间距，直径为7mm，由不透明的、不怕被测液体腐蚀的、密度约为被测液体密度0.5倍的材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种普适型液位检测装置，其特征是：玻璃管（1）的外径为10mm、内径为8mm；槽形光耦LR0—LR9为市售光耦，槽宽为12mm。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及液位检测装置，具体涉及一种一种普适型液位检测装置。

背景技术

目前，测量液位的传感器种类较多，按其转换原理分类，可分为电阻式、微波式、激光式、超声式、电感式、电容式、电磁式、压电式、核辐射式等等，有的只能用于透明液体，有的只能用于非腐蚀性液体，而普适型的价格又太高。

发明内容

本实用新型的目的是：设计一种一种普适型液位检测装置，结构简单，成本低廉，适用于静压下不同透明度的、腐蚀性不确定的各种液体液位的分段检测、显示及水位信息远距离传送，具有广泛的适用性。

本实用新型的原理是：利用槽形光电耦合器（简称槽形光耦）作为液位检测元件，结合转换电路，把液位转化为电信号驱动发光二极管显示，并经单片机采集、通讯传送给上位机来处理，用于静压下液位的检测。

本实用新型的技术解决方案是：给储液罐加装玻璃管式的连通器，沿玻璃管的高度方向、在对应储液罐最低和最高液位范围内等距离安装若干个槽形光耦，玻璃管中放置长度为1.2倍槽形光耦间距的、不透明的、不怕被测液体腐蚀的、密度约为被测液体密度0.5倍的、在玻璃管中上下自由移动的圆柱体浮漂；玻璃管中液位、浮漂的高低与储液罐中液位同步变化，浮漂移动到哪个高度就把哪个高度的光电耦合器的光路挡住，经转换电路，使对应的发光二极管点亮指示液位；如果是透明液体，浮漂到达哪个高度，哪个高度的发光二极管就点亮，其他的发光二极管都不点亮；如果是不透明的液体，液体本身即可挡住光路，浮漂可取消，液位到达哪个高度，哪个高度以下的各个发光二极管都点亮，处于浮漂以上的发光二极管都不点亮；由于检测元件不与被测液体接触，可以检测腐蚀性液体的液位；液位输出信号由后续的单片机采集、通过RS-485通讯，将液位信号传递到远方的上位机显示或对液位进行控制。

本实用新型的有益效果是：1、设置与储液罐连通的连通器和不透明、耐腐蚀的浮漂，利用槽形光耦为检测元件，配以转换电路，适合不同透明度的、腐蚀性不确定的液体的液位检测与显示，结构简单，成本低廉，具有广泛的适用性；2、液位高低既可以在现场显示，又可以在异地显示或对液位进行控制。

附图说明

图1为本实用新型液位检测装置示意图。

图2为本实用新型电路原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，该一种普适型液位检测装置包括液位检测装置和电路两部分。

所述的液位检测装置包括储液罐10，储液罐10上安装连通器；连通器由安装在储液罐10的底部与储液罐连通的连接管20、与连接管20连接的垂直玻璃管1、以及玻璃管固定卡子30构成；玻璃管1中的液位随储液罐10中的液位等高度变化；在玻璃管1的外部沿其高度方向、在对应储液罐最低和最高液位范围内等距离粘贴若干个槽形光耦3，使玻璃管1处在槽形光耦3的光路上，即槽形光耦3的红外发光二极管与光敏三极管之间；玻璃管1中放置不透光的浮漂2，浮漂2的长度为1.2倍槽形光耦间距；这样当液位为0时，浮漂处于最下方，所有槽形光偶的光路不被浮漂所遮挡；当液位不为0时，不管液位高度如何总有被浮漂挡住光路的一个或两个槽形光耦；浮漂2为圆柱体形状，在玻璃管1中因受浮力和重力随液位上下自由移动，采用不透光的、不怕被测液体腐蚀的、密度约为被测液体密度0.5倍的材料制成。

所述电路部分以单片机IC30（型号为STC89C52）为核心，由液位信号检测转换与显示电路、多路开关电路和通讯电路三部分依电回路方式连接构成。

液位信号检测转换与显示部分包括：槽形光耦LR0—LR9、施密特触发器IC10（ST0—ST9，型号为74LS14，两只）、电阻R10—R19、电阻R20—R29、电阻R30—R39、发光二极管LED0—LED9；电阻R10—R19的一端接+5V电源，另一端分别接槽形光耦LR0—LR9中各红外发光二极管的阳极，槽形光耦LR0—LR9中各红外发光二极管的阴极接地；槽形光耦LR0—LR9中各红外光敏三极管的集电极接+5V电源，发射极分别接施密特触发器ST0—ST9的输入端，施密特触发器ST0—ST9的输入端同时分别接电阻R20—R29至地，施密特触发器ST0—ST9的输出端分别串联限流电阻R30—R39后分别接发光二极管LED0—LED9的阳极，发光二极管LED0—LED9的阴极接地；LED0—LED9用于现场液位的显示。

每个槽形光耦的转换电路的结构和原理都是相同的，现以第8个槽形光耦的转换电路为例，其原理是：电源接通后，电流由+5V电源经限流电阻R18流过槽形光耦LR8的红外发光二极管至地，红外发光二极管点亮发光，如果槽形光耦LR8的光路不被遮挡，则红外光照射到其光敏三极管上，光敏三极管导通，施密特触发器ST8的输入端为高电平，经ST8反相后为低电平，发光二极管LED8不点亮；反之，当槽形光耦LR8的光路被浮漂遮挡时，则红外光不能照射到其光敏三极管上，光敏三极管截止，施密特触发器ST8的输入端为低电平，经ST8反相后为高电平，发光二极管LED8点亮；玻璃管1中液位、浮漂2的高度与储液罐10中液位同步变化，浮漂2移动到哪个高度就把哪个高度的槽形光耦2的光路挡住，哪个高度对应的发光二极管就点亮；对于透明液体，如液位处于第2个槽形光耦LR2的位置，则槽形光耦LR2的光路被挡住，那么第2个发光二极管LED2就点亮；若液位处于第2个和第3个槽形光耦LR2和LR3之间的位置，则槽形光耦LR2、LR3的光路同时被挡住（因浮漂长度是槽形光耦间距的1.2倍），那么第2个和第3个发光二极管LED2和LED3同时点亮；不被浮漂挡住光路的槽形光耦以上和以下的发光二极管都不点亮；对于不透明的液体，液体本身即可挡住光路，浮漂可取消，液位以下各槽形光耦对应的发光二极管都点亮，处于液位以上的发光二极管都不点亮；当液位为0即空罐时，浮漂处于最下方，所有槽形光偶的光路不被浮漂所遮挡，所有的发光二极管都不点亮。

所述的多路开关电路：为十六选一多路开关IC20（型号为74HC4067），其开关输入端I0—I9分别接施密特触发器ST0—ST9的输出端，其公共端COM接单片机IC30的I\/O引脚P1.0，多路开关IC20的选择控制端S0—S3（用于选择不同的通路）分别接单片机IC30的I\/O引脚P2.0—P2.3，由单片机IC30控制切换，不管选通了哪一路，哪一路的信号就接通到单片机IC30的P1.0引脚；单片机IC30通过引脚P2.0—P2.3的电平转换对多路开关IC20进行选通，把每一路的电平状态（即水位状况）由其P1.0引脚依次采集出来。

所述的通讯电路：为RS-485通讯接口芯片IC40（型号MAX485），其RXD和TXD引脚对应接单片机IC30的RXD和TXD引脚，其控制引脚\/RE和DE相连并接单片机IC30的P3.5引脚，8脚接+5V电源，5脚接地，6、7脚接双绞线，与上位机相连；单片机IC30通过RS-485通讯接口芯片IC40一方面接收上位机的指令，另一方面向上位机发送液位信息。

本实用新型对于透明液体，采用不透光的浮漂，液位的分辨级数为槽形光耦或发光二极管数量的2倍；对于不透明液体，可省略浮漂，液位的分辨级数等于槽形光耦或发光二极管的数量；本实施例中设置了10个槽形光耦及发光二极管，也可根据需要增减，数量越多液位的分辨越精细，反之分辨越粗略。

本实施例中，玻璃管1的外径为10mm，内径为8mm；浮漂2长度为1.2倍槽形光耦间距，直径为7mm，密度约为被测液体密度的0.5倍，耐腐蚀、不透明材质；槽形光耦LR0—LR9为市售光耦，槽宽为12mm。

设计图

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