一种液位检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及虚拟仪表技术领域，尤其涉及一种液位检测装置。


背景技术：

2.车上冷却液具有保护发动机冷却系统免遭锈蚀和腐蚀，抑制水垢形成，防止水箱过热，减少冷却液蒸发，为水泵节温器及其它部件提供润滑作用的功能。因此，汽车组合仪表需要通过传感器准确检测出冷却液液位高低状态，并根据冷却液的液位状态进行准确报警，告知车主。
3.现有的冷却液传感器是由2根导电条组成的适用于导电的流体且没有内部电子元件的无源设备。而冷却液是一种50％水加50％冷却液混合物液体，具有一定的导电性。
4.传统冷却液液位检测方案(电路图如图1，1为传感器，2为检测电路，3 为mcu)是通过接入直流电，通过mcu的gpio口检测电平的高低判断冷却液是满状态还是空状态。
5.但是，由于传感器长时间单向流过直流电，传感器容易腐蚀或在表面产生沉积作用，从而导致冷却液的液位检测不准确，仪表误报警或不报警，进而减低或损坏发动机工作寿命。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种液位检测装置，解决了现有的液位检测装置，由于长时间单向流过直流电，使得检测装置老化(即腐蚀或在表面产生沉积作用)，导致液位检测不准确的技术问题。
7.为解决以上技术问题，本实用新型提供一种液位检测装置，包括依次连接的主控模块、脉冲采集电路和液位传感器；所述脉冲采集电路包括依次连接的充电模块、阻容滤波模块和隔离模块；所述充电模块的信号输入端与所述主控模块的控制端连接，输出端与所述隔离模块的一侧、所述阻容滤波模块连接；所述隔离模块的另一侧连接所述液位传感器；所述主控模块的液位检测端接入所述阻容滤波模块的内部回路。
8.本基础方案根据液位传感器的工作原理，在主控模块和液位传感器之间设置脉冲采集电路，利用充电模块输出供电电源驱动液位传感器，设计隔离模块通交隔直的特性，将供电电源变换为交流电，从而可有效避免液位传感器表面腐蚀或在表面产生沉积作用，进而提高传感器的使用耐久度；设计主控模块的液位检测端接入阻容滤波模块的内部回路，可通过采集电压，实时判断当前的液位状态，液位检测效率高，检测装置稳定性强。
9.在进一步的实施方案中，所述充电模块包括开关电路及与其连接的放电电路、直流电源；所述开关电路包括第一开关管、第二开关管、第一电阻～第五电阻，当所述第一开关管为npn型三极管、第二开关管为pnp型三极管时：
10.所述第一电阻的一端作为所述信号输入端与所述主控模块连接，另一端与所述第一开关管的基极连接、并通过第二电阻接地；所述第一开关管的集电极通过第三电阻与所述第二开关管的基极连接、发射极接地；第四电阻的两端分别连接所述第二开关的基极、发
射极；所述第二开关管的集电极通过所述第五电阻与所述隔离模块的一侧、所述阻容滤波模块连接，发射极与所述直流电源连接。
11.在进一步的实施方案中所述放电电路包括第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第二开关管的集电极连接，另一端接地。
12.本方案设计两级开关电路及与其连接的放电电路、直流电源，在接收到来之主控模块的控制信号后，快速地导通直流电源与液位传感器之间的充电回路，此时直流电源开始对液位传感器进行充电检测，而且在检测结束后，通过接地放电电路泄放电流中残留的电流，如此，不仅保证了液位检测的稳定性，也保护电路的稳定性。
13.在进一步的实施方案中所述阻容滤波模块包括第七电阻和第一电容，所述第一电容的一端通过所述第七电阻与所述充电模块的输出端连接、并与所述主控模块的液位检测端连接，另一端接地。
14.由于处于不同液位的液位传感器的阻值(或者阻抗)，对应的电路只每一部分的分压都会随着液位的变化而变化，因此本方案在充电模块的输出端设置阻容滤波模块，主控模块通过将液位检测端接入所述阻容滤波模块的内部回路(第七电阻和第一电容之间)，即可采集到不同液位情况下所对应的电压值，从而判断出实际的液位状态。
15.在进一步的实施方案中所述隔离模块包括第二电容和第三电容，所述第二电容的一端与所述液位传感器的输入端连接、另一端与所述充电模块连接；第三电容与所述液位传感器的输出端连接、另一端接地。
16.本方案通过在液位传感器的输入端、输出端分别串联一个电容，可有效滤除直流成分，防止直流电流进入，从而避免液位传感产生电流腐蚀，进而提高液位检测的准确性。
17.在进一步的实施方案中所述主控模块包括mcu，其液位检测端为模拟输入引脚，其控制端为输入输出引脚。
18.在进一步的实施方案中所述液位传感器包括2根导电条，所述导电条浸入被测液体中。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例提供的现有技术中的液位检测电路的等效电路图；
20.图2是本实用新型实施例提供的一种液位检测装置的检测装置结构图；
21.图3是本实用新型实施例提供的图2的等效电路图；
22.图4是本实用新型实施例提供的液位检测工作流程图；
23.图5是本实用新型实施例提供的满状态液位的采集电压的波形示意图；
24.图6是本实用新型实施例提供的满状态转空状态液位分界点的采集电压的波形示意图；
25.图7是本实用新型实施例提供的空状态液位的采集电压的波形示意图。
26.其中：主控模块u1、脉冲采集电路u2、液位传感器u3；
27.第一电阻r1～第七电阻r7，第一开关管q1，第二开关管q2，第一电容c1～第三电容c3，直流电源dc。
具体实施方式
28.下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本实用新型的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制，因为在不脱离本实用新型精神和范围基础上，可以对本实用新型进行许多改变。
29.本实用新型实施例提供的一种液位检测装置，如图2、图3所示，在本实施例中，包括依次连接的主控模块u1、脉冲采集电路u2和液位传感器u3；脉冲采集电路u2包括依次连接的充电模块、阻容滤波模块和隔离模块；充电模块的信号输入端与主控模块u1的控制端连接，输出端与隔离模块的一侧、阻容滤波模块连接；隔离模块的另一侧连接液位传感器u3；主控模块u1的液位检测端接入阻容滤波模块的内部回路。
30.在本实施例中，液位传感器u3包括2根导电条，导电条浸入被测液体中。根据导电条的工作原理，将其等效为电阻ro、电阻rx和电容cx；其中，电阻 rx和电容cx串联，电阻rx、电容cx组成的串联电路与电阻ro并联。
31.在本实施例中，充电模块包括开关电路及与其连接的放电电路、直流电源 dc；开关电路包括第一开关管q1、第二开关管q2、第一电阻r1～第五电阻r5，当第一开关管q1为npn型三极管、第二开关管q2为pnp型三极管时：
32.第一电阻r1的一端作为信号输入端与主控模块u1连接，另一端与第一开关管q1的基极连接、并通过第二电阻r2接地；第一开关管q1的集电极通过第三电阻r3与第二开关管q2的基极连接、发射极接地；第四电阻r4的两端分别连接第二开关的基极、发射极；第二开关管q2的集电极通过第五电阻r5 与隔离模块的一侧、阻容滤波模块连接，发射极与直流电源dc连接。
33.在本实施例中，直流电源dc优选为5v的直流电源。
34.其中，第一电阻r1和第二电阻r2组成分压电路，对主控模块u1输出的电平进行分压，同时第一电阻r1对第一开关管q1起到限流保护作用。
35.第五电阻r5作为液位传感器u3的限流电阻，用于限制充电回路中的电流。
36.在本实施例中，放电电路包括第六电阻r6，第六电阻r6的一端与第二开关管q2的集电极连接，另一端接地。
37.本实施例设计两级开关电路及与其连接的放电电路、直流电源dc，在接收到来之主控模块u1的控制信号后，快速地导通直流电源dc与液位传感器u3 之间的充电回路，此时直流电源dc开始对液位传感器u3进行充电检测，而且在检测结束后，通过接地放电电路泄放电流中残留的电流，如此，不仅保证了液位检测的稳定性，也保护电路的稳定性。
38.在本实施例中，阻容滤波模块包括第七电阻r7和第一电容c1，第一电容 c1的一端通过第七电阻r7与充电模块的输出端连接、并与主控模块u1的液位检测端连接，另一端接地。
39.由于处于不同液位的液位传感器u3的阻值(或者阻抗)，对应的电路只每一部分的分压都会随着液位的变化而变化，因此本实施例在充电模块的输出端设置阻容滤波模块，主控模块u1通过将液位检测端接入阻容滤波模块的内部回路(第七电阻r7和第一电容c1之间)，即可采集到不同液位情况下所对应的电压值，从而判断出实际的液位状态。
40.在本实施例中，隔离模块包括第二电容c2和第三电容c3，第二电容c2的一端与液
位传感器u3的输入端连接、另一端与充电模块连接；第三电容c3与液位传感器u3的输出端连接、另一端接地。
41.本实施例通过在液位传感器u3的输入端、输出端分别串联一个电容，可有效滤除直流成分，防止直流电流进入，从而避免液位传感产生电流腐蚀，进而提高液位检测的准确性。
42.在本实施例中，主控模块u1包括mcu，其液位检测端为模拟输入引脚，其控制端为输入输出引脚。在实际的液位检测过程中，也可在主控模块u1上接入一个报警模块，在检测到液位处于空状态是，进行报警提示。
43.mcu芯片包括但不限于瑞萨的f1k系列mcu，在其它实施例中，也可采用soc、dsp或fpga等具有信号处理功能的芯片代替mcu。
44.参见图4～图7，以汽车组合仪表、被测液体为冷却液、主控模块u1为mcu 为例，本实施例的工作原理如下：
45.汽车组合仪表工作时，mcu的gpio引脚(输入输出引脚)输出高电平，经过第一电阻r1、第二电阻r2分压后，依次导通第一开关管q1、第二开关管 q2。此时，直流电源dc进过第五电阻r5对第二电容c2和液位传感器u3充电。
46.参见图5，如果冷却液是满状态，此时液位传感器u3的特性为电容大、电阻小、充电时间长，mcu的ad引脚(模拟输入引脚)采集到的电压在0～2v 之间。其中，折线sp1为采集到的第二开关管输出端的电压，折线sp2为mcu 的ad引脚采集到的电压。
47.参见图7，如果冷却液是空状态，此时液位传感器u3的特性为电容小、电阻大、充电时间短，mcu的ad引脚(模拟输入引脚)采集到的电压在2～5v 之间。则可根据需要进行报警提示。其中，折线sp1为采集到的第二开关管输出端的电压，折线sp2为mcu的ad引脚采集到的电压。
48.mcu的ad引脚采集完电压后，gpio引脚输出低电平(可根据需要设置间隔时间，本实施例中将间隔时间设置为ton＝100ms)，使得第一开关管q1基极电平为0v，第二开关管q2集电极与发射极关闭，第二开关管q2集电极的电平变为5v；进一步使第一开关管q1的集电极与发射极关闭，直流电源dc不再对液位传感器u3充电，而电路中残留的电荷则从第六电阻r6流向“地”释放掉。
49.进入下一个循环，gpio引脚输出高电平(时间ton＝1ms)，ad引脚采集电压，gpio引脚输出高电平(时间toff＝99ms)；gpio引脚输出高电平(时间 ton＝1ms)，ad引脚采集电压，gpio引脚输出高电平(时间toff＝99ms)，
…
如此循环。
50.本实用新型实施例根据液位传感器u3的工作原理，在mcu和液位传感器 u3之间设置脉冲采集电路u2，利用充电模块输出供电电源驱动液位传感器u3，设计隔离模块通交隔直的特性，将供电电源变换为交流电，从而可有效避免液位传感器u3表面腐蚀或在表面产生沉积作用，进而提高传感器的使用耐久度；设计mcu的液位检测端接入阻容滤波模块的内部回路，可通过采集电压，实时判断当前的液位状态，液位检测效率高，检测装置稳定性强。
51.上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种液位检测装置，其特征在于：包括依次连接的主控模块、脉冲采集电路和液位传感器；所述脉冲采集电路包括依次连接的充电模块、阻容滤波模块和隔离模块；所述充电模块的信号输入端与所述主控模块的控制端连接，输出端与所述隔离模块的一侧、所述阻容滤波模块连接；所述隔离模块的另一侧连接所述液位传感器；所述主控模块的液位检测端接入所述阻容滤波模块的内部回路。2.如权利要求1所述的一种液位检测装置，其特征在于：所述充电模块包括开关电路及与其连接的放电电路、直流电源；所述开关电路包括第一开关管、第二开关管、第一电阻～第五电阻，当所述第一开关管为npn型三极管、第二开关管为pnp型三极管时：所述第一电阻的一端作为所述信号输入端与所述主控模块连接，另一端与所述第一开关管的基极连接、并通过第二电阻接地；所述第一开关管的集电极通过第三电阻与所述第二开关管的基极连接、发射极接地；第四电阻的两端分别连接所述第二开关的基极、发射极；所述第二开关管的集电极通过所述第五电阻与所述隔离模块的一侧、所述阻容滤波模块连接，发射极与所述直流电源连接。3.如权利要求2所述的一种液位检测装置，其特征在于：所述放电电路包括第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第二开关管的集电极连接，另一端接地。4.如权利要求1所述的一种液位检测装置，其特征在于：所述阻容滤波模块包括第七电阻和第一电容，所述第一电容的一端通过所述第七电阻与所述充电模块的输出端连接、并与所述主控模块的液位检测端连接，另一端接地。5.如权利要求4所述的一种液位检测装置，其特征在于：所述隔离模块包括第二电容和第三电容，所述第二电容的一端与所述液位传感器的输入端连接、另一端与所述充电模块连接；第三电容与所述液位传感器的输出端连接、另一端接地。6.如权利要求1所述的一种液位检测装置，其特征在于：所述主控模块包括mcu，其液位检测端为模拟输入引脚，其控制端为输入输出引脚。7.如权利要求1所述的一种液位检测装置，其特征在于：所述液位传感器包括2根导电条，所述导电条浸入被测液体中。

技术总结
本实用新型涉及虚拟仪表技术领域，提供一种液位检测装置，根据液位传感器的工作原理，在主控模块和液位传感器之间设置脉冲采集电路，利用充电模块输出供电电源驱动液位传感器，设计隔离模块通交隔直的特性，将供电电源变换为交流电，从而可有效避免液位传感器表面腐蚀或在表面产生沉积作用，进而提高传感器的使用耐久度；设计主控模块的液位检测端接入阻容滤波模块的内部回路，可通过采集电压，实时判断当前的液位状态，液位检测效率高，检测装置稳定性强。置稳定性强。置稳定性强。


技术研发人员：田志灵 李石 顾浩 崔功强
受保护的技术使用者：惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司
技术研发日：2021.11.19
技术公布日：2022/5/25