一种自适应式电容物位开关

1.本实用新型涉及物料高度测量技术领域，具体涉及一种自适应式电容物位开关。


背景技术：

2.现有的电容物位开关输出至555时基电路触发端的pwm周期固定，测量介电常数低的物料时，555时基电路的输出端的脉冲宽度过窄，测量介电常数高的物料时，555时基电路的输出端的脉冲宽度过宽，以至于信噪比低，测量困难，需要针对不同物料调整电路参数，适应性弱。
3.对于非导电液体，导电液体，含铁粉等不同物料的介电常数不同，引起的电容c变化不同，非导电液体的电容c变化很小，导电液体的电容c变化较大，铁粉的电容c变化很大，若采用固定周期测量非导电液体，则555时基电路的输出脉冲宽度过窄，测量效果差，测量含铁粉物料时，555时基电路的输出脉冲宽度过宽，甚至整个信号为高电平，无法测量。
4.目前，已知的可调节电容物位开关，需要手动调节主控制器对555时基电路触发端产生的pwm周期，针对不同介电常数的物料，一般的解决方案则是根据工程师经验，手动调节，适应性弱。
5.因此，现有的电容物位开关在针对不同介电常数的物料时，其适应性不强，并不能够针对不同介电常数的物料进行自适应调节。


技术实现要素：

6.本实用新型提出了一种自适应式电容物位开关，通过主控制器、555时基电路和π型滤波网络电路的相互配合，实现了电容物位开关对不同介电常数的物料测量的自适应调节；可有效的解决上述技术问题。
7.本实用新型通过以下技术方案实现：
8.一种自适应式电容物位开关，包括控制器模块；所述的控制器模块包括时基电路，时基电路的输入端与物位电容连接，时基电路的输出端通过π型滤波网络电路后与主控制器的ad采集端连接；所述主控制器的pwm输出端与时基电路的触发端连接，时基电路的输出端与主控制器连接，形成闭环电路。
9.进一步的，所述的π型滤波网络电路将时基电路输出的方波进行滤波，并输出至主控制器的ad采集端。
10.进一步的，所述的π型滤波网络电路包括依次串联连接在时基电路的输出端的电阻r24，电感l3，电阻r14，以及接在电阻r24和电感l3之间的电容c14，接在电感l3和电阻r14之间的电容c15，和接在电阻r14另一端的电阻r15；电容c14、电容c15和电阻r15的另一端接地。
11.进一步的，所述的主控制器连接有稳压电路，所述的稳压电路与电源电路连接；所述的电源电路采用电压转换芯片lm317，将24的电源转换成7.5v的电压；所述的稳压电路采用稳压芯片lt1117，将7.5v的电压稳压成3.3v的电压为整个电路提供vcc信号。
12.进一步的，所述的主控制器通过接口连接有显示电路，所述的显示电路包括lcd显示器和按键电路；所述的主控制器通过串行通讯接口jp11与显示模块jp1、jp12连接，显示模块jp1、jp12与lcd显示屏电路连接。
13.进一步的，所述按键电路包括按键key1、按键key2和按键key3，按键key1、按键key2和按键key3分别与显示模块jp1连接，用于对自适应电容物位开关进行标定设置，使用者按下相对应的按键即可进行设置。
14.进一步的，所述的主控制器通过dbug接口与仿真器连接。
15.进一步的，所述的主控制器通过串行通讯接口jp22与继电器控制模块jp2连接，继电器控制模块jp2与继电器控制电路连接，所述的继电器控制电路通过relay接口外接继电器。
16.有益效果
17.本实用新型提出的一种自适应式电容物位开关，与传统的现有技术相比较，其具有以下有益效果：
18.（1）本技术方案通过主控制器、时基电路和π型滤波网络电路的相互配合，主控制器输出周期较大的pwm至时基电路的触发端，并采集物料满仓下时基电路输出端输出方波的周期及占空比，自我调节主控制器输出至时基电路触发端的pwm，使时基电路输出端输出的方波以达到电容物位开关测量的最佳信噪比，使得测量效果最佳；实现了电容物位开关对不同介电常数的物料测量的自适应调节。电容物位开关对不同介电常数介质的测量，无需手动调节，可自适应调节，适应性强，有效性高。
19.（2）本技术方案中主控制器输出非固定周期的pwm，根据测量对象进行自适应调节，脉冲宽度适中，信噪比高，测量效果最佳。
20.（3）本技术方案适用于各种介电常数介质的测量，适应性强，操作方便，避免频繁调节的不便。
附图说明
21.图1为本实用新型的整体电路示意框图。
22.图2为本实用新型中主控制器u5部分的电路连接示意图。
23.图3为本实用新型中555定时器和π型滤波网络电路的连接示意图。
24.图4为本实用新型中电源电路v1部分的电路连接示意图。
25.图5为本实用新型中稳压电路v2部分的电路连接示意图。
26.图6为本实用新型中显示电路的连接示意图。
27.图7为本实用新型中继电器控制电路的连接示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.实施例：
30.如图1所示，一种自适应式电容物位开关，包括控制器模块；所述的控制器模块包
括主控制器u5部分、555时基电路u4部分、π型滤波网络部分、稳压电路v2部分和串行通讯接口jp11、jp22、dbug接口。
31.主控制器u5采用stm8l151，555时基电路的输入端与物位开关连接，555时基电路的输出端通过π型滤波网络电路后与主控制器的ad采集端连接；π型滤波网络电路将555时基电路输出的方波进行滤波，并输出至主控制器的ad采集端。
32.主控制器u5的pwm输出端与555时基电路的触发端连接，555时基电路的输出端与主控制器连接，形成闭环电路。主控制器输出周期较大的pwm至555时基电路的触发端，同时采集物料满仓下555时基电路输出端输出方波的周期及占空比，最后输出相应周期的pwm给555时基电路触发端。
33.稳压电路v2部分与电源电路v1部分连接；所述的电源电路采用电压转换芯片lm317，将24的电源转换成7.5v的电压；所述的稳压电路采用稳压芯片lt1117，将7.5v的电压稳压成3.3v的电压为整个电路提供vcc信号。
34.主控制器u5通过串行通讯接口jp11与显示电路连接，所述的显示电路包括lcd显示器和按键电路；所述的主控制器通过串行通讯接口jp11与显示模块jp1连接，显示模块jp1与lcd显示屏电路、按键电路和jp12接口连接。所述按键电路包括按键key1、按键key2和按键key3，按键key1、按键key2和按键key3分别与显示模块jp1连接，用于对自适应电容物位开关进行标定设置，使用者按下相对应的按键即可进行设置。
35.主控制器u5通过串行通讯接口jp22与继电器控制模块jp2连接，继电器控制模块jp2与继电器控制电路连接，所述的继电器控制电路通过relay接口外接继电器。
36.主控制器u5通过dbug接口与仿真器连接。
37.具体电路连接如下：
38.主控制器电路u5部分：
39.如图2所示，主控制器采用型号为stm8l151的控制芯片，芯片stm8l151的第1引脚接dbug接口调试部分的nrst，作为重置信号输出；第2至第3引脚悬空，第4引脚接串口jp11的key1；第5引脚接串口jp11的key2；第6引脚接串口jp11的key3；第7引脚接地；第8引脚接稳压电路v1部分的输出端3.3v；第9引脚至第12引脚悬空；第13引脚接555时基电路的pwm1一端，作为pwm的输出；第14引脚接555时基电路的ccp3一端，采集555时基电路的方波输出；第15引脚悬空；第16引脚接u4部分的ad1端,对测量后电压值的采集；第17引脚悬空；第18引脚接串口jp11的lcd_cd；第19引脚接串口jp11的lcd_slck；第20引脚接串口jp11的lcd_sda；第21引脚接串口jp11的lcd_cs；第22引脚接串口jp11的lcd_rst；第23引脚悬空；第24引脚接jp22接口的继电器控制端口；第25引脚至31引脚悬空；第32引脚接dbug的swim端口，进行调试信号出入。
40.接口jp11部分：
41.接口jp11的第1引脚接lcd_cs；第2引脚接lcd_rst；第3引脚接lcd_cd；第4引脚接lcd_sclk；第5引脚接lcd_sda；第6引脚接3v3；第7引脚接地；第8引脚接；第9引脚接key2；第10引脚接key3；第11引脚接地；第12引脚接led。
42.接口jp22部分：
43.接口jp22的第1引脚接led；第2引脚接继电器relay1；第3引脚接7v5；第4引脚接地；第5引脚接大地。
44.接口dbug部分：
45.接口dbug的第1引脚接3v3；第2引脚接主控制器u5的第32引脚；第3引脚接地，第四引脚接稳压电阻r01和稳压电容c01。
46.555定时器电路u4部分：
47.如图3所示，555定时器第1引脚接地；第2引脚一端接c12,c12的另一端接pwm1进入u5主控制器的pwm1引脚，第2引脚同时接电阻r22，r22另一端接3.3v；第3引脚接电阻r23，r23的另一端接3.3v，第3引脚同时接电阻r25，r25另一端接ccp3,ccp3同时接入u5主控制器的ccp3引脚，第3引脚同时接电阻r24，r24另一端接电容c14,c14另一端接地，r24另一端同时接电感l3,电感l3另一端接电容c15,c15的另一端接地，电感l3另一端接电阻r14,电阻r14另一端接电阻r15,电阻r15另一端接地，r14另一端同时接ad1,ad1接入u5主控制器的ad1采集端；第4引脚接3.3v,同时接入第8引脚vcc端口；第5引脚接电容c13，c13另一端接地；第6引脚接cn2的第1引脚，cn2第1引脚同时接555定时器的第7,引脚、第3引脚、电阻r23，电阻r23，cn2的第2引脚接安装孔\外壳，同时接电容c16，c16的另一端接地；第7引脚接cn2的第1引脚以及电阻r23；第8引脚接3.3v以及第4引脚。
48.电源电路v1部分：
49.如图4所示，电源电路v1以电压转换芯片lm317为主，芯片lm317的第1引脚接电阻r2,电阻r2另一端接地，第1引脚同时接电容c3以电阻r3，c3的另一端接地；第2引脚同时接电阻r3,电容c4,电容c5,电源7v5，电容c4另一端接地,电容c5另一端接地；第3引脚接电容c22、电容c21、二极管d1，电容c21、c22另一端接led端口，vt接二极管zd1以及d2，zd1另一端接地，d2另一端接电感l2以及电容c03，电容c03另一端接地，电感l2另一端接电源负极，二极管d1另一端接电容c02以及电感l1,电容c02接大地，电感l1另一端接电源正极。
50.稳压电路v2部分：
51.如图5所示，芯片lt1117的第1引脚接地；第2引脚接电容c45、c46、3v3，电容c45、c46另一端接地；第3引脚接7v5。
52.显示电路如图6所示，包括接口jp1部分：
53.接口jp1的第1引脚接lcd_cs；第2引脚接lcd_rst；第3引脚接lcd_cd；第4引脚接lcd_sclk；第5引脚接lcd_sda；第6引脚接3v3；第7引脚接地；第8引脚接按键电路的key1；第9引脚接按键电路的key2；第10引脚接按键电路的key3；第11引脚接led；第12引脚接led。
54.接口jp12部分：
55.接口jp12的第1引脚接led+；第2引脚接led-；作为液晶屏的背光电源。
56.接口lcd部分：
57.接口lcd的第1引脚接lcd_cs；第2引脚接lcd_rst；第3引脚接lcd_cd；第4引脚接lcd_sclk；第5引脚接lcd_sda；第6引脚接3v3；第7引脚接地；第8引脚接电容c51,电容c51另一端接第9引脚；第10引脚接的电容c22，电容c22接第11引脚；第12引脚接电容c50，电容c50另一端接地。
58.继电器控制电路如图7所示，包括接口jp2、接口relay部分和继电器控制电路部分，所述的接口jp2与接口jp22对接，接口jp2与继电器控制电路中电阻r16的一端连接；接口relay的第1引脚接继电器控制电路中的nc1端口；第2引脚接继电器控制电路中的c1端口；第3引脚接继电器控制电路中的no1端口；第4引脚接继电器控制电路中的nc2端口；第5
引脚接继电器控制电路中的c2端口；第6引脚接继电器控制电路中的no2端口。
59.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种自适应式电容物位开关，包括控制器模块；其特征在于：所述的控制器模块包括时基电路，时基电路的输入端与物位电容连接，时基电路的输出端通过π型滤波网络电路后与主控制器的ad采集端连接；所述主控制器的pwm输出端与时基电路的触发端连接，时基电路的输出端与主控制器连接，形成闭环电路。2.根据权利要求1所述的一种自适应式电容物位开关，其特征在于：所述的π型滤波网络电路将时基电路输出的方波进行滤波，并输出至主控制器的ad采集端。3.根据权利要求1或2所述的一种自适应式电容物位开关，其特征在于：所述的π型滤波网络电路包括依次串联连接在时基电路的输出端的电阻r24，电感l3，电阻r14，以及接在电阻r24和电感l3之间的电容c14，接在电感l3和电阻r14之间的电容c15，和接在电阻r14另一端的电阻r15；电容c14、电容c15和电阻r15的另一端接地。4.根据权利要求1所述的一种自适应式电容物位开关，其特征在于：所述的主控制器连接有稳压电路，所述的稳压电路与电源电路连接；所述的电源电路采用电压转换芯片lm317，将24的电源转换成7.5v的电压；所述的稳压电路采用稳压芯片lt1117，将7.5v的电压稳压成3.3v的电压为整个电路提供vcc信号。5.根据权利要求1所述的一种自适应式电容物位开关，其特征在于：所述的主控制器通过接口连接有显示电路，所述的显示电路包括lcd显示器和按键电路；所述的主控制器通过串行通讯接口jp11与显示模块jp1、jp12连接，显示模块jp1、jp12与lcd显示屏电路连接。6.根据权利要求5所述的一种自适应式电容物位开关，其特征在于：所述按键电路包括按键key1、按键key2和按键key3，按键key1、按键key2和按键key3分别与显示模块jp1连接，用于对自适应电容物位开关进行标定设置，使用者按下相对应的按键即可进行设置。7.根据权利要求1所述的一种自适应式电容物位开关，其特征在于：所述的主控制器通过dbug接口与仿真器连接。8.根据权利要求1所述的一种自适应式电容物位开关，其特征在于：所述的主控制器通过串行通讯接口jp22与继电器控制模块jp2连接，继电器控制模块jp2与继电器控制电路连接，所述的继电器控制电路通过relay接口外接继电器。

技术总结
本实用新型公开了一种自适应式电容物位开关，包括控制器模块；所述的控制器模块包括时基电路，时基电路的输入端与物位电容连接，时基电路的输出端通过π型滤波网络电路后与主控制器的AD采集端连接，将时基电路输出的方波进行滤波后传送至主控制器；主控制器的PWM输出端与时基电路的触发端连接，时基电路的输出端与主控制器连接，形成闭环电路。本实用新型解决了，电容物位开关对非导电液体、导电液体、铁粉等介电常数不同的物料测量时，引起物料所产生的电容C变化不同，从而使测量效果差、适应性弱的问题。适应性弱的问题。适应性弱的问题。


技术研发人员：赵俊杰 刘虎 焦龙 陈明照 李烨 路璐 吴俊
受保护的技术使用者：淮阴工学院
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/5/25