阅读说明：本技术 一种基于数字逻辑电路的水位自动检测及补充的电路装置 (Water level automatic detection and supplement circuit device based on digital logic circuit ) 是由 许太安 许亮 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水位检测及控制电路,其利用施密特触发器中上下限阈值电压对应检测容器的上下线水位,使水位达到上限时终止注水,低于下限时自动注水,可以方便的通过换接电阻达到调节上下线水位的功能,结构简单,成本低廉。(The invention discloses a water level detection and control circuit, which utilizes the upper and lower limit threshold voltages of a Schmidt trigger to correspondingly detect the water levels of an upper line and a lower line of a container, so that water injection is stopped when the water level reaches the upper limit, and water injection is automatically performed when the water level is lower than the lower limit.)

一种基于数字逻辑电路的水位自动检测及补充的电路装置

技术领域

本发明为水位自动检测及补充技术领域,具体而言为一种基于数字逻辑电路实现水位自动检测及补充的电路装置。

背景技术

在当前的工业生产、水产养殖或高层建筑生活供水等领域，经常需要对水箱或存储工业试剂的容器进行实时的水位检测，当水位低于最低水位线时进行注水以将水位维持在一定的高度范围内。当前，随着电子技术的发展，已经实现了对水位进行自动监测并自动注入的水位维持系统，但仍有不尽人意之处。首先是成本不够低廉；其次，当随着生产数据或水产养殖数据的改变需要对水箱或鱼池等的上下线水位进行改动时，需要先进行排干，然后将至于其内部的传感器等采样开关装置按照上下线水位的要求进行安置高度的改动，这在一些大型水箱或鱼池的应用中比较麻烦。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种实时水位检测及控制电路及其设计方法，其利用数字逻辑电子技术中施密特触发器的上下线阈值电压的巧妙设定，实现对所检测容器上下线水位的检测和自动维持，成本低廉，功耗极小；同时，当所检测水箱或容器的上下线水位需要调整时，可以方便的仅通过对施密特触发器中电阻的简单更换即可实现相应的对新的上下线水位的匹配，而无需排干水箱，使用方便。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种水位检测及控制电路，包含水压传感器，施密特触发器，电开关，水泵或水闸回路，其中所述水压传感器置于检测水箱或容器的底部，其将因水位变化而造成的水压变化转化成相应的电压信号输出；所述施密特触发器的信号输入端与水压传感器的信号线相连接，其上下限阈值电压被设置为水压传感器在水位位于上限值和下限值时所对应的输出信号电压，施密特触发器的信号输出端与电开关连接以控制电开关的导通或关闭；所述电开关串接在水泵或水闸的回路中；施密特触发器及电开关均置于水箱外部。

进一步地，所述施密特触发器的信号输入端与水压传感器的信号线相连接，可以为施密特触发器的信号输入端与输出信号为电压的电压输出型水压传感器的信号线连接,也可以为施密特触发器的信号输入端与输出信号为电流的电流输出型水压传感器串接一采样电阻后的电阻的采样电压线相连接。

进一步地，所述施密特触发器为基本的CMOS门电路构成的施密特触发器,即所述施密特触发器由两个非门和两个电阻构成，第一个电阻串接在第一个非门的输入端，第二个非门的输入端与第一个非门的输出端相连，第二个电阻一端接在第一个非门的输入端，另一端接在第二个非门的输出端上，第一个非门的输入端经过串接的所述第一个电阻引出的导线作为施密特触发器的输入端，第二个非门的输出端作为施密特触发器的输出端。

进一步地，所述施密特触发器上下限阈值电压为：当水位位于上线水位和下线水位所对应的输出信号电压分别为V_T+和V_T-时,设定施密特触发器内非门门槛电压V_TH的值为(V_T++V_T-)/2,利用施密特触发器供电电压V_DD与V_TH之间的算术关系V_DD=2V_TH计算出的V_DD;电阻R₁/R₂比值设定为(V_T++V_T-)/2V_TH,在上述V_DD和电阻R₁/R₂比值的情况下施密特触发器对应的上下限阈值电压的值。

进一步地，所述电开关为继电器。

由于采用上述技术方案，本发明可以实时监测水位并使水位位于上下线水位之间；电路结构简单因此可靠性高，使用方便且成本很低，当前水压传感器的成本通常在几十元或十几元，施密特触发器价格通常在几元钱左右；并且可以方便的通过换接电阻的方法设置上下线的水位高度，无需像普通水位自动检测补充系统那样需要排干容器进行传感器的位置调整。

附图说明

图1是本发明技术方案的结构示意图。

图2是本发明使用的其中一种施密特触发器的结构示意图。

附图中，1-水箱,2-水压传感器,3-施密特触发器,4-电开关,5-水泵或水闸,G1、G2均为CMOS反相器。

具体实施方式

请参见图1所示，本发明技术方案的基本工作原理为：水压传感器2将水箱1内的水压转换成相应的电压信号输出，其信号线连接至施密特触发器3的输入端，施密特触发器3的上下限阈值电压设置为水压传感器2在水位位于上限值和下限值时所对应的电压。当水箱1内水位低于下线水位时，水压传感器2输出电压低于施密特触发器3下限阈值电压，此时施密特触发器3输出高电压“1”，与施密特触发器3输出端连接的电开关4随之开启，水泵或水闸5的回路导通，水泵启动将水注入水箱1或者水闸打开将水注入到水箱1中，水箱1的水位上升。当水箱1中水位上升至上、下线水位之间时，水压传感器2输出电压位于施密特触发器3上、下限阈值电压之间，因此施密特触发器3输出仍为高电压“1”，水泵或水闸5回路保持导通，因此水位继续上升。当水位升至上线水位时，水压传感器2输出电压达到施密特触发器3上限阈值电压，施密特触发器3输出低电压“0”，注水结束。以此类推，当水位下降至上、下线水位之间时，施密特触发器3仍输出低电压“0”，不会向水箱1注水。当水箱1内水位低于下线水位时，水压传感器2输出电压低于施密特触发器3下限阈值电压，此时施密特触发器3重新输出高电压“1”，注水重新启动。

更具体而言，比如本实施例中，当所选用的水压传感器2上、下线水位对应电压为6V或8V,此时施密特触发器3的参数设置如下：V_T+= (1+ R₁/R₂) V_TH=8V；V_T-= (1- R₁/R₂) V_TH=6V，通常V_TH≈V_DD/2，可设定本实施例中的施密特触发器3的V_TH=7V，回差电压ΔV_T=V_T+-V_T-=8-6=2V,由本实施例施密特触发器的基本知识，即2R₁V_TH/R₂=2V，R₁/R₂=1/7，此时即可完成阈值电压的设定。若需要改动上、下线水位，例如将其改动为水压传感器2输出电压为9V、6V时对应水位，则V_TH=7.5V， R₁/R₂=1/5即可。

上述为本实施例基于CMOS门电路的施密特触发器3的上下限阈值电压的一个设定方法，但施密特触发器3的阈值电压可方便地被设定而无需非采用所述设定方法不可，其为本领域技术人员公知常识，因此上述设定方法因不视为对所述发明内容的限制，采用其他方法进行施密特触发器3设定阈值电压不应视为对本发明创造性的破坏。

另外，即使单纯针对本设定方法而言，若重新设定上下线水位时不涉及V_TH的变化，例如上下线水位对应电压分别由8V、6V改设为8.5V和5.5V时，则仅需变动R₁/R₂比值即可；若涉及V_TH的变化，如[0014]段落所述水位改动，则可在电源上串接一滑动变阻器，旋动旋钮即可调节施密特触发器的V_DD，以达到调节V_TH的目的，但也可采用其他方法改动V_DD， V_DD电压的改动为电路中最基本最简单的常识，因此采用其他方法改动V_DD电压的均属于本发明技术方案。另需说明，因V_DD的值由V_TH≈V_DD/2确定，而不是V_TH=V_DD/2，因此对于某些V_TH与V_DD/2稍有变差的施密特触发器，本发明使用前可先通过滑动变阻器旋钮进行微调，保证其上下线水位匹配的精度。

本实施例中所述水压传感器2为电流输出型，其采用12V-36V供电，输出信号电流4-20mA，将输出电流接一阻值合适的电阻进行电压采样后，将采样电压的信号线接至施密特触发器3的输入端。其中所谓阻值合适指的是该阻值的采样电阻的采样电压与施密特触发器3输入电压的范围相匹配。本实施例中水压传感器2采用36V电源供电，施密特触发器3的供电电源V_DD为该36V电源串接一滑动变阻器进行分压，以遍方便调整V_DD。

本实施例中所述水压传感器2也可直接使用为电压输出型，所使用水压传感器2信号电压输出范围为0-10V，量程0-1MPa，直接将电压信号线与施密特触发器3的输入端相连接即可。但是，因在实际生产生活中应用的多样性，有可能出现电压输出范围与施密特触发器3的输入电压范围不匹配的情况，此时可采用电压放大电路或分压电阻分压提取电压作为信号线。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。