楊 峰 新疆廣電局91612臺(tái)

廚房燃油灶油箱液位計(jì)改造安裝

楊 峰 新疆廣電局91612臺(tái)

本文介紹的是一款基于浮子電阻式傳感器實(shí)現(xiàn)液位控實(shí)時(shí)監(jiān)測的方案，采用小電流信號(hào)來探測液位，經(jīng)過前端信號(hào)處理后由LM3914十位模擬電壓比較器進(jìn)行信號(hào)比對(duì)，最后驅(qū)動(dòng)十段LED燈條對(duì)液體位置進(jìn)行直觀的顯示。本文首先介紹總體的設(shè)計(jì)方案，接著重點(diǎn)介紹各功能模塊的作用及實(shí)現(xiàn)方法。

液位電阻式傳感器；信號(hào)前端處理；安全保障電路；LM3914模擬電壓比較器

1.整體電路實(shí)現(xiàn)

目前我的油箱采用的就是這種傳感器，它實(shí)際上由一個(gè)全阻值80歐姆的繞線滑動(dòng)電阻組成，實(shí)際應(yīng)用中傳感器為了能更可靠的工作和防止表面氧化對(duì)阻值的干擾，的電阻值取值是比較小的，液位反饋出來的電阻值也只能在0到80歐之間連續(xù)變化，當(dāng)油量充足時(shí)電阻值趨向于0歐姆，當(dāng)油量減少時(shí)電阻又從0歐逐漸趨向于80歐。只需要能檢測出這個(gè)范圍的電阻值信息就能來實(shí)現(xiàn)液位準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)顯示，然而油品是嚴(yán)禁熱量和火花的危險(xiǎn)品，早期采用的指針式mA電流表需要的電流是很小的，工作電壓也非常低，相對(duì)也算比較安全的，因?yàn)檫^高的電壓會(huì)造成火花，過大的電流也會(huì)造成探頭發(fā)熱，下面就是我們討論的安全性和工作穩(wěn)定性問題了，所以我們必須把測電流控制在50mA內(nèi)，以防止電阻發(fā)熱造成事故，同時(shí)還必須對(duì)施加的檢測電壓進(jìn)行嚴(yán)格的限制，不能超過5V，防止在滑動(dòng)撥片中產(chǎn)生火花造成閃爆，這個(gè)也是非常危險(xiǎn)的，后面將介紹安全保障防止發(fā)生此類情況。

2.傳感器供電 前端采樣

傳感器的阻值范圍很小，為了安全性我們不能使用高電壓和高電流來進(jìn)行檢測，這樣的話我們實(shí)際上得到到電流信號(hào)就非常微弱，轉(zhuǎn)換的電壓變化范圍也只能在1V范圍內(nèi)， 只能得到mA或者mV信號(hào)，所以我們需要將這個(gè)信號(hào)做線性的放大，才能正常顯示，圖1就是我們的采樣電路：

這是一個(gè)供電限壓5V，工作電流不超過50mA的采樣前端，首先此部分使用直流電源，工作電壓10～12V都能正常供電，由一個(gè)SS14進(jìn)行防接反保護(hù)，以防止使用中不小心接反電源后燒毀整個(gè)模塊甚至造成更大的安全隱患。經(jīng)過一個(gè)自恢復(fù)PTC保險(xiǎn)電阻，這個(gè)元件實(shí)際上是一個(gè)熱敏限流元件，當(dāng)電流超過預(yù)設(shè)值后自身發(fā)熱，高分子材料膨脹斷開兩級(jí)，最后只剩下幾mA電流維持自身斷開狀態(tài)，直到電流斷開冷卻后才自動(dòng)回復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)，這個(gè)元件是做200mA限流，主要是防止前端元件短路或者擊穿后自動(dòng)斷開電流保障整個(gè)模塊的安全。再后級(jí)就是穩(wěn)壓系統(tǒng)了，78L05，這是一款小電流高精度輸出的三端穩(wěn)壓模塊，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，因?yàn)樘筋^的低電壓要求和測量中要求電壓穩(wěn)定，這樣就剛好能滿足探頭供電要求，因?yàn)樘筋^的電流不大，使用小電流的三端穩(wěn)壓模塊能自身限流也能減小體積。在穩(wěn)壓模塊后面就是3個(gè)由3V擊穿的雪崩二極管串聯(lián)組成，一旦電壓超過8V二極管其中一個(gè)導(dǎo)通后后面的兩個(gè)二極管也做雪崩式放電導(dǎo)通，導(dǎo)通電流最大為400mA，此時(shí)前端的PTC會(huì)保護(hù)性過流斷開，一旦電壓超過10V電流超過400mA后雪崩二極管將永久性擊穿導(dǎo)通，直接拉低78L05和PTC電壓，此時(shí)后面的指示燈將熄滅，直到排除故障才能恢復(fù)。

圖2

3.信號(hào)處理電壓比較放大 LED驅(qū)動(dòng)顯示

我們前端液位探頭得到的電壓信號(hào)是連續(xù)的，也是線性的，但是信號(hào)電流值值很微弱變化范圍也非常小，3914的內(nèi)部擁有高增益的信號(hào)放大系統(tǒng)，所以能直接對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大，前端輸出的信號(hào)由5腳輸入，內(nèi)部緩沖器進(jìn)行預(yù)防大，經(jīng)過輸入緩沖器接成跟隨器形式，提高了輸入阻抗和測量精度。LM3914內(nèi)部設(shè)有遲滯電路，顯示不是從一個(gè)LED立刻跳到另一個(gè)LED，而是平緩過度，可消除噪聲干擾，改善輸入信號(hào)快速變化時(shí)引起的閃爍現(xiàn)象。芯片的9腳是點(diǎn)陣和線裝顯示模式端口，當(dāng)此腳懸空時(shí)輸出的驅(qū)動(dòng)就會(huì)以點(diǎn)狀燈顯示，將其接入高電平時(shí)就會(huì)以全燈線性模式驅(qū)動(dòng)LED燈條，

原理圖如圖2所示：

其中的參數(shù)由下面公式計(jì)算：

REF OUT基準(zhǔn)輸出參考電壓

公式一：REF OUT V=1.28（1+R2/ R1）

公式二：I（LED）≌12.5/R1

4.電路的調(diào)試過程

首先將整個(gè)模塊接入系統(tǒng)，R1是決定LED驅(qū)動(dòng)電流的電阻，輸出電流在2～30mA范圍可調(diào)，輸出端承壓能力為±35V，最大輸出限制在30mA之內(nèi)。實(shí)際使用中我們LED是超高亮度的，發(fā)光效率非常高，選擇5mA即可，實(shí)際取值為7K。油箱充滿也就是傳感器為0歐，調(diào)整Rout電位器時(shí)顯示器的燈位會(huì)變化，直到剛好點(diǎn)亮第十燈即可，讓后就通過設(shè)定R2來確定下限電壓，也就是第一個(gè)燈的驅(qū)動(dòng)電壓值，將油箱放空傳感器的輸出值剛好為80歐，就調(diào)整下限電阻直到最后一個(gè)燈剛好點(diǎn)亮，實(shí)際取值為20K，此時(shí)即設(shè)定好了上下限低位顯示，整個(gè)電路即可投入正常使用，通過發(fā)光二極管的顯示，比如在地下室，或者黑暗的地方很遠(yuǎn)就能能看液位清實(shí)時(shí)狀態(tài)情況，有效解決了是指針表的缺點(diǎn)-必須走近照明后才能分辨出來。

完成效果圖：

[1] 孫余凱、項(xiàng)綺明《精選使用電子電路260例》.出版單位：電子工業(yè)出版社（北京）.出版時(shí)間：2007年2月

[2] 范立南，恩莉等：《 模擬電子技術(shù)》.出版單位：水利水電出版社（北京）.出版時(shí)間：2006年1月