基于Eastsoft HR7P179的脈沖水位檢測(cè)電路

作者 / 陳艷麗 姜德志 青島融禾信息技術(shù)有限公司 （山東 青島 266000），李燕霞 北華航天工業(yè)學(xué)院（河北 廊坊 065000）

      采用上海東軟載波微電子有限公司出品的HR7P179單片機(jī)，配合外圍電路實(shí)現(xiàn)了脈沖方式的水位檢測(cè)，可以有效的避免探針生銹的問(wèn)題，且檢測(cè)可靠性高，電路參數(shù)調(diào)整方便。文中給出了非常詳細(xì)的應(yīng)用電路包括電路參數(shù)，同時(shí)給出了檢測(cè)方法的流程圖。

　　1HR7P179的特點(diǎn)

　　HR7P179是上海東軟載波微電子有限公司的一款RISC單片機(jī)，在一個(gè)10引腳(HR7P179F8RB)芯片的封裝內(nèi)，集成了4K Words FLASH程序存儲(chǔ)器，8級(jí)程序堆棧，512 Words 可配置數(shù)據(jù)FLASH存儲(chǔ)器(可以代替EEPROM使用)，256 Bytes SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以及最多支持8個(gè)I/O。

　　內(nèi)部資源豐富，1個(gè)8位定時(shí)器，3個(gè)12位定時(shí)器，3路PWM，7+1路12位ADC，且有一個(gè)內(nèi)部高精度基準(zhǔn)電源。

　　內(nèi)嵌上電復(fù)位電路POR、掉電復(fù)位電路BOR、低電壓檢測(cè)模塊(LVD)、獨(dú)立硬件看門(mén)狗定時(shí)器以及支持外部復(fù)位N_MRST。

　　內(nèi)部集成了高頻16MHz RC振蕩時(shí)鐘源(出廠前校準(zhǔn)精度為±1%，常溫25℃)。

　　支持在線編程(ISP)接口、支持在線調(diào)試(ICD)功能、支持編程代碼加密保護(hù)。

　　可以說(shuō)麻雀雖小五臟俱全，功能非常強(qiáng)大，這也是我們這個(gè)檢測(cè)電路選擇這個(gè)芯片的原因。

　　2水位檢測(cè)的要求

　　水位檢測(cè)的方法很多，相信大家都能隨便說(shuō)出多種，但是在許多消費(fèi)電子產(chǎn)品中，需要采用成本低廉，可靠性高，壽命長(zhǎng)的檢測(cè)方法，這個(gè)要求就限制了我們的設(shè)計(jì)。

　　最簡(jiǎn)單的檢測(cè)應(yīng)用中，采用一對(duì)電極，當(dāng)水沒(méi)過(guò)電極后，電極間電阻變小，通過(guò)電路檢測(cè)電阻的變化即可檢測(cè)出是否有水，例如采用振蕩方式，采用分壓方式的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換檢測(cè)等。

　　但這種方法存在最大的問(wèn)題就是探針生銹的問(wèn)題，且需要多檔水位檢測(cè)時(shí)，有的方法電路會(huì)變得復(fù)雜。有的方法檢測(cè)可靠性會(huì)大大降低。

　　探針生銹的原因是因?yàn)槌掷m(xù)給探針通直流電，很快就產(chǎn)生了電化學(xué)腐蝕。

　　另外，探針生銹的問(wèn)題嚴(yán)重制約了這種方法的應(yīng)用，因?yàn)橄M(fèi)電子應(yīng)用中，不可能因?yàn)樗粰z測(cè)的問(wèn)題挨家去定期更換探針。

　　是否有一種簡(jiǎn)單有效且可以有效避免生銹的方法呢?本文的目的就是解決這個(gè)問(wèn)題，同時(shí)本文的方法檢測(cè)電路簡(jiǎn)單，處理方法也簡(jiǎn)單。

　　3脈沖方式的水位檢測(cè)電路

　　3.1電路總體原理圖

　　圖1是我們?cè)O(shè)計(jì)的總的電路原理圖，當(dāng)然我們省略了一些簡(jiǎn)單的輔助電路，這樣更方便理解。

　　圖1中右邊的IC1是東軟載波微電子有限公司的HR7P179單片機(jī)。選擇這款單片機(jī)是因?yàn)檫@個(gè)單片機(jī)資源豐富、封裝小，可以滿足4~6段水位檢測(cè)的要求，這在許多實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)足夠了。

　　圖1 總體原理圖

　　3.2電路說(shuō)明

　　下面我們分別對(duì)這個(gè)電路的每一部分進(jìn)行說(shuō)明，當(dāng)然，單片機(jī)無(wú)需多說(shuō)。

　　圖2 信號(hào)產(chǎn)生和發(fā)送部分電路

　　圖2是信號(hào)產(chǎn)生和發(fā)送電路，這個(gè)電路中主要的部分是電阻R6和電容C1。N2組成的電路和N3組成的電路的目的就是在電阻R6和電容C1上產(chǎn)生振蕩的信號(hào)。

　　通過(guò)單片機(jī)編程，給RR端送出低電平，此時(shí)N2截至，通過(guò)R5 R6使得C1左端為高電位。

　　同時(shí)通過(guò)單片機(jī)編程，給CC端送出高電平，此時(shí)N3導(dǎo)通，使得C1右端為低電位。

　　經(jīng)過(guò)固定時(shí)間后，給RR端和CC端送出相反的電平，即給RR端送出高電平，此時(shí)N2導(dǎo)通，通過(guò)R6使得C1左端為低電位;給CC端送出低電平，此時(shí)N3截止，通過(guò)R8使得C1右端為高電位。

　　如此反復(fù)處理，則在R12上就產(chǎn)生了一個(gè)正負(fù)交替的振蕩信號(hào)。

　　圖3是各點(diǎn)信號(hào)的模式的示意圖。

　　圖3 信號(hào)發(fā)送電路各點(diǎn)信號(hào)模式

　　由于電容C1的隔直作用，在探針上的信號(hào)變成了有正有負(fù)的交流信號(hào)，當(dāng)然探針也就不容易生銹了。

　　圖4 水位檢測(cè)信號(hào)接收電路

　　圖4是各檔水位檢測(cè)信號(hào)的接收電路。需要說(shuō)明的是，我們只是畫(huà)出了一個(gè)水位檢測(cè)端的電路，如果您需要5檔水位，只需要5個(gè)這樣的電路，分別連到單片機(jī)剩余的IO口上即可。

　　當(dāng)有水的時(shí)候，接收電路各點(diǎn)波形如圖5所示。

　　圖5 信號(hào)接收電路各點(diǎn)波形

　　3.3檢測(cè)原理

　　1)硬件原理說(shuō)明

　　根據(jù)前面電路的介紹，可以很容易的理解檢測(cè)電路的原理。

　　信號(hào)發(fā)送電路，發(fā)出方波信號(hào)，經(jīng)過(guò)電容C1的隔直作用，在信號(hào)發(fā)送的電極上產(chǎn)生了有正有負(fù)的交流信號(hào)，這樣可以有效的避免電極探針的電化學(xué)腐蝕。

　　當(dāng)有水的時(shí)候，產(chǎn)生的信號(hào)，通過(guò)水傳遞到信號(hào)接收端，在信號(hào)接收端，經(jīng)過(guò)二極管D1的作用，吸收了低于信號(hào)地的信號(hào)部分，剩下的正電平信號(hào)通過(guò)二極管N1產(chǎn)生了新的脈沖信號(hào)，供單片機(jī)檢測(cè)。

　　當(dāng)沒(méi)有水的時(shí)候，信號(hào)無(wú)法傳遞到接收端，故接收端就沒(méi)有相應(yīng)的脈沖信號(hào)出現(xiàn)。

　　2)檢測(cè)軟件方法

　　信號(hào)發(fā)送端，可以產(chǎn)生500Hz的信號(hào)，只需要我們每1毫秒處理一次信號(hào)電平方向即可。實(shí)際檢測(cè)中，我們也無(wú)需時(shí)時(shí)刻刻發(fā)送信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)樗坏淖兓粫?huì)那么快。一般來(lái)說(shuō)，我們每隔2秒進(jìn)行一次檢測(cè)，一次檢測(cè)只產(chǎn)生50個(gè)脈沖信號(hào)，也就是100ms即可。其余的時(shí)間，關(guān)閉電路的輸出。使得信號(hào)產(chǎn)生電極上電平為0。可以根據(jù)需要調(diào)整這些參數(shù)。

　　信號(hào)接收端，需要在100毫秒內(nèi)檢測(cè)是否收到了50個(gè)信號(hào)，如果收到了50個(gè)脈沖信號(hào)，則證明有水。當(dāng)然，實(shí)際檢測(cè)中我們不能嚴(yán)格的檢測(cè)50個(gè)脈沖，因?yàn)闄z測(cè)的原因，總是會(huì)差一兩個(gè)，所以我們實(shí)際判斷方法是收到的脈沖個(gè)數(shù)大于40個(gè)即可。當(dāng)然，也要注意信號(hào)是否多于50個(gè)，因?yàn)楦蓴_的原因可能會(huì)產(chǎn)生多于50個(gè)脈沖的情況，因此我們要判斷脈沖個(gè)數(shù)是否超過(guò)55個(gè)，只要脈沖個(gè)數(shù)在40~55個(gè)之間，即可以可靠的說(shuō)明有水。

　　4檢測(cè)流程圖

　　水位檢測(cè)包括兩個(gè)主要的函數(shù)，一個(gè)是信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)，一個(gè)是信號(hào)檢測(cè)函數(shù)。

　　信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)，每1毫秒調(diào)用一次，會(huì)產(chǎn)生500Hz的方波，最終形成500Hz的檢測(cè)信號(hào)。

　　信號(hào)檢測(cè)函數(shù)每100微秒調(diào)用一次，檢測(cè)收到的信號(hào)。

　　圖6 信號(hào)發(fā)送處理函數(shù)流程圖

　　圖7 信號(hào)接收處理流程圖

　　圖8 信號(hào)接收處理流程圖

　　5結(jié)論

　　本文介紹的水位檢測(cè)電路，是針對(duì)分段式水位的檢測(cè)，這種檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果受水質(zhì)的影響較小，檢測(cè)可靠性高。如果要檢測(cè)連續(xù)的水位，則需要采用其它的方法了。本文為拋磚引玉，與各位共同交流提高。