基于Eastsoft HR7P179的脈沖水位檢測電路

作者 / 陳艷麗 姜德志 青島融禾信息技術有限公司 （山東 青島 266000），李燕霞 北華航天工業學院（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，配合外圍電路實現了脈沖方式的水位檢測，可以有效的避免探針生銹的問題，且檢測可靠性高，電路參數調整方便。文中給出了非常詳細的應用電路包括電路參數，同時給出了檢測方法的流程圖。

　　1HR7P179的特點

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

　　內部資源豐富，1個8位定時器，3個12位定時器，3路PWM，7+1路12位ADC，且有一個內部高精度基準電源。

　　內嵌上電復位電路POR、掉電復位電路BOR、低電壓檢測模塊(LVD)、獨立硬件看門狗定時器以及支持外部復位N_MRST。

　　內部集成了高頻16MHz RC振蕩時鐘源(出廠前校準精度為±1%，常溫25℃)。

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

　　可以說麻雀雖小五臟俱全，功能非常強大，這也是我們這個檢測電路選擇這個芯片的原因。

　　2水位檢測的要求

　　水位檢測的方法很多，相信大家都能隨便說出多種，但是在許多消費電子產品中，需要采用成本低廉，可靠性高，壽命長的檢測方法，這個要求就限制了我們的設計。

　　最簡單的檢測應用中，采用一對電極，當水沒過電極后，電極間電阻變小，通過電路檢測電阻的變化即可檢測出是否有水，例如采用振蕩方式，采用分壓方式的模擬數字轉換檢測等。

　　但這種方法存在最大的問題就是探針生銹的問題，且需要多檔水位檢測時，有的方法電路會變得復雜。有的方法檢測可靠性會大大降低。

　　探針生銹的原因是因為持續給探針通直流電，很快就產生了電化學腐蝕。

　　另外，探針生銹的問題嚴重制約了這種方法的應用，因為消費電子應用中，不可能因為水位檢測的問題挨家去定期更換探針。

　　是否有一種簡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問題，同時本文的方法檢測電路簡單，處理方法也簡單。

　　3脈沖方式的水位檢測電路

　　3.1電路總體原理圖

　　圖1是我們設計的總的電路原理圖，當然我們省略了一些簡單的輔助電路，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。選擇這款單片機是因為這個單片機資源豐富、封裝小，可以滿足4~6段水位檢測的要求，這在許多實際應用中已經足夠了。

　　圖1 總體原理圖

　　3.2電路說明

　　下面我們分別對這個電路的每一部分進行說明，當然，單片機無需多說。

　　圖2 信號產生和發送部分電路

　　圖2是信號產生和發送電路，這個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上產生振蕩的信號。

　　通過單片機編程，給RR端送出低電平，此時N2截至，通過R5 R6使得C1左端為高電位。

　　同時通過單片機編程，給CC端送出高電平，此時N3導通，使得C1右端為低電位。

　　經過固定時間后，給RR端和CC端送出相反的電平，即給RR端送出高電平，此時N2導通，通過R6使得C1左端為低電位;給CC端送出低電平，此時N3截止，通過R8使得C1右端為高電位。

　　如此反復處理，則在R12上就產生了一個正負交替的振蕩信號。

　　圖3是各點信號的模式的示意圖。

　　圖3 信號發送電路各點信號模式

　　由于電容C1的隔直作用，在探針上的信號變成了有正有負的交流信號，當然探針也就不容易生銹了。

　　圖4 水位檢測信號接收電路

　　圖4是各檔水位檢測信號的接收電路。需要說明的是，我們只是畫出了一個水位檢測端的電路，如果您需要5檔水位，只需要5個這樣的電路，分別連到單片機剩余的IO口上即可。

　　當有水的時候，接收電路各點波形如圖5所示。

　　圖5 信號接收電路各點波形

　　3.3檢測原理

　　1)硬件原理說明

　　根據前面電路的介紹，可以很容易的理解檢測電路的原理。

　　信號發送電路，發出方波信號，經過電容C1的隔直作用，在信號發送的電極上產生了有正有負的交流信號，這樣可以有效的避免電極探針的電化學腐蝕。

　　當有水的時候，產生的信號，通過水傳遞到信號接收端，在信號接收端，經過二極管D1的作用，吸收了低于信號地的信號部分，剩下的正電平信號通過二極管N1產生了新的脈沖信號，供單片機檢測。

　　當沒有水的時候，信號無法傳遞到接收端，故接收端就沒有相應的脈沖信號出現。

　　2)檢測軟件方法

　　信號發送端，可以產生500Hz的信號，只需要我們每1毫秒處理一次信號電平方向即可。實際檢測中，我們也無需時時刻刻發送信號進行檢測，因為水位的變化不會那么快。一般來說，我們每隔2秒進行一次檢測，一次檢測只產生50個脈沖信號，也就是100ms即可。其余的時間，關閉電路的輸出。使得信號產生電極上電平為0。可以根據需要調整這些參數。

　　信號接收端，需要在100毫秒內檢測是否收到了50個信號，如果收到了50個脈沖信號，則證明有水。當然，實際檢測中我們不能嚴格的檢測50個脈沖，因為檢測的原因，總是會差一兩個，所以我們實際判斷方法是收到的脈沖個數大于40個即可。當然，也要注意信號是否多于50個，因為干擾的原因可能會產生多于50個脈沖的情況，因此我們要判斷脈沖個數是否超過55個，只要脈沖個數在40~55個之間，即可以可靠的說明有水。

　　4檢測流程圖

　　水位檢測包括兩個主要的函數，一個是信號產生函數，一個是信號檢測函數。

　　信號產生函數，每1毫秒調用一次，會產生500Hz的方波，最終形成500Hz的檢測信號。

　　信號檢測函數每100微秒調用一次，檢測收到的信號。

　　圖6 信號發送處理函數流程圖

　　圖7 信號接收處理流程圖

　　圖8 信號接收處理流程圖

　　5結論

　　本文介紹的水位檢測電路，是針對分段式水位的檢測，這種檢測方法的檢測結果受水質的影響較小，檢測可靠性高。如果要檢測連續的水位，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。