基于Eastsoft HR7P179的脉冲水位检测电路

作者 / 陈艳丽 姜德志 青岛融禾信息技术有限公司 （山东 青岛 266000），李燕霞 北华航天工业学院（河北 廊坊 065000）

      采用上海东软载波微电子有限公司出品的HR7P179单片机，配合外围电路实现了脉冲方式的水位检测，可以有效的避免探针生锈的问题，且检测可靠性高，电路参数调整方便。文中给出了非常详细的应用电路包括电路参数，同时给出了检测方法的流程图。

　　1HR7P179的特点

　　HR7P179是上海东软载波微电子有限公司的一款RISC单片机，在一个10引脚(HR7P179F8RB)芯片的封装内，集成了4K Words FLASH程序存储器，8级程序堆栈，512 Words 可配置数据FLASH存储器(可以代替EEPROM使用)，256 Bytes SRAM数据存储器，以及最多支持8个I/O。

　　内部资源丰富，1个8位定时器，3个12位定时器，3路PWM，7+1路12位ADC，且有一个内部高精度基准电源。

　　内嵌上电复位电路POR、掉电复位电路BOR、低电压检测模块(LVD)、独立硬件看门狗定时器以及支持外部复位N_MRST。

　　内部集成了高频16MHz RC振荡时钟源(出厂前校准精度为±1%，常温25℃)。

　　支持在线编程(ISP)接口、支持在线调试(ICD)功能、支持编程代码加密保护。

　　可以说麻雀虽小五脏俱全，功能非常强大，这也是我们这个检测电路选择这个芯片的原因。

　　2水位检测的要求

　　水位检测的方法很多，相信大家都能随便说出多种，但是在许多消费电子产品中，需要采用成本低廉，可靠性高，寿命长的检测方法，这个要求就限制了我们的设计。

　　最简单的检测应用中，采用一对电极，当水没过电极后，电极间电阻变小，通过电路检测电阻的变化即可检测出是否有水，例如采用振荡方式，采用分压方式的模拟数字转换检测等。

　　但这种方法存在最大的问题就是探针生锈的问题，且需要多档水位检测时，有的方法电路会变得复杂。有的方法检测可靠性会大大降低。

　　探针生锈的原因是因为持续给探针通直流电，很快就产生了电化学腐蚀。

　　另外，探针生锈的问题严重制约了这种方法的应用，因为消费电子应用中，不可能因为水位检测的问题挨家去定期更换探针。

　　是否有一种简单有效且可以有效避免生锈的方法呢?本文的目的就是解决这个问题，同时本文的方法检测电路简单，处理方法也简单。

　　3脉冲方式的水位检测电路

　　3.1电路总体原理图

　　图1是我们设计的总的电路原理图，当然我们省略了一些简单的辅助电路，这样更方便理解。

　　图1中右边的IC1是东软载波微电子有限公司的HR7P179单片机。选择这款单片机是因为这个单片机资源丰富、封装小，可以满足4~6段水位检测的要求，这在许多实际应用中已经足够了。

　　图1 总体原理图

　　3.2电路说明

　　下面我们分别对这个电路的每一部分进行说明，当然，单片机无需多说。

　　图2 信号产生和发送部分电路

　　图2是信号产生和发送电路，这个电路中主要的部分是电阻R6和电容C1。N2组成的电路和N3组成的电路的目的就是在电阻R6和电容C1上产生振荡的信号。

　　通过单片机编程，给RR端送出低电平，此时N2截至，通过R5 R6使得C1左端为高电位。

　　同时通过单片机编程，给CC端送出高电平，此时N3导通，使得C1右端为低电位。

　　经过固定时间后，给RR端和CC端送出相反的电平，即给RR端送出高电平，此时N2导通，通过R6使得C1左端为低电位;给CC端送出低电平，此时N3截止，通过R8使得C1右端为高电位。

　　如此反复处理，则在R12上就产生了一个正负交替的振荡信号。

　　图3是各点信号的模式的示意图。

　　图3 信号发送电路各点信号模式

　　由于电容C1的隔直作用，在探针上的信号变成了有正有负的交流信号，当然探针也就不容易生锈了。

　　图4 水位检测信号接收电路

　　图4是各档水位检测信号的接收电路。需要说明的是，我们只是画出了一个水位检测端的电路，如果您需要5档水位，只需要5个这样的电路，分别连到单片机剩余的IO口上即可。

　　当有水的时候，接收电路各点波形如图5所示。

　　图5 信号接收电路各点波形

　　3.3检测原理

　　1)硬件原理说明

　　根据前面电路的介绍，可以很容易的理解检测电路的原理。

　　信号发送电路，发出方波信号，经过电容C1的隔直作用，在信号发送的电极上产生了有正有负的交流信号，这样可以有效的避免电极探针的电化学腐蚀。

　　当有水的时候，产生的信号，通过水传递到信号接收端，在信号接收端，经过二极管D1的作用，吸收了低于信号地的信号部分，剩下的正电平信号通过二极管N1产生了新的脉冲信号，供单片机检测。

　　当没有水的时候，信号无法传递到接收端，故接收端就没有相应的脉冲信号出现。

　　2)检测软件方法

　　信号发送端，可以产生500Hz的信号，只需要我们每1毫秒处理一次信号电平方向即可。实际检测中，我们也无需时时刻刻发送信号进行检测，因为水位的变化不会那么快。一般来说，我们每隔2秒进行一次检测，一次检测只产生50个脉冲信号，也就是100ms即可。其余的时间，关闭电路的输出。使得信号产生电极上电平为0。可以根据需要调整这些参数。

　　信号接收端，需要在100毫秒内检测是否收到了50个信号，如果收到了50个脉冲信号，则证明有水。当然，实际检测中我们不能严格的检测50个脉冲，因为检测的原因，总是会差一两个，所以我们实际判断方法是收到的脉冲个数大于40个即可。当然，也要注意信号是否多于50个，因为干扰的原因可能会产生多于50个脉冲的情况，因此我们要判断脉冲个数是否超过55个，只要脉冲个数在40~55个之间，即可以可靠的说明有水。

　　4检测流程图

　　水位检测包括两个主要的函数，一个是信号产生函数，一个是信号检测函数。

　　信号产生函数，每1毫秒调用一次，会产生500Hz的方波，最终形成500Hz的检测信号。

　　信号检测函数每100微秒调用一次，检测收到的信号。

　　图6 信号发送处理函数流程图

　　图7 信号接收处理流程图

　　图8 信号接收处理流程图

　　5结论

　　本文介绍的水位检测电路，是针对分段式水位的检测，这种检测方法的检测结果受水质的影响较小，检测可靠性高。如果要检测连续的水位，则需要采用其它的方法了。本文为抛砖引玉，与各位共同交流提高。