Arduino助力SST液位传感器设计：电路图详解

液位传感器是应用于工业、农业、环境监测等领域的装置，用于测量液体或固体物质的液位高低。随着科技的进步，液位传感器在设计和功能上不断创新，提高了测量精度和可靠性。本文将从液位传感器的定义、特点、结构、类型、工作原理、应用领域以及未来发展趋势等方面进行详细介绍。

一、液位传感器的定义

液位传感器是能够实时监测物体液位高低的装置。通过测量液体与传感器之间的物理量差异，将感知到的数据转换为电信号，进而实现对液位状态的精确控制和监测。液位传感器在工业自动化控制、环境监测、能源管理等领域有着着重要作用，确保了生产过程的稳定性和安全性。

二、液位传感器的特点

1. 高度精确的测量能力 ：液位传感器能够实时精确地感知液位的变化，确保测量结果的准确性。这对于需要精确控制液位的工业过程尤为重要，如化工生产、制药行业等。
2. 高度可靠的工作性能 ：液位传感器采用先进的技术和材料制造，具备良好的抗压、抗腐蚀能力，能够在各种恶劣环境下稳定工作。其固态结构和高可靠性设计，延长了设备的使用寿命。
3. 便捷的安装和维护 ：液位传感器体积小巧，安装方便，可以在各种容器中灵活布置。其结构简单、操作方便，维护成本低，降低了企业的运营成本。
4. 多样化的输出方式 ：液位传感器可根据用户需求提供多种输出方式，如4～20mA电流信号、0～5V电压信号等，方便与控制系统或显示设备连接。
5. 的应用领域 ：液位传感器不仅适用于工业自动化控制领域，还应用于环境监测、石油、化工、冶金、食品加工等多个行业，为不同领域提供了精确的液位测量解决方案。

三、液位传感器的结构

液位传感器的基本结构通常包括传感元件、信号处理电路和输出装置三个部分。

1. 传感元件 ：传感元件是测量液体高度的核心部件，根据测量原理的不同，可以是浮子、压力传感器、电容传感器、超声波传感器等。浮子式传感器通过浮子随液位变化而上下移动来测量液位；压力式传感器则利用液体静压与液位高度成比例的原理进行测量；电容式传感器通过测量液体与电容器之间的电容值变化来确定液位；超声波传感器则通过发射和接收超声波信号来测量液位。
2. 信号处理电路 ：信号处理电路负责将传感元件采集到的信号进行放大、滤波等处理，转换为可使用的电信号。这一步骤对于提高测量精度和稳定性非常重要。
3. 输出装置 ：输出装置将处理后的电信号转换为可视化的液位显示或其形式的输出。常见的输出方式包括液晶显示屏、LED指示灯、模拟信号输出等。

四、液位传感器的类型

液位传感器根据其测量原理和结构特点，可以分为多种类型，包括浮子式传感器、压力式传感器、电容式传感器、超声波传感器、雷达传感器等。

1. 浮子式传感器 ：浮子式传感器利用浮子在液面上升或下降时引起机械装置运动的原理来测量液位。浮子随液位变化而上下移动，通过传感器将运动转化为电信号输出。浮子式传感器具有结构简单、可靠性高、适用范围广等优点。
2. 压力式传感器 ：压力式传感器利用液体静压与液位高度成比例的原理进行测量。传感器将液体静压转换为电信号输出，通过测量电信号的变化来判断液位的高低。压力式传感器具有测量精度高、稳定性好等特点，应用于石油、化工等领域。
3. 电容式传感器 ：电容式传感器通过测量液体与传感器之间的电容差异来判断液位高低。当液位变化时，液体与传感器之间的电容值也会发生变化，通过测量电容值的变化来确定液位的高低。电容式传感器具有灵敏度高、响应速度快等优点，适用于对液位变化要求较高的场合。
4. 超声波传感器 ：超声波传感器通过发射和接收超声波信号来测量液位。传感器发射超声波信号后，超声波在液体中传播并反射回来，通过测量超声波的传播时间来确定液位的高度。超声波传感器具有非接触式测量、测量范围广等优点，特别适用于高温、高压、腐蚀性强的介质测量。
5. 雷达传感器 ：雷达传感器利用电磁波进行液位测量。传感器发射电磁波后，电磁波在液体表面反射并返回传感器，通过测量电磁波的往返时间来确定液位的高度。雷达传感器具有测量精度高、抗干扰能力强等优点，适用于复杂环境下的液位测量。

五、 液位传感器电路图

1、液位传感器电路图

这是一个液位传感器电路，当液体达到一定液位时会发出警报。可以使用单个 IC L4620 和很少的外部元件轻松构建，并且具有振荡频率。 1.6kHz。

该信号被分为 32 份，产生的 50 Hz 时钟信号通过引脚 2 馈送到传感器。该传感器是一个简单的湿度相关电阻。通常由液体中的 2 根电线组成，可将引脚 3 短接到地或不短接。

传感器接口接收 200 Hz 信号，并将引脚 3 处的电压与取决于引脚 2 的参考电压进行比较。当引脚 2 为低电平时，参考电压在 0.2 和引脚 2 的电压范围内。当引脚2为高电平时，与引脚2的电压在0.4伏以内。一旦超过这些阈值，传感器接口就会将信息传递到电路的其余部分。

当超过阈值时液位传感器电路将发出警报，引脚8必须为高电平。另一方面，当引脚 8 为低电平时，报警输出有效。警报不会立即触发，只有当警报情况（达到液位）在传感器处保持恒定 10 秒（引脚 7 为低电平）或 20 秒（引脚 7 为高电平）时才会触发。

该液位报警项目在报警期间可消耗高达 300 mA 的电流，但电流取决于电源电压。电源电压为 5 伏时，电流约为 6 mA。

2、光电液位传感器电路图

光电液位传感器是通过光学反射原理，根据内部接收到的反射光线情况来检测液位高低的。工作原理:光电液位开关内置红外发光二极管和光敏接收器，头部是棱镜结构。

当水箱无水状态时，发光二极管所发出的光经过透明棱镜后会折射回接收管，传感器会立即给出信号提示，设备接收到信号则立刻控制电路警示灯亮起；当水箱有水状态时，则光折射到液体中，从而使接收器收不到或只能收到少量光线。

六、带 Arduino 的 SST 液位传感器设计

通过使用 SST 液位传感器，我们可以通过 TTL 兼容的推挽输出来检测液位。该传感器部分覆盖有坚固的材料，允许我们安装在有限的传感区域。带 Arduino 的 SST 液位传感器，无需任何接口组件即可工作。 SST 液位传感器设计用于精确测量容器、储罐或水库中的液位。对于监测涉及液体的系统（例如工业流程、汽车应用、水管理等）中的液位非常重要。

液位开关/传感器

光学液位传感器使用精确定位在传感器尖端底部的红外LED和光电晶体管。当尖端为空气时，红外光围绕尖端内部反射到光电晶体管，在两者之间提供良好的光学耦合。当传感器的尖端浸入液体中时，红外光从尖端逸出，导致光电晶体管处的光量发生变化，从而使输出状态发生变化。可以在 4.5VDC 至 15.4VDC 偏置下工作，这里我们使用 Arduino 5V 引脚，没有衰减电阻。当我们提供 15VDC 偏置时，输出电流高达 100mA，并且 Arduino Uno 使用 ATMEGA328 微控制器，每个 GPIO 的绝对最大额定电流为 40 mA。如果您要提供超过 5V 的直流电压，请考虑在数字输入引脚中使用限流电阻。

传感器位置

Arduino SST 液体传感器接口

将传感器的Vcc和Gnd引脚连接到arduino的电源引脚，并将传感器的输出引脚连接到arduino数字引脚7。确保传感器的位置感测液位。

Arduino代码

// Liquid level detection using an SST sensor//// When a liquid touches the tip of the sensor,// an LED at pin 13 turns on.// // Hardware:// Sensor | Arduino// -------------|---------// Vs (RED) | 5V// Out (GREEN) | pin 7// GND (BLUE) | GND// Pinsconst int LIQUID_SENSOR_PIN = 7;const int LED_PIN = 13;void setup() { pinMode(LIQUID_SENSOR_PIN, INPUT); pinMode(LED_PIN, OUTPUT); digitalWrite(LED_PIN, LOW);}void loop() { // Read sensor. If liquid touches the tip, the sensor will // read 0V. Turn on LED if liquid is present. int isDry = digitalRead(LIQUID_SENSOR_PIN); if ( isDry ) { digitalWrite(LED_PIN, LOW); } else { digitalWrite(LED_PIN, HIGH); } delay(200);}