CN102865901B

CN102865901B - 滑动式电容感应水位水量精确检测方法

Info

Publication number: CN102865901B
Application number: CN201210323909.1A
Authority: CN
Inventors: 陈章谟; 刘永聪; 孔祥耀
Original assignee: SHENZHEN LONGTECH ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: Dongguan Longqin Electronic Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: CN102865901A

Abstract

滑动式电容感应水位水量精确检测方法及检测装置，包括感应面板和电路结构，其中感应面板包括绝缘外壳、PCB软板、TOUCH芯片、水位水量电容感应盘；所述绝缘外壳竖向上设置，其中PCB软板紧贴绝缘外壳内壁；TOUCH芯片设置在绝缘外壳内壁；所述水位水量电容感应盘密封与绝缘外壳内，其中TOUCH芯片不断的发射交流脉冲信号以此来测量感应盘上的电容变化，监测是否有水接近到水位水量电容感应盘。本发明具有结构简单、成本低、故障率低、安全系数高等优点，通过水位水量电容感应盘检测到相应的水位水量的变化，单片机再驱动显示，指示出当前水位水量的状态；达到让消费者在使用类似带有加水水箱产品过程中能清楚知道当前水箱的水位和水量。

Description

滑动式电容感应水位水量精确检测方法

技术领域

本发明涉及一种水位检测方法，尤其是涉及一种滑动式电容感应水位水量精确检测方法。

背景技术

目前在小家电中，如咖啡机、饮水机等，一般均设有水位检测装置。在小家电领域中，由于对成本要求，普遍采用阻容降压对小家电进行供电，而采用阻容降压供电对后级是没有隔离的。而当后级没有隔离时，如果直接检测水位对人体会产生漏电危险。

现有的水位检测装置，大多使用一些机械式磁磺开关，通过在水箱内部安装一个浮标，非常麻烦。浮标内部嵌入一个电磁铁感应干簧管进行检测有水和无水，不能精确检测水位及水量，不能及时让消费者清楚的知道产品当前的水位水量，而及时给产品加水；只能通过一个机械开关来检测无水状态，而此机械开关由于寿命短（大约两年），容易产生故障，造成误判，而造成无水干烧，如果产品由于安全保护做得不到位，产品干烧而产生高温可能造成着火的危险，伤及人身及财产安全。还有另一种方式是运用探针直接接触到水箱内部，直接接触水，且需要带电去检测两个探针之间是否存在电阻，如果存在说明有水；此种方式探针需要带电，当探针带电与水接触容易产生电触，使探针容易损坏；也易污染水；且本身还要带线带电，水箱不容易清洗和换水拆解。

发明内容

本发明的目的是提供一种滑动式电容感应水位水量精确检测方法。以解决现有技术所存在的结构复杂、成本较高、容易产生故障、存在安全隐患等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：滑动式电容感应水位水量精确检测方法及检测装置，包括感应面板和电路结构，其中感应面板包括绝缘外壳、PCB软板、TOUCH芯片、水位水量电容感应盘；所述绝缘外壳竖向上设置，其中PCB软板紧贴绝缘外壳内壁；TOUCH芯片设置在绝缘外壳内壁；所述PCB软板上覆盖有N块铜，该覆铜从上到下依次设置在绝缘外壳内；所述水位水量电容感应盘密封与绝缘外壳内，其中TOUCH芯片通过连接线向水位水量电容感应盘不断的发射交流脉冲信号以此来测量感应盘上的电容变化，监测是否有水接近到水位水量电容感应盘；当水与手接触或接近该水位水量电容感应盘时，TOUCH IC内的高精度数字电容转换器（CDC）透过绝缘外壳检测到水位水量电容感应盘上的电容变化，以此来识别水的有效接触，水位水量电容感应盘接到IC信号，精确水位水量监测，同时可以在不同的水位水量通过MCU控制实现自动加水；所述电路结构包括电源电路、电容感应处理集成电路、负载驱动电路、水位水量电容感应盘电路。

作为优选，所述PCB软板上覆铜总块数的高度以水箱水位高度确定，该覆铜总数为水箱最高水位的高度；所述覆铜间隔为0.2～0.5mm，且每块覆铜一端与TOUCH芯片相应的输入口相连，作为水位水量电容感应盘，该覆铜的另一端接地。

作为优选，所述TOUCH芯片通过检测有水和无水时水位水量电容感应盘上的电容的充放电情况，当水位水量电容感应盘感应到有水区域时，其充放电时间会变长；当水位水量电容感应盘感应到无水区域时，充放电时间会很短；当与水接触或接近水位水量电容感应盘时，TOUCH IC透过绝缘外壳检测到水位水量电容感应盘上的电容变化，以此来识别水的有效接触。

作为优选，所述水位水量电容感应盘为金属弹簧挤压并贴近绝缘外壳内壁感应，该金属弹簧从上到下依次放置在绝缘外壳内，金属弹簧的总数为水箱最高水位的高度；所述多个金属弹簧通过导线串联匹配电阻与TOUCH IC相连线，以此来感应水位。

作为优选，所述水位水量电容感应盘通过导电橡胶紧贴绝缘外壳内壁感应，该导电橡胶从上到下依设置在绝缘外壳内，其高度为水箱最高水位的高度；所述导电橡胶通过导线串联匹配电阻与TOUCH IC相连线，以此来感应水位。

作为优选，所述水位水量电容感应盘通过导电油墨紧贴绝缘外壳内壁的方式来感应，该导电油墨从上到下依设置在绝缘外壳内，其高度为水箱最高水位的高度；所述导电油墨通过导线串联匹配电阻与TOUCH IC相连线，以此来感应水位。

作为优选，所述水位水量电容感应盘通过ITO导电金属镀层紧贴绝缘外壳内壁的方式来感应，该ITO导电金属镀层从上到下依设置在绝缘外壳内，其高度为水箱最高水位的高度；所述ITO导电金属镀层通过导线串联匹配电阻与TOUCH IC相连线，以此来感应水位。

作为优选，所述绝缘外壳为有机玻璃、普通玻璃、钢化玻璃、大理石、木材、纸张、塑胶等不同介电常数的材质；其中介电常数越大，水位感应灵敏度越高，介电常数越小感应灵敏度度越低；灵敏度可以通过调节TOUCH IC发射出来的脉冲频和通过软件更改检测电容感应盘的次数调节。

本发明具有结构简单、成本低、故障率低、安全系数高等优点，通过水位水量电容感应盘检测到相应的水位水量的变化，单片机再驱动显示，指示出当前水位水量的状态；达到让消费者在使用类似带有加水水箱产品过程中能清楚知道当前水箱的水位和水量。

本发明的优点包括：1、不存在机械寿命和机械故障等问题，寿命长，装配方便，不用在水箱内部加装任何其它检测试部件，使用面板无机械损耗，而且时尚美观，大大提升产品的附加值；

2、不需要安排机械性的部件，直接通过电子感应；

3、精确检测水位水量，使用者可以直接通过显示清楚地知道当前水位水量，及时给产品加水；

4、增加了安全性能；避免了由于一些机械寿命或故障而造成产品可能干烧而出现高温和火灾的危险；

5、避免了因使用探针直接带电，产生的电解，探针氧化，污染水源等问题；

6、通过显示界面消费者可以清楚地知道当前的水位水量情况。

附图说明

图1是本发明的水位水量电容感应盘的结构示意图。

图2是本发明水位水量检测方法的流程框图。

图3是本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1是本发明的水位水量电容感应盘的结构示意图；图2是本发明水位水量检测装置的结构示意图；图3是本发明的电路结构示意图。由图1结合图2、图3可知，滑动式电容感应水位水量精确检测方法及检测装置，主要由感应面板和电路结构等组成，其中感应面板包括绝缘外壳1、PCB软板3、TOUCH芯片4、水位水量电容感应盘2；所述绝缘外壳1竖向上设置，其中PCB软板3紧贴绝缘外壳1内壁；TOUCH芯片4设置在绝缘外壳1内壁；绝缘外壳1为有机玻璃、普通玻璃、钢化玻璃、大理石、木材、纸张、塑胶等不同介电常数的材质；各种不同材质的面板，其介电常数不同，一定厚度的不同材质的面板，介电常数越大，水位感应灵敏度越高，介电常数越小感应灵敏度度越低。对于同一材质，材质越厚，灵敏度会降低；材质越薄，灵敏越高。灵敏度可以通过调节TOUCH IC发射出来的脉冲频，和通过软件更改检测感应盘的次数；可根据实际情况调节来达到产品要求。TOUCH芯片4通过检测有水和无水时水位水量电容感应盘上的电容的充放电情况，当水位水量电容感应盘感应到有水区域时，其充放电时间会变长；当水位水量电容感应盘感应到无水区域时，充放电时间会很短；当与水接触或接近水位水量电容感应盘时，TOUCH IC透过绝缘外壳检测到水位水量电容感应盘上的电容变化，以此来识别水的有效接触。所述电路结构包括电源电路、电容感应处理集成电路、负载驱动电路、水位水量电容感应盘电路。

本发明中的TOUCH芯片通过EMC设计方案：该TOUCH芯片需要在感应盘通道上加交流脉冲信号来测量感应盘上的电容变化，所以感应盘通道会身外发射电磁波。如果产品需要通过严格的FCC，CE－EMC测试时。从以下几个方面减少TOUCH IC对外的辐射：1、使用退耦电容：TOUCH IC的供电加退耦电容，这样可以减小TOUCH IC对电源的干扰，一般VDD和GND加一个104电容，就可以起到退耦和旁路的作用，且电容应尽量靠近TOUCH IC电源脚两端。

2、适当加大串联在传感器与TOUCH IC之间的匹配电阻：适当加大串接在传感器之间的电阻值，这样可以降低交流脉冲边沿的陡峭程度，减小高次谐波。匹配电阻加大会降低灵敏度，但可以通过加大感应度，调节电容CSEL的值来调整。

3、使用较低的工作电压：使用较低的工作电压可以降低TOUCH IC发射出来的幅度，大大降低了辐射干扰的强度。

4、正确铺地：无论是单面PCB和双层PCB，PCB的空白处都应该铺地，并用地将感应盘到 TOUCH IC的输入引脚之间的连线包起来，可以吸收电磁磁波辐射，提高EMC指标。

实施例1

PCB软板上覆盖有N块铜，该覆铜从上到下依次设置在绝缘外壳内；PCB软板上覆铜总块数的高度以水箱水位高度确定，该覆铜总数为水箱最高水位的高度；所述覆铜间隔为0.2～0.5mm；所述每块覆铜一端与TOUCH芯片相应的输入口相连，作为水位水量电容感应盘，该覆铜的另一端接地。水位水量电容感应盘密封与绝缘外壳内，其中TOUCH芯片通过连接线向水位水量电容感应盘不断的发射交流脉冲信号以此来测量感应盘上的电容变化，监测是否有水接近到水位水量电容感应盘；当水与手接触或接近该水位水量电容感应盘时，TOUCH IC内的高精度数字电容转换器（CDC）透过绝缘外壳检测到水位水量电容感应盘上的电容变化，以此来识别水的有效接触，水位水量电容感应盘接到IC信号，精确水位水量监测，同时可以在不同的水位水量通过MCU控制实现自动加水。

实施例2

水位水量电容感应盘为金属弹簧挤压并贴近绝缘外壳内壁感应，该金属弹簧从上到下依次放置在绝缘外壳内，金属弹簧的总数为水箱最高水位的高度；所述多个金属弹簧通过导线串联匹配电阻与TOUCH IC相连线，以此来感应水位。水位水量电容感应盘密封与绝缘外壳内，其中TOUCH芯片通过连接线向水位水量电容感应盘不断的发射交流脉冲信号以此来测量感应盘上的电容变化，监测是否有水接近到水位水量电容感应盘；当水与手接触或接近该水位水量电容感应盘时，TOUCH IC内的高精度数字电容转换器（CDC）透过绝缘外壳检测到水位水量电容感应盘上的电容变化，以此来识别水的有效接触，水位水量电容感应盘接到IC信号，精确水位水量监测，同时可以在不同的水位水量通过MCU控制实现自动加水。

实施例3

水位水量电容感应盘通过导电橡胶紧贴绝缘外壳内壁感应，该导电橡胶从上到下依设置在绝缘外壳内，其高度为水箱最高水位的高度；所述导电橡胶通过导线串联匹配电阻与TOUCH IC相连线，以此来感应水位。水位水量电容感应盘密封与绝缘外壳内，其中TOUCH芯片通过连接线向水位水量电容感应盘不断的发射交流脉冲信号以此来测量感应盘上的电容变化，监测是否有水接近到水位水量电容感应盘；当水与手接触或接近该水位水量电容感应盘时，TOUCH IC内的高精度数字电容转换器（CDC）透过绝缘外壳检测到水位水量电容感应盘上的电容变化，以此来识别水的有效接触，水位水量电容感应盘接到IC信号，精确水位水量监测，同时可以在不同的水位水量通过MCU控制实现自动加水。

实施例4

水位水量电容感应盘通过导电油墨紧贴绝缘外壳内壁的方式来感应，该导电油墨从上到下依设置在绝缘外壳内，其高度为水箱最高水位的高度；所述导电油墨通过导线串联匹配电阻与TOUCH IC相连线，以此来感应水位。水位水量电容感应盘密封与绝缘外壳内，其中TOUCH芯片通过连接线向水位水量电容感应盘不断的发射交流脉冲信号以此来测量感应盘上的电容变化，监测是否有水接近到水位水量电容感应盘；当水与手接触或接近该水位水量电容感应盘时，TOUCH IC内的高精度数字电容转换器（CDC）透过绝缘外壳检测到水位水量电容感应盘上的电容变化，以此来识别水的有效接触，水位水量电容感应盘接到IC信号，精确水位水量监测，同时可以在不同的水位水量通过MCU控制实现自动加水。

实施例5

水位水量电容感应盘通过ITO导电金属镀层紧贴绝缘外壳内壁的方式来感应，该ITO导电金属镀层从上到下依设置在绝缘外壳内，其高度为水箱最高水位的高度；所述ITO导电金属镀层通过导线串联匹配电阻与TOUCH IC相连线，以此来感应水位。水位水量电容感应盘密封与绝缘外壳内，其中TOUCH芯片通过连接线向水位水量电容感应盘不断的发射交流脉冲信号以此来测量感应盘上的电容变化，监测是否有水接近到水位水量电容感应盘；当水与手接触或接近该水位水量电容感应盘时，TOUCH IC内的高精度数字电容转换器（CDC）透过绝缘外壳检测到水位水量电容感应盘上的电容变化，以此来识别水的有效接触，水位水量电容感应盘接到IC信号，精确水位水量监测，同时可以在不同的水位水量通过MCU控制实现自动加水。

本发明创造技术可以精确做到监测产品水箱当前的水位水量；（MCU微控制单元）通过此技术检测到相应的水位水量，单片机再驱动显示，指示出当前水位水量的状态；达到让消费者在使用类似带有加水水箱产品过程中能清楚知道当前水箱的水位和水量。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.滑动式电容感应水位水量精确检测方法，采用一种滑动式电容感应水位水量精确检测装置，该检测装置包括感应面板和电路结构，其特征是，所述感应面板包括绝缘外壳、PCB软板、TOUCH芯片、水位水量电容感应盘；所述绝缘外壳竖向上设置，其中PCB软板紧贴绝缘外壳内壁；TOUCH芯片设置在绝缘外壳内壁；所述PCB软板上覆盖有N块铜，该覆铜从上到下依次设置在绝缘外壳内；所述水位水量电容感应盘密封与绝缘外壳内，其中TOUCH芯片通过连接线向水位水量电容感应盘不断的发射交流脉冲信号以此来测量感应盘上的电容变化，监测是否有水接近到水位水量电容感应盘；当水与手接触或接近该水位水量电容感应盘时，TOUCH芯片内的高精度数字电容转换器（CDC）透过绝缘外壳检测到水位水量电容感应盘上的电容变化，以此来识别水的有效接触，水位水量电容感应盘接到IC信号，精确水位水量监测，同时可以在不同的水位水量通过MCU控制实现自动加水；所述电路结构包括电源电路、电容感应处理集成电路、负载驱动电路、水位水量电容感应盘电路；通过调节TOUCH芯片发射出来的脉冲频，和通过软件更改检测感应盘的次数来调节绝缘外壳的灵敏度。

2.根据权利要求1所述的滑动式电容感应水位水量精确检测方法，其特征是，所述PCB软板上覆铜总块数的高度以水箱水位高度确定，该覆铜总数为水箱最高水位的高度；所述覆铜间隔为0.2～0.5mm；每块覆铜一端与TOUCH芯片相应的输入口相连，作为水位水量电容感应盘，该覆铜的另一端接地。

3.根据权利要求1或2所述的滑动式电容感应水位水量精确检测方法，其特征是，所述TOUCH芯片通过检测有水和无水时水位水量电容感应盘上的电容的充放电情况，当水位水量电容感应盘感应到有水区域时，其充放电时间会变长；当水位水量电容感应盘感应到无水区域时，充放电时间会很短；当与水接触或接近水位水量电容感应盘时，TOUCH芯片透过绝缘外壳检测到水位水量电容感应盘上的电容变化，以此来识别水的有效接触。

4.根据权利要求1所述的滑动式电容感应水位水量精确检测方法，其特征是，所述水位水量电容感应盘为金属弹簧挤压并贴近绝缘外壳内壁感应，该金属弹簧从上到下依次放置在绝缘外壳内，金属弹簧的总数为水箱最高水位的高度；多个金属弹簧通过导线串联匹配电阻与TOUCH芯片相连线，以此来感应水位。

5.根据权利要求1所述的滑动式电容感应水位水量精确检测方法，其特征是，所述水位水量电容感应盘通过导电橡胶紧贴绝缘外壳内壁感应，该导电橡胶从上到下依设置在绝缘外壳内，其高度为水箱最高水位的高度；所述导电橡胶通过导线串联匹配电阻与TOUCH芯片相连线，以此来感应水位。

6.根据权利要求1所述的滑动式电容感应水位水量精确检测方法，其特征是，所述水位水量电容感应盘通过导电油墨紧贴绝缘外壳内壁的方式来感应，该导电油墨从上到下依设置在绝缘外壳内，其高度为水箱最高水位的高度；所述导电油墨通过导线串联匹配电阻与TOUCH芯片相连线，以此来感应水位。

7.根据权利要求1所述的滑动式电容感应水位水量精确检测方法，其特征是，所述水位水量电容感应盘通过ITO导电金属镀层紧贴绝缘外壳内壁的方式来感应，该ITO导电金属镀层从上到下依设置在绝缘外壳内，其高度为水箱最高水位的高度；所述ITO导电金属镀层通过导线串联匹配电阻与TOUCH芯片相连线，以此来感应水位。