CN104296834A - 基于红外线的液位检测系统、蒸箱和液位检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外线的液位检测系统、蒸箱及液位检测方法。该系统包括：可透红外光、并与容纳被检测液体的容器相通的连通装置；用于发射红外光的发射装置；用于接收红外光的接收装置；以及与接收装置连接的检测输出电路；其中，发射装置发出的红外光穿透过连通装置后被接收装置所接收，接收装置将其接收到的红外光信号转换为电信号，检测输出电路对电信号进行处理并输出检测结果信号。本发明基于红外线的液位检测系统、蒸箱及液位检测方法中，将液位检测系统与被检测液体隔离，通过处理穿透被检测液体后的红外光信号实现液位检测，避免了现有技术需要与水接触、结构复杂等缺陷，具有结构简单、可靠的优点。

Description

基于红外线的液位检测系统、蒸箱和液位检测方法

技术领域

本发明涉及液位检测领域，尤其涉及一种基于红外线的液位检测系统、蒸箱和液位检测方法。

背景技术

用在家电上传统的液位检测方式有很多种，有浮球开关，水电阻法，浮子内置磁铁+干簧管或霍尔器件等等，这些检测方式有很多弊端。而且，这些检测装置通常都是要和水接触的，会有一定的安全隐患。

其中，浮球开关体检一般比较大，受机械结构的影响，长期使用可靠性难以保证；水电阻法对水质的变化有很大的依赖性，而且水电阻是直接把探针放到水里面，没有进行隔离，探针带电很危险，而且容易电解，造成探针损坏；浮子内置磁铁的方式结构比较复杂，而且在开水的情况下，磁铁容易失磁，久而久之，容易失效。

基于传统的水位检测方法，在家电中，如热水器，蒸箱，咖啡机，智能马桶等领域需要一种简单可靠，能隔离的液位检测方式。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的基于红外线的液位检测系统、蒸箱和液位检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于红外线的液位检测系统，包括：

可透红外光、并与容纳被检测液体的容器相通的连通装置；

用于发射红外光的发射装置；

用于接收红外光的接收装置；以及

与接收装置连接的检测输出电路；

其中，发射装置发出的红外光穿透过连通装置后被接收装置所接收，接收装置将其接收到的红外光信号转换为电信号，检测输出电路对电信号进行处理并输出检测结果信号。

优选地，液位检测系统还包括与发射装置连接的发射驱动电路，发射驱动电路中包括信号发生单元和与信号发生单元连接的放大单元，放大单元向发射装置输出红外驱动信号；

检测输出电路中包括与接收装置连接的滤波处理单元，以及与滤波处理单元连接的比较输出单元，比较输出单元向外部输出检测结果信号。

优选地，信号发生单元与比较输出单元集成于一芯片中。

优选地，液位检测系统还包括电磁开关及电磁控制电路，电磁控制电路与比较输出单元相连接，并根据检测结果信号控制电磁开关打开或关闭；电磁控制电路包括第一三极管和第五电阻；第一三极管的基极通过第五电阻连接比较输出单元，从而接收检测结果信号，集电极通过电磁开关接电源，发射极接地；检测结果信号通过控制第一三极管的导通或截止来控制电磁开关打开或关闭。

优选地，连通装置为与容纳被检测液体的容器相通的透明水管；液位检测系统还包括一个U形凹槽，U形凹槽套于透明水管外围，发射装置与接收装置分别装于U形凹槽的相对位置，且U形凹槽上与透明水管相对位置的侧壁为可透光侧壁，使得发射装置发出的红外光透过可透光侧壁到达接收装置。

优选地，U形凹槽、发射装置和接收装置构成一光电开关，发射装置为红外线灯，接收装置为光电三极管。

优选地，放大单元包括第一电阻、第四电阻和第三三极管；第一电阻连接在红外线灯正极和电源之间；第四电阻一端连接信号发生单元的输出端，从而接收信号发生单元发出的第一驱动信号，另一端连接第三三极管基极；第三三极管集电极连接红外线灯负极，发射极接地，第一驱动信号控制第三三极管的导通或截止从而控制红外线灯发出或者不发出红外光；

滤波处理单元包括第二电阻、第三电阻和第一电容；第二电阻、第三电阻和第一电容的一端分别连接光电三极管的集电极，从而通过光电三极管的集电极接收红外光信号；第二电阻另一端端连接电源，第一电容另一端连接光电三极管的发射极并接地，第三电阻另一端连接比较输出单元的输入端，从而将经过滤波处理的滤波信号发送至比较输出单元。

还提供一种蒸箱，包括蒸箱箱体、水箱、设置在蒸箱箱体内的蒸发组件、电磁开关和液位检测系统，其中，蒸发组件从水箱接入水并将水进行加热蒸发，从而向蒸箱箱体内供应蒸汽；电磁开关接于水箱与蒸发组件之间；连通装置与蒸发组件相连通，发射装置包括第一发射组件，接收装置包括第一接收组件，其中，第一发射组件和第一接收组件位于连通装置上对应蒸发组件低水位的位置；检测输出电路连接电磁开关并根据第一接收组件接收到的红外光信号控制电磁开关打开或关闭。

优选地，发射装置和接收装置还分别包括用于检测蒸发组件高水位液位的第二发射组件和第二接收组件，，第二接收组件连接检测输出电路，且检测输出电路根据第二接收组件的第二电信号控制电磁开关打开或关闭。

还提供一种基于红外线的液位检测方法，通过液位检测系统进行如下步骤：

S1：设定与连通装置的发射装置对应位置处有液体时的第一阈值和与连通装置的发射装置对应位置处无液体时的第二阈值；

S2：发射装置发出红外光，并透过连通装置由接收装置接收；

S3：接收装置将其接收到的红外光信号转换为电信号并得到当前电信号值；

S4：检测输出电路计算当前电信号值与第一阈值差值的绝对值得到第一差值绝对值，计算当前电信号值与第二阈值差值的绝对值得到第二差值绝对值；

S5：判断第一差值绝对值和第二差值绝对值的大小，若第一差值绝对值较小，则判断当前位置有液体并输出检测结果信号；若第二差值绝对值较小，则判断当前位置无液体并输出检测结果信号。

实施本发明的有益效果是：本发明基于红外线的液位检测系统、蒸箱及液位检测方法中，将液位检测系统与被检测液体隔离，通过处理穿透被检测液体后的红外光信号实现液位检测，避免了现有技术需要与水接触、结构复杂等缺陷，具有结构简单、可靠的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一些实施例中液位检测系统的模块示意图；

图2是本发明一些实施例中发射装置、接收装置、连通装置及U形凹槽的连接关系示意图；

图3是本发明另一些实施例中液位检测系统的结构示意图；

图4是图1中液位检测系统的电路示意图；

图5是本发明一些实施例中蒸箱的结构示意图；

图6是本发明一些实施例中基于红外线的液位检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

基于液体会吸收部分红外线，因为液体分子是可以振动和转动的。振动和转动一般来说能量比较低，因而能级跃迁时吸收的能量也比较低，即低频率的光，这部分频率刚好位于红外光区，所以就可以吸收红外线。所有的分子都可以吸收红外线，其中大部分可以被测出，因而红外光谱是波谱分析中四大谱之一，基于这个原理可以用红外线的方式来检测液位。

图1和图2示出了本发明一些实施例中基于红外线的液位检测系统1，用于对容纳被检测液体的容器进行液位检测。液位检测系统1可包括：连通装置10、发射装置20、接收装置30、U形凹槽80、检测输出电路40、发射驱动电路50、电磁开关70及电磁控制电路60。U形凹槽80与连通装置10相连接，且发射装置20和接收装置30套接于U形凹槽80上，连通装置10与容纳被检测液体的容器相通，发射装置20发出的红外光穿透过连通装置10后被接收装置30所接收，检测输出电路40对接收装置30的电信号进行处理并输出检测结果信号，发射驱动电路50向发射装置20输出红外驱动信号，电磁控制电路60根据检测结果信号控制电磁开关70打开或关闭。

其中，连通装置10与容纳被检测液体的容器相通，并且可透红外光。优选地，连通装置10为与容纳被检测液体的容器相通的透明水管。

发射装置20用于发射红外光，优选地，发射装置20为红外线LED灯。

接收装置30用于接收红外光。发射装置20发出的红外光穿透过连通装置10后被接收装置30所接收，且接收装置30将其接收到的红外光信号转换为电信号。优选地，接收装置30为光电三极管。

结合图2所示，在一些实施例中，本发明的液位检测系统1还包括U形凹槽80，U形凹槽80两端的相对位置上分别安装有发射装置20和接收装置30，且U形凹槽80套于透明水管外围，且U形凹槽80上与透明水管相对位置的侧壁为可透光侧壁，使得发射装置20发出的红外光透过可透光侧壁到达接收装置30。优选地，U形凹槽80、发射装置20和接收装置30构成一光电开关，其中发射装置20优选为红外线LED灯，接收装置30优选为光电三极管。作为选择，U形凹槽80还可以设置为其他形状，只要能使得发射装置20和接收装置30安装其上，且将连通装置10套设其中即可。作为选择，U形凹槽80还可以不设置。

检测输出电路40与接收装置30连接，用于对电信号进行处理并输出检测结果信号。检测输出电路40中包括滤波处理单元41和比较输出单元42。

其中，滤波处理单元41与接收装置30相连接，用于对接收装置30产生的电信号进行滤波处理。结合图4所示，滤波处理单元41包括第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1。其中，第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1的一端分别连接光电三极管的集电极，从而通过光电三极管的集电极接收红外光信号。第二电阻R2另一端端连接电源VCC，第一电容C1另一端连接光电三极管的发射极并接地，第三电阻R3另一端连接比较输出单元42的输入端，从而将经过滤波处理的滤波信号发送至比较输出单元42。

再如图1所示，比较输出单元42与滤波处理单元41连接，用于将滤波处理单元41处理后的信号与预先设定的阈值进行比较后，向外部输出包含比较结果的检测结果信号。结合如图6中本发明一些实施例的基于红外线的液位检测方法，由于透明水管的材质和透明度不一样，可有水和无水时，分别对系统进行标定DATA1，DATA2，即预先设定连通装置10的发射装置20对应位置处有液体时的第一阈值DATA1和连通装置10的发射装置20对应位置处无液体时的第二阈值DATA2；把这个两个阈值进行储存，然后在系统工作时，比较输出单元42检测滤波处理单元41输入的电压取得当前电信号值DATA，这个值反复和DATA1和DATA2进行比较，计算当前电信号值与第一阈值差值的绝对值得到第一差值绝对值，即data1＝|DATA-DATA1|；计算当前电信号值与所述第二阈值差值的绝对值得到第二差值绝对值，即data2＝|DATA-DATA2|。然后，判断第一差值绝对值data1和第二差值绝对值data2的大小，其中，data1和data2的值越小，就可以得出是该状态是有液体或无液体。具体地，若第一差值绝对值data1较小，则判断当前位置有液体并输出检测结果信号；若第二差值绝对值data2较小，则判断当前位置无液体并输出检测结果信号。可以理解地，比较输出单元42的电路结构可为现有技术中可实现比较功能的电路。

再如图1所示，发射驱动电路50与发射装置20连接，用于向发送装置输出红外驱动信号以使得发射装置20发射红外光。发射驱动电路50中包括信号发生单元51和放大单元52。

其中，信号发生单元51用于产生第一驱动信号。可以理解地，信号发生单元51的电路结构可为现有技术中可产生第一驱动信号的电路。

放大单元52用于将第一驱动信号放大为红外驱动信号后，向发射装置20输出该红外驱动信号。结合图3所示，放大单元52包括第一电阻R1、第四电阻R4和第三三极管Q3。第一电阻R1连接在红外线LED灯正极和电源VCC之间。第四电阻R4一端连接信号发生单元51的输出端，从而接收信号发生单元51发出的第一驱动信号，另一端连接第三三极管Q3基极。第三三极管Q3集电极连接发射装置20负极，发射极接地，第一驱动信号控制第三三极管Q3的导通或截止从而控制红外线LED灯发出或者不发出红外光。

作为选择，结合图1和图4所示，还可将比较输出单元42和信号发生单元51集成于一芯片MCU中，可进一步简化电路。其中，比较输出单元42通过AD端接入滤波处理单元41，信号发生单元51通过PWM端向放大单元52发出第一驱动信号，该信号优选为PWM信号。该芯片MCU的电源端接电源VCC，地端接地。作为选择，如图3所示，还可将信号发生单元51、比较输出单元42和信号发生单元51三者共同集成在一芯片MCU’中。作为选择，还可以有多种组合方式，例如，还可将放大单元52、信号发生单元51、比较输出单元42和信号发生单元51共同2集成于同一芯片上等。

电磁控制电路60与比较输出单元42相连接，并根据检测结果信号控制电磁开关70打开或关闭。电磁控制电路60包括第一三极管Q1和第五电阻R5，第一三极管Q1的基极通过第五电阻R5连接比较输出单元42，从而接收检测结果信号，集电极通过电磁开关70接电源VCC，发射极接地。

如图5示出了本发明一些实施例中的蒸箱100，其包括蒸箱箱体110、设置在蒸箱箱体110内的蒸发组件130、水箱150、电磁开关70a、前述实施例中的液位检测系统。其中，蒸发组件130从水箱150接入水并将水进行加热蒸发，从而向蒸箱箱体110内供应蒸汽；电磁开关70a接于水箱150与蒸发组件130之间；连通装置10与蒸发组件130相连通，发射装置20包括第一发射组件20a、第二发射组件20b和第三发射组件20c，接收装置30包括第一接收组件30a、第二接收组件30b和第三接收组件30c；第一发射组件20a和第一接收组件30a位于连通装置10上对应蒸发组件130低水位的位置；检测输出电路40连接电磁开关70a并根据第一接收组件30a接收到的红外光信号控制电磁开关70a打开或关闭。在蒸箱100里面，水箱150一般是可以拿出来加水的，不必考虑水箱150的满水位。当电磁开关70a放水到蒸发组件130的高水位时，关闭电磁开关70a，开始加热，产生蒸汽，当蒸发组件70a的水位下降到低水位时，电磁开关70a开始补水，如此循环。优选地，蒸发组件130为蒸发盘；第一发射组件20a、第二发射组件20b和第三发射组件20c可以为红外线LED灯；第一接收组件30a、第二接收组件30b和第三接收组件30c可以为光电三极管。

第一发射组件20a和第一接收组件30a用于检测蒸发组件130低水位液位，并根据低水位的液位控制电磁开关70a打开或关闭，以在蒸发组件130内的水位较低时控制电磁开关70a打开，防止蒸发组件130内的水烧干。

第二发射组件20b和第二接收组件30b位于连通装置10上对应蒸发组件130高水位的位置，用于检测蒸发组件130高水位液位，且第二接收组件30b连接检测输出电路40，且检测输出电路40根据第二接收组件30b的第二电信号控制电磁开关70a打开或关闭，防止蒸发组件130内的水太多影响蒸发组件130工作。

第三发射组件20c和第三接收组件30c位于检测水箱150低水位的位置，用于检测水箱150低水位液位。作为选择，还可包括报警装置，报警装置连接第三接收组件30c，并根据水箱150低水位液位进行报警，从而在水箱150内水量不足前及时提醒手动加水或者自动加水，防止水箱150对蒸发组件130水量供给不足影响蒸发组件130工作。作为选择，本发明实施例中的基于红外线的液位检测系统还可应用于卫浴产品和其他厨房电器中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于红外线的液位检测系统，其特征在于，包括：

可透红外光、并与容纳被检测液体的容器相通的连通装置（10）；

用于发射红外光的发射装置（20）；

用于接收红外光的接收装置（30）；以及

与所述接收装置（30）连接的检测输出电路（40）；

其中，所述发射装置（20）发出的红外光穿透过所述连通装置（10）后被所述接收装置（30）所接收，所述接收装置（30）将其接收到的红外光信号转换为电信号，所述检测输出电路（40）对所述电信号进行处理并输出检测结果信号。

2.根据权利要求1所述的液位检测系统，其特征在于，所述液位检测系统还包括与所述发射装置（20）连接的发射驱动电路（50），所述发射驱动电路（50）中包括信号发生单元（51）和与所述信号发生单元（51）连接的放大单元（52），所述放大单元（52）向所述发射装置（20）输出红外驱动信号；

所述检测输出电路（40）中包括与所述接收装置（30）连接的滤波处理单元（41），以及与所述滤波处理单元（41）连接的比较输出单元（42），所述比较输出单元（42）向外部输出所述检测结果信号。

3.根据权利要求2所述的液位检测系统，其特征在于，所述信号发生单元（51）与所述比较输出单元（42）集成于一芯片（MCU）中。

4.根据权利要求2或3所述的液位检测系统，其特征在于，所述液位检测系统还包括电磁开关（70）及电磁控制电路（60），所述电磁控制电路（60）与所述比较输出单元（42）相连接，并根据所述检测结果信号控制所述电磁开关（70）打开或关闭；所述电磁控制电路（60）包括第一三极管（Q1）和第五电阻（R5）；所述第一三极管（Q1）的基极通过所述第五电阻（R5）连接所述比较输出单元（42），从而接收所述检测结果信号，集电极通过所述电磁开关（70）接电源（VCC），发射极接地；所述检测结果信号通过控制所述第一三极管（Q1）的导通或截止来控制所述电磁开关（70）打开或关闭。

5.根据权利要求2或3所述的液位检测系统，其特征在于，所述连通装置（10）为与容纳被检测液体的容器相通的透明水管；所述液位检测系统还包括一个U形凹槽（80），所述U形凹槽（80）套于所述透明水管外围，所述发射装置（20）与所述接收装置（30）安装于所述U形凹槽（80）内并相对设置，且所述U形凹槽（80）上与所述透明水管相对位置的侧壁为可透光侧壁，使得所述发射装置（20）发出的红外光透过所述可透光侧壁到达所述接收装置（30）。

6.根据权利要求5所述的液位检测系统，其特征在于，所述U形凹槽（80）、所述发射装置（20）和所述接收装置（30）构成一光电开关，所述发射装置（20）为红外线LED灯，所述接收装置（30）为光电三极管。

7.根据权利要求6所述的液位检测系统，其特征在于，

所述放大单元（52）包括第一电阻（R1）、第四电阻（R4）和第三三极管（Q3）；所述第一电阻（R1）连接在所述红外线LED灯正极和电源（VCC）之间；所述第四电阻（R4）一端连接所述信号发生单元（51）的输出端，从而接收所述信号发生单元（51）发出的第一驱动信号，另一端连接所述第三三极管（Q3）基极；所述第三三极管（Q3）集电极连接所述红外线LED灯负极，发射极接地，所述第一驱动信号控制所述第三三极管（Q3）的导通或截止从而控制所述红外线LED灯发出或者不发出红外光；

所述滤波处理单元（41）包括第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和第一电容（C1）；所述第二电阻（R2）、所述第三电阻（R3）和所述第一电容（C1）的一端分别连接所述光电三极管的集电极，从而通过光电三极管的集电极接收所述红外光信号；所述第二电阻（R2）另一端端连接电源（VCC），所述第一电容（C1）另一端连接所述光电三极管的发射极并接地，所述第三电阻（R3）另一端连接所述比较输出单元（42）的输入端，从而将经过滤波处理的滤波信号发送至所述比较输出单元（42）。

8.一种蒸箱，其特征在于，包括蒸箱箱体（110）、水箱（150）、设置在所述蒸箱箱体（110）内的蒸发组件（130）、电磁开关（70a）和权利要求1至7任一项所述的液位检测系统（1），其中，所述蒸发组件（130）从所述水箱（150）接入水并将水进行加热蒸发，从而向所述蒸箱箱体（110）内供应蒸汽；所述电磁开关（70a）接于所述水箱（150）与所述蒸发组件（130）之间；所述连通装置（10）与所述蒸发组件（130）相连通，所述发射装置（20）包括第一发射组件（20a），所述接收装置（30）包括第一接收组件（30a），其中，所述第一发射组件（20a）和所述第一接收组件（30a）位于所述连通装置（10）上对应所述蒸发组件（130）低水位的位置；所述检测输出电路（40）连接所述电磁开关（70a）并根据所述第一接收组件（30a）接收到的红外光信号控制所述电磁开关（70a）打开或关闭。

9.根据权利要求8所述的蒸箱，其特征在于，所述发射装置（20）和所述接收装置（30）还分别包括用于检测所述蒸发组件（130）高水位液位的第二发射组件（20b）和第二接收组件（30b），所述第二接收组件（30b）连接所述检测输出电路（40），且所述检测输出电路（40）根据所述第二接收组件（30b）的第二电信号控制所述电磁开关（70a）打开或关闭。

10.一种基于红外线的液位检测方法，其特征在于，通过权利要求1至7任一项所述的液位检测系统进行如下步骤：

S1：设定与所述连通装置（10）的发射装置（20）对应位置处有液体时的第一阈值和与所述连通装置（10）的发射装置（20）对应位置处无液体时的第二阈值；

S2：所述发射装置（20）发出红外光，并透过所述连通装置（10）由所述接收装置（30）接收；

S3：所述接收装置（30）将其接收到的红外光信号转换为电信号并得到当前电信号值；

S4：所述检测输出电路（40）计算当前电信号值与所述第一阈值差值的绝对值得到第一差值绝对值，计算当前电信号值与所述第二阈值差值的绝对值得到第二差值绝对值；

S5：判断所述第一差值绝对值和所述第二差值绝对值的大小，若所述第一差值绝对值较小，则判断当前位置有液体并输出所述检测结果信号；若所述第二差值绝对值较小，则判断当前位置无液体并输出所述检测结果信号。