CN109855702B - 水壶液位检测装置以及饮水机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液位检测领域，公开了一种水壶液位检测装置以及饮水机，其中，所述液位检测装置包括用于向所述水壶内发射信号波的信号发射模块以及用于接收所述信号波的信号接收模块；其中，所述信号接收模块和所述信号发射模块安装为当所述水壶中的水位达到水壶的最高液位时，所述信号发射模块与所述信号接收模块之间的信号传输介质为水；当所述水壶中的水位未达到所述最高液位时，所述信号发射模块与所述信号接收模块之间的信号传输介质包括空气。本发明提供的技术方案结构简单，成本低，易于实现，有助于避免水溢出。

Description

水壶液位检测装置以及饮水机

技术领域

本发明涉及液位检测领域，具体地涉及一种水壶液位检测装置，进一步，本发明还涉及一种饮水机。

背景技术

现有的下置式饮水机或茶吧机在自动注水时一般是按时间累计的方式完成自动注水，即在研发阶段时就测试好大概注水多长时间能将水机中的水壶注满水。但在实际中，水壶并不一定总是空的，如果此时还是按照最高水位自动注水，就容易导致热水溢出的问题。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服现有技术中存在的上述问题，提供一种水壶液位检测装置，该水壶液位检测装置成本低，安全可靠，易于实现，有助于避免饮水机中的热水溢出。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种水壶液位检测装置，包括用于储水的水壶，所述液位检测装置包括用于向所述水壶内发射信号波的信号发射模块以及用于接收所述信号波的信号接收模块；其中，所述信号接收模块和所述信号发射模块安装为当所述水壶中的水位达到水壶的最高液位时，所述信号发射模块与所述信号接收模块之间的信号传输介质为水；当所述水壶中的水位未达到所述最高液位时，所述信号发射模块与所述信号接收模块之间的信号传输介质包括空气。

优选地，所述信号发射模块的输出端与所述水壶的壶壁相连，用于通过所述水壶的壶壁向所述水壶内发射信号波；所述信号接收模块的接收电极安装在所述水壶内且与所述水壶的最高液位平齐。

优选地，所述信号发射模块包括：

输出控制器，用于输出脉冲宽度调制信号；

调压模块，用于将所述脉冲宽度调制信号的大小调节为与所述信号接收模块的接收范围相匹配；

发射电极，用于向所述水壶内发射经所述调压模块调节后的脉冲宽度调制信号。

优选地，所述信号发射模块还包括：发射端抗干扰模块，用于抵抗由外部输入至所述信号发射模块中的干扰信号。

优选地，所述发射端抗干扰模块包括限流电阻R1、二极管D1、二极管D2和电容C1，其中，所述限流电阻R1的一端与所述输出控制器的输出端相连，另一端分别连接所述二极管D1的阳极、所述二极管D2的阴极以及所述电容C1的一端，所述二极管D1的阴极接+5V电压，所述二极管D2的阳极接地，所述电容C1的另一端连接所述调压模块的输入端。

优选地，所述信号接收模块包括：

接收电极，用于接收所述信号发射模块发射的信号波；

隔离电阻，用于为接收到的所述信号波提供参考地；

整流电路，用于对接收到的信号波进行半波整流；

滤波电路，用于将半波整流后的信号波整流为平缓的电平信号；

接收控制器，用于接收所述电平信号，并根据所述电平信号判断所述水壶中的水位是否达到所述最高液位。

优选地，所述隔离电阻包括电阻R3和电阻R4，所述整流电路包括二极管D3和二极管D4，所述滤波电路包括电阻R5和电容C2；其中，所述电阻R3的一端分别连接所述二极管D3的阳极、所述二极管D4的阴极以及所述接收电极的输出端，另一端接地或悬空；所述电阻R4的一端分别连接所述二极管D4的阳极、所述电容C2的一端和地，另一端分别连接所述二极管D3的阴极以及所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端分别连接所述电容C2的另一端和所述接收控制器的输入端。

优选地，所述信号接收模块还包括接收端抗干扰模块，用于抵抗由外部输入至所述信号接收模块中的干扰信号。

优选地，所述接收端抗干扰模块包括电阻R6和电容C3，所述电阻R6的一端与所述接收电极的输出端相连，另一端与所述电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端与所述二极管D3的阳极连接。

本发明提供的水壶液位检测装置具有如下有益效果：

本发明提供的水壶液位检测装置包括信号发射模块和信号接收模块两个部分，当水壶中的水位未达到最高液位时，信号接收模块接收到的信号波的大小为V1，当水壶中的水位达到最高液位时，信号接收模块接收到的信号波的大小为V2，由于信号接收模块和信号发射模块安装为当所述水壶中的水位达到水壶的最高液位时，所述信号发射模块与所述信号接收模块之间的信号传输介质为水；当所述水壶中的水位未达到所述最高液位时，所述信号发射模块与所述信号接收模块之间的信号传输介质包括空气；而信号波在水中比在空气中衰减地更慢，这样可以使得V1不等于V2，因此可以通过接收到的信号波的大小来判断水壶中的水位是否达到最高液位，结构简单，成本低，易于实现，在判断水位到达最高水位时，可以控制注水系统停止向水壶内注水，有助于避免水溢出。

本发明的另一目的在于提供一种饮水机，该饮水机具有更高的使用安全性和更好的用户体验效果。

为了实现上述目的，本发明第二方面提供一种饮水机，所述饮水机包括水壶以及用于检测该水壶的水位的液位检测装置，所述液位检测装置为根据本发明第一方面所述的水壶液位检测装置。

本发明提供的饮水机具有更高的安全性和更好的用户体验效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的信号发射模块的电路图；

图2是本发明实施例提供的信号接收模块的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

参阅图1和图2，本发明实施例第一方面提供一种水壶液位检测装置，用于对所述水壶的液位进行检测；所述液位检测装置包括用于向所述水壶内发射信号波的信号发射模块以及用于接收所述信号波的信号接收模块；其中，所述信号接收模块和所述信号发射模块安装为当所述水壶中的水位达到水壶的最高液位时，所述信号发射模块与所述信号接收模块之间的信号传输介质为水；当所述水壶中的水位未达到所述最高液位时，所述信号发射模块与所述信号接收模块之间的信号传输介质包括空气。其中，所述最高液位指的是人为确定的安全液位，当水壶中的水位超过该安全液位时，容易发生水流溢出。

具体地，信号波在水中比在空气中衰减地更慢，发射电极TP0在水中发射的信号可以很好地被另一个同样在水中的接收电极接收，如果发射电极TP0与接收电极之间存在空气间隙，则接收电极只能检测到微弱的信号波，甚至不能检测到发射电极TP0发射的信号波；通过这一原理，将信号发射模块和信号接收模块安装为当水壶中的水位达到最高液位时，信号接收模块与信号发射模块之间的信号传播不存在空气间隙，信号接收模块接收到的信号波的大小为V1，当水壶中的水位未达到最高液位时，信号接收模块与信号发射模块之间的信号传播存在空气间隙，信号接收模块接收到的信号波的大小为V2；由于信号波在水中比在空气中衰减地更慢，因此，在信号发射模块发射同样的信号波的条件下，信号接收模块接收到的信号波V1远大于信号波V2。通过判断信号接收模块接收到的信号波的大小即可获知水壶中的水位是否达到最高液位面，并在判断水位达到最高液位时，停止向水壶中继续注水，避免水壶中的水溢出。

能够实现上述目的的信号接收模块和信号发射模块具有多种安装方式，例如：

实施例1

信号接收模块的接收电极安装在水壶内且与水壶的最高液位平齐，信号发射模块的发射极电极安装在水壶内且低于水壶的最高液位；由此，当水壶中的水位未达到最高液位时，接收电极与发射电极TP0之间存在空气间隙，当水壶中的水位达到最高液位时，接收电极与发射电极TP0之间不存在空气间隙，上述信号波V1远大于信号波V2。

实施例2

信号接收模块的接收电极安装在水壶内且低于水壶的最高液位，信号发射模块的发射电极TP0安装在水壶内且与水壶的最高液位平齐；由于不同情况下信号的传输介质不同，上述信号波V1也同样远大于信号波V2。

实施例3

信号接收模块的接收电极安装在水壶内且与水壶的最高液位平齐，信号发射模块的输出端与水壶的壶壁相连，通过水壶的壶壁向外发射信号波；当水壶中的水位未达到最高液位时，接收电极与壶壁之间的信号传播存在空气间隙，当水壶中的水位达到最高液位时，接收电极与壶壁之间的信号传播不存在空气间隙，上述信号波V1远大于信号波V2。

为了简化液位检测装置的结构，本发明优选实施例中，所述信号接收模块的接收电极安装在水壶内且与水壶的最高液位平齐，所述信号发射模块的输出端与所述水壶的壶壁相连，壶壁作为所述信号发射模块的输出电极，向外发射信号波。可以理解的是，为了能够通过壶壁向外发射信号波，壶壁为金属壁。

在一具体实施例中，所述信号接收模块的接收电极可以通过如下方式安装在所述水壶内：水壶的壶壁上开设有安装孔，安装孔中穿设有绝缘管，接收电极安装在绝缘管内且延伸至水壶的容腔内，接收电极与信号接收模块的主控电路信号相连，通过接收电极接收信号波，并发送给主控电路，通过主控电路根据接收到的信号波判断水壶中的水位是否达到最高液位。

所述信号发射模块也包括安装在水壶外侧的主控电路，主控电路的信号输出端与水壶壶壁相连，主控电路产生信号波，并通过水壶壶壁向外发射。

所述信号发射模块的具体结构可以有多种，在一具体实施例中，所述信号发射模块包括：

输出控制器，用于输出脉冲宽度调制信号PWM；所述输出控制器例如可以为单片机；

调压模块，用于将所述脉冲宽度调制信号PWM的大小调节为与所述信号接收模块的接收范围相匹配；所述调压模块例如可以为调压电阻R2，具体实施时，所述调压电阻R2例如可以采用零欧姆电阻；

发射电极TP0，用于向所述水壶内发射经所述调压模块调节后的脉冲宽度调制信号；本发明优选实施例中，所述发射电极TP0例如可以为水壶的壶壁。

所述信号发射模块中可能存在由外部输入至信号发射模块中的干扰信号，以水壶的壶壁作为信号发射模块的发射极为例，由于壶壁与饮水机的整机地PE极连接，地线上可能存在干扰信号，该干扰信号能够通过壶壁进入信号发射模块的主控电路，对主控电路构成损坏或影响液位检测装置对水位的检测。为了抵抗这些干扰信号，本发明优选实施例中，所述信号发射模块还包括发射端抗干扰模块，该发射端抗干扰模块用于抵抗由外部输入至所述信号发射模块中的干扰信号。

参阅图1，在一具体实施例中，所述发射端抗干扰模块包括限流电阻R1、二极管D1、二极管D2和电容C1，其中，所述限流电阻R1的一端与所述控制器的输出端相连，另一端分别连接所述二极管D1的阳极、所述二极管D2的阴极以及所述电容C1的一端，所述二极管D1的阴极接+5V电压，所述二极管D2的阳极接地，所述电容C1的另一端连接所述调压模块的输入端。

其中，所述限流电阻R1的一端与单片机的PWM信号输出引脚相连，其用于对单片机引脚进行保护，防止接地线上的大电流大电压进入单片机，对单片机造成损坏。二极管D1和D2为肖特基二极管，当有外部大电压电流时，二极管D1和D2泄放电流，用于对主控电路进行保护。电容C1主要起到隔离作用，隔离PWM信号中的直流分量，使得发射电极TP0仅向外发射交流信号。

信号发射模块的工作原理如下：单片机输出PWM信号，电容C1滤除PWM信号中的直流分量仅输出交流分量，调压电阻R2将该交流分量的大小调节为与信号接收模块能够接收的范围相匹配，调节后的交流信号由水壶的壶壁向外发射。当有外部大电压和大电流时，通过二极管D1和D2泄放电流，并由电阻R1对单片机引脚进行保护，防止大电流进入单片机引脚，对单片机造成损坏。具体实施时，所述电阻R1的阻值例如可以为10KΩ，所述电容C1的容值例如可以为10⁵μF。

壶壁发射的信号波由信号接收模块接收，信号接收模块的具体结构可以有多种，在一优选实施例中，所述信号接收模块包括：接收电极TP1，用于接收所述信号发射模块发射的信号波；隔离电阻，用于为接收到的所述信号波提供参考地；整流电路，用于对接收到的信号波进行半波整流；滤波电路，用于将半波整流后的信号波整流为平缓的电平信号；接收控制器，用于接收所述电平信号，并根据所述电平信号判断所述水壶中的水位是否达到所述最高液位。

参阅图2，具体地，所述隔离电阻包括电阻R3和电阻R4，所述整流电路包括二极管D3和二极管D4，所述滤波电路包括电阻R5和电容C2；其中，所述电阻R3的一端分别连接所述二极管D3的阳极、所述二极管D4的阴极以及所述接收电极TP1的输出端，另一端接地或悬空；所述电阻R4的一端分别连接所述二极管D4的阳极、所述电容C2的一端和地，另一端分别连接所述二极管D3的阴极以及所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端分别连接所述电容C2的另一端和所述接收控制器的输入端。

接收电极TP1接收信号波，该信号波由半波整流电路整流，整流后的电路经由滤波电路整流变为平缓的电平信号，该平缓的电平信号输入至接收控制器的引脚，由接收控制器根据输入的电平信号的大小判断水壶中的水位是否达到最高液位，当达到最高液位时，接收控制器控制自动注水关闭，防止水溢出；接收控制器例如可以为单片机，滤波器的输出端接单片机的A/D接口。

具体实施时，所述电阻R3和R4的阻值例如可以均为1MΩ；电阻R5的阻值例如可以为10KΩ，电容C2的容值例如可以为10⁴μF。

由于水壶的壶壁与饮水机整机地PE级连接，内壁与水，水与信号接收模块的接收电极TP1均存在接触，为了防止从PE级传入干扰信号，本发明优选实施例中，所述信号接收模块还包括接收端抗干扰模块，该接收端抗干扰模块用于抵抗由外部输入至所述信号接收模块中的干扰信号。

在一具体实施例中，所述接收端抗干扰模块包括电阻R6和电容C3，所述电阻R6的一端与所述接收电极TP1的输出端相连，另一端与所述电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端与所述二极管D3的阳极连接。其中，所述电阻R6主要用于限流，以对单片机的输入引脚进行保护，避免大电压大电流窜入单片机对其构成损坏。电容C3主要用于隔离接收到的信号波中的直流分量。具体实施时，所述电容R6的阻值例如可以为51KΩ，所述电容C3的容值例如可以为10⁵μF。

信号接收模块的工作原理如下：信号波经过水或空气传输到接收电极TP1，接收到的信号波经由电容C3滤除其中的直流信号，只保留交流信号，该交流信号经过整流，获得平滑的电压信号，最终输入单片机，通过单片机根据接收到的信号大小判断水壶内的水位情况。

以发射电极发射的信号为2KHz的方波信号为例，当水壶中的水位未达到最高液面时，信号接收模块中的单片机检测到的电压值为300mV～500mV，当水位达到最高液面时，信号接收模块中的单片机检测到的电压值为2.4V～3.3V。水质不同时，检测到的电压大小也存在差异，在实际测试过程中，蒸馏水的检测电压值最低，为2.4V。为了避免实际中检测误判断，可以将检测电平设置为例如1.2V。即，当单片机的A/D接口检测到的电压值低于1.2V时认定水壶中的水位未达到最高液位，可以继续注水，当单片机的A/D接口检测到的电压值高于1.2V时认定液位达到最高液位，此时，控制注水电磁阀关闭，停止向水壶内注水，防止水壶中的热水溢出，提高了产品的安全性和用户体验。可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际使用需求来调整检测电平的具体判定值，从而满足各种不同水质或液体种类的液位检测。

本发明实施例第二方面提供一种饮水机，该饮水机包括水壶以及用于检测该水壶水位的液位检测装置，其中，该液位检测装置为根据本发明实施例第一方面提供的水壶液位检测装置。由于本发明实施例提供的水壶液位检测装置具有如上所述的有益效果，因此本发明提供的饮水机具有更高的安全性和更好的用户体验。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，例如。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水壶液位检测装置，其特征在于，所述液位检测装置包括用于向所述水壶内发射信号波的信号发射模块以及用于接收所述信号波的信号接收模块；其中，所述信号接收模块和所述信号发射模块安装为当所述水壶中的水位达到水壶的最高液位时，所述信号发射模块与所述信号接收模块之间的信号传输介质为水；当所述水壶中的水位未达到所述最高液位时，所述信号发射模块与所述信号接收模块之间的信号传输介质包括空气；

所述信号接收模块包括：

接收电极，用于接收所述信号发射模块发射的信号波；

隔离电阻，用于为接收到的所述信号波提供参考地；

整流电路，用于对接收到的信号波进行半波整流；

滤波电路，用于将半波整流后的信号波整流为平缓的电平信号；

接收控制器，用于接收所述电平信号，并根据所述电平信号判断所述水壶中的水位是否达到所述最高液位；

所述隔离电阻包括电阻R3和电阻R4，所述整流电路包括二极管D3和二极管D4，所述滤波电路包括电阻R5和电容C2；其中，所述电阻R3的一端分别连接所述二极管D3的阳极、所述二极管D4的阴极以及所述接收电极的输出端，另一端接地或悬空；所述电阻R4的一端分别连接所述二极管D4的阳极、所述电容C2的一端和地，另一端分别连接所述二极管D3的阴极以及所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端分别连接所述电容C2的另一端和所述接收控制器的输入端。

2.根据权利要求1所述的水壶液位检测装置，其特征在于，所述信号发射模块的输出端与所述水壶的壶壁相连，用于通过所述水壶的壶壁向所述水壶内发射信号波；所述信号接收模块的接收电极安装在所述水壶内且与所述水壶的最高液位平齐。

3.根据权利要求1所述的水壶液位检测装置，其特征在于，所述信号发射模块包括：

输出控制器，用于输出脉冲宽度调制信号；

调压模块，用于将所述脉冲宽度调制信号的大小调节为与所述信号接收模块的接收范围相匹配；

发射电极，用于向所述水壶内发射经所述调压模块调节后的脉冲宽度调制信号。

4.根据权利要求3所述的水壶液位检测装置，其特征在于，所述信号发射模块还包括：发射端抗干扰模块，用于抵抗由外部输入至所述信号发射模块中的干扰信号。

5.根据权利要求4所述的水壶液位检测装置，其特征在于，所述发射端抗干扰模块包括限流电阻R1、二极管D1、二极管D2和电容C1，其中，所述限流电阻R1的一端与所述输出控制器的输出端相连，另一端分别连接所述二极管D1的阳极、所述二极管D2的阴极以及所述电容C1的一端，所述二极管D1的阴极接+5V电压，所述二极管D2的阳极接地，所述电容C1的另一端连接所述调压模块的输入端。

6.根据权利要求1所述的水壶液位检测装置，其特征在于，所述信号接收模块还包括接收端抗干扰模块，用于抵抗由外部输入至所述信号接收模块中的干扰信号。

7.根据权利要求6所述的水壶液位检测装置，其特征在于，所述接收端抗干扰模块包括电阻R6和电容C3，所述电阻R6的一端与所述接收电极的输出端相连，另一端与所述电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端与所述二极管D3的阳极连接。

8.一种饮水机，其特征在于，所述饮水机包括水壶以及用于检测该水壶的水位的液位检测装置，所述液位检测装置为根据权利要求1-7中任意一项所述的水壶液位检测装置。

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