CN114221644A - 一种带触摸按键的智能水表以及触摸按键的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种带触摸按键的智能水表以及触摸按键的检测方法，带触摸按键的智能水表包括水表本体、电容板、控制装置和截流装置，水表本体包括水表壳体和显示面板，显示面板密封设置在水表壳体上，水表壳体内固定有隔挡板，隔挡板将水表壳体内的空间分为流通腔室和安装腔室，流通腔室用于供水流动；电容板设置在显示面板上且位于安装腔室内，电容板用于获知在显示面板位于水表壳体外的一侧对地形成的感应电容；控制装置设置在安装腔室内，控制装置和电容板电性连接，控制装置对电容板进行充放电，控制装置检测电容板充放电后的电压差。本申请在智能水表密封情况下能够识别出是否有触摸动作产生，以精准控制智能水表的运作的效果。

Description

一种带触摸按键的智能水表以及触摸按键的检测方法
技术领域
本申请涉及智能水表的领域，尤其是涉及一种带触摸按键的智能水表以及触摸按键的检测方法。
背景技术
随着智慧水务的发展，智能水表的应用得到很大的推广。智能水表集成了数据测量、处理分析和数据传输等功能，能够进行用水数据传递及结算交易，与传统水表具有流量采集和机械指针显示用水量的功能相比，具有很大的进步。
由于水表的使用环境比较潮湿，因此水表大多数都具备较高的防水等级。而对于电子式或者机电一体式的水表上，通常需要设置启动按键等，以使得智能水表在不同的应用场合下能够进行调试、启动等。目前，智能水表上大多数设置机械式按键，不仅需要在智能水表内电路板上安装按键，还需要在智能水表外壳上进行开模，用来装配机械按键。由于机械按键和智能水表外壳之间存在装配间隙，在使用过程中，智能水表经常发生进水现象，导致内部元器件短路或者其他部件生锈，容易造成智能水表发生故障。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有智能水表容易损坏的缺陷。
发明内容
为了降低智能水表的损坏概率，增加使用寿命，本申请提供一种带触摸按键的智能水表以及触摸按键的检测方法。
本申请提供的一种带触摸按键的智能水表，采用如下的技术方案：
一种带触摸按键的智能水表，包括：
水表本体，所述水表本体包括水表壳体和显示面板，所述显示面板密封设置在所述水表壳体上，所述水表壳体内固定有隔挡板，所述隔挡板将所述水表壳体内的空间分为流通腔室和安装腔室，所述流通腔室用于供水流动；
电容板，所述电容板设置在所述显示面板上且位于所述安装腔室内，所述电容板用于获知在所述显示面板位于所述水表壳体外的一侧对地形成的感应电容；
控制装置，所述控制装置设置在所述安装腔室内，所述控制装置和电容板电性连接，所述控制装置对所述电容板进行充放电，并根据所述电容板放电后的电压发出控制信号；
截流装置，所述截流装置设置在所述流通腔室内，所述截流装置用于接收所述控制信号后关断所述流通腔室内的水路。
通过采用上述技术方案，利用隔档板将整个水表壳体内的空间分为流通腔室和安装腔室，水体在流通腔室中进行流动，并且在流通腔室内设置截流装置，通过截流装置来关断水流，起到开关的作用；而安装腔室则安装放置了控制装置以及电容板，并且电容板和水表壳体外隔绝。水表壳体通过显示面板进行密封处理，电容板设置在显示面板且位于安装腔室内；当触摸显示面板时，显示面板下的电容板对地形成的感应电容由于有介质靠近，是的感应电容变大，因此在通过控制装置对感应电容进行充放电过程中，电容板上的电压在有触摸和没有触摸时变化较大，通过控制装置检测到放电后的电压，从而判断是否进行了触摸，进一步对智能水表进行控制。不需要在水表本体上再开设按键槽，保证了水表本体的密封性，降低了智能水表的损坏概率，提升使用寿命。
可选的，所述电容板包括第一铜板、第二铜板和基板，所述第一铜板和所述第二铜板均设置在所述基板上，所述第一铜板和所述第二铜板之间存在距离并形成寄生电容；所述第一铜板接地，所述第二铜板和所述控制装置电性连接。
通过采用上述技术方案，电容板自身通过第一铜板和第二铜板形成了寄生电容，是的电容板在初始状态时具备一定的电容量，在没有触摸动作时也能够检测出电容板的电压；在有触摸动作时，形成的寄生电容和触摸时的感应电容并联，提高了整体的电容量，即提高了充电后的电压的初始值，更便于放电后的电压检测。
可选的，带触摸按键的智能水表还包括截流装置，所述截流装置设置在所述流通腔室内，所述控制装置检测出所述电容板充放电后的电压差并发出控制信号，所述截流装置接收所述控制信号并关断所述流通腔室内的水路。
通过采用上述技术方案，在控制装置检测出电容板的电压差值之后，通过发出控制信号来是的截流装置关断流通腔室内的水路，达到水表关断的作用。
可选的，带触摸按键的智能水表还包括感应装置，所述感应装置和所述控制装置电性连接，所述感应装置用于接收人体红外信号并驱动所述控制装置对所述电容板进行充放电。
通过采用上述技术方案，智能水表上设置了检测人体红外信号的感应装置，能够判断触摸时是否由人触发的，减少智能水表应用在不同环境下时，可能因为其他介质导致的显示面板对地形成的感应电容和人体形成的感应电容太接近而误触发智能水表的关闭。
可选的，所述控制装置包括处理模块、充电模块和放电模块，所述充电模块和所述放电模块并联在所述处理模块和所述电容板之间；所述处理模块具有两个输出端，两个所述输出端分别发出第一信号和第二信号；所述充电模块接收所述第一信号后对所述电容板充电，所述放电模块接收所述第二信号后对所述电容板放电。
通过采用上述技术方案,利用处理模块发出的信号对电容板分别进行充电和放电，在电容板具有不同的电容量时，电容板的充放电时间不同；通过检测充放电电压，以检测出电容量是否发生改变，即是否触发触摸动作。
可选的，所述充电模块包括第一驱动单元和第一开关单元，所述第一开关单元连在电源和所述电容板之间，所述第一驱动单元接收第一信号后控制第一开关单元开启。
通过采用上述技术方案，电容板在充电时，通过第一开关单元连接到电源，由于电容板自身的第一铜板和第二铜板形成了寄生电容，并且第一铜板接地，使得电源能够持续向电容板充电，直到电容板上的寄生电容充满；第一开关单元则是由第一驱动单元接收到第一信号后开启。
可选的，所述放电模块包括第二驱动单元和第二开关单元，所述第二开关单元连在电源地和所述电容板之间，所述第二驱动单元接收第二信号后控制第二开关单元开启。
通过采用上述技术方案，电容板在放电时，通过第二开关单元连接到电源地；由于第一铜板已经接地，因此在第二开关单元导通接地时，寄生电容上的电能通过电源地逐渐释放；并且第二开关单元的导通则是由第二驱动单元接收到第二信号后开启。
本申请还公开一种触摸按键的触摸检测方法，包括：
基于第一信号对电容板进行充电；
基于第二信号对电容板进行放电；
获取电容板充电后和放电后的电压差；
判断电压差是否超过预设值，若是，则判定没有触摸按键事件发生，若否，则判定有触摸按键事件发生。
通过采用上述技术方案，电容板上第一铜板和电源地连接，第二铜板和大地之间形成了一个寄生电容，在周围环境不变的情况下，该寄生电容的电容量是固定不变的微小值。当有人体手指在显示面板上靠近电容板时，人体手指与大地构成感应电容，并且和寄生电容相并联，会使电容板上的总电容值增加。检测电容板上的总电容在固定时间内放电的幅值的变化，此幅值的变化主要是由人体和大地之间的感应电容引起的，因此在相同的放电时间内通过检测电容板上的电压差和预设的电压差值比较来判断是否有触摸事件发生。
可选的，所述第一信号的周期是所述第二信号的周期的正整数倍。
通过采用上述技术方案，在一个充电周期内，可以进行至少一次的放电，便于对电容板进行持续的充放电检测；并且在一个充电周期内进行多次放电时，可以提高检测精度。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.在保持水表本体良好密封性的情况下进行触摸动作检测，降低了智能水表损害的可能性，提升使用寿命；
2.能够对使用环境进行判断，尽量避免其他介质误触碰而触发智能水表的关闭；
3.在检测是否存在触摸动作时，有较高的检测精度。
附图说明
图1是本申请实施例一种带触摸按键的智能水表的整体结构示意图。
图2是本申请实施例一种带触摸按键的智能水表中为展示内部结构而作出的剖面示意图。
图3是图2中A部分的局部放大示意图。
图4是本申请实施例一种带触摸按键的智能水表的系统原理图。
图5是本申请实施例一种带触摸按键的智能水表的电气原理图。
图6是本申请实施例一种带触摸按键的智能水表中电容板单次充放电的电压时序图。
图7是本申请实施例一种带触摸按键的智能水表中电容板单次充电多次放电的电压时序图。
图8是本申请实施例一种触摸按键的触摸检测方法的流程示意图。
附图标记说明：1、水表本体；11、水表壳体；12、显示面板；13、隔挡板；14、流通腔室；15、安装腔室；16、密封罩；2、电容板；21、第一铜板；22、第二铜板；23、基板；3、控制装置；31、处理模块；32、充电模块；321、第一驱动单元；322、第一开关单元；33、放电模块；331、第二驱动单元；332、第二开关单元；4、截流装置；5、感应装置；6、电池。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种带触摸按键的智能水表。参照图1和图2，带触摸按键的智能水表包括水表本体1、电容板2、控制装置3、截流装置4和感应装置5。电容板2、控制装置3、截流装置4和感应装置5均设置在水表本体1内，电容板2、截流装置4和感应装置5均和控制装置3电性连接。通过电容板2获取水表本体1外是否由触摸动作以及通过感应装置5判断是否由人进行的触摸动作，并利用控制装置3对电容板2进行充放电以及检测电容板2上的电压，然后发出控制信号来控制截流装置4关闭。由于是通过电容板2来检测是否由触摸动作，并且电容板2设置在水表本体1内，避免了原先机械式按键频繁触碰按压可能会导致智能水表进水的问题，降低了智能水表损坏的可能性。
水表本体1包括水表壳体11、显示面板12、隔挡板13和密封罩16。显示面板12设置在水表壳体11的开口处，并通过密封罩16和水表壳体11抵接密封。隔挡板13密封设置在水表壳体11内，并将水表壳体11内的空间分为流通腔室14和安装腔室15。流通腔室14和水表本体1的进水管和出水管连通，而安装腔室15和流通腔室14隔绝，避免水的进入。在本实施例中，流通腔室14内设置有水流量检测装置，通过水流在流通腔室14内的流动来计算水的流量。而安装腔室15内设置有显示装置，显示装置将检测装置检测出的水流量通过数字方式显示出来。具体的，显示面板12为透明材质，可以是玻璃材质，也可以是高分子聚合物材质，优选为玻璃材质。
参照图2和图3，电容板2设置在显示面板12的一侧且位于安装腔室15内。电容板2包括第一铜板21、第二铜板22和基板23，第一铜板21和第二铜板22均设置在基板23上，并且第一铜板21和第二铜板22之间存在距离，第一铜板21和第二铜板22之间形成寄生电容。在本实施例中，第一铜板21为圆环状，为圆柱状，并且第二铜板22设置在第一铜板21的圆环内。第一铜板21接地，第二铜板22和控制装置3电性连接。
由于电容板2设置在显示面板12上，显示面板12位于水表壳体11外的一侧对地还形成一种感应电容。在没有人去触摸显示面板12时，显示面板12外面的介质基本不变，感应电容的大小基本不变。当有人触摸显示面板12时，由于人体导电，并且触摸时手指和电容板2之间距离较近，此时的感应电容变大，并且和原先的寄生电容相并联，使得电容板2的整体电容变大。在通过控制装置3进行充放电控制时，由于电容板2上电容量不同，在同等条件下电容板2的充放电速度不同。因此在相同时间内，电容板2上的充放电后的电压差值不同，通过检测电容板2上的差值来判断是否有触摸动作。
在本实施例中，感应装置5为红外传感器。红外传感器能够感应到人体的红外信号，在将红外信号发送至控制装置3中之后，由控制装置3控制电容板2进行充放电检测。减少控制装置3在无人时频繁检测的电能损耗，并且降低整体的功耗。
参照图2和图4，控制装置3包括处理模块31、充电模块32和放电模块33。在本实施例中，控制装置3为带MCU的电路板，处理模块31为MCU。电路板固定在隔挡板13上。在隔挡板13上还固定有电池6，电池6一方面为MUC供电，另一方面通过充电模块32向电容板2进行充电。充电模块32和放电模块33并联在处理模块31和电容板2之间。处理模块31具有两个输出端，两个输出端分别发出第一信号和第二信号；充电模块32接收第一信号后对电容板2充电，放电模块33接收第二信号后对电容板2放电。
参照图4和图5，充电模块32包括第一驱动单元321和第一开关单元322，第一开关单元322连在电源和电容板2之间，第一驱动单元321接收第一信号后控制第一开关单元322开启。第一驱动单元321为三极管B1驱动电路，第一开关单元322为PMOS管Q1和电源。放电模块33包括第二驱动单元331和第二开关单元332，第二开关单元332连在电源地和电容板2之间，第二驱动单元331接收第二信号后控制第二开关单元332开启。第二驱动单元331为三极管B2驱动电路，第二开关单元332为NMOS管Q2和电源地。
参照图5和图6，在本实施例中，MCU发出的第一信号和第二信号均为PWM信号。具体的，当第一信号为高电平信号时，三极管B1导通，拉低PMOS管Q1的栅极电位，使得PMOS管Q1导通。电源电流经PMOS管后进入电容板2中，开始对电容板2充电。当第一信号为低电平信号时，三极管B1断开，PMOS管Q1的栅极电位恢复高电平，使得PMOS管Q1断开，电容板2停止充电。更具体的，当第二信号为高电平信号时，三极管B2导通，提高NMOS管Q2的栅极电位，使得NMOS管Q2导通。电容板2中的电能经第二开关单元332后流至电源地，开始放电。当第二信号为低电平信号时，三极管B2断开，NMOS管Q2的栅极电位被拉低至低电平，使得NMOS管Q2断开，电容板2停止放电。
智能水表安装后，智能水表周围介质改变引起电容板2电容量的改变，在检测周围环境有人存在时进行触摸按键的检测，降低了整体的功耗。通过MCU输出口控制MOS开关给电容板2上周期性的施加一个充电电压以及进行周期性的放电，在相同的放电时间内通过检测电容板2上的电压差来判断是否有触摸事件发生。当没有触摸动作发生时，电容板2上的电容大小不变，在固定的放电周期内，放电后电容上的电平是恒定的。当有按键动作发生时，因为存在有人体对大地的感应电容，导致电容板2上总的电容量变大，电容板2的放电速度变慢。因此在固定的放电周期内，有触摸动作时的充电和放电后的电压差值要小于没有触摸动作时的充电和放电后的电压差值。当电容板2在充电后，电容处于充满电的状态时，有触摸动作时电容板2上的电平要高于没有触摸动作时电容板2上的电平。
参照图5和图7，由于是检测电容板2上的电压变化来判断是否由触摸动作，因此对电容板2的要求比较低，可以选择小容量的电容，降低产品的功耗和提高产品的检测速度。并且人体的触摸动作基本都是以秒为操作单位，因此可以在一个充电周期内进行多次放电，将电压幅值的变化加大并提取出来，这样可以应用在对检测距离要求更高的场合。即通过将充电周期设置成放电周期的正整数倍，在一个充电周期内进行至少一次的放电。
本申请实施例的实施原理为：通过MCU输出口控制MOS开关给电容板2上周期性的施加一个充电电压以及进行周期性的放电，在相同的放电时间内通过检测电容板2上的电压差来判断是否有触摸事件发生。
本申请实施例还公开一种触摸按键的触摸检测方法。
参照图8，触摸按键的触摸检测方法包括以下步骤。
S1、基于第一信号对电容板2进行充电。
S2、基于第二信号对电容板2进行放电。
S3、获取电容板2充电后和放电后的电压差。
其中，电容板2的充电和放电速度和电容量成正比。在相同的充电时间或者放电时间内，不同容量的电容导致充放电后的电压差值不同。通过检测电压差，即可判断电容量改变了多少。
S4、判断电压差是否超过预设值，若是，则判定没有触摸按键事件发生；若否，则判定有触摸按键事件发生。
其中，预设值为人体手指刚接触显示面板12时，电容板2上电容在充放电后的电压差值。在实际的使用过程中，由于环境的复杂性，在人体还未触碰显示面板12时就可能触发了智能水表的按键动作。因此，通过设置人体手指刚接触显示面板12时的电压差值，来降低人体手指还未触摸时的误触发动作，提高操作精准度。
本申请实施例实施原理为：对电容板2进行充电后，在相同的放电时间内通过检测电容板2上的电压差，来判断是否有触摸事件发生。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带触摸按键的智能水表，其特征在于，包括：
水表本体(1)，所述水表本体(1)包括水表壳体(11)和显示面板(12)，所述显示面板(12)密封设置在所述水表壳体(11)上，所述水表壳体(11)内固定有隔挡板(13)，所述隔挡板(13)将所述水表壳体(11)内的空间分为流通腔室(14)和安装腔室(15)，所述流通腔室(14)用于供水流动；
电容板(2)，所述电容板(2)设置在所述显示面板(12)上且位于所述安装腔室(15)内，所述电容板(2)用于获知在所述显示面板(12)位于所述水表壳体(11)外的一侧对地形成的感应电容；
控制装置(3)，所述控制装置(3)设置在所述安装腔室(15)内，所述控制装置(3)和所述电容板(2)电性连接，所述控制装置(3)对所述电容板(2)进行充放电，所述控制装置(3)检测所述电容板(2)充放电后的电压差。
2.根据权利要求1所述的带触摸按键的智能水表，其特征在于：所述电容板(2)包括第一铜板(21)、第二铜板(22)和基板(23)，所述第一铜板(21)和所述第二铜板(22)均设置在所述基板(23)上，所述第一铜板(21)和所述第二铜板(22)之间存在距离并形成寄生电容；所述第一铜板(21)接地，所述第二铜板(22)和所述控制装置(3)电性连接。
3.根据权利要求1所述的带触摸按键的智能水表，其特征在于：还包括截流装置(4)，所述截流装置(4)设置在所述流通腔室(14)内，所述控制装置(3)检测出所述电容板(2)充放电后的电压差并发出控制信号，所述截流装置(4)接收所述控制信号并关断所述流通腔室(14)内的水路。
4.根据权利要求1所述的带触摸按键的智能水表，其特征在于：还包括感应装置(5)，所述感应装置(5)和所述控制装置(3)电性连接，所述感应装置(5)用于接收人体红外信号并驱使所述控制装置(3)对所述电容板(2)进行充放电。
5.根据权利要求1所述的带触摸按键的智能水表，其特征在于：所述控制装置(3)包括处理模块(31)、充电模块(32)和放电模块(33)，所述充电模块(32)和所述放电模块(33)并联在所述处理模块(31)和所述电容板(2)之间；所述处理模块(31)具有两个输出端，两个所述输出端分别发出第一信号和第二信号；所述充电模块(32)接收所述第一信号后对所述电容板(2)充电，所述放电模块(33)接收所述第二信号后对所述电容板(2)放电。
6.根据权利要求5所述的带触摸按键的智能水表，其特征在于：所述充电模块(32)包括第一驱动单元(321)和第一开关单元(322)，所述第一开关单元(322)连在电源和所述电容板(2)之间，所述第一驱动单元(321)接收第一信号后控制所述第一开关单元(322)开启。
7.根据权利要求5所述的带触摸按键的智能水表，其特征在于：所述放电模块（33）包括第二驱动单元(331)和第二开关单元(332)，所述第二开关单元(332)连在电源地和所述电容板(2)之间，所述第二驱动单元(331)接收第二信号后控制所述第二开关单元(332)开启。
8.一种触摸按键的触摸检测方法，其特征在于，包括：
基于第一信号对电容板(2)进行充电；
基于第二信号对电容板(2)进行放电；
获取电容板(2)充电后和放电后的电压差；
判断电压差是否超过预设值，若是，则判定没有触摸按键事件发生；若否，则判定有触摸按键事件发生。
9.根据权利要求8所述的触摸按键的触摸检测方法，其特征在于：所述第一信号的周期是所述第二信号的周期的正整数倍。
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