CN201548288U - 电子液体位置检测和显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子液体位置检测和显示装置，要解决的技术问题是通过采用电容检测电路连接液位感应装置，进行液体的液位非接触检测，从而实现精确液位检测和沸腾检测，其精度高，安全、可靠，结构简单。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种电子液体位置检测和显示装置，包括微处理器和分别与微处理器连接的电源电路、显示电路和控制电路，所述微处理器内设有电容检测电路，所述电容检测电路连接液位感应装置。本实用新型突破了传统上电容检测电路即触摸电路的应用范围，将电容检测电路用于液体位置的检测，特别适用于水、油类等液体的液位检测和显示，以及其他液体的液位检测和沸腾检测，适合大量生产和应用。

Description

电子液体位置检测和显示装置

技术领域

本实用新型涉及一种电子液体位置检测和显示装置，特别是一种用于水、油类等液体的液位检测和显示装置。

背景技术

目前一般液体容器中使用的液体位置检测和显示装置都采用在液体容器上开窗口，通过窗口的透明材料来显示液体在容器内液位高度，用于判别液体在容器内的存量，或者采用磁性浮子与磁性开关配合，利用液体的浮力将磁性浮子浮起，当磁性浮子被液体浮起到磁性开关位置时，磁性开关动作，产生信号，控制电路通过这个信号来判断液体在容器内的高度和存量，这些液体位置检测和显示装置都有一个共同的缺点，就是结构复杂，精度和可靠性差等问题，如必须在液体容器主体上开窗或在液体容器主体内装置磁性浮子和磁性开关，不便于制造和液体容器的清洗，甚至还存在因磁性浮子与磁性开关长期泡在液体中因产生变形、结垢等原因导致失灵的可能。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电子液体位置检测和显示装置，要解决的技术问题是通过采用电容检测电路连接液位感应装置，进行液体的液位非接触检测，从而实现精确液位检测和沸腾检测，其精度高，安全、可靠，结构简单，突破了传统上认为电容检测电路即触摸电路仅能用于家用电器的触摸式按键的观念，将电容检测电路用于液体位置的检测，特别适用于水、油类等液体的液位检测和显示，以及其他液体的液位检测和沸腾检测，适合大量生产和应用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种电子液体位置检测和显示装置，包括微处理器和分别与微处理器连接的电源电路、显示电路和控制电路，所述微处理器内设有电容检测电路，所述电容检测电路连接液位感应装置。

本实用新型电容检测电路为电容式触摸感应电路。

本实用新型液位感应装置是一种在绝缘材料上附着有导体材料，且导体材料与导体材料之间隔有绝缘材料的板状或棒状体。

本实用新型控制电路包括输入控制电路和输出控制电路，所述输入控制电路包括按键、红外发射、接收二极管或开关；所述输出控制电路包括在输出端口设置驱动三极管、驱动继电器，通过继电器控制马达或发热元件，或通过三极管驱动蜂鸣器或LED灯；所述显示电路包括LCD显示器、LED或LED数码显示器。

本实用新型液位感应装置上的液位感应铜片K1-K12的引线与微处理器的RC1-RC12相连接，电源电路VDD和地线分别与微处理器的对应引脚VDD、VDDB和VSS、VSSC相连接，LED显示器DS1、DS2的段码a、b、c、d、e、f、g和dp、com1、com2通过电阻R21-R28分别与微处理器PB0-PB6和PB7、PC0、PC1连接，输入控制电路的按键SW1、SW2的一端分别通过电阻R7、R8与微处理器PC2、PC3连接，另一端与地连接，输出控制电路的继电器、蜂鸣器的驱动三极管Q1、Q2的基极分别通过电阻R30、R31与微处理器PC4、PC5连接，发射极接地，集电极分别连接继电器线圈J1的一端和二极管D5的正极、电阻R32和蜂鸣器BUZZER的一端，继电器线圈J1的另一端和二极管D5的负极、电阻R32和蜂鸣器BUZZER的另一端与电源VCC连接，微处理器内的电容检测电路的振荡电路的外接元件C7、R11、R12的一端与微处理器RCOUT连接，另一端分别与微处理器CREF、RREF、IN连接，主振荡器的晶体振荡器XL的两端分别与微处理器OSC1、OSC2连接，电阻R5、电容C9的一端与电源电路VDD连接，另一端与微处理器RES连接，电阻R6的一端与微处理器RES连接，另一端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端接地。

本实用新型液位感应装置为铜皮与绝缘材料相间排列的条状PCB板。

本实用新型微处理器的型号为HT45R38，所述微处理器的型号还包括：HT45R35、HT45R36、HT45R37；eKT8100ABWJ、eKT8120CWJ；SG8F080、SG8F120、SG8F160；ATA2508。

本实用新型微处理器与电容检测电路为分离式结构，所述微处理器连接电容检测电路。

本实用新型与现有技术相比，采用带触摸输入口即具有电容检测电路的微处理器连接液位感应装置，或采用微处理器和电容检测电路连接液位感应装置，进行液体的液位非接触检测或沸腾检测，具有结构简单、安全、可靠、成本低廉、用途广泛等优点，特别适用于水、油类等液体的液位检测和显示，以及其他液体的液位检测和沸腾检测。

附图说明

图1是本实用新型电子液体位置检测和显示装置实施例(一)的电路框图。

图2是本实用新型电子液体位置检测和显示装置实施例(二)的电路框图。

图3-1是本实用新型电子液体位置检测和显示装置实施例(一)的电子电路原理图之一。

图3-2是本实用新型电子液体位置检测和显示装置实施例(一)的电子电路原理图之二。

图4是本实用新型电子液体位置检测和显示装置实施例(一)的液体在低液位的示意图。

图5是本实用新型电子液体位置检测和显示装置实施例(一)的液体在高液位的示意图。

图6是本实用新型电子液体位置检测和显示装置实施例(一)的液体沸腾时的示意图。

图7是本实用新型电子液体位置检测和显示装置的液体感应装置正面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对实用新型作进一步详细说明。

如图1所示是本实用新型电子液体位置检测和显示装置实施例(一)的微处理器带电容检测电路的电路框图。本实用新型包括电源电路、显示电路、带电容检测电路的微处理器、液位感应装置和控制电路，其中与微处理器连接的控制电路包括输入控制电路和输出控制电路，一般输入控制电路包括按键、红外发射、接收二极管或开关等。输出控制电路包括在输出端口设置驱动三极管，驱动继电器，通过继电器控制马达或发热元件，或通过三极管驱动蜂鸣器或LED灯等。与微处理器连接的显示电路一般包括LCD显示器或LED数码显示器、LED等。其中液位感应装置是一种在绝缘材料上附着有导体材料，导体材料与导体材料之间隔有绝缘材料的多段的板状或棒状体，例如铜皮与绝缘材料相间排列的条状PCB板，其具体制作方式为：在条状的制作PCB的敷铜板上每相隔一定宽度腐蚀掉一段铜皮的多段铜皮与绝缘材料相间的PCB制成。形成如图7中的液位感应装置或图4中的液位感应装置3。如图1所示电路框图构成：液位感应装置与带电容检测电路的微处理器连接，电源电路为整个电子液体位置检测和显示装置提供电源，微处理器还连接有显示电路和输入、输出控制电路，具体电子电路原理如电子液体位置检测和显示装置实施例(一)的电子原理图3-1、3-2所示：这是一个电热水壶的水位检测和显示电路，从图中可以看到，液位感应装置上的液位感应铜片K1-K12的引线与带电容检测电路即具有触摸功能的微处理器HT45R38(台湾合泰公司生产)的RC1-RC12相连接，电源电路的VDD和地线分别与微处理器的VDD、VDDB和VSS、VSSC相连接，LED显示器DS1、DS2的段码a、b、c、d、e、f、g、和dp、com1、com2通过电阻R21-R28分别与微处理器的PB0-PB6和PB7、PC0、PC1连接，输入控制电路的按键SWI、SW2的一端分别通过电阻R7、R8分别与PC2、PC3连接，另一端与地连接，输出控制电路的继电器、蜂鸣器的驱动三极管Q1、Q2的基极分别通过电阻R30、R31与微处理器的PC4、PC5连接，发射极接地，集电极分别连接继电器线圈J1的一端和二极管D5的正极、电阻R32和蜂鸣器BUZZER的一端，继电器线圈J1的另一端和二极管D5的负极、电阻R32和蜂鸣器BUZZER的另一端与电源VCC连接，微处理器上的电容检测电路的振荡电路的外接元件C7、R11、R12的一端与微处理器的RCOUT连接，另一端分别与微处理器的CREF、RREF、IN连接，主振荡器的晶体振荡器XL的两端分别与微处理器的OSC1、OSC2连接，电阻R5、电容C9的一端与电源电路VDD连接，另一端与微处理器的RES连接，电阻R6的一端与微处理器的RES连接，另一端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端接地，这里的电源电路采用典型的桥式整流、电容滤波和简单的稳压电路。

本实用新型电子液体位置检测和显示装置的具体电子电路构成主要部分是：电源电路、显示电路、带电容检测电路的微处理器、液位感应装置或电源电路、显示电路、电容检测电路、微处理器、液位感应装置。电容检测电路即是通常所说的电容式触摸感应电路，实际上是一般常用于家用电器上的触摸键电路，即只要人们用手指触摸键盘，或人们可以利用触摸在与金属导体相隔离的绝缘材料上，来实现电器的控制功能，如隔着玻璃、塑料等，至于这层绝缘材料的厚度和距离金属导体之间应该多大距离，要根据实际情况而定，一般采用5MM以内，触摸电路芯片上的振荡器的振荡频率就会因为人体触摸感应键盘而产生电容的变化，导致振荡频率的变化。微处理器根据振荡频率的变化来判断使用的人按了那个功能键而执行那个功能，这种带触摸功能的微处理器芯片已在许多家电上使用，如：电磁炉、微波炉等等的触摸按键，都是采用这种带触摸功能的微处理器芯片，或采用电容式触摸芯片和微处理器芯片作为按键的控制电路，目前常使用的芯片型号包括：HOLTEK(生产商)：HT45R35、HT45R36、HT45R37、HT45R38；义隆(生产商)：eKT8100ABWJ、eKT8120CWJ；SIGMA(生产商)：SG8F080、SG8F120、SG8F160；ATLAB(生产商)：ATA2508等等，因此，只要是带触摸功能的微处理器或利用微处理器和触摸芯片与液位感应装置配合都可应用于本实用新型“电子液体位置检测和显示装置”。

下面以家用电器的电热水壶作为具体例子，具体叙述本实用新型电子液体位置检测和显示装置的工作原理和过程：这里将液位感应装置的具有敷铜片的一面紧贴在电热水壶盛水容器的一侧外壁上，该外壁的厚度一般不超过5mm厚度，如图4所示的液位感应装置3所示，当电热水壶接通电源后，也接通了电子液位显示器电路电源，这时，程序初始化，然后，液位感应装置上的每一个铜片(PCB板上的敷铜片K1-K12)分别对应微处理器HT45R38上的一个通道(RC1-RC12)，在初始时CPU通过程序将所有通道扫描一次，即(RC1-R12)共扫描12次，将所测得的记数值分别存入基准记数值(DATA1-DATA12)。具体测量如：当扫描RC1时，即测量通道1的频率时，在一个基准时间内，如：设定为5ms，测得RC电路的TIMERB(RC振荡电路的记数器)记数值，如是：5000(即此时频率为5000/0.005＝1mhz)将5000值存入DATA1，依次类推得到DATA1-DATA12，并以此作为参考频率。

水位检测原理：电子液体位置检测和显示装置的电路接通电源，程序初始化，然后，液位感应装置3上的每一个铜片K1-K12分别对应微处理器上的一个通道RC1-RC12，在初始时微处理器通过程序将所有通道RC1-RC12扫描一次，将所测得的记数值分别存入基准记数值，并以此作为参考频率；当向电热水壶内加水时，当水的位置上升到液位感应装置3上K1-K12某个铜片位置上时，该铜片所在的某个位置因为有水，水在水容器中的水位被紧贴在电热水壶外壁的电子液体位置检测和显示装置的液位感应装置3检测到，这时相当于在具有触摸功能的微处理器的HT45R38的RC电路中并入了一个电容，电容因此而增大，使振荡频率降低，程序只需要实时检测振荡频率与参考频率的差值大小，即可判断该位置是否有水，并通过比较频率差值来计算出水的位置的高度和水的数量。

如：当K1所在位置已有水时，扫描到RC1通道的TIMERB值为4800即(实际频率为4800/0.005＝0.96mhz)，将此时的频率与该通道的参考频率比较存在的差值即可判断该位置有无水，差值的大小可以根据实际情况设定，如：此时计算的差值为5000-4800＝200，可以设定当差值超过100时判断为有水，依此类推，K1-K12均可由计数值DATA1-DATA12的变化大小来计算出水位有多高，有多少水量。

其他液体位置检测方法：小容器液体位置的检测：如汽车油箱中的汽油量检测，一般只要用绝缘和防油材料密封好液体感应装置3，然后将液体感应装置3固定在油箱内合适的位置，将液体感应装置3的引线从油箱中引出，与电容检测电路或微处理器的电容检测电路相应端口连接即可实现，其工作原理与“水位检测原理”一样。

另外，本实用新型电子液体位置检测和显示装置的另一个作用是提供了另一种方式的防干烧、防液体溢出和液体沸腾的判断方式：其结构和效果比现有的机械式温度控制器更好，具体如下所述：

(一)、防干烧：利用电子液体位置检测和显示装置的液位感应装置3的最低点设置为防干烧最低水位A，如图4所示：图中的加热容器主体1，液体2，液位感应装置3，液体高度A，通过微处理器的程序判断，当水位降低到这个最低水位A点时，程序执行切断加热元件电源程序，使加热元件不再加热，这样，使液体加热容器保持还有少量液体就不再加热，不会产生实际上的干烧问题，能有效地保护液体加热容器的安全和延长其使用寿命。

(二)、防溢出：如图5所示：图中的加热容器主体1，液体2，液位感应装置3，液体高度B，利用电子液体位置检测和显示装置的液位感应装置3的最高点B设置为防溢出最高水位，通过微处理器的程序判断，当水位升高到这个最高水位点B时，程序执行报警程序，发出闪动的光或发出报警声，或切断加热电源，不再加热，提醒用户液体已达到最大允许位置，以防止溢出现象发生。

(三)、判断液体沸腾：如图6所示：图中的加热容器主体1，液体2，液位感应装置3，液体波动幅度C，如：根据水沸腾时水位会发生变化这一物理现象，来判断水沸腾，利用液位感应装置3，经过以往的经验，也可以通过测定，当水沸腾时，水在加热容器中水位变化的幅度有多大，如：若水在电热水壶里沸腾时，水位变化的幅度为2CM，那么，将液位感应装置3中的K1-K12的敷铜片的间距做到小于2CM，如：间距制成1CM，那么，当水位变化的幅度大于图中的C的范围时，微处理器通过液位感应装置3判断出水已沸腾，这样微处理器将可执行下一程序，如切断加热电源，不再加热，或启动保温程序等。

上述(一)、(二)、(三)种方式中在进行防干烧、防溢出、判断液体沸腾这些液体位置检测功能的同时，可以通过显示器显示出液体的位置。

为了方便于消费者察看水容器中有多少水，可以在无绳电器的主体，如：电热水壶的主体上加装电池，这样，即使电热水壶的主体提起，脱离了供给电源的电源线座，也可以通过电热水壶的主体上的电池为电子液体位置检测和显示装置供电，通过显示器看到水量。

这里以在电热水壶上设置电子液体位置检测和显示装置后为例，就检测水位和水沸腾的过程进行简要叙述：当电热水壶插上电源后，程序初始化，在初始时CPU通过程序将所有通道扫描一次，即RC1-R12共扫描12次，将所测得的记数值分别存入基准记数值DATA1-DATA12，当使用者将水倒入电热水壶的盛水容器中，这时，若水的位置上升到容器的对应K5的位置时，等于在这个导体和电容检测电路中并入了一个电容，而使振荡频率降低，微处理器的程序将检测到的频率与参考频率进行比较，通过其差值，判断出K5位置有水，这时，微处理器的显示电路DS1、DS2显示出水的位置，如：显示5，表示水的高度位置为5刻度位置，如采用水量的表示方式，如：显示1.0，表示为1升水等等，若此时使用者按一次按键SW1(这里SW1为加热按键，SW2为保温按键)，电热水壶开始加热，当水的波动幅度大于K6和K5的范围时，微处理器检测到K6和K5两个点上频率的变化，判断出水已经沸腾，这时，蜂鸣器BUZZER发出报警声，继电器线圈J1上获得电压，继电器的触点动作，切断加热电源，电热水壶不再加热，若使用者此时按一下按键SW2，或在按SW1时也按SW2按键，这时，除蜂鸣器BUZZER发出报警声外，继电器根据程序设定通断来实现保温功能。

如图2所示是本实用新型电子液体位置检测和显示装置实施例(二)的电路框图。该实施例中电子液体位置检测和显示装置包括电源电路、显示电路、电容检测电路、微处理器、液位感应装置和控制电路，微处理器与电容检测电路为分离式结构。其中与微处理器连接的控制电路包括输入控制电路和输出控制电路，电容检测电路与液位感应装置连接后，再与微处理器相连接。本实施例中的电容检测电路实际上就是普通的触摸控制电路，一般由触摸芯片和少量外围元件构成，这种电路广泛用于家用电器的触摸键控制电路中，本实施例中的微处理器不具有电容检测功能，为此，必须增加电容检测电路来实现检测液位。

本实用新型利用液体的电容效应改变电容检测电路的阻值和容量，从而改变电容检测电路的振荡频率，微处理器或控制电路实时检测电容检测电路的频率与设定频率比较，微处理器或控制电路通过比较产生的频率差值的大小来判断液体位置的变化，从而实现液体位置的检测和液体是否沸腾的判断。

Claims (8)

1.一种电子液体位置检测和显示装置，包括微处理器和分别与微处理器连接的电源电路、显示电路和控制电路，其特征在于：所述微处理器内设有电容检测电路，所述电容检测电路连接液位感应装置。

2.根据权利要求1所述的电子液体位置检测和显示装置，其特征在于：所述电容检测电路为电容式触摸感应电路。

3.根据权利要求2所述的电子液体位置检测和显示装置，其特征在于：所述液位感应装置是一种在绝缘材料上附着有导体材料，且导体材料与导体材料之间隔有绝缘材料的板状或棒状体。

4.根据权利要求3所述的电子液体位置检测和显示装置，其特征在于：所述控制电路包括输入控制电路和输出控制电路，所述输入控制电路包括按键、红外发射、接收二极管或开关；所述输出控制电路包括在输出端口设置驱动三极管、驱动继电器，通过继电器控制马达或发热元件，或通过三极管驱动蜂鸣器或LED灯；所述显示电路包括LCD显示器、LED或LED数码显示器。

5.根据权利要求4所述的电子液体位置检测和显示装置，其特征在于：所述液位感应装置上的液位感应铜片(K1-K12)的引线与微处理器的(RC1-RC12)相连接，电源电路(VDD)和地线分别与微处理器的对应引脚(VDD、VDDB和VSS、VSSC)相连接，LED显示器(DS1、DS2)的段码(a、b、c、d、e、f、g和dp、com1、com2)通过电阻(R21-R28)分别与微处理器(PB0-PB6和PB7、PC0、PC1)连接，输入控制电路的按键(SW1、SW2)的一端分别通过电阻(R7、R8)与微处理器(PC2、PC3)连接，另一端与地连接，输出控制电路的继电器、蜂鸣器的驱动三极管(Q1、Q2)的基极分别通过电阻(R30、R31)与微处理器(PC4、PC5)连接，发射极接地，集电极分别连接继电器线圈(J1)的一端和二极管(D5)的正极、电阻(R32)和蜂鸣器(BUZZER)的一端，继电器线圈(J1)的另一端和二极管(D5)的负极、电阻(R32)和蜂鸣器(BUZZER)的另一端与电源(VCC)连接，微处理器内的电容检测电路的振荡电路的外接元件(C7、R11、R12)的一端与微处理器(RCOUT)连接，另一端分别与微处理器(CREF、RREF、IN)连接，主振荡器的晶体振荡器(XL)的两端分别与微处理器(OSC1、OSC2)连接，电阻(R5)、电容(C9)的一端与电源电路(VDD)连接，另一端与微处理器(RES)连接，电阻(R6)的一端与微处理器(RES)连接，另一端与电容(C8)的一端连接，电容(C8)的另一端接地。

6.根据权利要求3或5所述的电子液体位置检测和显示装置，其特征在于：所述液位感应装置为铜皮与绝缘材料相间排列的条状PCB板。

7.根据权利要求6所述的电子液体位置检测和显示装置，其特征在于：所述微处理器的型号为HT45R38、HT45R35、HT45R36、HT45R37、eKT8100ABWJ、eKT8120CWJ、SG8F080、SG8F120、SG8F160或ATA2508。

8.根据权利要求1所述的电子液体位置检测和显示装置，其特征在于：所述微处理器与电容检测电路为分离式结构，所述微处理器连接电容检测电路。

Images