CN213875414U - 一种水质水位检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水质水位检测装置，其特征在于，包括：发光二极管，用于根据控制指令向目标位置发射光信号；光电二极管，用于接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号；分别与所述发光二极管和所述光电二极管连接的单片机，用于向所述发光二极管发送所述控制指令，并利用所述电信号进行水质检测和水位检测。本实用新型只使用单片机、发光二极管及光电二极管便可实现同时对水质和水位的检测，简化了水质水位检测装置的结构。

Description

一种水质水位检测装置

技术领域

本实用新型涉及检测电路领域，特别涉及一种水质水位检测装置。

背景技术

随着饮水习惯在公民健康中的重要性逐渐提升，普通的水杯已无法满足用户的健康需求，而智能水杯应运而生。智能水杯一般带有水质水位的检测功能，一方面可保障水质安全，另一方面可促进健康饮水习惯的培养。

相关技术中，对水质和水位的检测装置较为复杂，会为用户使用水杯带来麻烦，进而降低用户满意度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种水质水位检测装置，以简化水质水位检测装置的结构。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种水质水位检测装置，包括：

发光二极管，用于根据控制指令向目标位置发射光信号；

光电二极管，用于接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号；

分别与所述发光二极管和所述光电二极管连接的单片机，用于向所述发光二极管发送所述控制指令，并利用所述电信号进行水质检测和水位检测。

可选的，所述发光二极管为紫外发光二极管，所述光电二极管为紫外光电二极管。

可选的，水质水位检测装置，还包括：

与所述单片机连接的显示屏，用于显示水质水位检测结果。

可选的，所述显示屏为液晶显示屏和/或LED显示屏。

可选的，水质水位检测装置，还包括：

与所述单片机连接的蓝牙模块，用于将水质水位检测结果发送至目标设备。

可选的，水质水位检测装置，还包括：

与所述单片机连接的运动传感器，用于检测所述水质水位检测装置的运动数据，并将所述运动数据发送至所述单片机，以使所述单片机处理所述运动数据后，确定所述水质水位检测装置静止时，向所述发光二极管发送所述控制指令。

可选的，所述运动传感器为加速度计和/或陀螺仪。

可选的，所述单片机，包括：

与所述光电二极管连接的运算放大电路，用于放大所述电信号；

与所述运算放大电路连接的模拟数字转换器，用于将放大后的所述电信号由模拟信号转换至数字信号；

分别与所述发光二极管和所述模拟数字转换器连接的时间数字转换电路，用于检测发射和接收由发射和接收所述光信号的时间差造成的相位差；

分别与所述模拟数字转换器和所述时间数字转换电路相连并通过所述时间数字转换电路与所述发光二极管连接的处理电路，用于向所述发光二极管发送所述控制指令，并利用所述转换至数字信号的电信号及所述相位差进行水质检测和水位检测。

可选的，所述水质水位检测装置安装在容器内，所述发光二极管与所述光电二极管安装于容器顶部，所述发光二极管的发光元件竖直朝下，所述光电二极管的光信号接收元件竖直朝下。

可选的，所述装水容器为水杯，所述发光二极管与所述光电二极管安装于所述水杯的杯盖中。

本申请提供一种水质水位检测装置，包括：发光二极管，用于根据控制指令向目标位置发射光信号；光电二极管，用于接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号；分别与所述发光二极管和所述光电二极管连接的单片机，用于向所述发光二极管发送所述控制指令，并利用所述电信号进行水质检测和水位检测。

可见，本申请利用发光二极管并向水面发射光信号，并利用光电二极管接收由水面反射回的光信号，由于光信号的发射和接收之间存在时间差，因此可利用该时间差计算水位高度。同时，由于不同水质的水对同一强度的光信号的反射强度不同，因此可根据光电二极管接收的光信号强度判断水质，因而本申请只使用单片机、发光二极管及光电二极管便实现了同时对水位和水质进行检测的功能，简化了水质水位检测的结构。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种水质水位检测装置的结构框图；

图2为本实用新型实施例所提供的另一种水质水位检测装置的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

相关技术中，水质水位检测装置较为复杂，对水质和水位的检测功能需要分别使用多套电路或装置才可实现，这会为用户的使用造成麻烦，并降低用户的使用满意度。而本申请实施例使用单片机、发光二极管及光电二极管便可同时实现对水位和水质的检测功能，简化了水质水位检测装置的结构。请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种水质水位检测装置的结构框图，该装置可以包括：

发光二极管100，用于根据控制指令向目标位置发射光信号；

光电二极管200，用于接收光信号，并将光信号转换为电信号；

分别与发光二极管和光电二极管连接的单片机300，用于向发光二极管发送控制指令，并利用电信号进行水质检测和水位检测。

可以理解的是，由于光信号在发射和接收过程中存在时间差，因此本申请实施例可利用该时间差计算水位高度，同时由于不同水质的水对同一信号强度的光信号的反射能力不同，因此本申请实施例可利用发光二极管以固定强度发射光信号，并利用反射回来的光信号的信号强度进行水质检测。因而本申请实施例提供的水质水位检测装置可利用少量器件同时实现水质水位检测功能，简化了水质水位计检测装置。

需要说明的是，本申请实施例并不限定发光二极管100的类型，例如发光二极管可以为紫外发光二极管、红外发光二极管及可见光发光二极管。由于紫外发光二极管对水质检测的效果较好，因此在本申请实施例中，发光二极管100可以采用紫外发光二极管。本申请实施例也不限定紫外发光二极管的紫外光波长，该波长只要在紫外光波长范围内即可，用户可根据需求进行选择。由于波长在250nm-280nm之间的紫外发光二极管对水质水位检测的效果较好，因此，在本申请实施例中，紫外发光二极管的紫外光波长可以在250nm-280nm之间。本申请实施例也不限定紫外发光二极管发射的光信号类型，例如可以是方波信号，也可以是正弦波信号。由于正弦波信号对水质水位检测的效果较好，因此在本申请实施例中可以使用正弦波信号作为光信号。本申请实施例也不限定正弦波信号的频率，该频率可为任意数值，用户可根据实际需求进行选择。由于使用光信号进行距离测量的最大检测距离为：

其中，L_max代表最大检测距离，c代表光速，f代表光信号的频率，频率越大，最大检测距离越小，因此为了满足水杯等容器的水位检测需求，同时提升水位检测的精度，在本申请实施例中该正弦波信号可以为高频正弦波信号，其中频率可以大于100MHz。本申请实施例也不限定光信号的强度，只要该强度能够满足水质水位检测需求即可。本申请实施例也不限定发光二极管100的数量，可以为一个，也可以为多个。当单个发光二极管可以满足水质水位检测要求，且能够有效降低能耗时，可以仅使用一个发光二极管，当单个发光二极管不能满足水质水位检测要求，需要依靠多个发光二极管才能达到要求时，也可以使用多个发光二极管。

本申请实施例同样不对光电二极管200的类型进行限定，可以理解的是，由于光电二极管的功能在于接收发光二极管发射的光信号，因此光电二极管应当与发光二极管相对应，例如当发光二极管为红外发光二极管时，光电二极管也应当为红外光电二极管，当发光二极管为紫外发光二极管时，光电二极管也应当为紫外光电二极管。由于紫外光对水质水位检测的效果较好，因此在本申请实施例中，发光二极管100可以为紫外发光二极管，光电二极管200可以为紫外光电二极管。本申请实施例同样不限定光电二极管200具体的型号参数，只要能够满足水质水位检测需求即可。本申请实施例也不限定光电二极管200的数量，可以为一个，也可以为多个。当单个光电二极管可以满足水质水位检测要求，且能够有效降低能耗时，可以仅使用一个光电二极管，当单个光电二极管不能满足水质水位检测要求，需要依靠多个光电二极管才能达到要求时，也可以使用多个光电二极管。

本申请实施例同样不限定单片机300具体的内部结构及型号参数，只要该单片机能够实现水质水位检测功能即可。

需要说明的是，本申请实施例并不限定利用本水质水位检测装置进行水质检测和水位检测的具体方法，相关方法属于现有技术，只要能够利用光信号进行水质和水位检测即可，用户可以参考相关技术。

进一步，本申请实施例并不限定水质水位检测装置的安装方式，由于本申请实施例利用光信号发射和接收的时间差以及光信号的信号强度进行水质水位检测，因此只要能够满足向水面发射光信号并正确接收到反射于水面的光信号的需求即可，例如该安装方式可以为将发光二极管及光电二极管安装于容器顶部，其中发光二极管的发光元件竖直向下，光电二极管的光信号接收元件也竖直向下，该安装方式也可以为将发光二极管及光电二极管安装在容器壁相对的位置，并相互形成某一夹角。

进一步，本申请实施例并不限定该水质水位检测装置能否包含其他传感器或模块。可以理解的是，当该装置包含其他传感器或模块时，能够有效地提升用户的使用体验，因此在本申请实施例中，该水质水位检测装置能够包含其他传感器或模块。本申请实施例也不限定该水质水位检测装置还能够包含哪些传感器或模块，用户可根据实际的应用需求进行选择。

进一步，为了方便用户查看水质水位检测结果，本申请实施例中的水质水位检测装置还可以包括：

与单片机300连接的显示屏，用于显示水质水位检测结果。

需要说明的是，本申请实施例并不限定显示屏的具体类型，只要该显示屏能够满足水质水位检测结果的显示功能即可，例如可以为液晶显示屏、LED显示屏或同时采用液晶显示屏和LED显示屏。

进一步，为了方便用户查看水质水位检测结果，本申请实施例中的水质水位检测装置还可以包括：

与单片机300连接的蓝牙模块，用于将水质水位检测结果发送至目标设备。

需要说明的是，本申请实施例并不限定蓝牙模块的具体型号及参数，只要能够满足将水质水位检测结果发送至目标设备的需求即可。本申请实施例也不限定目标设备的类型，只要该目标设备能够正常接收并解析蓝牙数据即可。

进一步，为了提升水质水位检测结果的精确性，本申请实施例中的水质水位检测装置还可以包括：

与单片机300连接的运动传感器，用于检测水质水位检测装置的运动数据，并将运动数据发送至单片机，以使单片机处理运动数据后，确定水质水位检测装置静止时，向发光二极管发送控制指令。

相应的，单片机在接收到运动数据后，便利用运动数据计算得到水质水位检测装置的运动状态，当运动状态为静止时，便向发光二极管发送控制指令。

由于对容器中水位的检测在容器静止时更精确，因此在本申请实施例中，可以采用运动传感器采集水质水位检测装置的运动数据，并根据该数据判断该装置的运动状况。当水质水位检测装置处于静止时，便可以进行水质水位检测，提升水质水位检测的精度，进而提升用户使用体验。

需要说明的是，本申请实施例并不限定运动传感器的类型，例如可以为加速度计、陀螺仪或两者的组合。本申请实施例也不对加速度计及陀螺仪的具体型号参数进行限定，只要能够满足对水质水位检测装置的运动状态检测即可。

基于上述实施例，本申请实施例中的水质水位检测装置利用发光二极管并向水面发射光信号，并利用光电二极管接收由水面反射回的光信号，由于光信号的发射和接收之间存在时间差，因此可利用该时间差计算水位高度。同时，由于不同水质的水对同一强度的光信号的反射强度不同，因此可根据光电二极管接收的光信号强度判断水质，因而本申请只使用单片机、发光二极管及光电二极管便实现了同时对水位和水质进行检测的功能，简化了水质水位检测的结构。

基于上述实施例，下面对本申请实施例水质水位检测装置的安装方式进行介绍。

水质水位检测装置安装在容器内，发光二极管与光电二极管安装于容器顶部，发光二极管的发光元件竖直朝下，光电二极管的光信号接收元件竖直朝下。

为了保证水质水位检测的成功率及准确率，应当尽量减小外界因素对光信号发射和接收的影响，并尽量降低外界因素对光信号强度的衰减影响，因此本申请实施例采用将发光二极管发光元件竖直朝下、光电二极管的光信号接收元件竖直朝下的安装方式，确保光信号能直接通过水面反射回光电二极管，并减少由容器壁反射导致的强度衰减，以此保证水质水位计检测的成功率及准确率。

需要说明的是，本申请实施例并不限定该水质水位检测装置中其他部分的安装位置和安装方式，用户可根据具体的容器结构选择适合的位置进行安装。

本申请实施例也不限定容器的具体类型，例如可以为水箱、水壶、水杯等。本申请实施例也不限定该水质水位检测装置在具体容器中的安装方法，只要符合上述安装要求即可。

下面将结合具体实例详细解释本水质水位检测装置的安装方式。在一种可能的情况中，本装置可以安装于带有杯盖的水杯中，其中发光二极管和光电二极管安装于杯盖中，发光二极管的发光元件竖直向下，光电二极管的光信号接收元件竖直向下，这样便可保证发光二极管可垂直于液面发射光信号，而光电二极管可接收由液面反射回的光信号。本装置的单片机可以安装于杯盖中，也可安装于杯体。例如，当杯盖与杯体连接且无法与杯体分离，能够保证安装于杯体的单片机正常与发光二极管、光电二极管传输数据时，或是当杯盖上带有金属触点，能够保证安装于杯体的单片机在合上杯盖后正常与发光二极管、光电二极管传输数据时，或是发光二极管、光电二极管附加了某种模块后能够以无线通信的方式与单片机传输数据时，或是发光二极管、光电二极管自身能够以无线通信的方式与单片机传输数据时，单片机可以安装于杯体。当该水质水位检测装置带有其他传感器或模块时，例如显示屏、蓝牙模块、运动传感器等，这些传感器或模块也可根据实际情况安装于杯盖、杯体或同时安装于杯盖和杯体。

基于上述实施例，本申请实施例将水质水位检测装置的发光二极管及光电二极管安装于容器顶部，其中发光二极管的发光元件竖直向下，光电二极管的光信号接收元件竖直向下，可有效避免外界因素对水位检测的影响，同时减小由容器壁反射导致的强度衰减，进而保证水质水位检测的成功率及准确率。

基于上述实施例，下面对本申请实施例提供的另一种水质水位检测装置进行介绍。请参考图2，图2为本申请实施例提供的另一种水质水位检测装置的结构框图，在该水质水位检测装置的单片机300中，可以包括：

与光电二极管连接的运算放大电路301，用于放大电信号；

与运算放大电路连接的模拟数字转换器302，用于将放大后的电信号由模拟信号转换至数字信号；

分别与发光二极管和模拟数字转换器连接的时间数字转换电路303，用于检测发射和接收由发射和接收光信号的时间差造成的相位差；

分别与所述模拟数字转换器和所述时间数字转换电路相连并通过所述时间数字转换电路与所述发光二极管连接的处理电路304，用于向发光二极管发送控制指令，并利用转换至数字信号的电信号及相位差进行水质检测和水位检测。

需要说明的是，电信号放大、模拟数字转换、利用电信号强度进行水质检测及利用相位差进行水位检测均属于现有技术，用户可参考相关技术以实现利用本水质水位检测装置实现水质水位检测的功能。

在一种可能的情况中，由于对光信号的发射和接收之间存在时间差，进而导致发射光信号和接收光信号之前存在相位差，因此本申请实施例采用时间数字转换电路检测发射和接收光信号的相位差，并利用如下公式计算得到容器顶部至水面的距离：

其中，L表示容器顶部至水面的距离，c表示光速，f表示光信号的频率，

表示相位差。最后利用容器顶部至水面的距离便可得到水位高度。同时，由于不同水质的水对光信号的反射强度不同，可预先对各种水质的水进行检测，得到水质数据，最后结合水质数据及电信号的强度得到水质检测结果。

需要说明的是，本申请实施例并不限定运算放大电路、模拟数字转换器和时间数字转换电路的具体型号及参数，只要能够满足相应的用途即可。

基于上述实施例，本申请实施例采用时间数字转化电路计算发射和接收光信号的相位差，并利用相位差进行水位检测，同时利用运算放大电路和模拟数字转换器对光电二极管生成的电信号进行放大和转换，提升了水质水位检测的精度。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本实用新型所提供的水质水位检测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种水质水位检测装置，其特征在于，包括：

发光二极管，用于根据控制指令向目标位置发射光信号；

光电二极管，用于接收所述光信号，并将所述光信号转换为电信号；

分别与所述发光二极管和所述光电二极管连接的单片机，用于向所述发光二极管发送所述控制指令，并利用所述电信号进行水质检测和水位检测；

与所述单片机连接的运动传感器，用于检测所述水质水位检测装置的运动数据，并将所述运动数据发送至所述单片机，以使所述单片机处理所述运动数据后，确定所述水质水位检测装置静止时，向所述发光二极管发送所述控制指令。

2.根据权利要求1所述的水质水位检测装置，其特征在于，所述发光二极管为紫外发光二极管，所述光电二极管为紫外光电二极管。

3.根据权利要求1所述的水质水位检测装置，其特征在于，还包括：

与所述单片机连接的显示屏，用于显示水质水位检测结果。

4.根据权利要求3所述的水质水位检测装置，其特征在于，所述显示屏为液晶显示屏和/或LED显示屏。

5.根据权利要求1所述的水质水位检测装置，其特征在于，还包括：

与所述单片机连接的蓝牙模块，用于将水质水位检测结果发送至目标设备。

6.根据权利要求1所述的水质水位检测装置，其特征在于，所述运动传感器为加速度计和/或陀螺仪。

7.根据权利要求1所述的水质水位检测装置，其特征在于，所述单片机，包括：

与所述光电二极管连接的运算放大电路，用于放大所述电信号；

与所述运算放大电路连接的模拟数字转换器，用于将放大后的所述电信号由模拟信号转换至数字信号；

分别与所述发光二极管和所述模拟数字转换器连接的时间数字转换电路，用于检测发射和接收由发射和接收所述光信号的时间差造成的相位差；

分别与所述模拟数字转换器和所述时间数字转换电路相连并通过所述时间数字转换电路与所述发光二极管连接的处理电路，用于向所述发光二极管发送所述控制指令，并利用所述转换至数字信号的电信号及所述相位差进行水质检测和水位检测。

8.根据权利要求1至7任一项所述的水质水位检测装置，其特征在于，所述水质水位检测装置安装在容器内，所述发光二极管与所述光电二极管安装于容器顶部，所述发光二极管的发光元件竖直朝下，所述光电二极管的光信号接收元件竖直朝下。

9.根据权利要求8所述的水质水位检测装置，其特征在于，所述容器为水杯，所述发光二极管与所述光电二极管安装于所述水杯的杯盖中。

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