CN104215296A - 液位检测电路、控制器及热水器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于空调自动控制，提供了一种液位检测电路，用于检测液体容器中的液位高度，并将检测到的液位信号输出到控制注水或放水的相应控制装置中，所述液位检测电路包括：检测电极，包括一个设置于液体容器底部的公共端以及多个从所述液体容器底部往顶部排列设置的检测端，所述公共端接入安全特低交流电压；信号处理电路，与所述多个检测端连接，包括多个与所述多个检测端对应设置的输出端，所述信号处理电路接收到相应的检测端有检测信号后在相应的输出端输出作为液位信号的检测波形。上通过在检测电极上接入安全特低交流电压，使其不容易电解、腐蚀、结垢，将不会受到水箱内杂质而引起液位误判并控制失效。

Description

液位检测电路、控制器及热水器

技术领域

本发明属于液位控制领域，尤其涉及一种液位检测电路、控制器及控制器。

背景技术

目前，普通的水位控制器大多采集大直流电或者交流电检测波形,这种控制器在液体不是非常纯净的情况下，电极容易受到电解、腐蚀、结垢等影响，大大缩短了电极的使用寿命，其次还会引起液位控制误判、失效等现象。

发明内容

本发明目的在于提供一种液位检测电路，旨在解决传统的液位检测电极容易电解、腐蚀、结垢，从而引起液位误判导致控制失效的问题。

本发明实施例是这样实现的电路，用于检测液体容器中的液位高度，并将检测到的液位信号输出到控制注水或放水的相应控制装置中，所述液位检测电路包括：

检测电极，包括一个设置于液体容器底部的公共端以及多个从所述液体容器底部往顶部排列设置的检测端，所述公共端接入安全特低交流电压；

信号处理电路，与所述多个检测端连接，包括多个与所述多个检测端对应设置的输出端，所述信号处理电路接收到相应的检测端有检测信号后在相应的输出端输出作为液位信号的检测波形。

上述液位检测电路通过在检测电极上接入安全特低交流电压，使其不容易电解、腐蚀、结垢，将不会受到水箱内杂质而引起液位误判并控制失效；信号处理电路通过检测电极的多个相互独立的检测端采集液位信息，当液体容器中有水时，检测电极的公共端与检测端中的一个或多个通过介质水形成回路，准确输出液位信息，可以避免开放式水箱（液体容器）因水质及使用环境的影响，导致液位检测不正常的情况。

本发明另一目的在于提供一种液位检测控制器，与水泵电连接，所述液位检测控制器包括控制模块以及上述的液位检测电路，所述控制模块与水泵电连接，包括多个与所述液位检测电路中信号处理电路的多个输出端对应连接的信号输入引脚，所述控制模块接收并根据所述液位检测电路输出的检测波形控制所述水泵工作。

上述液位检测控制器可以通过在检测电极上接入安全特低交流电压，使其不容易电解、腐蚀、结垢，将不会受到水箱内杂质而引起液位误判并控制失效；信号处理电路通过检测电极的多个相互独立的检测端采集液位信息，当液体容器中有水时，检测电极的公共端与检测端中的一个或多个通过介质水形成回路，准确的将液体容器中液位信息传递给控制模块，控制模块可以准确控制水泵的注水，避免了液体容器因水质及使用环境的影响，导致控制器工作不正常的情况。

本发明另一目的在于提供一种热水器，包括设备主体及液体容器，所述热水器还包括上述的液位检测电路，所述液位检测控制器与所述设备主体电路连接。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的液位检测电路、控制器结构示意；

图2是本发明实施例提供的信号处理电路的应用示意图；

图3是本发明第二实施例提供的液位检测电路、控制器结构示意；

图4是本发明实施例提供的电机驱动电路的原理图；

图5是本发明实施例提供的信号转换电路的原理图；

图6是本发明实施例提供的液位指示电路电源供给模块的原理图；

图7是本发明实施例提供的电源供给模块的原理图；

图8是本发明实施例提供的第一控制芯片的原理图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于各个地区水质不同，使用环境不同，传统的液位控制器电极容易电解、腐蚀、结垢，从而引起液位液位误判导致控制失效。如图1所示，本发明实施例通过在包括公共端C0和检测端C1～Cn的检测电极110上接入安全特低交流电压，一般在其公共端C0接入8～12V交流电压，而在检测端C1～Cn中一个或多个与公共端C0导通后，检测端C1～Cn中一个或多个则可提供特定的检测波形到第一控制芯片101中，检测波形可以是最大电压值为约5V、最小电压值接近0V、频率为50Hz的矩形波，使得检测电极110不容易电解、腐蚀或结垢。因此，采用本发明实施例提供液位检测电路100去采集并控制水箱液位，就可以很好避免传统的水位检测电路的电极容易电解、腐蚀、结垢，从而引起液位误判导致控制失效的问题，本发明实施例提供的液位检测电路100反应灵敏，工作稳定，可适合在各种场合使用。

如图1所示，示出了一优选实施例提供的液位检测电路、控制器结构示意图，为了便于描述，仅示出了与本实施例相关的部分。图中示出的设备主体20可以是热泵热水机、太阳能热水机、水池、水塔以及锅炉等的设备主体20。

液位检测电路100用于检测液体容器200中的液位高度，并将检测到的液位信号输出到控制注水或放水的相应控制装置中，液位检测电路100包括检测电极110和信号处理电路120。

检测电极110包括一个设置于液体容器200底部的公共端C0以及多个从液体容器200底部往顶部排列设置的检测端C1～Cn，公共端C0接入安全特低交流电压。

信号处理电路120与多个检测端C1～Cn连接，信号处理电路120包括多个与多个检测端C1～Cn对应设置的输出端H1～Hn，信号处理电路120接收到相应的检测端C1～Cn中的一个或多个有检测信号后在相应的输出端H1～Hn输出作为液位信号的检测波形。

上述液位检测控制器100通过在检测电极110上接入安全特低交流电压，使其不容易电解、腐蚀、结垢，将不会受到水箱内杂质而引起液位误判并控制失效；信号处理电路120通过检测电极110的多个相互独立的检测端C1～Cn采集液位信息，当液体容器200中有水时，检测电极110的公共端C0与检测端C1～Cn中的一个或多个通过介质水形成回路，准确的将液体容器200中液位信息传递给控制装置，如此，可以避免开放式水箱（液体容器200）因水质及使用环境的影响，导致控制装置工作不正常的情况。

本实施例中，信号处理电路120所输出的检测波形是输入到相应的控制芯片中，控制芯片可根据该检测波形输出相应的水位开关量以控制对液体容器200进行注水或排水。

在优选的实施例中，上述的特定的检测波形为矩形波，该矩形波的频率为50Hz。另外，优选地，矩形波的最大电压值和最小电压值分别为6±2V、0.5±0.5V。在其他实施方式中，根据水质及应用坏境的变换，上述的特定检测模型可以是三角波、正弦波等。

结合图1、2和3，本实施例中，检测电极110一共有五个，其中一个为公共端C0，其余为检测端C1～Cn，其中，n取5（参考图1）。公共端C0接触有12V交流信号AC，置于液体容器200的底部，将水电离，导致水中充满阴/阳离子以及电子，使得水变为容易导电的介质。

当公共端C0、检测端C1～C5中的一个或多个都处于水中时，测试由于公共端C0与检测端C1～C5中的一个或多个之间存在较小的电压差，这样水中的离子，就会从高电压的公共端C0流向低电压的其中一个或多个检测端C1～C5，从而形成了脉冲电流，方向是从公共端C0流向检测端C1～C5（如图1电流方向I所示），其中水作为导体，电流流过检测端C1～C5中的一个或多个后，即检测端C1～C5有检测信号，导致检测端C1～C5中的一个或多个电压升高，信号处理电路120相应的输出端H1～Hn（参考图3）就输出液位信号（检测波形）到控制装置（控制芯片），控制装置就可以检测到液位已经上升至相应的检测端C1～C5位置，获取到了液位变化信息。

液位信号采集部分包括信号处理电路120以及多个电极探头传感器（检测电极110的检测端C1～Cn）组成，本实施例中，检测电极110的五个电极探头传感器分布在水箱（液体容器200）的高、中、低、最低、底五个位置，相互之间独立。当液位从底部上升过程中，探测液位的检测端C1～Cn——电极探头传感器通过水与公共端C0导通，然后将公共端C0传递来得检测信号用检测波形反馈给控制装置，控制根据获取到液位信号的电极探头传感器反馈回来的检测波形信号确定液位。

更具地，当液位上升至最高液位时，将水泵300关闭，停止对液体容器200注水；当用户在使用水的过程中，液位下降至最低液位时，水泵300打开，开始对液体容器200注水，这样使得液体容器200中的水始终保持在最低至最高之间，保证具有液体容器200的设备工作稳定。

参考图2和3，在优选的实施例中，信号处理电路120包括多个信号处理子电路122，每个信号处理子电路122包括分压电阻R1、限流电阻R2、开关管Q1、上拉电阻R3、限流电阻R4以及滤波电容C1。

分压电阻R1的第一端与相应的检测端C1～Cn及限流电阻R2的第一端连接，分压电阻R1的第二端接地，限流电阻R2的第二端与开关管Q1的控制端连接。

开关管Q1的高电位端接地，开关管Q1的低电位端经上拉电阻R3与直流电源连接，低电位端还经限流电阻R4和滤波电容C1接地，低电位端还经限流电阻R4与相应的信号输入引脚连接。

优选地，开关管Q1为NPN型三极管或N型MOS管。则，开关管Q1为NPN型三极管时，其控制端、低电位端、高电位端依次为NPN型三极管的基极、集电极、发射极；开关管Q1为N型MOS管时，其控制端、低电位端、高电位端依次为NPN型三极管的三极、源极、漏极。

在优选的实施例中，每个信号处理子电路122还包括二极管D1和限流电阻R5，二极管D1的阳极经限流电阻R5与检测电极110相应的检测端连接，二极管D1的阴极与分压电阻R1的第一端连接。在信号处理子电路122接收到检测信号输出检测波形时，二极管D1可以防止检测波形反向输出到液体容器200中。

本实施例中，以检测电极110一共有六个，其中一个为公共端C0，其余为检测端C1～C5为例。检测电极110中的公共端C0的输出电压约为12V；在其他实施例中，公共端C0的输出电压可以是10V至24V之间。检测端C1～C5中的一个或多个与公共端C0通过水导通后，交流信号经过检测端C1～C5中的一个或多个相应的信号处理子电路122的分压电阻R1分压，再经限流电阻R2限流至开关管Q1的控制端，当相应的开关管Q1控制端处电压信号大于2.5V时，开关管Q1导通，控制芯片（上述控制装置中的芯片）相应的信号输入引脚电压值被拉低。

检测端C1～C5中的一个或多个与公共端C0断开时，信号处理子电路122相应的开关管Q1截止，控制芯片相应的信号输入引脚H1～Hn（本实施例中n取5）电压值置高。当公共端C0输出持续的交流信号时，控制芯片相应的信号输入引脚接到波形稳定的检测波形信号。控制芯片依据检测电极110对应的信号输入引脚H1～Hn（本实施例中n取5）检测到的检测波形信号判断液位。

另外，当用户需要控制更多（更少）液位时，只需要增加（减少）液位检测传感器，即检测电极110的检测端数量即可。

结合图1和图3，液位检测控制器10与水泵300电连接，液位检测控制器10包括控制模块（图未示）以及上述的液位检测电路100，控制模块与水泵300电连接，控制模块包括多个与液位检测电路100中信号处理电路120的多个输出端对应连接的信号输入引脚，控制模块接收并根据液位检测电路100输出的检测波形控制水泵300工作。实际上，本实施例中的控制模块与上述的控制芯片相应。

参考图1，在优选的实施例中，控制模块包括第一控制芯片101，第一控制芯片101与水泵300的电机驱动电路400（参考图4）电连接，第一控制芯片101包括多个与信号处理电路120的多个输出端对应连接的信号输入引脚H1～Hn（图8中只示出了H1～H5），第一控制芯片101根据检测波形发送水泵驱动信号到电机驱动电路400以控制水泵300工作。本实施例中，第一控制芯片101可以是独立设置的芯片，可以是设备主体20里的芯片。

参考图3，在另一个优选的实施例中，控制模块包括第一控制芯片101、信号转换电路130和第二控制芯片102。

第一控制芯片101包括多个与信号处理电路120的多个输出端对应连接的信号输入引脚H1～Hn（图8中只示出了H1～H5）。信号转换电路130连接在第一控制芯片101的控制引脚W1～W4（参考图8）和第二控制芯片102的输入引脚之间，第二控制芯片102与水泵的300电机驱动电路400电连接。

第一控制芯片101根据检测波形驱动信号转换电路130输出水泵开关量到第二控制芯片102，第二控制芯片102根据水泵开关量发送水泵驱动信号到电机驱动电路400以控制水泵300工作。本实施例中，第一控制芯片101是独立设置的芯片，第二控制芯片102是设置在设备主体20里的芯片。

如图4所示，电机驱动电路400包括继电器驱动芯片U1、继电器PY1和继电器PY2，继电器驱动芯片U1型号优选为ULN2003，该继电器PY1用于控制水泵300的开关，继电器PY2用于控制排水。

如图5所示，信号转换电路130将检测到的液位信号转为水泵开关量，输出给第二控制芯片102。

在优选的实施例中，信号转换电路130具有多个排水驱动子电路132，每个信号转换子电路132包括限流电阻和光电耦合器，限流电阻的一端与第一控制芯片101相应的控制引脚W1～W4连接，限流电阻的另一端与光电耦合器的输入端连接，光电耦合器的输出端与第二控制芯片102的输入引脚连接。

如图6所示，在优选的实施例中，液位检测控制器10还包括液位指示电路140，液位指示电路140与控制模块（第一控制芯片101或第二控制芯片102）的驱动引脚LED1～LED7连接，控制模块在相应的信号输入引脚H1～Hn（本实施例中n取5）接收到检测波形后驱动液位指示电路140呈现对应的液位指示。

在优选的实施例中，液位指示电路140包括多个LED指示模块142，多个LED指示模块142分别与控制模块相应的驱动引脚LED1～LED7连接，每个LED指示模块142包括发光二极管和限流电阻R6，发光二极管的阳极与电源+5V连接、发光二极管阴极经限流电阻R6与控制模块（第一控制器101）相应的驱动引脚LED1～LED7连接。

其中，本实施例中，发光二极管led1～led5用于显示液位从低到高5个液位，发光二极管点亮表示有水，发光二极管熄灭表示无水。

发光二极管led6亮表示水箱有水，闪烁表示无水；发光二极管led7亮指示正常运行，闪烁表示出现故障。

参考图7，液位检测控制器10以及液位检测电路100还包括电源供给模块160，主电源供给模块160要为第一控制芯片101和信号处理电路120提供直流电源+5V个交流电AC。其中电源供给模块160包括整流桥BR1、稳压器U1以及多个滤波电容。整流桥BR1的输入端与交流电源连接输出整流后的电压并经过稳压器U1稳压以及多个滤波电容滤波后输出直流电源+5V。

在优选的实施例中，如图8所示，第一控制芯片101为一控制芯片MC9S08AC16，具有用以接收检测波形的信号输入引脚H1～H4、用以驱动液位指示电路的驱动引脚LED1～LED7、用以控制水泵300排水的水位开关量的控制引脚W1～W4以及用于驱动蜂鸣器KIA7042以发出警报指示的复位引脚RESET等。需要说明的是，图2、图4～8中标号相同的连接端口为相连接的，具体是：

图8中的信号输入引脚H1～H5与图2中的各个信号处理子电路122的输出端H1～Hn，相连接本实施例中n取5。

图8中的控制引脚W1～W4与图5中的各个信号转换子电路132的输入端W1～W4相连接。

图8中的驱动引脚LED1～LED7与图6中的各个LED指示模块142的输入端LED1～LED7相连接。

图2、图4～8中的各个电源输入端+5V与图7中的电源供给模块160的直流输出端+5V连接；电源供给模块160的交流输出端AC与图2中的检测电极110的公共端C0连接。

下面以一实施例说明液位检测控制器10的工作原理。

液位检测控制器10包括第一控制器101，第一控制器101可检测到最小电压信号为0.5V，电极探头公共端C0的输出电压为12V，纯净水的在通入12V交流电后，电阻值约为500KΩ/m(上下20%范围波动)，公共端C0的输出交流电压将经过一个开关管Q1转换为矩形波（检测波形），矩形波经过滤波处理，最终成为第一控制器101检测的波形，矩形的最大值为5V，最低位0V，（5V远大于0.5V），因此，本发明提供的液位检测控制器10反应十分灵敏；再次第一控制器101检测到的波形必须是频率为50Hz的矩形波，如果是方波或者其他波形，第一控制器101将视作无效信号。

由于检测电极110的检测端C1～Cn口检测到波形为矩形波，且最大值为5V，所以这样可以大大降低电极的电化学腐蚀，延缓结垢。这样就解决了同类电极式液位控制器产品在实际应用中存在容易电解、腐蚀、结垢，从而引起液位误判导致控制失效的问题。

另外检测电极110的电极探头传感器（检测端C1～Cn）制作工艺较为简单，且使用寿命较长。电极探头传感器分布在水箱的不同深度，相互之间没有干扰，因此可以避免第一控制器101的误判，不会导致热泵热水机因为液位误判、无效，引起异常事故。

当水箱液位低于最低液位检测传感器时，检测电极110的电极探头传感器（检测端C1～Cn）对应的信号输入引脚检测不到矩形波，第一控制器101判断液位低于设定值，将打开水泵300开始给水箱注水。液位上升至最高液位的电极探头传感器时，其对应的信号输入引脚检测到矩形波，第一控制器101判断液位达到设定值，电极式液位控制将水泵300关闭，热泵热水机停止向水箱注水。

表1，液位检测控制器10工作指示表。

说明：

（1）检测电极110的检测端检测到液位一列中，“√”表示检测端检测到有水，第一控制芯片101的信号输入引脚H1～Hn（本实施例中n取5）检测到矩形波信号，“×”表示检测端检测到无水，第一控制器101的信号输入引脚H1～Hn（本实施例中n取5）无矩形波信号。

（2）传输给第一控制器101的液位信号的液位信号一列中，“通”表示排水驱动电路150中的光电耦合器导通。“断”表示光电耦合器断开。

（3）序号1行表示缺水，序号2-7行表示正常运行。

非正常运行情况，传输给第一控制器101的液位信号全部为断开，发光二极管led1～led5熄灭，led6和led7慢闪烁。或者由于高液位检测端Cn检测到的液位较为准确，实际的液位已经判断的有水的最后高液位为准，剩余低液位检测端C1～Cn-1只作为参考。

此外，还提供一种热水器，参考图3，热水器包括设备主体20及液体容器200，热水器包括还上述的液位检测控制器10，液位检测控制器10与设备主体20电路连接。液位检测控制器10可以外设于设备主体20，或者将其检测电极110除外的其他电路模块的一个或多个设置于设备主体20中；其中的第二控制芯片102为设备主体20里的应用芯片。液位检测控制器10的结构及其功能原理如上所述，这里不在赘述。

在热水器中设置上述液位检测控制器10通过在检测电极上接入安全特低交流电压，使其不容易电解、腐蚀、结垢，热水器将不会受到水箱内杂质而引起液位误判并控制失效；当液体容器中有水时，检测电极110的公共端C0与检测端C1～Cn-1中的一个或多个通过介质水形成回路，准确的将液体容器中液位信息传递给控制模块，热水器将对液体容器200的水位实现准确控制，避免了开放式水箱（液体容器200）因水质及使用环境的影响，导致控制器工作不正常的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液位检测电路，用于检测液体容器中的液位高度，并将检测到的液位信号输出到控制注水或放水的相应控制装置中，其特征在于，所述液位检测电路包括：

检测电极，包括一个设置于液体容器底部的公共端以及多个从所述液体容器底部往顶部排列设置的检测端，所述公共端接入安全特低交流电压；

信号处理电路，与所述多个检测端连接，包括多个与所述多个检测端对应设置的输出端，所述信号处理电路接收到相应的检测端有检测信号后在相应的输出端输出作为液位信号的检测波形。

2.如权利要求1所述的液位检测电路，其特征在于，所述信号处理电路包括多个信号处理子电路，所述每个信号处理子电路包括分压电阻R1、限流电阻R2、开关管Q1、上拉电阻R3、限流电阻R4以及滤波电容C1，其中，

所述分压电阻R1的第一端与相应的检测端及所述限流电阻R2的第一端连接，所述分压电阻R1的第二端接地，所述限流电阻R2的第二端与所述开关管Q1的控制端连接；

所述开关管Q1的高电位端接地，所述开关管Q1的低电位端经所述上拉电阻R3与直流电源连接，所述低电位端还经所述限流电阻R4和所述滤波电容C1接地、经所述限流电阻R4与相应的信号输入引脚连接。

3.如权利要求2所述的液位检测电路，其特征在于，所述每个信号处理子电路还包括二极管D1和限流电阻R5，所述二极管D1的阳极经所述限流电阻R5与所述检测电极相应的检测端连接，所述二极管D1的阴极与所述分压电阻R1的第一端连接。

4.如权利要求1所述的液位检测电路，其特征在于，所述检测波形为矩形波。

5.如权利要求4所述的液位检测电路，其特征在于，所述矩形波的最大电压值和最小电压值分别为6±2V、0.5±0.5V，所述矩形波的频率为50Hz。

6.一种液位检测控制器，与水泵电连接，其特征在于，所述液位检测控制器包括控制模块以及如权利要求1至6任一项所述的液位检测电路，所述控制模块与水泵电连接，包括多个与所述液位检测电路中信号处理电路的多个输出端对应连接的信号输入引脚，所述控制模块接收并根据所述液位检测电路输出的检测波形控制所述水泵工作。

7.如权利要求6所述的液位检测控制器，其特征在于，所述控制模块包括第一控制芯片，所述第一控制芯片与所述水泵的电机驱动电路电连接，所述第一控制芯片包括多个与所述信号处理电路的多个输出端对应连接的信号输入引脚，所述第一控制芯片根据所述检测波形发送水泵驱动信号到所述电机驱动电路以控制水泵工作。

8.如权利要求6所述的液位检测控制器，其特征在于，所述控制模块包括第一控制芯片、信号转换电路和第二控制芯片；

所述第一控制芯片包括多个与所述信号处理电路的多个输出端对应连接的信号输入引脚；

所述信号转换电路连接在所述第一控制芯片的控制引脚和所述第二控制芯片的输入引脚之间，所述第二控制芯片与所述水泵的电机驱动电路电连接；

所述第一控制芯片根据所述检测波形驱动所述信号转换电路输出水泵开关量到所述第二控制芯片，所述第二控制芯片根据所述水泵开关量发送水泵驱动信号到所述电机驱动电路以控制水泵工作。

9.如权利要求6所述的液位检测控制器，其特征在于，还包括液位指示电路，所述液位指示电路与所述第一控制模块的驱动引脚连接；

所述液位指示电路包括多个LED指示模块，所述多个LED指示模块分别与所述控制模块相应的驱动引脚连接，每个所述LED指示模块包括发光二极管和限流电阻R6，所述发光二极管的阳极与电源连接、阴极经所述限流电阻R6与所述相应的驱动引脚连接。

10.一种热水器，包括设备主体及液体容器，其特征在于，所述热水器还包括如权利要求6至9任一项所述的液位检测控制器，所述液位检测控制器与所述设备主体电路连接。