阅读说明：本技术 液位检测方法、液位检测装置及家用电器 (Liquid level detection method, liquid level detection device and household appliance ) 是由 宁瀛锋 邓小康 郑丰周 敬仕林 邓永文 张祝宾 杜东逸 王锦辉 赵跃 彭理 于 2019-11-28 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种液位检测方法、液位检测装置及家用电器,该液位检测方法由控制器执行,控制器的信号输出端与信号发生电路连接,控制器的信号输入端与信号接收电路连接,该检测方法包括：控制信号输出端间歇输出PWM信号至信号发生电路；接收信号接收电路输出至信号输入端的信号,并基于接收到的信号确定液面位置,实现有效地降低温升和提高控制器的I/O口的信号抗干扰性能。(The embodiment of the invention discloses an liquid level detection method, a liquid level detection device and a household appliance, wherein the liquid level detection method is executed by a controller, a signal output end of the controller is connected with a signal generation circuit, and a signal input end of the controller is connected with a signal receiving circuit.)

液位检测方法、液位检测装置及家用电器

技术领域

本发明实施例涉及液位检测技术，尤其涉及一种液位检测方法、液位检测装置及家用电器。

背景技术

随着智能时代的到来，各种家用电器的智能化程度越来越高。例如，家用电子式智能电水壶，通过在壶体内设置控制器、水位计、控制电路等，可以实现实时检测壶体内水量水位的变化。

但是，现有的技术方案存在一定的问题：为保证水位检测的实时性，需要提高信号频率，需要不断的输出控制信号和输入采样信号，这样会导致元器件温升高，信号检测也容易受到干扰。

发明内容

本发明提供一种液位检测方法、液位检测装置及家用电器，以实现有效地降低温升和提高控制器的I/O口的信号抗干扰性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种液位检测方法，该液位检测方法由控制器执行，控制器的信号输出端与信号发生电路连接，控制器的信号输入端与信号接收电路连接，检测方法包括：

控制所述信号输出端间歇输出PWM信号至信号发生电路；

接收信号接收电路输出至信号输入端的信号，并基于接收到的信号确定液面位置。

第二方面，本发明实施例还提供了一种液位检测装置，包括探针、控制器、信号发生电路和信号接收电路；

探针设置于容器中；

信号发生电路与控制器的信号输出端以及容器的壳体连接；

信号接收电路与探针以及控制器的信号输入端连接；

控制器用于间歇输出PWM信号至信号发生电路，并接收信号接收电路反馈的信号，基于接收到的信号确定液面位置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种家用电器，包括如第一方面和第二方面所述的液位检测装置。

本发明通过提供一种液位检测方法，该液位检测方法由控制器执行，控制器的信号输出端与信号发生电路连接，控制器的信号输入端与信号接收电路连接，检测方法包括：控制所述信号输出端间歇输出PWM信号至信号发生电路；接收信号接收电路输出至信号输入端的信号，并基于接收到的信号确定液面位置，解决现有技术方案存在温升高且信号检测易受到干扰的问题，实现有效地降低温升和提高控制器的I/O口的信号抗干扰性能的效果。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种液位检测方法的流程图；

图2是本发明实施例中的一种适用于液位检测方法的电路原理图；

图3是本发明实施例中的一种液位检测方法中的信号变化曲线图；

图4是本发明实施例中的一种适用于液位检测方法中的一种时长的PWM波形；

图5是本发明实施例中的一种液位检测装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

针对现有技术中的技术问题，经发明人研究发现，出现该问题的原因是由于控制器持续地发送PWM信号至液位检测电路，例如持续地发送PWM信号至信号发生电路，信号发生电路因短时间频繁充放电而导致元器件温升高和信号检测容易受干扰。针对该技术问题，本发明实施例控制信号输出端间歇输出PWM信号至信号发生电路；接收信号接收电路输出至信号输入端的信号，并基于接收到的信号确定液面位置。信号发生电路充放电的频率有所降低，进而降低器件温升和信号检测受到的干扰。

下面结合具体的实施例对本发明技术方案进行示例性说明。

图1为本发明实施例提供的一种液位检测方法的流程图。图2是本发明实施例提供的适用于液位检测方法的电路原理图，本发明实施例提供的液位检测方法可适用于液位检测实现的过程，该方法可以由本发明任意实施例所提供的液位检测装置来执行，例如可以由图2中所示的控制器执行，下面结合图2所示的电路说明本发明实施例提供的液位检测方法，请参考图1和图2，本发明实施例提供的液位检测方法具体包括如下步骤：

步骤110、控制信号输出端间歇输出PWM信号至信号发生电路；

示例性的，参考图2，控制器210的控制信号输出端1与信号发生电路230的信号输入端2电连接，信号发生电路230的信号输出端5可以与容器的内壁连接，信号接收电路240可以与探针220电连接。其中信号发生电路230包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电容C1、第二电容C2。为了对水壶的液位进行实时的监测，控制器210的控制信号输出端1间歇地输出PWM信号，输出的PWM信号传输到信号发生电路230的信号输入端2，控制器210输出的PWM信号控制信号发生电路230中的第一电容C1和第二电容C2进行充放电，进而产生水位信号发射波形。其中，控制第一电容C1和第二电容C2进行充放电的过程为：当控制器210的控制信号输出端1输出PWM信号中的高电平信号时，NPN型的第一三极管Q1(以NPN型三极管为示例)在高电平信号时导通，拉低第三三极管Q3(以PNP型三极管为示例)的基极电位，第三三极管Q3导通；控制器210的控制信号输出端1输出PWM信号中的高电平信号控制第二三极管Q2(以PNP型三极管为示例)关断，第四三极管Q4(以NPN型三极管为示例)的基极为低电位，第四三极管Q4关断，电源VCC通过第五电阻R5对第一电容C1和第二电容C2充电；当控制器210的控制信号输出端1输出PWM信号中的低电平信号时，第二三极管Q2导通，导通的第二三极管Q2拉高第四三极管Q4基极电位，第四三极管Q4导通，而第一三极管Q1和第三三极管Q3关断，此时第一电容C1和第二电容C2通过第六电阻R6放电。参考图3，图3为本发明是实施例提供中的液位检测电路中相应端点的信号波形示意图。其中，A波形表示的信号发生电路230的输出端5输出的信号波形，B波形表示探针220上的信号波形，C波形表示信号接收电路240输出端4输出的波形。示例性地，控制器210的控制信号输出端1在时间段X1期间输出PWM信号，在时间段X2期间不输出PWM信号，具体地，控制器210可以在X2期间输出低电平信号或者不输出信号，此阶段第一电容C1和第二电容C2不进行充放电。由于间歇输出PWM信号至信号发生电路230，即不会一直持续输出驱动信号至信号发生电路230，降低了第一电容C1和第二电容C2的充放电频率。

步骤120、接收信号接收电路输出至信号输入端的信号，并基于接收到的信号确定液面位置。

示例性的，继续参考图2和图3，信号发生电路230的输出端5可以与盛有液体的容器的外壳电连接，信号接收电路240的信号输入端6与探针220电连接，信号接收电路240的信号输出端4与控制器210的信号输入端3电连接，如此信号发生电路230输出的交流信号(水位信号发射波形)，可以通过容器内的液体耦合到探针220，经过壶体内的探针220和信号接收电路240再回到控制器210上，可以通过信号接收电路240接收到相应的信号，并通过控制器210进行采样，控制器210的信号输入端3采样由信号接收电路240的信号输出端4发出的与液位对应的信号，并基于采样到的信号确定液面的位置。其中，信号接收电路240包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第七电阻R7、第八电阻R8和第三电容C3。信号接收电路240的信号输入端6接收到的探针220上的液位变化的电信号(如图3中的B波形)先通过第二二极管D2和第三二极管D3进行整流，再经过第七电阻R7和第三电容C3进行滤波后输出，得到液位对应控制器210能够采样信号，如图3中的C波形，控制器210采样的信号的幅值反应液位的高低，控制器可以基于采样的信号的幅值确定液位。

可选的，在本发明实施例的一种实施方式中，控制信号输出端间歇输出PWM信号至信号发生电路，包括：周期性地输出PWM信号至信号发生电路。

需要说明的是，本发明实施例以图2所示的电路进行说明，并非对本发明实施例的限定，本发明实施例提供的液位检测方法，也可适用于其他的液位检测电路，只要该液位检测电路能够基于输入的PWM信号，输出与液位关联的信号即可。

本发明实施例提供的适用于液位检测方法的电路可以集成在容器内，可以对容器的液体的液位进行检测，例如该容器可以是水壶。目前，人们日常使用的电子式智能电水壶，因本身需要实时检测壶体内水量水位的需要，所以需要其内部电路在开机后一直处于工作状态，水壶的检测功能越细，信号读取次数越多，则要求信号的频率和电平幅值越大。现有技术会采用控制器一致持续的输出PWM信号至信号发生电路，如果采用现有技术的方式，即PWM信号之间没有间隙，例如控制器在X2阶段也输出PWM信号，容易导致EMC在其信号倍频点的时候进行叠加，在对水壶进行测试EMC的时候，测试端子上的干扰电压在水位信号(信号接收电路输出的习性)频率的倍频点会造成EMI电磁兼容性的RECEIVER(接收机)在某个瞬间读取到一个峰值非常大的数据点，这就会存在EMC测试有测试不合格的风险。而且应用现有技术的输出信号的方式，也会导致水位发送电路的器件温升因为不间断地快读充、放电而导致能量的急剧集聚而升高，例如第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2的温升会随着时间的推移逐步地提升。而EMC的不稳定和内部器件温升长期过高的情况都会影响到电水壶的使用、本身的功能实现及寿命。

为了对水壶的液位进行实时的监测，控制器210的信号输出端1间歇的输出PWM信号，如以一定的周期输出PWM信号，在输出PWM信号期间，即在图3中的X1时长期间，当输出的PWM信号为高电平信号时，信号发生电路230的第一三极管Q1和第三三极管Q3导通，第一电容C1和第二C2通过第五电阻R5充电，当输出的PWM信号为低电平信号时，信号发生电路230的第二三极管Q2和第四三极管Q4导通，第一电容C1和第二C2通过第六电阻R6放电，进而通过第一电容C1和第二电容C2的充放电产生液位信号发射波形，液位信号发射波形再经过信号接收电路240的整流和滤波作用得到液位变化的信号并通过信号接收电路240的信号输出端4发送到控制器210的信号输入端3，在输出PWM信号期间，控制器210将控制器210的信号输入端3设置为以一定的频率采样由信号接收电路240输出的液位变化的信号。而在X1时长期间，信号发生电路230和信号接收电路240基本不工作，信号发生电路230中的器件的开关频率降低了，降低了器件温升和信号检测受到的干扰，提高了水壶使用寿命。

本实施例的技术方案，通过控制所述信号输出端间歇输出PWM信号至信号发生电路；接收信号接收电路输出至信号输入端的信号，并基于接收到的信号确定液面位置，解决了现有技术方案存在温升高且信号检测易受到干扰的问题，达到了有效地降低温升和提高控制器的I/O口的信号抗干扰性能的效果，提高了器件的使用寿命。

其中，周期性地输出PWM信号包括以一定的占空比或频率输出PWM波。

可选的，PWM信号的时长在一周期时长的比例小于等于40％。

示例性的，参考图4，T0为一个PWM信号的周期，T1为PWM信号开通的时长，T2为PWM信号关断的时长，其中，T1占T0的比例小于等于40％。可选的，PWM信号的时长在一周期时长的比例为30％。在控制信号发生电路工作过程，发明人研究发现，在水位检测过程，因涉及多个水位的检测，控制器需要采集的水位接收电路输出的信号的数据值就越多，单位时间内要求信号发生电路工作的频率越高，，对于前端的发射信号的频率和电平幅值也就要求越大，所以检测功能就越细致，水位信号电路的器件参数也越大。本发明实施例中通过将信号，PWM信号的时长在一周期时长的比例为30％左右，既可以保证能准确地检测到水位信号，也可以最大限度地降低器件温升和EMC。

可选的，在输出PWM信号期间，采样信号输入端的信号，在未输出PWM信号期间，将信号输入端置固定电位。

示例性的，参考图2和图4，以PWM信号的时长在一周期时长的比例为30％为例，在控制器210的信号输出端1输出PWM信号至信号发生电路230的信号输入端2期间，即在T1时段，控制器210的信号输入端3采样由信号接收电路240的信号输出端4输出的信号；在控制器210的信号输出端1未输出PWM信号期间，即在T2期间，控制器210将其信号输入端3置一固定电位，

可选的，固定电位为零电位。其中，零电位可为控制器210输出的低电平。

在本发明实施例中，此时控制器的信号输入端3一般为I/O，当I/O口作为信号输入口时，其特性为高阻态，当处于此种状态的时候，则I/O口的状态为不确定状态，既不能确定是高电平也不能确定是低电平。在控制器210未输出PWM信号期间，即在图3中的X2时长期间，此时就相当于构成控制器的MCU芯片的输入口处于悬空状态，因输入口往往内阻很高，这样的话就会导致控制器在工作过程中容易受到电磁干扰的影响，产生寄生电压，这些会严重影响到控制器运行的稳定性，特别是容易引起水位监测的误判和错判。在极端情况下甚至会导致芯片被瞬间强干扰击穿而芯片损坏。鉴于此，本发明实施例中，在控制器210未输出PWM信号期间，控制器210将信号输入端3设置为零电位，即使内部采样该信号端的信号，也会采样的低电平，为确定电位，从这样就能保证I/O口在下一个PWM开通周期前，不受干扰，解决液位监测过程中的信号易受干扰的问题。

图5是本发明实施例二提供的液位检测装置的结构框图，本发明实施例提供一种液位检测装置，参考图5，该装置包括探针220、控制器210、信号发生电路230和信号接收电路240；

探针220设置于容器250中；

信号发生电路230与控制器210的信号输出端1以及容器250的壳体连接；

信号接收电路240与探针220以及控制器210的信号输入端3连接；

控制器210用于间歇输出PWM信号至信号发生电路230，并接收信号接收电路240反馈的信号，基于接收到的信号确定液面位置。

示例性的，参考图5，控制器210的信号输出端1与信号发生电路230的信号输入端2电连接，信号发生电路230的信号输出端5与容器250的壳体电连接。其中，继续参考图2，信号发生电路230包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电容C1、第二电容C2，为了对水壶的液位进行实时的监测，控制器210的控制信号输出端1间歇地输出PWM信号，输出的PWM信号传输到信号发生电路230的信号输入端2，控制器210输出的PWM信号控制信号发生电路230中的第一电容C1和第二电容C2进行充放电，进而产生水位信号发射波形。容器250内的探针220与信号接收电路240的信号输入端6电连接，信号发生电路240的信号输出端4与控制器210的信号输入端3电连接。其中，信号发生电路240包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第七电阻R7、第八电阻R8和第三电容C3。信号接收电路240的信号输入端6接收到的探针220上的液位变化的电信号(如图3中的B波形)先通过第二二极管D2和第三二极管D3进行整流，再经过第七电阻R7和第三电容C3进行滤波后输出，得到液位对应控制器210能够采样的信号,液位信号发射波形再经过信号接收电路240的整流和滤波作用得到液位变化的信号并通过信号接收电路240的信号输出端4发送到控制器210的信号输入端3，在输出PWM信号期间，控制器210将控制器210的信号输入端3设置为以一定的频率采样由信号接收电路240输出的液位变化的信号。而在X1时长期间，信号发生电路230和信号接收电路240基本不工作，信号发生电路230中的器件的开关频率降低了，降低了器件温升和信号检测受到的干扰，提高了水壶使用寿命。

可选的，控制器210用于周期性地输出PWM信号至信号发生电路。

其中，周期性地输出PWM信号包括以一定的占空比或频率输出PWM波。

可选的，控制器210输出PWM信号的时长在一周期时长的比例小于等于40％。

其中，示例性的，参考图4，T0为一个PWM信号的周期，T1为PWM信号开通的时长，T2为PWM信号关断的时长，其中，T1占T0的比例小于等于40％。

可选的，控制器输出PWM信号时长在一周期时长的比例为30％。

其中，示例性的，继续参考图4，T0为一个PWM信号的周期，T1为PWM信号开通的时长，T2为PWM信号关断的时长，其中，T1占X0的比例等于30％。

可选的，控制器还用于在输出PWM信号期间，采样信号输入端的信号，在未输出PWM信号期间，将信号输入端置固定电位。

其中，示例性的，参考图2和图4，以PWM信号的时长在一周期时长的比例为30％为例，在控制器210的信号输出端1输出PWM信号至信号发生电路230的信号输入端2期间，即在T1时段，控制器210的信号输入端3采样由信号接收电路240的信号输出端4输出的信号；在控制器210的信号输出端1未输出PWM信号期间，即在T2期间，控制器210将其信号输入端3置一固定电位，

可选的，固定电位为零电位。

其中，零电位可为控制器210输出的低电平。

在本发明实施例中，此时控制器的信号输入端3一般为I/O，当I/O口作为信号输入口时，其特性为高阻态，当处于此种状态的时候，则I/O口的状态为不确定状态，既不能确定是高电平也不能确定是低电平。在控制器210未输出PWM信号期间，即在图3中的X2时长期间，此时就相当于构成控制器的MCU芯片的输入口处于悬空状态，因输入口往往内阻很高，这样的话就会导致控制器在工作过程中容易受到电磁干扰的影响，产生寄生电压，这些会严重影响到控制器运行的稳定性，特别是容易引起水位监测的误判和错判。在极端情况下甚至会导致芯片被瞬间强干扰击穿而芯片损坏。鉴于此，本发明实施例中，在控制器210未输出PWM信号期间，控制器210将信号输入端3设置为零电位，即使内部采样该信号端的信号，也会采样的低电平，为确定电位，从这样就能保证I/O口在下一个PWM开通周期前，不受干扰，解决液位监测过程中的信号易受干扰的问题。

在本发明实施例中，通过控制所述信号输出端间歇输出PWM信号至信号发生电路；接收信号接收电路输出至信号输入端的信号，并基于接收到的信号确定液面位置，解决了现有技术方案存在温升高且信号检测易受到干扰的问题，达到了有效地降低温升和提高控制器的I/O口的信号抗干扰性能的效果，提高了器件的使用寿命。

本发明实施例所提供的家用电器可包括本发明任意实施例所提供的液位检测方法和液位检测装置，具备检测装置相应的功能模块和有益效果。

一种家用电器，包括本发明任意实施例所提供的液位检测装置。

其中，家用电器可以包括电热水壶、电热水器、咖啡机、水箱、开水器等。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。