阅读说明：本技术 一种频率信号产生电路及液位检测电路 (Frequency signal generating circuit and liquid level detection circuit ) 是由 敬仕林 郑丰周 邓永文 宁瀛锋 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种频率信号产生电路及液位检测电路,该频率信号产生电路包括：依次串联的直流电源VCC、第一开关电路、第一电阻R1、第二电阻R2和第二开关电路,所述第二开关另一端接地；所述第一开关电路及第二开关电路分别连接用以控制其通断的控制电路；第一电容C1,与所述第二电阻R2和第二开关电路并联；所述第一电阻R1及所述第二电阻R2之间接有第一接头X1。本发明通过控制第一开关电路与第二开关电路的断开闭合周期,控制第一电容C1的充放电,从而产生高频交流信号。可以通过仅仅使用直流电源产生高频交流信号,简化了对电源的要求。(The invention discloses a frequency signal generating circuit and a liquid level detecting circuit, wherein the frequency signal generating circuit comprises: the direct current power supply VCC, the first switch circuit, the first resistor R1, the second resistor R2 and the second switch circuit are sequentially connected in series, and the other end of the second switch is grounded; the first switch circuit and the second switch circuit are respectively connected with a control circuit for controlling the on-off of the first switch circuit and the second switch circuit; a first capacitor C1 connected in parallel with the second resistor R2 and the second switch circuit; a first connector X1 is connected between the first resistor R1 and the second resistor R2. The invention controls the charging and discharging of the first capacitor C1 by controlling the open-close period of the first switch circuit and the second switch circuit, thereby generating a high-frequency alternating current signal. The requirement for power supply can be simplified by using only a dc power supply to generate the high frequency ac signal.)

一种频率信号产生电路及液位检测电路

技术领域

本发明涉及电子电路领域，具体涉及一种频率信号产生电路及液位检测电路。

背景技术

随着人们生活水平的逐渐提高，许多智能化的家用电器逐渐被人们青睐。目前市场上售卖的电水壶采用的是蒸气智能感应控温，具有水沸腾后自动断电、防干烧断电的功能。随着生活的需要，现在的电水壶也正在向多功能方向发展，如防漏、防烫、锁水等。电水壶具有加热速度快，保温效果好，过滤功能强，式样多等优点。

在用户使用自动进水的电水壶时，随着电水壶的水位会不断地变化，因此检测水壶中的水位就显得十分重要。目前市面上自动进水的电水壶在判断水位信息的原理基本都是通过利用水与壶身构成一个电容结构实现或者利用水的电导率。

但是在检测时，现有技术的电水壶需要有正电压和负电压产生的高频交流信号作为激励源，因为正弦波一般需要正负电压利用振荡原理产生，如果要形成正负电压的两路输出，对电源要求较高，而且产生正弦波信号时需要用运放元件构成振荡电路，电源电路的结构也较复杂。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中在检测电水壶的水位时，需要正电压和负电压产生的高频交流信号作为激励源，对电源要求较高的问题，从而提供一种频率信号产生电路及液位检测电路。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种频率信号产生电路，包括：依次串联的直流电源VCC、第一开关电路、第一电阻R1、第二电阻R2和第二开关电路，所述第二开关另一端接地；所述第一开关电路及第二开关电路分别连接用以控制其通断的控制电路；第一电容C1，与所述第二电阻R2和第二开关电路并联；所述第一电阻R1及所述第二电阻R2之间接有第一接头X1。

可选地，所述第一开关电路为第一三极管Q1，所述第一三极管Q1的基极接有偏置电阻R4，集电极接所述第一电阻R1，发射极接所述直流电源VCC；所述偏置电阻R4的另一端接有所述控制电路的输出端。

可选地，所述第二开关电路为第二三极管Q2，所述第二三极管Q2的基极接有偏置电阻R5，发射极接地，集电极接所述第二电阻R2；所述偏置电阻R5的另一端接有所述控制电路的输出端。

可选地，所述第一三极管Q1为PNP型三极管，所述第二三极管Q2为NPN型三极管。

可选地，当所述控制电路输出低电平时，所述第一三极管Q1饱和导通，所述第二三极管Q2截止；当所述控制电路输出高电平时，所述第一三极管Q1截止，所述第二三极管Q2饱和导通。

可选地，所述控制电路包括：主控芯片、偏置电阻R6、第三三极管Q3、偏置电阻R7和第四三极管Q4；所述偏置电阻R6和偏置电阻R7并联接入所述主控芯片的输出端；所述第三三极管Q3为NPN型三极管，基极与所述偏置电阻R6的另一端连接，发射极接地，集电极接所述第一开关电路；所述第四三极管Q4为PNP型三极管，基极与所述偏置电阻R7的另一端连接，发射极接正电压，集电极接所述第二开关电路。

本发明实施例还提供一种液位检测电路，包括：信号检测电路及上述任一项所述的频率信号产生电路，其中，所述控制电路包括：主控芯片、偏置电阻R6、第三三极管Q3、偏置电阻R7和第四三极管Q4；所述偏置电阻R6和偏置电阻R7并联接入所述主控芯片的输出端；所述信号检测电路包括第二接头X2、第一二极管D1、第二二极管D2、第二电容C2和所述主控芯片；所述第一二极管D1负极与所述主控芯片的AD端连接，正极与所述第二接头X2连接；所述第二二极管D2负极与所述第一二极管D1正极连接，正极接地；所述第二电容C2一端接于所述第一二极管D1负极，另一端接地；所述第一接头X1及所述第二接头X2用以与被测液体相接触，构成等效电容CP。

可选地，所述信号检测电路还包括第三电容C3和稳压电阻R3，所述第三电容C3和所述稳压电阻R3均与所述第二电容C2并联。

可选地，所述第一接头X1为盛有所述被测液体的金属容器，所述第二接头X2为检测探针；或者，所述第二接头X2为盛有所述被测液体的所述金属容器，所述第一接头X1为所述检测探针。

本发明实施例还提供了一种液位检测装置，包括上述任一实施例所述的一种液位检测电路。

本发明技术方案与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明实施例提供了一种频率信号产生电路，包括：依次串联的直流电源VCC、第一开关电路、第一电阻R1、第二电阻R2和第二开关电路，所述第二开关另一端接地；所述第一开关电路及第二开关电路分别连接用以控制其通断的控制电路；第一电容C1，与所述第二电阻R2和第二开关电路并联；所述第一电阻R1及所述第二电阻R2之间接有第一接头X1。本发明通过设置直流电源VCC、第一开关电路与第二开关电路，控制第一开关电路与第二开关电路的断开闭合周期，进而控制第一电容C1的充放电，从而产生高频交流信号。本发明实施例的频率信号产生电路，可以仅仅使用直流电源产生高频交流信号，简化了对电源的要求，从而解决了现有技术中需要有正电压和负电压产生的高频交流信号作为激励源，对电源要求较高的问题。

2.本发明实施例还提供了一种液位检测电路，包括信号检测电路和上述频率信号产生电路，由于芯片不受温度影响，且水的等效电容几乎不受温度影响，使得检测到的水位电压平稳。从而解决了现有技术中在产生正弦波信号时，运算放大器受温度影响较大，容易出现产生的正弦波不稳定，导致水位检测不准确的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的一种频率信号产生电路的电路图；

图2为本发明实施例1的第一电容的电压变化图；

图3为本发明实施例1的第一电容的电压周期性变化图；

图4为本发明实施例2的一种频率信号产生电路的电路图；

图5为本发明实施例3的一种频率信号产生电路的电路图；

图6为本发明实施例4的一种液位检测电路的第一种电路图；

图7为本发明实施例4的一种液位检测电路的第二种电路图；

图8为本发明实施例4的一种液位检测电路的第三种电路图；

图9为本发明实施例4的滤波后的交流信号电压变化图；

图10为本发明实施例4的一种液位检测电路优选实施方式的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

现有技术中，由于电水壶温度较高，水位检测装置中的运算放大器容易受温度影响，所以检测不准。并且水位检测装置需要交流信号检测，而产生交流信号需要正负电源，正负电源通常电源器件较多，变压器绕组较多，对电源要求较高。本发明实施例提供的液位检测电路，通过常规直流电源配合两个开关的开关频率简化了电源的同时满足了交流信号的要求，采用主控芯片的PWM信号输出端输出避免了温度的影响，可以广泛应用于电水壶、电茶壶，以及各种需要液位检测电路的液位检测装置中，本发明实施例将以电水壶进行举例说明。

本发明实施例提供了一种频率信号产生电路，该频率信号产生电路包括依次串联的直流电源VCC、第一开关电路、第一电阻R1、第二电阻R2、第二开关电路、第一电容C1以及控制电路。第二开关电路的另一端接地，第一开关电路及第二开关电路分别连接用以控制其通断的控制电路。第一电容与第二电阻R2和第二开关电路并联，第一电阻R1及第二电阻R2之间接有第一接头X1。

实施例1

频率信号产生电路用于控制第一电容C1充放电，产生脉动直流电压信号。在本实施例中，以第一开关电路为第一开关S1，第二开关电路为第二开关S2，控制电路为控制器进行举例说明。如图1所示，具体地，当控制器控制第一开关S1闭合，控制第二开关S2断开时，直流电源VCC通过第一电阻R1对第一电容C1进行充电，第一电容C1两端的电压不断增加；当控制器控制第一开关S1断开，控制第二开关S2闭合时，第一电容C1、第二电阻R2与大地形成闭合回路，第一电容C1进行放电，第一电容C1两端的电压不断减小。如图2所示，第一电容C1两端的电压变化为近似三角状。

如图3所示，当周期性的控制第一开关S1和第二开关S2的断开与闭合状态时，可以在第一电容C1两端检测到电压的变化波形为三角波。通过控制器合理地控制第一开关S1和第二开关S2的断开与闭合状态的频率，在第一电容C1充放电时，第一电容C1两端就会形成一定频率的脉动直流电压信号，从而可以通过脉动直流电压信号实现对电水壶的水位的检测。

如此设置，仅通过控制器控制第一开关S1和第二开关S2的断开与闭合频率，实现直流电源VCC对第一电容C1的充放电，从而产生了一定频率的脉动直流电压信号，极大地简化了液位检测电路中电源部分的结构部件，不需要在电路中额外单独设计正负电压输出，降低了对电源的使用要求，也简化了液位检测电路的组成。从而解决了现有技术中需要正负电压产生高频交流信号，导致电源器件多、变压器绕组多的问题。

实施例2

如图4所示，本发明实施例提供了一种频率信号产生电路，其中，控制电路为主控芯片的PWM信号输出端，第一开关电路包括偏置电阻R4和第一三极管Q1，第二开关电路包括偏置电阻R5和第二三极管Q2。第一三极管Q1为PNP型三极管，第二三极管Q2为NPN型三极管。

在本实施例中，PWM信号输出端的高电平不应高于直流电源VCC，本领域技术人员可根据实际情况进行设定，本实施例并不加以限制。

偏置电阻R4与偏置电阻R5并联接入主控芯片的PWM信号输出端，第一三极管Q1基极与偏置电阻R4的另一端连接，发射极接直流电源VCC，集电极与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1与第二电阻R2串联。第二电阻R2的另一端与第二三极管Q2的集电极相连，第二三极管Q2的基极与偏置电阻R5的另一端连接，发射极接地。第一电容C1一端接入第一电阻R1与第二电阻R2之间，另一端接地。

在本发明实施例中，信号产生电路通过PWM输出端输出的高低电平脉冲信号控制第一三极管Q1和第二三极管Q2的导通和截止。

由于第一三极管Q1为PNP型三极管，第二三极管Q2为NPN型三极管，当主控芯片的PWM输出端输出的脉冲信号为低电平时，根据三极管的饱和导通与截止关断的特性，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，此时直流电源VCC通过第一电阻R1对第一电容C1充电，第一电容C1两端的电压升高，可以测出第一电容C1的电压呈上升趋势；

当主控芯片的PWM输出端输出的脉冲信号为高电平时，同样地，根据三极管的饱和导通与截止关断的特性，第一三极管Q1截止，第二三极管Q2导通，此时第一电容C1、第二电阻与大地形成闭合回路，第一电容C1进行放电，第一电容C1两端的电压不断减小，可以测出第一电容C1的电压呈下降趋势。

通过主控芯片合理地控制PWM输出端输出的脉冲信号产生高低电平的频率，在第一电容C1充放电时，第一电容C1两端就会形成一定频率的脉动直流电压信号。在本实施例中，PWM信号输出端的高电平不应高于直流电源VCC，本领域技术人员可根据实际情况进行设定，本实施例并不加以限制。

如此设置，根据三极管的饱和导通与截止关断的特性实现仅通过直流电源VCC对第一电容C1的充放电，产生一定频率的脉动直流电压信号，极大地简化了液位检测电路中电源部分的结构部件，不需要在电路中额外单独设计正负电压输出，降低了对电源的使用要求，也简化了液位检测电路的组成。从而解决了现有技术中需要正负电压产生高频交流信号，导致电源器件多、变压器绕组多的问题。同时，由于主控芯片的PWM信号输出端输出的PWM信号不受温度影响，能够稳定准确地控制电路的导通与关闭，从而解决了现有技术中采用交流信号作激励源时所需要的运算放大器受温度影响较大，容易出现的正弦波不稳定，产生电压幅度的变化，最终导致水位检测不准确的问题。

实施例3

如图5所示，本发明实施例提供了一种频率信号产生电路，在该频率信号产生电路中，控制电路包括主控芯片、偏置电阻R6、第三三极管Q3、偏置电阻R7和第四三极管Q4。第一开关电路包括偏置电阻R4和第一三极管Q1，第二开关电路包括偏置电阻R5和第二三极管Q2。第一三极管Q1为PNP型三极管，第二三极管Q2为NPN型三极管，第三三极管Q3为NPN型三极管，第四三极管Q4为PNP型三极管。

主控芯片的PWM信号输出端同时与偏置电阻R6和偏置电阻R7并联，第三三极管Q3的基极与偏置电阻R6的另一端相连，发射极接地，集电极与偏置电阻R4的一端连接。第四三极管Q4的基极与偏置电阻R7的另一端相连，发射极接+5V的正电压，集电极与偏置电阻R5的一端连接。在本实施例中，PWM信号输出端的高电平不应高于+5V的正电压，本领域技术人员可根据实际情况进行设定，本实施例并不加以限制。

第一三极管Q1基极与偏置电阻R4的另一端连接，发射极接直流电源VCC，集电极与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1与第二电阻R2串联。第二电阻R2的另一端与第二三极管Q2的集电极相连，第二三极管Q2的基极与偏置电阻R5的另一端连接，发射极接地。第一电容C1一端接入第一电阻R1与第二电阻R2之间，另一端接地。

在本实施例中，控制电路通过PWM控制器输出的PWM信号，控制第三三极管Q3和第四三极管Q4的导通和截止。由于第三三极管Q3为NPN型三极管，第四三极管Q4为PNP型三极管，所以，当PWM控制器输出的PWM信号为高电平时，根据三极管的饱和导通与截止关断的特性，第三三极管Q3导通，第四三极管Q4截止，此时，偏置电阻R4接地，偏置电阻R5没有基极电流；根据三极管的饱和导通与截止关断的特性，第一三极管Q1被导通，第二三极管Q2被截止。此时，直流电源VCC通过第一电阻R1对第一电容C1充电，第一电容C1两端的电压不断增加。

当PWM控制器输出的PWM信号为低电平时，根据三极管的饱和导通与截止关断的特性，第三三极管Q3截止，第四三极管Q4导通；此时，偏置电阻R4中没有基极电流，偏置电阻R5由于接有5V正电压所以有基极电流；根据三极管的饱和导通与截止关断的特性，第一三极管Q1被截止，第二三极管Q2被导通。此时，第一电容C1、第二电阻与大地形成闭合回路，第一电容C1进行放电，第一电容C1两端的电压不断减小。

通过PWM控制器合理的控制PWM信号产生高低电平的频率，在第一电容C1充放电时，第一电容C1两端就会形成一定频率的脉动直流电压信号。

实施例4

本发明实施例还提供了一种液位检测电路，如图6-图8所示，该液位检测电路包括信号检测电路以及上述实施例中任一种频率信号产生电路。

信号检测电路包括第二接头X2、第一二极管D1、第二二极管D2、第二电容C2以及主控芯片。第一二极管D1负极与主控芯片的AD端连接，正极与等效电容CP的另一端连接。第二二极管D2负极与第一二极管D1正极连接，正极接地。第二电容C2一端接于第一二极管D1负极，另一端接地。第一接头X1与第二接头X2与被测液体相接触，构成等效电容CP。第一接头X1为盛有被测液体的金属容器，第二接头X2为检测探针；或者，第二接头X2为盛有被测液体的金属容器，第一接头X1为检测探针。

在本发明实施例中，以电水壶进行举例说明。如此，第一接头X1为盛放有水的电水壶的金属壶身，第二接头X2为检测探针；或者，第二接头X2为电水壶的金属壶身，所述第一接头X1为所述检测探针。

在频率信号产生电路的第一电容C1产生脉动直流电压信号时，由于脉动直流电压信号具有交流成分，所以脉动直流信号通过等效电容CP后，仅剩下交流信号。如此，当交流信号通过设置于水位检测探针，经过信号检测电路输入主控芯片之后可对交流信号进行检测，从而通过交流信号的电压大小实现对水位的检测。

当脉动直流信号通过等效电容CP之后，仅剩下交流信号。在交流信号输入信号检测电路之后，第二电容C2可对交流信号进行滤波。当交流信号处于正半周期时，第一二极管D1正向导通，第二二极管D2反向截止，从而第一二极管D1可以对交流信号进行整流；当交流信号处于负半周期时，第一二极管D1反向截止，第二二极管D2正向导通，从而第二二极管D2可以对交流信号进行整流。

整流后的交流信号如图9所示，将整流和经第二电容C2滤波之后的交流信号输入主控芯片AD之后，主控芯片便可以根据交流信号的电压变化，得到电水壶中的水位变化。

具体地，等效电容容抗其中，X_C为电容容抗，f为交流信号频率，CP为等效电容的电容值。

当电水壶中的水位变高时，等效电容CP变大，电容容抗X_C变小，等效电容另一端耦合到的交流信号幅值变大，所以主控芯片检测到的电压值变大；当电水壶中的水位变低时，等效电容CP变小，电容容抗X_C变大，等效电容另一端耦合到的交流信号幅值变小，所以主控芯片检测到的电压值变小，从而实现对电水壶水位的实时检测。

同时，由于主控芯片的PWM信号输出端输出的PWM信号不受温度影响，能够稳定准确地控制电路的导通与关闭，从而解决了现有技术中采用交流信号作激励源时所需要的运算放大器受温度影响较大，容易出现的正弦波不稳定，产生电压幅度的变化，最终导致水位检测不准确的问题。

作为一种优选的实施方式，如图10所示，信号检测电路还包括限流电阻R8，以及与第二电容C2并联的第三电容C3和稳压电阻R3。第三电容C3可以采用电解电容，电容容量较大，且检测到的信号频率可以更低，从而可以对脉动直流电压信号的交流信号进行滤波，稳压电阻R3可以使交流信号的电压更加稳定。第三电容C3和稳压电阻R3的设置能够使液位检测电路更容易检测，检测效果更好。

本发明实施例还提供了一种液位检测装置，包括上述实施例任一种所述的液位检测电路。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。