专利名称：非接触式水位检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及到水位检测领域，特别涉及到一种非接触式水位检测装置及方法。
背景技术：
现有技术中检测水位通常使用水位传感器，且水位传感器的电路通常分为机械开关式和电子振荡式两种。其中机械开关式简单且容易实现，成本较低，但档位识别比较粗糙；档位由用户选定，一般只有高中低三档，易造成对水资源的浪费。而电子振荡式成本较高，但水位识别很精确，可实现无级水位调节。 机械式水位传感器电路采用简单的弹片模拟开关，当水位达到档位时，弹片闭合；再通过改变弹片闭合的行程就形成高中低不同档水位的要求。电子振荡式水位传感器内置一个振荡电路(LC电路)，水位的变化引起气压变化，气压的变化引起水位传感器内置电感的电感量(L)变化，L的变化引起振荡频率变化，即单位时间内的脉冲数发生变化，MCU (Micro Control Unit，微控制单元)检测到频率信号后，通过查表方式得到对应的水压量，既而得出相应的水位量。 现有技术中对水位的检测，需要单独设置接触式的水位传感器，使得整个检测电路结构较为复杂，提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的之一为提供一种非接触式水位检测装置及方法，降低了生产成本。
本发明提出一种非接触式水位检测装置，包括 可变电容模块，根据水位状态产生电容值，形成谐波信号； 滤波模块，与所述可变电容模块连接，过滤所述谐波信号中的低频信号； 信号放大模块，接收通过所述过滤模块过滤后的谐波信号进行放大及滤波处理； 负反馈模块，与所述信号放大模块连接，进行电路采样，获取幅度信息；并根据所
述幅度信息调整所述信号放大模块的工作点； 采样信号产生模块，与信号放大模块连接，获取谐波信号进行耦合、整流以及滤波，形成直流信号，供MCU采样获取水位状态。
优选地，所述可变电容模块包括 电容，与水接触形成可变电容，在不同的水位状态产生不同的电容值，形成谐波信号。 优选地，所述滤波模块为RC并联电路。
优选地，所述信号放大模块进一步包括 —次放大单元，与所述滤波模块连接，接收过滤后的谐波信号进行一次放大并滤波； 二次放大单元，与所述一次放大单元连接，接收通过一次放大并滤波的谐波信号，进行二次放大并滤波。
优选地，所述二次放大单元还与所述滤波模块连接，形成滤波模块、一次放大单元
以及二次放大单元三者之间的回路，对谐波信号进行反复放大。 优选地，所述负反馈模块进一步包括 取样电路，与所述信号放大模块连接，获取幅度信号； 反馈电路，与采样电路连接，接收幅度信号并反馈至信号放大模块进行工作点调整。 优选地，所述采样信号产生模块进一步包括 耦合单元，与所述信号放大模块连接，进行耦合处理； 整流单元，与所述耦合单元连接，进行整流处理； 滤波单元，与所述整流单元连接，过滤高频信号，形成直流信号，供MCU采样获取水位状态。 本发明还提出一种非接触式水位检测方法，包括步骤 根据水位状态产生电容值，形成谐波信号； 过滤所述谐波信号中的低频信号； 接收过滤后的谐波信号进行放大及滤波处理； 获取幅度信息，并根据所述幅度信息进行信号幅度调整； 获取谐波信号进行耦合、整流以及滤波，形成直流信号，供MCU采样获取水位状态。 优选地，所述根据水位状态产生电容值，形成谐波信号的步骤包括步骤 通过与水接触形成可变电容，在不同的水位状态产生不同的电容值，形成谐波信号。 优选地，所述接收过滤后的谐波信号进行放大及滤波处理的步骤进一步包括步骤 接收过滤后的谐波信号进行一次放大并滤波； 接收通过一次放大并滤波的谐波信号，进行二次放大并滤波。 本发明非接触式水位检测装置及方法，利用电容变化体现水位变化，从而产生不同谐波信号，在经过处理后进行采样，从采样值中获得水位状态，可达到检测水位的目的。
图1是本发明一实施例的非接触式水位检测装置的结构示意图2是本发明一实施例的非接触式水位检测装置的电路结构示意图3是本发明一实施例的非接触式水位检测装置信号放大模块的结构示意图4是本发明一实施例的非接触式水位检测装置负反馈模块的结构示意图5是本发明一实施例的非接触式水位检测装置采样信号产生模块的结构示意
图6是本发明另一实施例的非接触式水位检测方法的步骤流程示意图7是本发明另一实施例的非接触式水位检测方法的步骤S22的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施例方式
本发明通过在检测电路中设置电容Cl(图未示出)与被测的水接触，该被测的水相当于一个一端接地，另一端与该电容C1串联的电容C2(图未示出)。电容C1与电容C2串联后的效果相当于一可变的电容Cx(参照图2)。当被测的水的水位状态变化，则该电容C2的值将变化；检测产生的谐波信号，进行处理后产生直流信号，供MCU(Micro ControlUnit，微控制单元)进行AD(Analog Digital,模拟/数字)采样，获取水位状态信息，判断水位状态，达到检测水位状态的目的。 参照图l，提出本发明一实施例的一种非接触式水位检测装置IO，可包括
可变电容模块ll，根据水位状态产生电容值，形成谐波信号；
滤波模块12，与上述可变电容模块11连接，过滤上述谐波信号中的低频信号；
信号放大模块13，接收通过上述过滤模块过滤后的谐波信号进行放大及滤波处理； 负反馈模块14，与上述信号放大模块13连接，进行电路采样，获取幅度信息；并根据上述幅度信息调整上述信号放大模块13的工作点； 采样信号产生模块15，与信号放大模块13连接，获取谐波信号进行耦合、整流以及滤波，形成直流信号，供MCU采样获取水位状态。 参照图2，在本实施例的一实施方式中，上述可变电容模块11可包括电容C1，与水接触形成可变电容C2，在不同的水位状态产生不同的电容值，形成谐波信号。电容C1与被测的水接触，该被测的水相当于一个一端接地、另一端与该电容Cl串联的电容C2，当被测的水的水位状态变化，则该电容C2的值将变化，使得串联的总电容(Cx)变化，而形成了相应变化的谐波信号。 上述滤波模块12可为RC并联电路；由电阻R12以及电容C7构成，接收上述谐波信号衰减掉其中的低频信号。 参照图3，在本实施例的另一实施方式中，上述信号放大模块13可进一步包括一次放大单元131以及二次放大单元132 ;该一次放大单元131，与上述滤波模块12连接，接收过滤后的谐波信号进行一次放大并滤波；该二次放大单元132，与上述一次放大单元131连接，接收通过一次放大并滤波的谐波信号，进行二次放大并滤波。 上述一次放大单元131可为三极管Q4，其可通过基极接收衰减后的信号，放大并过滤后传送至二次放大单元132。 上述二次放大单元132可为三极管Q3，接收上述三极管Q4传送的信号，进行再次放大并过滤后输出。 上述二次放大单元132 (Q3)还与上述滤波模块12连接，形成滤波模块12、一次放大单元131(Q4)以及二次放大单元132(Q3)三者之间的回路，对过滤掉低频信号后的谐波信号进行反复放大。 参照图4，在本实施例的另一实施方式中，上述负反馈模块14进一步包括取样电路141以及反馈电路142 ;该取样电路141，与上述信号放大模块13连接，获取幅度信号；该反馈电路142，与采样电路连接，接收幅度信号并反馈至信号放大模块13进行工作点调整，进行限幅。 上述取样电路141可包括电阻R13以及电阻R14，当信号幅度通过三极管Q3放大
6到一定值(保证送到MCU的电压不超过VCC)时，由电阻R13以及电阻R14组成的取样电路 141，取出该三极管Q3发送的信号中的信号幅度信息，经电容C8反馈至三极管Q4的发射 极，进而调整该三极管Q4的工作点，使三极管Q3输出的信号限制在一定值。
参照图5，在本实施例的另一实施方式中，上述采样信号产生模块15可进一步包 括耦合单元151、整流单元152以及滤波单元153 ;该耦合单元151，与上述信号放大模块13 连接，进行耦合处理；该整流单元152，与上述耦合单元151连接，进行整流处理；该滤波单 元153，与上述整流单元152连接，过滤高频信号，形成直流信号，供MCU采样获取水位状态。
上述耦合单元151可为电容C9，其可接收从三极管Q3的发射极输出的信号，进行 耦合处理后输出。 上述整流单元152可包括二极管D5以及二极管D6，两者并联组成，对经过耦合的 信号进行整流处理后并输出。 上述滤波单元153可包括电阻R15以及电容CIO，两者构成RC并联电路，接收整流
后的信号进行滤波处理，衰减掉高频信号，产生直流信号，供MCU进行AD采样。MCU通过AD采样，可得到AD值(模拟电压值)。当水位状态(高度)变化，电容
Cl与电容C2的总电容(Cx)就会变化，MCU得到的AD值也会随着变化，从而可以通过AD值
的变化来区分不同的水位，继而实现非接触式水位的检测。 上述非接触式水位检测装置IO还可包括电阻RIO以及电阻R11，分别与上述三极 管Q3以及三极管Q4串联，可分别用来调节三极管Q3以及三极管Q4的工作点。(参照图 2) 上述非接触式水位检测装置10还可包括电源VCC，其两端分别与电阻R10以及三 极管Q3的集电极连接。上述非接触式水位检测装置lO在电阻Rll与电阻R14之间还设置 有接地连接。 本发明的非接触式水位检测装置10中电路可设置在PCB板(Printed CircuitBoard，印刷电路板)；其中，上述电容C1可为两铜箔，分别设置双层印制线路板的 顶层和底层，且两铜箔平行形成一平行板电容器。该非接触式水位检测装置10常用在水位 报警处理中，譬如咖啡机以及电热壶等液体加热设备中，当水位低于一定值时，便可启动报
警。该非接触式水位检测装置io，结构简单，降低了生产成本。 参照图6，提出本发明另一实施例的一种非接触式水位检测方法，可包括 步骤S20、根据水位状态产生电容值，形成谐波信号； 步骤S21、过滤所述谐波信号中的低频信号； 步骤S22、接收过滤后的谐波信号进行放大及滤波处理； 步骤S23、获取幅度信息，并根据所述幅度信息进行信号幅度调整； 步骤S24、获取谐波信号进行耦合、整流以及滤波，形成直流信号，供MCU采样获取
水位状态。 如步骤S20所述，通过设置电容Cl与与被测的水接触，该被测的水相当于一个一 端接地、另一端与该电容C1串联的电容C2，当被测的水的水位状态变化，则该电容C2的值 将变化，使得串联的总电容(Cx)变化，而形成了相应变化的谐波信号。
如步骤S21所述，可利用RC并联电路接收上述谐波信号并过滤其中的低频信号。
参照图7，在本实施例的一实施方式中，上述步骤S22可进一步包括
步骤S221、接收过滤后的谐波信号进行一次放大并滤波； 步骤S222、接收通过一次放大并滤波的谐波信号，进行二次放大并滤波。 在进行过一次放大以及二次放大后，还可返回步骤S21，再次将信号进行滤波处
理，然后再进行上述步骤S221以及步骤S222，对信号进行反复放大。 如步骤S23所述，当信号幅度放大到一定值(保证送到MCU的电压不超过VCC) 时，通过采样，取出放大的信号中的信号幅度信息，并进行限幅调整，使信号限制在一定值 之内。 如步骤S24所述，获取经过放大后的信号进行耦合、整流以及滤波，形成直流信 号，供MCU采样获取水位状态。 MCU通过AD采样，可得到AD值。当水位状态(高度)变化，电容Cl与电容C2的 总电容(Cx)就会变化，MCU得到的AD值也会随着变化，从而可以通过AD值的变化来区分 不同的水位，继而实现非接触式水位的检测。 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用 本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关 的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
8
权利要求
一种非接触式水位检测装置，其特征在于，包括可变电容模块，根据水位状态产生电容值，形成谐波信号；滤波模块，与所述可变电容模块连接，过滤所述谐波信号中的低频信号；信号放大模块，接收通过所述过滤模块过滤后的谐波信号进行放大及滤波处理；负反馈模块，与所述信号放大模块连接，进行电路采样，获取幅度信息；并根据所述幅度信息调整所述信号放大模块的工作点；采样信号产生模块，与信号放大模块连接，获取谐波信号进行耦合、整流以及滤波，形成直流信号，供MCU采样获取水位状态。
2. 根据权利要求1所述的非接触式水位检测装置，其特征在于，所述可变电容模块包括电容，与水接触形成可变电容，在不同的水位状态产生不同的电容值，形成谐波信号。
3. 根据权利要求1所述的非接触式水位检测装置，其特征在于，所述滤波模块为RC并 联电路。
4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的非接触式水位检测装置，其特征在于，所述信 号放大模块进一步包括一次放大单元，与所述滤波模块连接，接收过滤后的谐波信号进行一次放大并滤波； 二次放大单元，与所述一次放大单元连接，接收通过一次放大并滤波的谐波信号，进行 二次放大并滤波。
5. 根据权利要求4所述的非接触式水位检测装置，其特征在于，所述二次放大单元还 与所述滤波模块连接，形成滤波模块、一次放大单元以及二次放大单元三者之间的回路，对 谐波信号进行反复放大。
6. 根据权利要求1至3中任意一项所述的非接触式水位检测装置，其特征在于，所述负 反馈模块进一步包括取样电路，与所述信号放大模块连接，获取幅度信号；反馈电路，与采样电路连接，接收幅度信号并反馈至信号放大模块进行工作点调整。
7. 根据权利要求1至3中任意一项所述的非接触式水位检测装置，其特征在于，所述采 样信号产生模块进一步包括耦合单元，与所述信号放大模块连接，进行耦合处理； 整流单元，与所述耦合单元连接，进行整流处理；滤波单元，与所述整流单元连接，过滤高频信号，形成直流信号，供MCU采样获取水位 状态。
8. —种非接触式水位检测方法，其特征在于，包括步骤 根据水位状态产生电容值，形成谐波信号； 过滤所述谐波信号中的低频信号； 接收过滤后的谐波信号进行放大及滤波处理； 获取幅度信息，并根据所述幅度信息进行信号幅度调整；获取谐波信号进行耦合、整流以及滤波，形成直流信号，供MCU采样获取水位状态。
9. 根据权利要求8所述的非接触式水位检测方法，其特征在于，所述根据水位状态产 生电容值，形成谐波信号的步骤包括步骤通过与水接触形成可变电容，在不同的水位状态产生不同的电容值，形成谐波信号。
10.根据权利要求8或9所述的非接触式水位检测方法，其特征在于，所述接收过滤后的谐波信号进行放大及滤波处理的步骤进一步包括步骤 接收过滤后的谐波信号进行一次放大并滤波； 接收通过一次放大并滤波的谐波信号，进行二次放大并滤波。
全文摘要
本发明揭示了一种非接触式水位检测装置及方法。所述装置包括可变电容模块，根据水位状态产生电容值，形成谐波信号；滤波模块，与所述可变电容模块连接，过滤所述谐波信号中的低频信号；信号放大模块，接收通过所述过滤模块过滤后的谐波信号进行放大及滤波处理；负反馈模块，与所述信号放大模块连接，进行电路采样，获取幅度信息；并根据所述幅度信息调整所述信号放大模块的工作点；采样信号产生模块，与信号放大模块连接，获取谐波信号进行耦合、整流以及滤波，形成直流信号，供MCU采样获取水位状态。所述方法，利用电容变化体现水位变化，从而产生不同谐波信号，在经过处理后进行采样，从采样值中获得水位状态，可达到检测水位的目的。
文档编号G01F23/26GK101718570SQ200910109878
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者刘建伟, 孙益红, 皮林林, 董晓勇 申请人:深圳和而泰智能控制股份有限公司