一种水满检测电路的制作方法

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及水满检测技术领域。

背景技术：

水满检测功能在很多家电中都需要使用，如洗衣机、洗碗机、热水器、采暖炉等家用电器。目前的水满检测方案大致分为两种：一种是利用物理的方法，在水中放置一个浮子，当水满时，浮子的位置上浮，出发微动开关，获得水满信号；另一种是利用电路直接检测水，也是利用水的导电性，通过检测水的电阻，获得一定的电压信号，或者利用水的电阻和电路中的电容产生振荡，来检测频率信号。

利用浮子开关这种物理的方式来检测水满的方案，具有明显的缺点：一时成本很高，二是使用寿命不长。由于开关长期处于潮湿的环境中，开关的触点表面会逐渐被腐蚀、附着物逐渐增加，最后导致开关接触不良，进而无法检测水满信号或者误触发信号，因此需要定期更改浮子开关。

另一种利用水的电阻检测水满信号的方案，也无法解决水电解的问题。由于家用电器的电路系统中，都必须使用直流电源来给单片机以及其他控制、检测部分进行供电，所以在检测水满的时候，加在水中两个电极上的电压是直流电压。任何水质都有一定的导电性，在水中加直流电压时，会让水产生电解，在阴极通过还原水形成氢气，在阳极通过氧化水形成氧气。因此，利用直流电的方式来检测水时，由于水质的电解，水的含量越来越少，但是水中的电解质不变，所以水的电阻在随着时间的增加而减小，同时水的电解速度越来越快；从而导致检测到的水的电阻为变化值，以致于检测到的水满信号会越来越不稳定。

技术实现要素：

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的水满检测电路。具体地，本发明提供能够有效避免水电解的水满检测电路。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种水满检测电路，所述水满检测电路包括第一三极管P₁、第二三极管P₂、第三三极管P₃、第四三极管P₄、第一偏置电阻R_b1、第二偏置电阻R_b2和下拉电阻R₀、第一采集端J₁、第二采集端J₂、第一输入端I₁、第二输入端I₂以及输出端O₁；

其中，所述第一三极管P₁的基极与所述第一输入端I₁连接，所述第一三极管P₁的发射极与电源的正极连接，且所述第一三极管P₁的基极与所述第一三极管P₁的发射极之间通过所述第一偏置电阻R_b1连接，所述第一三极管P₁的集电极与所述第一采集端J₁连接；

所述第二三极管P₂的基极与所述第二输入端I₂连接，所述第二三极管P₂的发射极与电源的正极连接，且所述第二三极管P₂的基极与所述第二三极管P₂的发射极之间通过所述第二偏置电阻R_b2连接，所述第二三极管P₂的集电极与所述第二采集端J₂连接；

所述第三三极管P₃的基极与电源的正极连接，且与所述第一输入端I₁连接；所述第三三极管P₃的发射极与所述第二采集端J₂连接，所述第三三极管P₃的集电极与所述下拉电阻R₀的第一端连接，所述下拉电阻R₀的第二端接地；

所述第四三极管P₄的基极与电源的正极连接，且与所述第二输入端I₂连接；所述第四三极管P₄的发射极与所述第一采集端J₁连接，所述第四三极管P₄的集电极与所述下拉电阻R₀的第一端连接；所述下拉电阻R₀的第一端与所述输出端O₁连接。

其中，所述水满检测电路还包括滤波电路10，所述滤波电路10包括负载电阻R_C和电容C，其中，所述负载电阻R_C的第一端与所述下拉电阻R₀的第一端连接，所述负载电阻R_C的第二端和所述电容C的第一端均与所述输出端O₁连接，所述电容C的第二端接地。

其中，所述水满检测电路还包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃以及第四电阻R₄，其中，所述第一三极管P₁的基极与所述第一电阻R₁的第一端连接，所述第三三极管P₃的基极与所述第三电阻R₃的第一端连接，所述第三电阻R₃的第二端和所述第一电阻R₁的第二端均与所述第一输入端I₁连接；所述第二三极管P₂的基极与所述第二电阻R₂的第一端连接，所述第四三极管P₄的基极与所述第四电阻R₄的第一端连接，所述第四电阻R₄的第二端和所述第二电阻R₂的第二端均与所述第二输入端I₂连接。

其中，所述水满检测电路还包括第一上拉电阻R_X1和第二上拉电阻R_X2，其中，所述第三三极管P₃的基极通过所述第一上拉电阻R_X1与电源的正极连接，所述第四三极管P₄的基极通过所述第二上拉电阻R_X2与电源的正极连接。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种水满检测电路，所述水满检测电路包括单片机、第一检测电极、第二检测电极、第一三极管P₁、第二三极管P₂、第三三极管P₃、第四三极管P₄、第一偏置电阻R_b1、第二偏置电阻R_b2以及下拉电阻R₀；其中，

所述第一三极管P₁的基极与所述单片机的第一输出端OUT₁连接，所述第一三极管P₁的发射极与电源的正极连接，且所述第一三极管P₁的基极与所述第一三极管P₁的发射极之间通过所述第一偏置电阻R_b1连接，所述第一三极管P₁的集电极与所述第一检测电极连接；

所述第二三极管P₂的基极与所述单片机的第二输出端OUT₂连接，所述第二三极管P₂的发射极与电源的正极连接，且所述第二三极管P₂的基极与所述第二三极管P₂的发射极之间通过所述第二偏置电阻R_b2连接，所述第二三极管P₂的集电极与所述第二检测电极连接；

所述第三三极管P₃的基极与电源的正极连接，且与所述单片机的第一输出端OUT₁连接；所述第三三极管P₃的发射极与所述第二检测电极连接，所述第三三极管P₃的集电极与所述下拉电阻R₀的第一端连接，所述下拉电阻R₀的第二端接地；所述第四三极管P₄的基极与电源的正极连接，且与所述单片机的第二输出端OUT₂连接；

所述第四三极管P₄的发射极与所述第一检测电极连接，所述第四三极管P₄的集电极与所述下拉电阻R₀的第一端连接；所述下拉电阻R₀的第一端与所述单片机的输入端In连接；

所述单片机用于产生可调矩形波，以及对检测结果进行模数转换以得到水位检测结果。

其中，所述单片机的第一输出端OUT₁输出第一脉冲宽度调制PWM1信号，所述单片机的第二输出端OUT₂输出第二脉冲宽度调制PWM2信号，所述PWM1信号与所述PWM2信号互补且带有对称死区，所述对称死区发生在所述PWM1信号和所述PWM2信号均为高电平时；

在每半个脉冲周期内，所述单片机20进行多次采集；在所述对称死区时间时，单片机不进行数据采集。

其中，所述水满检测电路还包括滤波电路，所述滤波电路包括负载电阻R_C和电容C，其中，所述负载电阻R_C的第一端与所述下拉电阻R₀的第一端连接，所述负载电阻R_C的第二端和所述电容C的第一端均与所述单片机的输入端In连接，所述电容C的第二端接地。

其中，所述水满检测电路还包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃以及第四电阻R₄，其中，所述第一三极管P₁的基极与所述第一电阻R₁的第一端连接，所述第三三极管P₃的基极与所述第三电阻R₃的第一端连接，所述第三电阻R₃的第二端和所述第一电阻R₁的第二端均与所述单片机的第一输出端OUT₁连接；

所述第二三极管P₂的基极与所述第二电阻R₂的第一端连接，所述第四三极管P₄的基极与所述第四电阻R₄的第一端连接，所述第四电阻R₄的第二端和所述所述第二电阻R₂的第二端均与所述单片机的第二输出端OUT₂连接。

其中，所述水满检测电路还包括第一上拉电阻R_X1和第二上拉电阻R_X2，其中，所述第三三极管P₃的基极通过所述第一上拉电阻R_X1与电源的正极连接，所述第四三极管P₄的基极通过所述第二上拉电阻R_X2与电源的正极连接。

其中，所述水满检测电路还包括报警模块，所述报警模块包括发声模块和/或显示模块，所述发声模块和/或所述显示模块与所述单片机的第三输出端OUT₃连接。

根据本发明所提供的水满检测电路采用基本的电阻、三极管等元器件，利用水的电阻来触发水满信号，用单片机采集水满信号，并触发报警信号。该水满检测电路利用三极管在不同信号下的导通与截止使得水中产生方向变化的电流，有效解决水的电解对检测信号的影响，确保信号的稳定性、检测结果的可靠性，从而有效保证设备的正常运行和使用寿命。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了根据本发明的水满检测电路的一种实施例的结构示意图；

图2示例性地示出了根据本发明的水满检测电路的另一种实施例的结构示意图；

图3示例性地示出了图2所示实施例中单片机的输出信号波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明利用三极管在不同信号下的导通和截止来进行电路布局，并通过通入两路互补的脉冲宽度调制信号，使得水中的两个电极交替作为正极或负极使用，有效避免在电流作用下水电解现象的发生，从而确保检测信号的稳定性和可靠性，保证设备的正常运行。

下面结合附图，对根据本发明所提供的水满检测电路进行详细说明。

图1示出了根据本发明的一种水满检测电路的一种实施例的电路结构示意图。参照图1所示，该水满检测电路包括第一三极管P₁、第二三极管P₂、第三三极管P₃、第四三极管P₄、第一偏置电阻R_b1、第二偏置电阻R_b2和下拉电阻R₀、第一采集端J₁、第二采集端J₂、第一输入端I₁、第二输入端I₂以及输出端O₁。

具体地，第一三极管P₁的基极与第一输入端I₁连接，第一三极管P₁的发射极与电源的正极连接，且第一三极管P₁的基极与第一三极管P₁的发射极之间通过第一偏置电阻R_b1连接，第一三极管P₁的集电极与第一采集端J₁连接；

第二三极管P₂的基极与第二输入端I₂连接，第二三极管P₂的发射极与电源的正极连接，且第二三极管P₂的基极与第二三极管P₂的发射极之间通过第二偏置电阻R_b2连接，第二三极管P₂的集电极与第二采集端J₂连接；

第三三极管P₃的基极与电源的正极连接，且与第一输入端I₁连接；第三三极管P₃的发射极与第二采集端J₂连接，第三三极管P₃的集电极与下拉电阻R₀的第一端连接，下拉电阻R₀的第二端接地；

第四三极管P₄的基极与电源的正极连接，且与第二输入端I₂连接；第四三极管P₄的发射极与第一采集端J₁连接，第四三极管P₄的集电极与下拉电阻R₀的第一端连接；

下拉电阻R₀的第一端与输出端O₁连接。当水位发生变化时，水提供的电阻发生变化，水内的电流随之变化，下拉电阻R₀两端的电压也发生变化，因此，可以通过检测下拉电阻R₀两端的电压变化值，判断水位的高低。

采用该水满检测电路进行水满信号检测时，将第一采集端J₁和第二采集端J₂各连接一只放入待检测设备的水中的电极，并在第一输入端I₁和第二输入端I₂分别输入两路互补的脉冲宽度调制信号，使得第一采集端J₁和第二采集端J₂交替成为正极或负极，第一二极管P₁与第三二极管P₃、或者第二二极管P₂与第四二极管P₄两两轮流导通，有效避免单向通电造成的水电解对检测结果带来的影响，而检测过程中水量的变化引起水的阻值变化，这种变化最终导致下拉电阻R₀两端的电压变化，因此，可以通过检测下拉电阻R₀两端的电压值来监测水位变化情况。

进一步地，为确保检测到的下拉电阻R₀两端电压值的稳定，避免有干扰信号影响检测结果，该水满检测电路还包括滤波电路10。该滤波电路10可以为任意能够实现滤波功能的电路形式，例如，在本实施例中，滤波电路10包括负载电阻R_C和电容C，其中，负载电阻R_C的第一端与下拉电阻R₀的第一端连接，负载电阻R_C的第二端和电容C的第一端均与输出端O₁连接，电容C的第二端接地。

具体地，该水满检测电路还包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃以及第四电阻R₄，其中，第一三极管P₁的基极与第一电阻R₁的第一端连接，第三三极管P₃的基极与第三电阻R₃的第一端连接，第三电阻R₃的第二端和第一电阻R₁的第二端均与第一输入端I₁连接；第二三极管P₂的基极与第二电阻R₂的第一端连接，第四三极管P₄的基极与第四电阻R₄的第一端连接，第四电阻R₄的第二端和第二电阻R₂的第二端均与第二输入端I₂连接。

另外，为了保证三极管的使用安全，本发明的水满检测电路还设置有上拉电阻。如图1所示的实施例中，该水满检测电路还包括第一上拉电阻R_X1和第二上拉电阻R_X2，其中，第三三极管P₃的基极通过第一上拉电阻R_X1与电源的正极连接，第四三极管P₄的基极通过第二上拉电阻R_X2与电源的正极连接。

图2示出了根据本发明的水满检测电路的另一种实施例的结构示意图。参照图2所示，该水满检测电路包括单片机20、第一检测电极31、第二检测电极32、第一三极管P₁、第二三极管P₂、第三三极管P₃、第四三极管P₄、第一偏置电阻R_b1、第二偏置电阻R_b2以及下拉电阻R₀。单片机20用于产生一定频率和占空比的可调矩形波，以及对检测结果进行模数转换以得到水位检测结果。

其中，第一三极管P₁的基极与单片机20的第一输出端OUT₁连接，第一三极管P₁的发射极与电源的正极连接，且第一三极管P₁的基极与第一三极管P₁的发射极之间通过第一偏置电阻R_b1连接，第一三极管P₁的集电极与第一检测电极31连接；

第二三极管P₂的基极与单片机20的第二输出端OUT₂连接，第二三极管P₂的发射极与电源的正极连接，且第二三极管P₂的基极与第二三极管P₂的发射极之间通过第二偏置电阻R_b2连接，第二三极管P₂的集电极与第二检测电极32连接；

第三三极管P₃的基极与电源的正极连接，且与单片机20的第一输出端OUT₁连接；第三三极管P₃的发射极与第二检测电极32连接，第三三极管P₃的集电极与下拉电阻R₀的第一端连接，下拉电阻R₀的第二端接地；

第四三极管P₄的基极与电源的正极连接，且与单片机20的第二输出端OUT₂连接；第四三极管P₄的发射极与第一检测电极31连接，第四三极管P₄的集电极与下拉电阻R₀的第一端连接；

下拉电阻R₀的第一端与单片机20的输入端In连接，将检测到的下拉电阻R₀的两端的电压值反馈至单片机20进行模数转换后，判别水位变化情况。

图3示出了单片机20的输出信号的一种实施例的波形图。具体地，单片机20的第一输出端OUT₁输出第一脉冲宽度调制PWM1信号，单片机20的第二输出端OUT₂输出第二脉冲宽度调制PWM2信号。为了使第一检测电极31和第二检测电极32交替成为正极和负极，单片机20输出的PWM1信号与PWM2信号需互补且具有相同的占空比；同时，为了确保电路有效使用，保护元器件，在PWM1信号与PWM2信号具有一定死区时间，且为对称死区，对称死区发生在PWM1信号和PWM2信号均为高电平时，以有效防止三极管直通。例如，PWM1信号和PWM2信号的低电平持续时间均为100ms，高电平持续时间均为150ms，这样死区时间可以设置为50ms，即，当PWM1信号为处于低电平时，其前后各25ms的时间内，PWM2信号都必须是高电平。在每半个脉冲周期内，单片机20均会进行多次数据采集，以对水位情况进行实时检测；在脉冲信号处于对称死区时间时，单片机20不进行数据采集。

当PWM1信号为低电平、PWM2信号为高电平时，第一偏置电阻R₁为第一三极管P₁提供基极电流，电流从电源正极流经P₁和R₁到单片机20的OUT₁，第一三极管P₁导通；同理，R₃为P₃提供基极电流，第三三极管P₃导通。此时，第一三极管P₁和第三三极管P₃处于导通状态，第二三极管P₂和第四三极管P₄处于关闭状态，电流从电源的正极依次流经第一三极管P₁、第一检测电极31、第二检测电极32、第三三极管P₃和下拉电阻R₀到地。

当PWM1信号为高电平、PWM2信号为低电平时，第二偏置电阻R₂为第二三极管P₂提供基极电流，电流从电源正极流经P₂和R₂到单片机20的OUT₂，第二三极管P₂导通；同理，R₄为P₄提供基极电流，第四三极管P₄导通。此时，第二三极管P₂和第四三极管P₄处于导通状态，第一三极管P₁和第三三极管P₃处于关闭状态，电流从电源的正极依次流经第二三极管P₂、第二检测电极32、第一检测电极31、第四三极管P₄和下拉电阻R₀到地。

通过分别控制第一三极管P₁和第三三极管P₃同时导通、或者第二三极管P₂和第四三极管P₄同时导通，使得流过水的电流每隔半个脉冲周期变化一次，有效解决单向电流作用下的水电解问题。

虽然在第一三极管P₁和第三三极管P₃同时导通与第二三极管P₂和第四三极管P₄同时导通时，流过水的电流方向在变化，但是在下拉电阻R₀上形成的电压大小是不变的。R₀上的电压信号通过滤波电路10滤波后输送至单片机20进行模数转换，来判断是否水满。在每半个脉冲周期内，单片机20进行多次采集；在死区时间时，单片机20不进行数据采集。

具体地，判断水满可以采用多种方式进行。例如，当水没有满时，第一检测电极31与第二检测电极32之间无法导通，此时R₀上的电压接近0V，单片机可以判定为“水未满状态”；水满时，第一检测电极31与第二检测电极32之间导通，与R₀分压，在R₀上产生一定的电压值，单片机采集到此值后，判定为“水满状态”。

再例如，也可以通过下拉电阻R₀上的压值变化情况进行判别：例如，第一检测电极31和第二检测电极32固定设置在某处，预置水满时R₀上的压值，单片机20将采集到的值与该预置值进行比较，达到预置值时，判定为“水满状态”，采集到的数值小于预置值时，判定为“水未满状态”。

与图1所示的实施例相同，该水满检测电路还包括滤波电路10，滤波电路10可以为RC滤波电路，包括负载电阻R_C和电容C。其中，负载电阻R_C的第一端与下拉电阻R₀的第一端连接，负载电阻R_C的第二端和电容C的第一端均与单片机20的输入端In连接，电容C的第二端接地。

同样地，该水满检测电路还包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃以及第四电阻R₄，其中，第一三极管P₁的基极与第一电阻R₁的第一端连接，第三三极管P₃的基极与第三电阻R₃的第一端连接，第三电阻R₃的第二端和第一电阻R₁的第二端均与单片机20的第一输出端OUT₁连接；第二三极管P₂的基极与第二电阻R₂的第一端连接，第四三极管P₄的基极与第四电阻R₄的第一端连接，第四电阻R₄的第二端和第二电阻R₂的第二端均与单片机20的第二输出端OUT₂连接。

进一步地，水满检测电路还可以包括第一上拉电阻R_X1和第二上拉电阻R_X2，其中，第三三极管P₃的基极通过第一上拉电阻R_X1与电源的正极连接，第四三极管P₄的基极通过第二上拉电阻R_X2与电源的正极连接。

在本实施例中，该水满检测电路还包括报警模块40，该报警模块40与单片机20的第三输出端OUT₃相连接。具体地，报警模块40可以包括发声模块41和/或显示模块42，发声模块41和/或显示模块42与单片机20的第三输出端OUT₃连接。发生模块41可以是报警器，例如，可以设置为蜂鸣器；显示模块42可以设置为灯光闪烁、显示或者LED数字或文字显示等形式。该水满检测电路通过检测下拉电阻R₀两端的电压值，判断水满时，单片机20将报警信号输送至报警模块40，以发声和/或光的形式进行报警。

另外，还可以设置将单片机20的第三输出端OUT₃与被检测设备或者加水装置的启停装置进行连接，当检测到水满后，可以直接停止启动该被检测设备或者加水装置。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。