CN1218122A - 用于洗衣机的水位控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于洗衣机的水位控制装置。包括:半导体型水位传感器,用以按照所加电压通过改变内部电阻来检测桶的水位;供电单元,用以将电源提供给半导体型水位传感器;放大器,用以放大半导体型水位传感器的输出信号;控制单元,其可接收放大器的输出信号作为输入,以确定水位,并控制水位;供水阀驱动器,根据控制信号来打开/关闭供水阀;排水阀驱动器,根据控制信号来打开/关闭长排水阀;和洗衣机操作部分,用以在水位达到预定水位时,根据控制信号来操作洗衣机。

Description

用于洗衣机的水位 控制装置

本发明涉及一种用于洗衣机的水位控制装置。特别是，本发明涉及这样一种用于洗衣机的水位控制装置，其可通过使用具有特殊线性输出的半导体水位传感器来控制洗衣机的水位，由此可以精确地在其整个范围内进行水位检测。

洗衣机通常是通过将桶充满水并通过具有叶片的中心柱体的转动而产生的水流来洗涤放置于其中的衣物和其他待洗物品。中心柱体可经受脉动和搅动，以便产生相应的水流，其会对衣物进行冲击以便对其充分地进行洗涤。

用以控制桶中水位的装置典型地是装在洗衣机上的，以便除了控制水从桶中的排放以外，用来保证使桶对于预定的衣物种类而设置注入的适当水位，或由用户来设置。在水位调节装置中包含有水位传感器。

参见图1，其示出了用于洗衣机的现有技术的水位调节装置的示意图。该水位调节装置包括水位传感器10，微控制器20，供水阀驱动器30，排水阀驱动器40，和洗衣机控制器50。

水位传感器10包括第一和第二变换器(inverters)11和12，线圈13，和电阻R，其中第一和第二变换器11和12，线圈13，和电阻R相互并联地安装在水位传感器10中。其进一步包括电容C1和电容C2，其分别连接于变换器11和12，线圈13，和电阻R每个的输入和输出端上，并且第三变换器14串联连接于第一变换器11的输出端上。

线圈13具有电感，其随水位压力的变化而改变。使用了该线圈13的常用水位传感器10相对于水位的变化而输出水位传感信号。

更详细地说，当给桶供水时，其中的水位会增加，使得压力施加于振动膜上。振动膜的薄膜与所施加的压力成正比地压缩，并且当压力释放时，振动膜的薄膜返回到其原始状态。

线圈13连接于振动膜(diaphragm)上，并且对其形状的变化起反应(即，薄膜相对于所施加的压力的变化而移动)。因此，如果振动膜的形状发生改变的话，施加于线圈13上的磁场就会改变，由此会改变线圈13的电感值。这样接着会改变LC振荡电路的谐振频率f。谐振频率f可以通过公式f=1/(2π√LC)来计算，并且其取值为19KHz至26KHz。谐振频率为f的信号可输入给洗衣机的微控制器20。

当将水提供给洗衣机的桶时，线圈13的电感会随水位的变化而改变。也就是说，当水位增加而提高水压强度时，线圈13的电感降低，并且当水位降低使水压强度也降低时，线圈13的电感将增加。因此，水压强度的增加导致了谐振频率f的降低，同时水压强度的降低会导致谐振频率f的升高。

如上所述，谐振频率f的信号可输入给微控制器20。该微控制器20可计算输入的频率值，以其预定间隔如每1秒存储输入的频率值，并且将现有的计算值与先前的计算值进行比较，由此确定洗衣机的水位。

如果水位达到由用户或针对特定物品类型预先编程而设置的水位的话，微控制器20会确定供水操作完成，并且将相应信号发送给供水阀驱动器30。然后供水阀驱动器30执行操作，用以关闭供水阀。

当桶中的水在洗涤过程中被排放时，微控制器20可确定有关水的排放，当使用上述计算、存储、和比较输入频率值的方法将水完全排放时，然后发出相应信号给排水阀驱动器40。因此，排水阀驱动器40可控制排水阀关闭，由此完成水由洗衣机的排放。

参见图2，其示出了一曲线，它表示现有技术的水位传感器10的谐振频率f与水压之间的关系。在该图中，常用水位传感器的谐振频率f处于19KHz至26KHz范围内。如果桶中无水的话，传感器的输出频率为26KHz(水压，0mmH₂O)，而如果桶中充满了水的话，传感器10的输出频率为21KHz(水压，600mmH₂O)。

然而，如图2的部分(a)所示，水位传感器10的输出频率值在60mmH₂O至100mmH₂O之间是相同的。因此，由于水位传感器10确定了在60mmH₂O和100mmH₂O水压强度之间的水位数值相同，因此水位的精确检测不能通过传感器10来获得。换句话说，由于精确的水位不能在部分(a)或死区上检测到，因此不能在水位的整个范围上获得线性输出。

还有，由于毕竟还存在着机械因素影响到桶中的水位确定(即，线圈13对于振动膜的薄膜的位置变化起反应)，正如所有机械器件一样，重复操作会磨损振动膜使其超限，使得水位检测逐渐地降低精确度。

有鉴于此，本发明解决了现有技术中的上述问题。本发明的目的是提供一种用于洗衣机的水位控制装置，其能够通过使用具有特殊线性输出的半导体水位传感器来控制洗衣机的水位。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于洗衣机的水位控制装置。该水位控制装置包括半导体型水位传感器，用于通过按照所加电压来改变内阻以检测桶中的水位；供电单元，用以将电源提供给半导体型水位传感器；放大器，用于放大半导体型水位传感器的输出信号；控制单元，其可接收放大器的输出信号作为输入来确定水位并控制水位；供水阀驱动器，用以根据控制单元的控制信号打开/关闭供水阀；排水阀驱动器，用以根据控制单元的控制信号打开/关闭排水阀；和洗衣机操作部分，用以在水位达到预定水位时根据控制单元的控制信号操作洗衣机。

按照本发明的一个特征，该半导体型水位传感器具有薄膜形振动膜，该振动膜具有四个电阻形成桥路。

按照本发明的另一特征，该半导体型水位传感器具有与施加于振动膜上的压力成正比的线性输出特性。

本发明的进一步特征和其它优点将通过参照附图进行的下列描述而更加清楚。

附图简要说明：

图1表示用于洗衣机的现有技术中水位控制装置的示意图；

图2表示图1所示现有技术中水压传感器的谐振频率与水压之间关系的曲线图；

图3表示按照本发明的优选实施例施加于半导体型水位传感器上的水压；

图4是按照本发明优选实施例的洗衣机水位控制装置的示意图；

图5是表示图4所示水位传感器的输出电压与水压之间关系的曲线图；和

图6是表示图4所示水位控制装置的控制方法流程图。

优选实施例的详细描述。

现将参照附图来详细描述本发明的优选实施例。

首先参见图3，其示出了按照本发明优选实施例施加于半导体型水位传感器上的水压。如图所示，洗衣机桶100通过软管(hose)101与半导体型水位传感器60联通，使得压力可按照桶100的水位变化而施加于传感器60上或由其释放。也就是说，传感器60的内部振动膜61具有张力和压力侧，其对通过软管101所施加的压力起反应。

传感器60按照检测的水位变化将输出信号传递给洗衣机的控制单元，使得能够对其进行调节。可以利用对上述元件的各种定位，这种安装位置的确定能够通过本技术领域的普通专业人员来进行。

现参见图4，其示出了按照本发明的洗衣机水位控制装置的示意图。如图所示，本发明的水位控制装置包括：半导体型水位传感器60，其可检测桶100的水位；供电单元63，用以为半导体型水位传感器60提供电源；放大器70，用以放大半导体型水位传感器60的输出信号；微控制器25，其可接收放大器70的输出信号来确定桶100的水位，并进行控制以便调节水位；供水阀驱动器35，用以根据微控制器25的控制信号打开/关闭供水阀34；排水阀驱动器45，用以根据微控制器25的控制信号打开/关闭排水阀36；和洗衣机操作部分55，用以根据由微控制器25所发出的控制信号操作洗衣机，例如在桶100的水位已经达到预定水位以后接收到相应信号时，开始洗涤操作。

下面将更加详细地描述本发明的半导体型水位传感器60。如果半导体型水位传感器60的内部振动膜61随水位的改变而改变形状的话，传感器60的电阻值会相对于变形的程度而改变。即，传感器60是压力传感器，其可应用一压力电阻效应。按照本发明的传感器60可随着桶100中水位的变化而输出电压信号。

下面将描述形成传感器60的过程。首先，蚀刻硅衬底的一侧，由此形成振动膜61。可将振动膜61制成薄膜，使得振动膜可对压力的变化起反应。还有，其电阻值可相对于压力的变化而改变的四个电阻R1,R2,R3,R4，均定位在振动膜上。也就是说，桥电路是由四个电阻R1,R2,R3和R4构成，四个电阻R1,R2,R3,R4的电阻值在无压力施加于其上的情况下具有相同的电阻值并且可根据水压的变化而改变。电阻R1和R3定位于振动膜的一侧上，其延伸会使电阻R1和R3的阻值增加。而电阻R2和R4位于振动膜的另一侧上，其压缩会使电阻R2和R4的阻值降低。

特别是，如图3所示，如果水压通过软管101施加于半导体型水位传感器60上的话，张力和压力会施加于内振动膜61上。因此，由于电阻R1和R3定位于振动膜61的张力侧上，所以电阻R1和R3的阻值会增加，而由于电阻R2和R4定位于振动膜61的压力侧上，所以电阻R2和R4的阻值会降低。

因此，电阻R1和R3的阻值变化程度为‘+δR’，而电阻R2和R4的阻值变化程度为‘-△R’。如果阻值根据压力而改变的话，可改变由供电单元61流到水位传感器60的电流值。在这里，由于上述部件在半导体制造过程中集成在半导体上，所以传感器60的输出电压是精确的。并且其线性输出在水位整个范围是精确的。如图5的曲线所示，传感器60的输出电压可由Y=AX+B的线性公式表示，其示出了线性输出值实现了与振动膜61的形状变化成正比。

再参见图4，传感器60的输出电压可由放大器70来放大。用于本发明中的放大器70是典型的测量放大器，并且其包括第一、第二、和第三运算放大器OP1,OP2和OP3，以及七个电阻R5-R11。放大器70可放大输入给第一运算放大器OP1非反向端的电压V1之间的电压差，并放大输入给第二运算放大器OP2非反向端的电压V2之间的电压差，并将输出电压V0在第三运算放大器OP3的输出端输出。如图5所示，按照本发明的输出电压处于0.2V至4.5V的范围内。

参见图6，其示出了表示本发明水位控制装置控制方法的流程图。

首先，在步骤S10，微控制器25确定水位是否按照特定洗涤物品类型而预先设置或由用户来设置；如果水位是在步骤S10被自动设置的话，在步骤S20，微控制器25可检测洗涤物品的重量；然后，在步骤S30中，微控制器25可按照洗涤物品的检测重量来设置桶100内部的水位。

在上述情况下，如果水位不是在步骤S10中自动设置的话，可以在步骤S11中，通过输入单元(未示出)而由用户来选择。在水位设置过程以后，在步骤S40，微控制器25通过将相应信号传递给供水阀驱动器35而打开供水阀34，使得可将水注入桶100中。接着，在步骤S50，微控制器25可通过使用半导体型水位传感器60来传感水位。

水位传感器60的输出信号可通过放大器70进行放大，然后将其提供给微控制器25的模拟/数字端口(A/D端口)，放大器70的输出是模拟电压值。微控制器25的A/D端口可接收放大器70的输出信号，并且将其变成数字值。

微控制器25可通过使用步骤S50中的数字值来确定水位，并且在步骤S60，将现有水位与预定水位进行比较。如果在步骤S60中现有水位低于预定水位的话，微控制器25可确定预定水位还未达到，由此将信号传递给供水阀驱动器35，使得供水阀34打开，并且使水提供给桶100。

另一方面，在步骤S60，如果检测的水位超出了预定水位的话，微控制器25将确定，现有水位已经达到预定水位。因此，微控制器25可将信号传递给供水阀驱动器35，使得在步骤S70关闭供水阀34。然后，微控制器25通过发送信号给洗衣机操作部分55来操作洗衣机。由此在步骤S80，操作洗衣机来洗涤衣物。

在完成衣物的洗涤以后，微控制器25可将信号发送给排水阀驱动器45，在步骤S90，使得排水阀36打开，以便排放出桶100中的水。在排水处理开始以后，在步骤S100，微控制器25可在排水处理过程中检测水位。

微控制器25可在步骤S110中通过检测水位来确定，是否完成了排水处理。如果未完成排水处理的话，则微控制器25可连续地进行控制以保持排水阀36处于打开状态。如果经过检测在步骤S110中已经完成了排水处理的话，微控制器25可通过将相应的信号发送给排水阀驱动器45来关闭排水阀36。

如上所述，用于洗衣机的本发明水位控制装置使用半导体型压力传感器来检测洗衣机桶中的水位，其中传感器显示与振动膜的形状变化成正比的线性输出特性。结果，本发明不会具有现有技术中水位检测区域上的死区，而且可以在水位整个范围上精确地检测桶的水位。

另外，由于将半导体用作传感器，所以本发明不会出现连续使用情况下的精确度降低的问题，以及象现有技术的机械设计那样由制造过程中的缺陷所引起的问题。

在结合最实际的考虑以及优选实施例对本发明进行了描述的同时，可以理解，本发明不限于所公开的实施例，本发明包括由权利要求覆盖的所有改型和等效设置，其都包含在权利要求的精神和范围之中。

Claims (3)

1．一种用于洗衣机的水位控制装置，其包括：

半导体型水位传感器，用以按照所加电压通过改变内部电阻来检测桶的水位；

供电单元，用以将电源提供给半导体型水位传感器；

放大器，用以放大半导体型水位传感器的输出信号；

控制单元，其可接收放大器的输出信号并将其作为输入，用来确定水位，并控制水位；

供水阀驱动器，用以根据控制单元的控制信号来打开/关闭供水阀；

排水阀驱动器，用以根据控制单元的控制信号来打开/关闭排水阀；和

洗衣机操作部分，用以在水位达到预定水位时，根据控制单元的控制信号来操作洗衣机。

2．如权利要求1所述的装置，其中：

半导体型水位传感器具有薄膜形振动膜，该振动膜具有四个电阻形成桥路。

3．如权利要求2所述的装置，其中：

半导体型水位传感器具有线性输出特性，其与施加于振动膜上的压力成正比。

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