專利名稱：用于洗衣機的水位控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于洗衣機的水位控制裝置。特別是，本發明涉及這樣一種用于洗衣機的水位控制裝置，其可通過使用具有特殊線性輸出的半導體水位傳感器來控制洗衣機的水位，由此可以精確地在其整個范圍內進行水位檢測。
洗衣機通常是通過將桶充滿水并通過具有葉片的中心柱體的轉動而產生的水流來洗滌放置于其中的衣物和其他待洗物品。中心柱體可經受脈動和攪動，以便產生相應的水流，其會對衣物進行沖擊以便對其充分地進行洗滌。
用以控制桶中水位的裝置典型地是裝在洗衣機上的，以便除了控制水從桶中的排放以外，用來保證使桶對于預定的衣物種類而設置注入的適當水位，或由用戶來設置。在水位調節裝置中包含有水位傳感器。
參見
圖1，其示出了用于洗衣機的現有技術的水位調節裝置的示意圖。該水位調節裝置包括水位傳感器10，微控制器20，供水閥驅動器30，排水閥驅動器40，和洗衣機控制器50。
水位傳感器10包括第一和第二變換器(inverters)11和12，線圈13，和電阻R，其中第一和第二變換器11和12，線圈13，和電阻R相互并聯地安裝在水位傳感器10中。其進一步包括電容C1和電容C2，其分別連接于變換器11和12，線圈13，和電阻R每個的輸入和輸出端上，并且第三變換器14串聯連接于第一變換器11的輸出端上。
線圈13具有電感，其隨水位壓力的變化而改變。使用了該線圈13的常用水位傳感器10相對于水位的變化而輸出水位傳感信號。
更詳細地說，當給桶供水時，其中的水位會增加，使得壓力施加于振動膜上。振動膜的薄膜與所施加的壓力成正比地壓縮，并且當壓力釋放時，振動膜的薄膜返回到其原始狀態。
線圈13連接于振動膜(diaphragm)上，并且對其形狀的變化起反應(即，薄膜相對于所施加的壓力的變化而移動)。因此，如果振動膜的形狀發生改變的話，施加于線圈13上的磁場就會改變，由此會改變線圈13的電感值。這樣接著會改變LC振蕩電路的諧振頻率f。諧振頻率f可以通過公式f=1/(2π√LC)來計算，并且其取值為19KHz至26KHz。諧振頻率為f的信號可輸入給洗衣機的微控制器20。
當將水提供給洗衣機的桶時，線圈13的電感會隨水位的變化而改變。也就是說，當水位增加而提高水壓強度時，線圈13的電感降低，并且當水位降低使水壓強度也降低時，線圈13的電感將增加。因此，水壓強度的增加導致了諧振頻率f的降低，同時水壓強度的降低會導致諧振頻率f的升高。
如上所述，諧振頻率f的信號可輸入給微控制器20。該微控制器20可計算輸入的頻率值，以其預定間隔如每1秒存儲輸入的頻率值，并且將現有的計算值與先前的計算值進行比較，由此確定洗衣機的水位。
如果水位達到由用戶或針對特定物品類型預先編程而設置的水位的話，微控制器20會確定供水操作完成，并且將相應信號發送給供水閥驅動器30。然后供水閥驅動器30執行操作，用以關閉供水閥。
當桶中的水在洗滌過程中被排放時，微控制器20可確定有關水的排放，當使用上述計算、存儲、和比較輸入頻率值的方法將水完全排放時，然后發出相應信號給排水閥驅動器40。因此，排水閥驅動器40可控制排水閥關閉，由此完成水由洗衣機的排放。
參見圖2，其示出了一曲線，它表示現有技術的水位傳感器10的諧振頻率f與水壓之間的關系。在該圖中，常用水位傳感器的諧振頻率f處于19KHz至26KHz范圍內。如果桶中無水的話，傳感器的輸出頻率為26KHz(水壓，0mmH2O)，而如果桶中充滿了水的話，傳感器10的輸出頻率為21KHz(水壓，600mmH2O)。
然而，如圖2的部分(a)所示，水位傳感器10的輸出頻率值在60mmH2O至100mmH2O之間是相同的。因此，由于水位傳感器10確定了在60mmH2O和100mmH2O水壓強度之間的水位數值相同，因此水位的精確檢測不能通過傳感器10來獲得。換句話說，由于精確的水位不能在部分(a)或死區上檢測到，因此不能在水位的整個范圍上獲得線性輸出。
還有，由于畢竟還存在著機械因素影響到桶中的水位確定(即，線圈13對于振動膜的薄膜的位置變化起反應)，正如所有機械器件一樣，重復操作會磨損振動膜使其超限，使得水位檢測逐漸地降低精確度。
有鑒于此，本發明解決了現有技術中的上述問題。本發明的目的是提供一種用于洗衣機的水位控制裝置，其能夠通過使用具有特殊線性輸出的半導體水位傳感器來控制洗衣機的水位。
為了實現上述目的，本發明提供了一種用于洗衣機的水位控制裝置。該水位控制裝置包括半導體型水位傳感器，用于通過按照所加電壓來改變內阻以檢測桶中的水位；供電單元，用以將電源提供給半導體型水位傳感器；放大器，用于放大半導體型水位傳感器的輸出信號；控制單元，其可接收放大器的輸出信號作為輸入來確定水位并控制水位；供水閥驅動器，用以根據控制單元的控制信號打開/關閉供水閥；排水閥驅動器，用以根據控制單元的控制信號打開/關閉排水閥；和洗衣機操作部分，用以在水位達到預定水位時根據控制單元的控制信號操作洗衣機。
按照本發明的一個特征，該半導體型水位傳感器具有薄膜形振動膜，該振動膜具有四個電阻形成橋路。
按照本發明的另一特征，該半導體型水位傳感器具有與施加于振動膜上的壓力成正比的線性輸出特性。
本發明的進一步特征和其它優點將通過參照附圖進行的下列描述而更加清楚。
附圖簡要說明圖1表示用于洗衣機的現有技術中水位控制裝置的示意圖；圖2表示圖1所示現有技術中水壓傳感器的諧振頻率與水壓之間關系的曲線圖；圖3表示按照本發明的優選實施例施加于半導體型水位傳感器上的水壓；圖4是按照本發明優選實施例的洗衣機水位控制裝置的示意圖；圖5是表示圖4所示水位傳感器的輸出電壓與水壓之間關系的曲線圖；和圖6是表示圖4所示水位控制裝置的控制方法流程圖。
優選實施例的詳細描述。
現將參照附圖來詳細描述本發明的優選實施例。
首先參見圖3，其示出了按照本發明優選實施例施加于半導體型水位傳感器上的水壓。如圖所示，洗衣機桶100通過軟管(hose)101與半導體型水位傳感器60聯通，使得壓力可按照桶100的水位變化而施加于傳感器60上或由其釋放。也就是說，傳感器60的內部振動膜61具有張力和壓力側，其對通過軟管101所施加的壓力起反應。
傳感器60按照檢測的水位變化將輸出信號傳遞給洗衣機的控制單元，使得能夠對其進行調節。可以利用對上述元件的各種定位，這種安裝位置的確定能夠通過本技術領域的普通專業人員來進行。
現參見圖4，其示出了按照本發明的洗衣機水位控制裝置的示意圖。如圖所示，本發明的水位控制裝置包括半導體型水位傳感器60，其可檢測桶100的水位；供電單元63，用以為半導體型水位傳感器60提供電源；放大器70，用以放大半導體型水位傳感器60的輸出信號；微控制器25，其可接收放大器70的輸出信號來確定桶100的水位，并進行控制以便調節水位；供水閥驅動器35，用以根據微控制器25的控制信號打開/關閉供水閥34；排水閥驅動器45，用以根據微控制器25的控制信號打開/關閉排水閥36；和洗衣機操作部分55，用以根據由微控制器25所發出的控制信號操作洗衣機，例如在桶100的水位已經達到預定水位以后接收到相應信號時，開始洗滌操作。
下面將更加詳細地描述本發明的半導體型水位傳感器60。如果半導體型水位傳感器60的內部振動膜61隨水位的改變而改變形狀的話，傳感器60的電阻值會相對于變形的程度而改變。即，傳感器60是壓力傳感器，其可應用一壓力電阻效應。按照本發明的傳感器60可隨著桶100中水位的變化而輸出電壓信號。
下面將描述形成傳感器60的過程。首先，蝕刻硅襯底的一側，由此形成振動膜61。可將振動膜61制成薄膜，使得振動膜可對壓力的變化起反應。還有，其電阻值可相對于壓力的變化而改變的四個電阻R1,R2,R3,R4，均定位在振動膜上。也就是說，橋電路是由四個電阻R1,R2,R3和R4構成，四個電阻R1,R2,R3,R4的電阻值在無壓力施加于其上的情況下具有相同的電阻值并且可根據水壓的變化而改變。電阻R1和R3定位于振動膜的一側上，其延伸會使電阻R1和R3的阻值增加。而電阻R2和R4位于振動膜的另一側上，其壓縮會使電阻R2和R4的阻值降低。
特別是，如圖3所示，如果水壓通過軟管101施加于半導體型水位傳感器60上的話，張力和壓力會施加于內振動膜61上。因此，由于電阻R1和R3定位于振動膜61的張力側上，所以電阻R1和R3的阻值會增加，而由于電阻R2和R4定位于振動膜61的壓力側上，所以電阻R2和R4的阻值會降低。
因此，電阻R1和R3的阻值變化程度為‘+δR’，而電阻R2和R4的阻值變化程度為‘-△R’。如果阻值根據壓力而改變的話，可改變由供電單元61流到水位傳感器60的電流值。在這里，由于上述部件在半導體制造過程中集成在半導體上，所以傳感器60的輸出電壓是精確的。并且其線性輸出在水位整個范圍是精確的。如圖5的曲線所示，傳感器60的輸出電壓可由Y=AX+B的線性公式表示，其示出了線性輸出值實現了與振動膜61的形狀變化成正比。
再參見圖4，傳感器60的輸出電壓可由放大器70來放大。用于本發明中的放大器70是典型的測量放大器，并且其包括第一、第二、和第三運算放大器OP1,OP2和OP3，以及七個電阻R5-R11。放大器70可放大輸入給第一運算放大器OP1非反向端的電壓V1之間的電壓差，并放大輸入給第二運算放大器OP2非反向端的電壓V2之間的電壓差，并將輸出電壓V0在第三運算放大器OP3的輸出端輸出。如圖5所示，按照本發明的輸出電壓處于0.2V至4.5V的范圍內。
參見圖6，其示出了表示本發明水位控制裝置控制方法的流程圖。
首先，在步驟S10，微控制器25確定水位是否按照特定洗滌物品類型而預先設置或由用戶來設置；如果水位是在步驟S10被自動設置的話，在步驟S20，微控制器25可檢測洗滌物品的重量；然后，在步驟S30中，微控制器25可按照洗滌物品的檢測重量來設置桶100內部的水位。
在上述情況下，如果水位不是在步驟S10中自動設置的話，可以在步驟S11中，通過輸入單元(未示出)而由用戶來選擇。在水位設置過程以后，在步驟S40，微控制器25通過將相應信號傳遞給供水閥驅動器35而打開供水閥34，使得可將水注入桶100中。接著，在步驟S50，微控制器25可通過使用半導體型水位傳感器60來傳感水位。
水位傳感器60的輸出信號可通過放大器70進行放大，然后將其提供給微控制器25的模擬/數字端口(A/D端口)，放大器70的輸出是模擬電壓值。微控制器25的A/D端口可接收放大器70的輸出信號，并且將其變成數字值。
微控制器25可通過使用步驟S50中的數字值來確定水位，并且在步驟S60，將現有水位與預定水位進行比較。如果在步驟S60中現有水位低于預定水位的話，微控制器25可確定預定水位還未達到，由此將信號傳遞給供水閥驅動器35，使得供水閥34打開，并且使水提供給桶100。
另一方面，在步驟S60，如果檢測的水位超出了預定水位的話，微控制器25將確定，現有水位已經達到預定水位。因此，微控制器25可將信號傳遞給供水閥驅動器35，使得在步驟S70關閉供水閥34。然后，微控制器25通過發送信號給洗衣機操作部分55來操作洗衣機。由此在步驟S80，操作洗衣機來洗滌衣物。
在完成衣物的洗滌以后，微控制器25可將信號發送給排水閥驅動器45，在步驟S90，使得排水閥36打開，以便排放出桶100中的水。在排水處理開始以后，在步驟S100，微控制器25可在排水處理過程中檢測水位。
微控制器25可在步驟S110中通過檢測水位來確定，是否完成了排水處理。如果未完成排水處理的話，則微控制器25可連續地進行控制以保持排水閥36處于打開狀態。如果經過檢測在步驟S110中已經完成了排水處理的話，微控制器25可通過將相應的信號發送給排水閥驅動器45來關閉排水閥36。
如上所述，用于洗衣機的本發明水位控制裝置使用半導體型壓力傳感器來檢測洗衣機桶中的水位，其中傳感器顯示與振動膜的形狀變化成正比的線性輸出特性。結果，本發明不會具有現有技術中水位檢測區域上的死區，而且可以在水位整個范圍上精確地檢測桶的水位。
另外，由于將半導體用作傳感器，所以本發明不會出現連續使用情況下的精確度降低的問題，以及象現有技術的機械設計那樣由制造過程中的缺陷所引起的問題。
在結合最實際的考慮以及優選實施例對本發明進行了描述的同時，可以理解，本發明不限于所公開的實施例，本發明包括由權利要求覆蓋的所有改型和等效設置，其都包含在權利要求的精神和范圍之中。
權利要求
1．一種用于洗衣機的水位控制裝置，其包括半導體型水位傳感器，用以按照所加電壓通過改變內部電阻來檢測桶的水位；供電單元，用以將電源提供給半導體型水位傳感器；放大器，用以放大半導體型水位傳感器的輸出信號；控制單元，其可接收放大器的輸出信號并將其作為輸入，用來確定水位，并控制水位；供水閥驅動器，用以根據控制單元的控制信號來打開/關閉供水閥；排水閥驅動器，用以根據控制單元的控制信號來打開/關閉排水閥；和洗衣機操作部分，用以在水位達到預定水位時，根據控制單元的控制信號來操作洗衣機。
2．如權利要求1所述的裝置，其中半導體型水位傳感器具有薄膜形振動膜，該振動膜具有四個電阻形成橋路。
3．如權利要求2所述的裝置，其中半導體型水位傳感器具有線性輸出特性，其與施加于振動膜上的壓力成正比。
全文摘要
一種用于洗衣機的水位控制裝置。包括:半導體型水位傳感器,用以按照所加電壓通過改變內部電阻來檢測桶的水位;供電單元,用以將電源提供給半導體型水位傳感器;放大器,用以放大半導體型水位傳感器的輸出信號;控制單元,其可接收放大器的輸出信號作為輸入,以確定水位,并控制水位;供水閥驅動器,根據控制信號來打開/關閉供水閥;排水閥驅動器,根據控制信號來打開/關閉長排水閥;和洗衣機操作部分,用以在水位達到預定水位時,根據控制信號來操作洗衣機。
文檔編號G05D9/00GK1218122SQ9810696
公開日1999年6月2日 申請日期1998年4月16日 優先權日1997年11月25日
發明者樸在源, 張鳳安, 崔明貴 申請人:三星電子株式會社