CN103344779B

CN103344779B - 一种获取驱动蠕动泵直流电机转速的装置和方法

Info

Publication number: CN103344779B
Application number: CN201310169028.3A
Authority: CN
Inventors: 蔡泳
Original assignee: CHONGQING NANFANG NUMERICAL CONTROL EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: CHONGQING NANFANG NUMERICAL CONTROL EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: CN103344779A

Abstract

本发明提出了一种获取驱动蠕动泵直流电机转速的装置和方法，涉及转速测试领域，包括：驱动蠕动泵直流电机控制电路的回路串联电流取样电阻一端，所述电流取样电阻另一端接地，所述电流取样电阻测试电流呈现周期性变化信号，所述驱动蠕动泵直流电机控制电路与电流取样电阻之间连接隔直电容一端，所述隔直电容另一端连接低通滤波器，所述低通滤波器滤除高频干扰，所述低通滤波器与整形放大器连接，所述整形放大器对信号进行整形放大，所述整形放大器与频率电压转换器连接，所述频率电压转换器把频率转换成电压输出，所述频率电压转换器与单片机连接，所述单片机用于运算驱动蠕动泵直流电机的转速数据。

Description

一种获取驱动蠕动泵直流电机转速的装置和方法

技术领域

本发明涉及电机转速检测领域，尤其涉及一种获取驱动蠕动泵直流电机转速的装置和方法。

背景技术

目前，公知的测量直流电机转速的方法有使用电磁传感编码器、霍尔元件编码器、光电编码器和测试发电机等方法，它们的共同特点是必须有速度传感器且必须将速度传感器的部件与直流电机的转动轴直接相连。而驱动蠕动泵的直流电机却没有速度传感器，在实际使用中却有需要了解或者控制直流电机转速从而达到了解或者控制蠕动泵转速的要求。一种获取驱动蠕动泵的直流电机转速的方法就是为满足这一要求而研究开发的。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种获取驱动蠕动泵直流电机转速的方法。这种方法可以应用到医疗、化工、理化分析等使用直流电机驱动蠕动泵设备的控制及监测中。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种获取驱动蠕动泵直流电机转速的装置，包括：电流取样电阻、驱动蠕动泵直流电机控制电路、隔直电容、低通滤波器、整形放大器、频率电压转换器和单片机；

所述驱动蠕动泵直流电机控制电路的回路串联电流取样电阻一端，所述电流取样电阻另一端接地，所述电流取样电阻测试电流呈现周期性变化信号，所述驱动蠕动泵直流电机控制电路与电流取样电阻之间连接隔直电容一端，所述隔直电容另一端连接低通滤波器，所述低通滤波器滤除高频干扰，所述低通滤波器与整形放大器连接，所述整形放大器对信号进行整形放大，所述整形放大器与频率电压转换器连接，所述频率电压转换器输出转换后的电压值，所述频率电压转换器与单片机连接，所述单片机用于运算驱动蠕动泵直流电机的转速数据。

上述方案的有益效果为：在蠕动泵的直流电机的驱动电路回路串联入电流取样电阻Rs，取样电阻测试电流呈现周期性变化信号，经低通滤波、整形放大获得频率信号，使用频率电压变换器变换成电压，该电压值反映了直流电机的转速，单片机可以根据这一电压计算出直流电机的转速。低通滤波器能够过滤出高频干扰、留下有用信号。整形放大器能够进一步消除低频信号的小毛刺并将其变为方波，大大提高了信噪比。为最终获得为转速数据提供稳定可靠的频率信号。频率电压转换器将频率信号转换成为电压信号输出。

所述的获取驱动蠕动泵直流电机转速的装置，优选的，所述电流取样部件包括：电流取样电阻和隔直电容及其之间的连接，驱动蠕动泵直流电机控制电路的驱动蠕动泵泵头中的转子在运动一周时，所产生的负荷电流呈有规律的周期性变化，在负荷重时，驱动蠕动泵直流电机控制电路的驱动电流变大，在负荷轻时，驱动蠕动泵直流电机控制电路的驱动电流变小，所述电流流过取样电阻在，通过隔直电容进行获取。通过取样电阻、隔直电容变为交流信号。

上述方案的有益效果为：所述获取电流的周期性变化能够准确反应驱动蠕动泵直流电机转速，为最终获得转速信号提供初始信号。

所述的获取驱动蠕动泵直流电机转速的装置，优选的，所述单片机包括：运算模块，所述运算模块连接频率电压转换器，所述运算模块与单片机电连接，所述运算模块用于运算驱动蠕动泵直流电机的转速数据；

V_O＝V_CC×R×C×F；

Fd＝K×F，又为

Fd = K \times F = K \times \frac{V_{O}}{V_{CC} \times R \times C};

其中F为所述频率电压转换器的信号频率,频率电压转换器的电源电压为Vcc,频率电压转换器的负载电阻为R，频率电压转换器的泵电容为C,频率电压转换器输出为Vo,直流电机的转速为Fd,K为取决于蠕动泵和驱动蠕动泵直流电机机械传动结构的常数。

上述方案的有益效果为：通过单片机的运算模块精确运算之后，得到准确的驱动蠕动泵的直流电机转速数据。

本发明还公开一种获取驱动蠕动泵直流电机转速的方法，包括：

步骤1，将驱动蠕动泵直流电机控制电路的回路串联电流取样电阻，所述电流取样电阻测试电流呈现周期性变化信号；

步骤2，所述电流取样电阻的变化信号经过隔直电容后，将直流信号隔离，剩下交流信号发送到低通滤波器；

步骤3，在低通滤波器中高频信号被滤除，低通滤波器的输出信号发送到整形放大器，所述整形放大器将进一步滤除低频信号的毛刺并将信号进行整形放大之后发送到频率电压转换器；

步骤4，所述频率电压转换器输出转换后的电压值，发送到单片机；

步骤5，单片机运算驱动蠕动泵直流电机的转速数据。

上述方案的有益效果为：在蠕动泵的直流电机的驱动电路回路串联入电流取样电阻Rs，从取样电阻测试电流呈现周期性变化信号，经隔直电容、低通滤波器、整形放大器获得频率信号，使用频率-电压变换器变换成电压，该电压值反映了直流电机的转速，单片机根据这一电压计算出直流电机的转速。

所述的获取驱动蠕动泵直流电机转速的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1.1，驱动蠕动泵直流电机控制电路的驱动蠕动泵泵头中的转子在运动一周时，所产生的负荷电流呈有规律的周期性变化；

步骤1.2，在负荷重时，所述驱动蠕动泵直流电机控制电路的驱动电流变大，在负荷轻时，所述驱动蠕动泵直流电机控制电路的驱动电流变小，所述电流取样电阻的电流的周期性变化通过取样电阻和隔直电容进行获取。

上述方案的有益效果为：能够可靠获取驱动蠕动泵直流电机控制电路的电流信号，简单可靠，为最终获得转速数据提供稳定可靠的初始信号。

所述的获取驱动蠕动泵直流电机转速的方法，其特征在于，所述步骤5包括：

步骤5.1，所述单片机将获取的电压值进行运算，

V_O＝V_CC×R×C×F；

Fd＝K×F，又为

Fd = K \times F = K \times \frac{V_{O}}{V_{CC} \times R \times C};

其中F为所述频率电压转换器的信号频率,频率电压转换器的电源电压为Vcc,频率电压转换器的负载电阻为R，频率电压转换器的泵电容为C,频率电压转换器输出为Vo,直流电机的转速为Fd,K为取决于蠕动泵和驱动蠕动泵直流电机机械传动结构的常数；

步骤5.2，运算后得到的驱动蠕动泵直流电机的转速数据，经过三次采样之后获得所述转速数据的平均值，该平均值为驱动蠕动泵直流电机的转速。

上述方案的有益效果为：所述运算模块将获取到的准确的电压值进行转速数据的运算，从而获得驱动蠕动泵的直流电机转速数据。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：使用这种方法，可以用数字显示驱动蠕动泵的直流电机转速,可以实现闭环控制直流电机转速，也可以用于监测直流电机的转速是否在要求范围内以便进行必要的控制，结构十分简单、使用方便。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明获取驱动蠕动泵直流电机转速的电路原理图；

图2是本发明获取驱动蠕动泵直流电机转速的方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，一种获取驱动蠕动泵直流电机转速的装置，包括：电流取样电阻、驱动蠕动泵直流电机控制电路、隔直电容、低通滤波器、整形放大器、频率电压转换器和单片机；

所述驱动蠕动泵直流电机控制电路的回路串联电流取样电阻一端，所述电流取样电阻另一端接地，所述电流取样电阻测试电流呈现周期性变化信号，所述驱动蠕动泵直流电机控制电路与电流取样电阻之间连接隔直电容一端，所述隔直电容另一端连接低通滤波器，所述低通滤波器滤除高频干扰，所述低通滤波器与整形放大器连接，所述整形放大器对信号进行整形放大，所述整形放大器与频率电压转换器连接，所述频率电压转换器输出转换后的电压值，所频率电压转换器与单片机连接，所述单片机用于运算驱动蠕动泵直流电机的转速数据。

上述方案的有益效果为：在蠕动泵的直流电机的驱动电路回路串联入电流取样电阻Rs，取样电阻测试电流呈现周期性变化信号，经低通滤波、整形放大获得频率信号，使用频率电压变换器变换成电压，该电压值反映了直流电机的转速，单片机可以根据这一电压计算出直流电机的转速。

上述方案的有益效果为：所述获取电流的周期性变化能够准确反应驱动蠕动泵直流电机转速，为最终获得转速信号提供初始信号。低通滤波器能够过滤出高频干扰、留下有用信号。整形放大器能够进一步消除低频信号的小毛刺并将其变为方波，大大提高了信噪比。为最终获得为转速信号提供稳定可靠的频率脉冲信号。频率电压转换器将频率信号转换成为电压信号输出。

V_O＝V_CC×R×C×F；

Fd＝K×F，又为

Fd = K \times F = K \times \frac{V_{O}}{V_{CC} \times R \times C};

上述方案的有益效果为：通过单片机的精确运算之后，得到准确的驱动蠕动泵的直流电机转速数据。

如图2所示，本发明还公开一种获取驱动蠕动泵直流电机转速的方法，包括：

步骤5，单片机的运算模块运算驱动蠕动泵直流电机的转速数据。

步骤5.1，所述单片机的运算模块将获取的电压值进行运算，

V_O＝V_CC×R×C×F；

Fd＝K×F，又为

Fd = K \times F = K \times \frac{V_{O}}{V_{CC} \times R \times C};

步骤5.2，运算后得到的驱动蠕动泵直流电机转速数据，经过三次采样之后获得所述转速数据的平均值，该平均值为驱动蠕动泵直流电机的转速。所采样的次数依据用户所需要的精确值，进行确定，并不限于三次，也能够选用五次或者七次。

上述方案的有益效果为：所述单片机将获取到的准确的电压值进行转速的运算，从而获得驱动蠕动泵的直流电机转速数据。

为了克服现有的驱动蠕动泵的直流电机却没有速度传感器不能测试速度的不足,本发明提供一种获取驱动蠕动泵的直流电机转速的方法。使用这种方法就能够在直流电机没有速度传感器的情况下取得直流电机的转速。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在蠕动泵的直流电机的驱动电路回路串联入电流取样电阻Rs，从取样电阻测试电流呈现周期性变化信号，经隔直电容、低通滤波、整形放大获得频率信号，使用频率-电压变换器变换成电压，该电压值反映了直流电机的转速，单片机根据这一电压计算出直流电机的转速。

因为蠕动泵泵头中的转子在一周的运动中，产生的负荷呈周期性变化，负荷重时直流电机的驱动电流变大，反之则变小，造成电流取样电阻测试电流呈现周期性变化，这个信号经过隔直电容、低通滤波器（见图1）滤除高频干扰，然后送到整形放大器进行整形放大，整形放大器整形后的信号变成脉冲信号，脉冲信号加到频率-电压转换器（FVC）转换成电压。设加到FVC输入端的信号频率为F,FVC的电源电压为Vcc,FVC的负载电阻为R，FVC的泵电容为C,FVC输出为Vo,直流电机的转速为Fd,则有：

V_O＝V_CC×R×C×F；

Fd＝K×F；

式中K是一个取决于蠕动泵和直流电机的机械结构的常数。

驱动蠕动泵的直流电机由直流电机控制电路控制，在电机的接地回路中串联进取样电阻Rs，设直流电机电源电压为Vc,直流电机正常工作时电流为I,电流取样电阻可按下式选取：

R_{S} = \frac{{0.06 V}_{C}}{I};

通过上述公式所选取的电流取样电阻，能够有效的进行电流的取样工作，使取样电流数据稳定，并且提高最终反应电机转速的电压的有效性。

电流取样电阻上的信号经过隔直电容Ci后仅剩下交流信号被加到低通滤波器，在低通滤波器中高频信号被滤除。低通滤波器的输出加到整形放大器，整形放大器的作用有2个：

1.进一步滤除低频的小毛刺；

2.获得脉冲；

整形放大器的输出加到频率-电压转换器（FVC），设FVC的电源电压为Vcc,将频率转换成电压Vo输出,如前所述Vo为：

V_O＝V_CC×R×C×F；

Fd = K \times F = K \times \frac{V_{O}}{V_{CC} \times R \times C};

式中K为取决于蠕动泵和驱动蠕动泵直流电机机械传动结构的常数。具体数值可以通过机械传动原理进行计算。

1这种直流电机不带有速度传感器，这种驱动蠕动泵的直流电机带有周期性变化的负载，这种直流电机流过的驱动电流大小跟随负载大小呈周期性变化，通过取样电阻上的电流变化获取驱动蠕动泵的直流电机转速的方法。

2电流取样电阻与直流电机串联进行电流取样，使用隔直电容隔开直流取得交流信号。使用低通滤波器滤除高频信号。

3使用整形放大器进一步滤除低频的小毛刺并获得脉冲。

4使用频率-电压转换器（FVC）将频率转换成电压Vo输出。

5使用单片机运算驱动蠕动泵直流电机的转速数据。

也可以直接使用Vo作为输出信号，这一信号可以用作：

1.直流电机的速度显示；

2.直流电机的速度监视、控制、报警；

3.直流电机的速度的PID闭环控制；

当然需要频率值时也可以使用Vo计算出频率Fd。

本发明的有益效果是，使用这种方法，可以实现直流电机的速度显示，实现闭环控制直流电机转速，也可以用于监测直流电机的转速是否在要求范围内以便进行必要的控制，结构十分简单。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种获取驱动蠕动泵直流电机转速的装置，其特征在于，包括：电流取样电阻、驱动蠕动泵直流电机控制电路、低通滤波器、整形放大器、频率电压转换器和单片机；

所述驱动蠕动泵直流电机控制电路的回路串联电流取样电阻一端，所述电流取样电阻另一端接地，所述电流取样电阻测试电流呈现周期性变化信号，所述驱动蠕动泵直流电机控制电路与电流取样电阻之间连接隔直电容一端，所述隔直电容另一端连接低通滤波器，所述低通滤波器滤除高频干扰，所述低通滤波器与整形放大器连接，所述整形放大器对信号进行整形放大，所述整形放大器与频率电压转换器连接，所述频率电压转换器输出转换后的电压值，所述频率电压转换器与单片机连接，所述单片机用于运算驱动蠕动泵直流电机的转速数据；

所述单片机包括：运算模块，所述运算模块连接频率电压转换器，所述运算模块与单片机电连接，所述运算模块用于运算驱动蠕动泵直流电机的转速数据；

V_O＝V_CC×R×C×F；

Fd＝K×F，又为

F d = K \times F = K \times \frac{V_{O}}{V_{C C} \times R \times C};

所述获取驱动蠕动泵直流电机转速的装置工作方法为：

步骤1，将驱动蠕动泵直流电机控制电路的回路串联电流取样电阻，所述电流取样电阻测试电流信号，所述电流信号呈现周期性变化；

步骤1.2，在负荷重时，所述驱动蠕动泵直流电机控制电路的驱动电流变大，在负荷轻时，所述驱动蠕动泵直流电机控制电路的驱动电流变小，所述电流取样电阻的电流的周期性变化通过取样电阻和隔直电容进行获取；

步骤2，所述电流取样电阻的电流信号经过隔直电容后，将直流信号隔离，剩下交流信号发送到低通滤波器；

步骤5，单片机运算驱动蠕动泵直流电机的转速数据；

步骤5.1，所述单片机将获取的电压值进行运算，

V_O＝V_CC×R×C×F；

Fd＝K×F，又为

F d = K \times F = K \times \frac{V_{O}}{V_{C C} \times R \times C};

驱动蠕动泵的直流电机由直流电机控制电路控制，在电机的接地回路中串联进取样电阻Rs，设直流电机电源电压为Vc,直流电机正常工作时电流为I,电流取样电阻按下式选取：

R_{S} = \frac{0.06 V_{C}}{I};

步骤5.2，运算后得到的驱动蠕动泵直流电机转速数据，经过三次、五次、七次采样之后获得所述转速数据的平均值，该平均值为驱动蠕动泵直流电机的转速。