CN104633234A - 一种自动定时计数的电磁换向阀及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动定时计数的电磁换向阀及其工作方法，包括三位四通电磁换向阀和控制系统；控制系统包括单片机、输出模块、两个继电器、电源模块、显示模块和时钟模块，输出模块、电源模块、显示模块和时钟模块分别与单片机连接，输出模块还与两个继电器连接；三位四通电磁换向阀包括两个电源通路，两个电源通路的正极分别与所述的两个继电器连接，两个电源通路的负极分别与电源零线连接，两个继电器还与电源火线连接，两个继电器分别控制两个电源通路的通断。通过在现有的电磁换向阀基础上增加控制系统，以此实现电磁换向阀的智能化控制，丰富了电磁换向阀的功能，能够满足不同的使用需求。

Description

一种自动定时计数的电磁换向阀及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种自动定时计数的电磁换向阀及其工作方法，属于阀技术领域。

背景技术

电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。现有技术中应用于液压机械领域的电磁换向阀存在着一定的不足，不能实现自动的定时和计数功能，给工程应用增加了不必要的困难。

中国专利文献CN204092913U公开了一种设置延时电磁阀的消火栓，包括室内消火栓、单片机电路、继电器和电磁阀，在室内消火栓出水口处加装延时电磁阀，延时电磁阀和继电器电连接，继电器和单片机电路电连接，单片机电路控制继电器，继电器控制电磁阀开关。该发明通过对水阀系统的设置来控制出水时间，以防高水压造成的伤害，便于单人操作灭火。但是该系统设计相对复杂，需要对每一个室内消火栓进行改造，工程量大，且无法保证整个系统运行的稳定性，且单片机与阀相对独立，操作相对繁琐。

因此，亟需设计一种独立的且具有自动定时计数功能的电磁换向阀，使其能够方便安装、智能化作业在各种应用环境下，改变现有电磁阀依赖外部控制系统被动控制作业的现状。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种自动定时计数的电磁换向阀。

本发明还提供一种自动定时计数的电磁换向阀的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种自动定时计数的电磁换向阀，包括三位四通电磁换向阀和与三位四通电磁换向阀设置为一体的控制系统；所述控制系统包括单片机、两个输出模块、两个继电器、电源模块、显示模块和时钟模块，所述两个输出模块、电源模块、显示模块和时钟模块分别与单片机连接，所述两个输出模块还分别与两个继电器连接；所述三位四通电磁换向阀包括两个电源通路，所述两个电源通路的正极分别与所述的两个继电器连接，所述两个继电器还分别与电源火线连接，所述两个电源通路的负极分别与电源零线连接；通过所述的单片机输出命令控制两个继电器的通断，再通过所述两个继电器的通断继而实现分别控制两个电源通路的通断，最终通过所述两个电源通路的通断来控制三位四通电磁换向阀的开启或关闭。本发明提供的电磁换向阀，在传统电磁换向阀的基础上加装了控制系统，对控制系统中的单片机进行编程，并通过单片机输出命令，实现对继电器控制开关的通断，同时单片机具有可以完成定时和计数的功能，以此实现电磁换向阀自动换向的同时达到对换向时间的控制和换向次数的记录。

优选的，所述单片机选用型号为MSP430F5438A的单片机。

优选的，所述电源模块包括12V锂电池和型号为LM1117的三端稳压芯片，所述12V锂电池通过由LM1117三端稳压芯片按照现有技术设计的直流稳压电源电路为单片机供电。此设计的优点在于，由于单片机系统供电电压为3.3V，采用三端稳压芯片LM1117设计的3.3V稳压输出电路，则由12V锂电池为单片机提供稳定的电流。

优选的，所述时钟模块选为DS1302时钟模块，所述DS1302时钟模块的引脚5与单片机P7.5引脚连接，引脚6与单片机P6.7引脚连接，引脚7与单片机P7.6引脚连接。此设计的优点在于，DS1302时钟模块是比较成熟的时钟模块，系统时间由DS1302芯片提供，DS1302芯片可以为装置提供准确的时间，而且其具有外接的备用电源，断电时钟正常运行，能够有效保证整个控制系统运行的稳定性，DS1302需要外接32768Hz的晶振，为芯片提供时钟源。

优选的，所述显示模块选用深圳华威显示厂生产的型号为HW240320F-2L-0A的2.8寸彩色TFT触摸屏，所述TFT触摸屏的DB0-DB17数据引脚与单片机普通的IO口连接，TET触摸屏的LCD_RD、LCD_RS、LCD_WR引脚分别与单片机的P3.1、P3.2、P3.3引脚连接。此设计的优点在于，TFT触摸屏应用广泛、价格低廉，通过软件程序开发友好的触摸屏操作界面，便于人机交互操作。

优选的，所述输出模块包括由三极管按照现有技术设计的继电器驱动电路。此设计的优点在于，由单片机普通IO口输出控制信号经三极管放大之后驱动继电器驱动电路，实现单片机控制继电器的通断，从而控制外部换向阀的通断，由于换向阀为两个方向换向，所以需要采用两个继电器分开控制。但由于单片机的输出信号的驱动能力有限，而且电压较低，无法驱动继电器动作，所以需要设计继电器驱动电路，利用三极管设计继电器驱动电路，继电器采用12V电源供电或由电池直接供电。当单片机输出高电平时继电器动作，当单片机输出低电平时继电器断开。

优选的，所述自动定时计数的电磁换向阀还包括通信模块，所述通信模块包括MAX232芯片，所述型号为MSP430F5438A的单片机的RXD、TXD、GND引脚分别与所述的MAX232芯片连接，实现型号为MSP430F5438A单片机的TTL电平向RS232电平转换。此设计的优点在于，为将装置内的换向阀开通的次数以及用户的设置等数据传送到监控系统中统一管理，也为了方便用户远程操控，设计了通信电路。由于单片机为TTL电平，要实现通信需要电平转换，采用MAX232芯片设计了TTL电平向RS232电平转换电路，只需要将单片机的RXD、TXD、GND引脚与MAX232相应引脚连接即可。

一种自动定时计数的电磁换向阀的工作方法，包括定时控制功能、延时控制功能、自动和原有控制方式切换功能和数据传输功能；

定时控制功能：通过时钟模块为系统提供当前的时间，并通过TFT触摸屏显示出当前的时间，用户通过TFT触摸屏设定阀开通的时间，单片机通过程序判断阀需要设置的通向，同时判断当前时间是否到达用户设定的时间，当达到用户设定的时间后，单片机将控制该方向的阀的输出端输出高电平信号，高电平信号驱动外部的继电器驱动电路动作，使继电器的线圈带电，继电器的触点闭合，接通该方向的阀；同时单片机将存储该方向阀的开通次数的变量加1，单片机将数据传输到TFT触摸屏上实时显示当前阀的开通次数，以及系统的时间；

延时控制功能：用户通过TFT触摸屏设置延时控制时间，单片机获取到延时时间之后，开启单片机内部定时器，此时控制阀方向的输出端输出高电平，继电器的触点闭合，接通该方向的阀，当单片机判断到定时器时间到之后，控制阀方向的输出端输出低电平，继电器的触点断开，关闭该方向的阀；

自动和原有控制方式切换功能：用户通过TFT触摸屏设置界面选择自动或者手动控制，自动控制模式下，换向阀为智能模式，用户可以设置定时、延时控制功能；手动控制模式下，单片机控制输出端均输出高电平，由手动控制模式控制，系统自动控制模式停止作用；

数据传输功能：单片机将换向阀的控制数据通过MAX232芯片传输到外部监控计算机上，供远程操作和查看。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的自动定时计数的电磁换向阀，通过在现有的电磁换向阀基础上增加控制系统，以此实现电磁换向阀的智能化控制，丰富了电磁换向阀的功能，能够满足不同的使用需求，且整个装置采用了低功耗设计，系统的整体功耗低，可以支持长时间运行；整个控制系统和电磁换向阀集成为一个整体，方面使用和安装。在有特殊需求的使用场合下，该自动定时计数的电磁换向阀能够发挥良好的作用。

附图说明

图1为本发明中电磁换向阀的内部结构示意图；

图2为本发明中电磁换向阀的结构简图；

图3为本发明中控制系统与电磁换向阀的连接关系示意图；

图4为本发明中单片机各个引脚的连接关系示意图；

图5为本发明自动定时计数的电磁换向阀的整体结构示意图。

其中：1、线圈，2、衔铁，3、推杆，4、弹簧，5、A接口，6、阀芯，7、B接口，8、阀体，9、导磁套，10、T接口，11、P接口，12、控制柜。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图5所示，本实施例提供的一种自动定时计数的电磁换向阀，包括三位四通电磁换向阀和与三位四通电磁换向阀设置为一体的控制系统；控制系统包括单片机、两个输出模块、两个继电器、电源模块、显示模块和时钟模块，其中，两个输出模块、电源模块、显示模块和时钟模块分别与单片机连接，两个输出模块还分别与两个继电器连接；三位四通电磁换向阀包括两个电源通路，两个电源通路的正极分别与所述的两个继电器连接，两个继电器还分别与电源火线连接，两个电源通路的负极分别与电源零线连接；通过所述的单片机输出命令控制两个继电器的通断，再通过所述两个继电器的通断继而实现分别控制两个电源通路的通断，最终通过所述两个电源通路的通断来控制三位四通电磁换向阀的开启或关闭。

其中三位四通电磁换向阀为现有的电磁换向阀，其内部结构主要包括线圈1、衔铁2、推杆3、弹簧4、阀芯6、阀体8、导磁套9、A接口5、B接口7、T接口10和P接口11。在阀体8的外部设置一控制柜12，将控制系统安装在控制柜12内部使其与传统电磁换向阀组合成一个全新的具有自动定时计数功能的电磁换向阀，组合后得到的新电磁换向阀的外形结构如图5所示。

其中，单片机选用型号为MSP430F5438A的单片机。电源模块包括12V锂电池和型号为LM1117的三端稳压芯片，12V锂电池通过由LM1117三端稳压芯片按照现有技术设计的直流稳压电源电路为单片机供电。由于单片机系统供电电压为3.3V，采用三端稳压芯片LM1117设计了3.3V稳压输出电路，由12V锂电池为单片机提供稳定的电流。

时钟模块选用DS1302时钟模块，DS1302时钟模块的引脚5与单片机P7.5引脚连接，引脚6与单片机P6.7引脚连接，引脚7与单片机P7.6引脚连接。DS1302时钟模块是比较成熟的时钟模块，DS1302时钟模块外接32768Hz的晶振，为芯片提供时钟源，系统时间由DS1302芯片提供，DS1302芯片可以为装置提供准确的时间，而且其具有外接的备用电源，断电时钟正常运行，能够有效保证整个控制系统运行的稳定性。

显示模块选用深圳华威显示厂生产的型号为HW240320F-2L-0A的2.8寸彩色TFT触摸屏，TFT触摸屏的DB0-DB17数据引脚与单片机普通的IO口连接，TET触摸屏的LCD_RD、LCD_RS、LCD_WR引脚分别与单片机的P3.1、P3.2、P3.3引脚连接。之所以选用TFT触摸屏，是因为TFT触摸屏应用广泛、价格低廉，通过软件程序开发友好的触摸屏操作界面，便于人机交互操作。

输出模块设置为由三极管按照现有技术设计的继电器驱动电路。由单片机普通IO口输出控制信号经三极管放大之后驱动继电器驱动电路，实现单片机控制继电器的通断，从而控制外部换向阀的通断，由于换向阀为两个方向换向，所以需要采用两个继电器分开控制。但由于单片机的输出信号的驱动能力有限，而且电压较低，无法驱动继电器动作，所以需要设计继电器驱动电路，利用三极管设计继电器驱动电路，继电器采用12V电源供电或由电池直接供电。当单片机输出高电平时继电器动作，当单片机输出低电平时继电器断开。

本发明提供的电磁换向阀，通过单片机进行编程，同时单片机可以完成定时和计数的功能，并通过命令的输出，实现对继电器控制开关的通断，以此实现在电磁换向阀自动换向的同时达到对换向时间的控制和换向次数的记录，单片机与其他模块的连接关系如图4所示。

实施例2：

本实施例提供的一种自动定时计数的电磁换向阀，结构如实施例1所述，其不同之处在于：自动定时计数的电磁换向阀还包括通信模块，通信模块包括MAX232芯片，其中型号为MSP430F5438A的单片机的RXD、TXD、GND引脚分别与所述的MAX232芯片相连接，实现型号为MSP430F5438A的单片机的TTL电平向RS232电平的转换。型号为MSP430F5438A的单片机的P5.6与MAX232的11管脚连接，单片机的P5.7经过二极管IN4007与MAX232的12管脚连接，将单片机的GND引脚与MAX232的GND引脚连接。

为将装置内的换向阀开通的次数以及用户的设置等数据传送到监控系统中统一管理，也为了方便用户远程操控，设计了通信电路。由于单片机为TTL电平，要实现通信需要电平转换，采用MAX232芯片设计了TTL电平向RS232电平转换电路，只需要将单片机的RXD、TXD、GND引脚与MAX232相应引脚连接即可。

实施例3：

一种自动定时计数的电磁换向阀的工作方法，包括定时控制功能、延时控制功能、自动和原有控制方式切换功能和数据传输功能；

定时控制功能：通过DS1302时钟模块为系统提供当前的时间，并通过TFT触摸屏显示出当前的时间，用户通过TFT触摸屏设定阀开通的时间和换向的次数，单片机通过程序判断阀需要设置的通向，同时判断当前时间是否到达用户设定的时间，当达到用户设定的时间后，单片机将控制该方向的阀的输出端输出高电平信号，高电平信号驱动外部的驱动电路实现以下两个动作：继电器1的线圈带电，继电器1的触点闭合，此时电磁换向阀左路接通，此时液压回路A与T、P与B接通，同时主控器将存储该方向阀的开通次数的变量加1；继电器2的线圈带电，继电器2的触点闭合，此时电磁换向阀右路接通的时候，电磁换向阀向右移动，此时液压回路A与P、T与B接通，同时主控器将存储该方向阀的开通次数的变量加1。当该方向阀的开通次数达到设定值时，则停止该方向阀的开通。单片机将数据传输到TFT触摸屏上实时显示当前阀的开通次数，以及系统的时间；

延时控制功能：用户通过TFT触摸屏设置延时控制时间，单片机获取到延时时间之后，开启单片机内部定时器，此时控制阀方向的输出端输出高电平，继电器的触点闭合，接通该方向的阀，当单片机判断到定时器时间到之后，控制阀方向的输出端输出低电平，继电器的触点断开，关闭该方向的阀；

自动和原有控制方式切换功能：用户通过TFT触摸屏设置界面选择自动或者手动控制，自动控制模式下，换向阀为智能模式，用户可以设置定时、延时控制功能；手动控制模式下，单片机控制输出端均输出高电平，由手动控制模式控制，系统自动控制模式将不起作用；通过触摸屏上的换向按钮实现换向功能：当点击屏幕上的左开通的时候，可实左路开通功能，即液压回路A与T、P与B接通；当点击屏幕上的右开通的时候，可实右路开通功能，即液压回路A与P、T与B接通。

数据传输功能：单片机将换向阀的控制数据通过MAX232芯片传输到外部监控计算机上，供远程操作和查看。

本发明提供的自动定时计数的电磁换向阀，实现了传统电磁换向阀的智能化，使其能够满足不同的使用需求，尤其是在一些特殊环境下，自动定时计数的电磁换向阀往往能够发挥很好的作用。

Claims (8)

1.一种自动定时计数的电磁换向阀，其特征在于，包括三位四通电磁换向阀和与三位四通电磁换向阀设置为一体的控制系统；所述控制系统包括单片机、两个输出模块、两个继电器、电源模块、显示模块和时钟模块，所述两个输出模块、电源模块、显示模块和时钟模块分别与单片机连接，所述两个输出模块还分别与两个继电器连接；所述三位四通电磁换向阀包括两个电源通路，所述两个电源通路的正极分别与所述的两个继电器连接，所述两个继电器还分别与电源火线连接，所述两个电源通路的负极分别与电源零线连接；通过所述的单片机输出命令控制两个继电器的通断，再通过所述两个继电器的通断继而实现分别控制两个电源通路的通断，最终通过所述两个电源通路的通断来控制三位四通电磁换向阀的开启或关闭。

2.如权利要求1所述的自动定时计数的电磁换向阀，其特征在于，所述单片机选用型号为MSP430F5438A的单片机。

3.如权利要求1或2所述的自动定时计数的电磁换向阀，其特征在于，所述电源模块包括12V锂电池和型号为LM1117的三端稳压芯片，所述12V锂电池通过由LM1117三端稳压芯片按照现有技术设计的直流稳压电源电路为单片机供电。

4.如权利要求1或2所述的自动定时计数的电磁换向阀，其特征在于，所述时钟模块选为DS1302时钟模块，所述DS1302时钟模块的引脚5与单片机P7.5引脚连接，引脚6与单片机P6.7引脚连接，引脚7与单片机P7.6引脚连接。

5.如权利要求1或2所述的自动定时计数的电磁换向阀，其特征在于，所述显示模块选用深圳华威显示厂生产的型号为HW240320F-2L-0A的2.8寸彩色TFT触摸屏，所述TFT触摸屏的DB0-DB17数据引脚与单片机普通的IO口连接，TET触摸屏的LCD_RD、LCD_RS、LCD_WR引脚分别与单片机的P3.1、P3.2、P3.3引脚连接。

6.如权利要求1或2所述的自动定时计数的电磁换向阀，其特征在于，所述输出模块包括由三极管按照现有技术设计的继电器驱动电路。

7.如权利要求2所述的自动定时计数的电磁换向阀，其特征在于，所述自动定时计数的电磁换向阀还包括通信模块，所述通信模块包括MAX232芯片，所述型号为MSP430F5438A的单片机的RXD、TXD、GND引脚分别与所述的MAX232芯片连接，实现型号为MSP430F5438A单片机的TTL电平向RS232电平转换。

8.一种如权利要求1至7任一项所述的自动定时计数的电磁换向阀的工作方法，包括定时控制功能、延时控制功能、自动和原有控制方式切换功能和数据传输功能；

定时控制功能：通过时钟模块为系统提供当前的时间，并通过TFT触摸屏显示出当前的时间，用户通过TFT触摸屏设定阀开通的时间，单片机通过程序判断阀需要设置的通向，同时判断当前时间是否到达用户设定的时间，当达到用户设定的时间后，单片机将控制该方向的阀的输出端输出高电平信号，高电平信号驱动外部的继电器驱动电路动作，使继电器的线圈带电，继电器的触点闭合，接通该方向的阀；同时单片机将存储该方向阀的开通次数的变量加1，单片机将数据传输到TFT触摸屏上实时显示当前阀的开通次数，以及系统的时间；

延时控制功能：用户通过TFT触摸屏设置延时控制时间，单片机获取到延时时间之后，开启单片机内部定时器，此时控制阀方向的输出端输出高电平，继电器的触点闭合，接通该方向的阀，当单片机判断到定时器时间到之后，控制阀方向的输出端输出低电平，继电器的触点断开，关闭该方向的阀；

自动和原有控制方式切换功能：用户通过TFT触摸屏设置界面选择自动或者手动控制，自动控制模式下，换向阀为智能模式，用户可以设置定时、延时控制功能；手动控制模式下，单片机控制输出端均输出高电平，由手动控制模式控制，系统自动控制模式停止作用；

数据传输功能：单片机将换向阀的控制数据通过MAX232芯片传输到外部监控计算机上，供远程操作和查看。