CN105510827B - 一种步进电机工作状态监控方法、装置和空调控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种步进电机工作状态监控方法、装置和空调控制器，该方法包括：对所述步进电机的驱动信号进行信号转换，得到相应的信号电平；对所述信号电平进行信号处理，得到相应的方波信号；基于所述方波信号，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，以确定所述步进电机的运行状态。本发明的方案，可以克服现有技术中可靠性低、精准性差和维护难度大等缺陷，实现可靠性高、精准性好和维护难度小的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体地，涉及一种步进电机工作状态监控方法、装置和空调控制器。
背景技术
在现有空调开发中，步进电机实际运行时的驱动电平信号存在异常波形。但是，现有的步进电机工作状态监控显示仪，不能处理这种异常信号，无法保证监控数据的准确性。
例如：如图7所示，三个波形中位于中间位置的波形，标注的位置为步进电机运行期间，驱动步进电机信号出现的异常波形。此波形由于下降深度和持续时间都使现有的技术难以处理。
现有技术中，存在可靠性低、精准性差和维护难度大等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提出一种步进电机工作状态监控方法、装置和空调控制器，以解决通过驱动信号实时监测进行工作状态监控，更准确地监控工作状态，提升维护效率、减小维护难度的问题。
本发明一方面提供一种步进电机工作状态监控方法，包括：对所述步进电机的驱动信号进行信号转换，得到相应的信号电平；对所述信号电平进行信号处理，得到相应的方波信号；基于所述方波信号，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，以确定所述步进电机的运行状态。
其中，对所述步进电机的驱动信号进行信号转换，包括：通过连接于所述步进电机的驱动信号输入端的双向光电耦合器，在所述驱动信号输入所述步进电机时，将所述驱动信号转换为相应的信号电平；其中，在所述双向光电耦合器的前端，匹配设置有相应的阻抗。
其中，对所述信号电平进行信号处理，包括：对所述信号电平进行RC初级滤波处理，以得到相应的稳定信号；对所述稳定信号进行滤波处理，得到正常信号；对所述正常信号进行反相处理、同时提高该正常信号的高电平幅值，得到相应的方波信号。其中，所述正常信号的周期与所述信号电平的周期一致，所述正常信号的幅值低于所述信号电平的幅值，所述正常信号的高低电平与所述信号电平的高低电平相反；和/或，所述方波信号的高低电平与所述信号电平的高低电平一致，所述方波信号的高电平幅值与所述信号电平的高电平幅值不相同。
优选地，对所述信号电平进行RC初级滤波处理，包括：通过RC初级滤波电路，滤除所述信号电平中的干扰信号；和/或，对所述稳定信号进行滤波处理，包括：迟滞电路，用于滤除所述稳定信号中的异常波形；和/或，对所述正常信号进行反相处理、同时提高该正常信号的高电平幅值，包括：反相器，用于使所述正常信号的相位相反；以及，升压电阻(R8)，用于使所述正常信号的高电平幅值提高至预设值。
其中，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，包括：在所述步进电机转动时，通过对所述步进电机的驱动信号电平状态的监控，获取所述步进电机的转动方向和转动角度；当所述转动角度满足预设阈值时，对所述转动角度进行清零，并从零开始重新监控所述步进电机的当前转动角度；优选地，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，还包括：对所述转动方向和/或转动角度进行显示。
其中，在所述步进电机转动通过对所述步进电机的驱动信号电平状态的监控，获取所述步进电机的转动方向和转动角度，包括：基于所述方波信号，判断所述步进电机是否有转动，得到所述步进电机转动的确定结果；基于所述步进电机转动的确定结果，确定所述步进电机的驱动信号电平状态；基于确定的所述驱动信号电平状态，确定所述步进电机的转动方向；基于确定的所述转动方向，确定所述步进电机的转动角度；基于确定的所述转动角度，确定所述转动角度是否已被清零，若已清零，则从零开始重新监控所述步进电机的转动角度；若未清零，则继续当前循环监控处理。
与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种步进电机工作状态监控装置，包括：信号转换单元，用于对所述步进电机的驱动信号进行信号转换，得到相应的信号电平；信号处理单元，用于对所述信号电平进行信号处理，得到相应的方波信号；状态监控单元，用于基于所述方波信号，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，以确定所述步进电机的运行状态。
其中，信号转换单元，包括：信号电平产生模块，包括连接于所述步进电机的驱动信号输入端的双向光电耦合器，用于在所述驱动信号输入所述步进电机时，将所述驱动信号转换为相应的信号电平；其中，在所述双向光电耦合器的前端，匹配设置有相应的阻抗。
其中，信号处理单元，包括：信号电平预处理模块，用于对所述信号电平进行RC初级滤波处理，得到相应的稳定信号；信号电平滤波模块，用于对所述稳定信号进行滤波处理，得到正常信号；信号电平反相模块，用于对所述正常信号进行反相处理、同时提高该正常信号的高电平幅值，得到相应的方波信号。其中，所述正常信号的周期与所述信号电平的周期一致，所述正常信号的幅值低于所述信号电平的幅值，所述正常信号的高低电平与所述信号电平的高低电平相反；和/或，所述方波信号的高低电平与所述信号电平的高低电平一致，所述方波信号的高电平幅值与所述信号电平的高电平幅值不相同。
优选地，信号电平预处理模块，包括：RC初级滤波电路，用于滤除所述信号电平中的干扰信号；和/或，信号电平滤波模块，包括：迟滞电路，用于滤除所述稳定信号中的异常波形；和/或，信号电平反相模块，包括：反相器，用于使所述正常信号的相位相反；以及，升压电阻(R8)，用于使所述正常信号的高电平幅值提高至预设值。
其中，状态监控单元，包括：循环监控模块，用于在所述步进电机转动时，通过对所述步进电机的驱动信号电平状态的监控，获取所述步进电机的转动方向和转动角度；按键模块，用于当所述转动角度满足预设阈值时，对所述转动角度进行清零，并从零开始重新监控所述步进电机的当前转动角度；优选地，状态监控单元，还包括：结果显示模块，用于对所述转动方向和/或转动角度进行显示。
其中，循环监控模块，包括：电机转动确定子模块，用于基于所述方波信号，判断所述步进电机是否有转动，以得到所述步进电机转动的确定结果；信号电平确定子模块，用于基于所述步进电机转动的确定结果，确定所述步进电机的驱动信号电平状态；转动方向确定子模块，用于基于确定的所述驱动信号电平状态，确定所述步进电机的转动方向；转动角度确定子模块，用于基于确定的所述转动方向，确定所述步进电机的转动角度；当前循环处理子模块，用于基于确定的所述转动角度，确定所述转动角度是否已被清零，若已清零，则从零开始重新监控所述步进电机的转动角度；若未清零，则继续当前循环监控处理。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种空调控制器，包括：以上所述的装置。
本发明的方案，通过过滤步进电机(例如：空调控制器中步进电机)的异常波形(例如：驱动信号的异常波形)，准确监控步进电机的工作状态；从而，可以有效处理步进电机驱动信号中的异常波形，让波形达到理想状态，保证监控数据的准确性。
具体地，可以将步进电机的驱动信号匹配合适的阻抗(例如：电阻R2)后引用到双向光耦(例如：双向光电耦合器OC1)，双向光耦前端的匹配阻抗在合适的参数下，异常波形(例如：步进电机实际运行时的驱动电平信号存在异常波形)将会被有效地改善，改善后的波形再经过迟滞电路(例如：以迟滞比较器A1为核心元件)对信号进行处理，经过迟滞电路处理后的信号，将会被迟滞电路转化为方波，但该方波的电压会低于MCU的工作电压，再经过反相器(例如：反相器T1)将该方波的波形进行反相、同时也将该方波波形的高电平提高到与MCU的工作电压一致；经反相器处理后的信号经过MCU处理后，再经过相应的算法(参见图8-图10所示的例子)最终转化为有效的数据，传输至显示器进行显示。
例如：该方波波形的高电平提高到与MCU的工作电压一致的操作，可以包括：所述稳定信号输入反相器，进过反相器处理后，反相器会输出一个与所述稳定信号高低电平状态相反的方波信号，而此方波信号的高电平幅值与反相器的工作电压相同。反相器的工作电压与MCU的工作电压相同。
由此，本发明的方案解决利用驱动信号实时监测进行工作状态监控，更准确地监控工作状态，提升维护效率、减小维护难度的问题，从而，克服现有技术中可靠性低、精准性差和维护难度大的缺陷，实现可靠性高、精准性好和维护难度小的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的步进电机工作状态监控方法的一实施例的流程图；
图2为本发明的方法中信号处理的一实施例的流程图；
图3为本发明的方法中状态监控处理的一实施例的流程图；
图4为本发明的方法中循环监控处理的一实施例的流程图；
图5为本发明的步进电机工作状态监控装置的一实施例的结构示意图；
图6为本发明的装置中循环监控模块的一实施例的结构示意图。
图7为现有步进电机实际运行时的驱动电平信号存在异常波形图；
图8为本发明的空调控制器的一实施例的工作原理示意图；
图9为本发明的控制器中信号处理的一实施例的电路示意图，其中，TI表示反相器，A1表示迟滞比较器，OC1表示双向光电耦合器；
图10为本发明的控制器的控制逻辑示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
102-信号转换单元；1022-信号电平产生模块；104-信号处理单元；1042-信号电平预处理模块；1044-信号电平滤波模块；1046-信号电平反相模块；106-状态监控单元；1062-循环监控模块；10622-电机转动确定子模块；10624-信号电平确定子模块；10626-转动方向确定子模块；10628-转动角度确定子模块；10630-当前循环处理子模块；1064-结果显示模块；1066-按键模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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。
根据本发明的实施例，提供了一种步进电机工作状态监控方法，如图1所示本发明的方法的一实施例的流程图所示。该方法至少包括：
在步骤S110处，对所述步进电机的驱动信号进行信号转换，得到相应的信号电平。通过信号转换，将驱动信号转换为信号电平，转换方式简单、可靠，有利于简化后续处理，且有利于提高处理效果。
在一个实施方式中，可以通过连接于所述步进电机的驱动信号输入端的双向光电耦合器(例如：双向光电耦合器OC1)，在所述驱动信号输入所述步进电机时，将所述驱动信号转换为相应的信号电平；其中，在所述双向光电耦合器的前端，匹配设置有相应的阻抗(例如：电阻R2)，以避免对步进电机正常运行造成影响。通过双向光耦对驱动信号进行转换，转换方式简单、通用性好，转换结果精准。
在一个例子中，在双向光电耦合器OC1的两个输入端(例如：第一输入端与第二输入端)之间连接有匹配阻抗R2，在公共输入端与双向光电耦合器OC1的第一输入端之间还连接有限流电阻R1，可以在不影响步进电机正常运行的情况下，进一步提升信号转换的效率和效果。
在一个例子中，步进电机的驱动信号(例如：空调控制器输出至步进电机的驱动信号)包括一个公共端(例如：信号公共端)和四个信号端(例如：信号输入端)，通过双向光耦(例如：双向光电耦合器OC1)将四组信号电平(公共端与信号端的电压差)进行实时转换，输出幅值为5V的信号电平(共四组)。
其中，经过信号转换的信号电平的异常信号会大于零。
在步骤S120处，对所述信号电平进行信号处理，得到相应的方波信号。通过信号处理，得到能更好地显示步进电机运行状态的方波信号，处理方式简单、处理结果精准，有利于提升步进电机运行状态监控的效率和效果。
下面结合图2所示本发明的方法中信号处理的一实施例的流程图，进一步说明步骤S120的信号处理的具体过程。
步骤S210，对所述信号电平进行RC初级滤波处理，以得到相应的稳定信号。通过RC初级滤波，可以滤除信号电平中毛刺等干扰信号，增强信号电平的稳定性。
在一个实施方式中，可以通过RC初级滤波电路，滤除所述信号电平中的干扰信号。
例如：RC滤波电路，包括：滤波电阻R3和滤波电容C1。滤波电阻R3和滤波电容C1依次连接在+5V直流电源与地之间。双向光电耦合器OC1的集电极，经限流电阻R4连接至迟滞比较器A1的同相输入端；滤波电阻R3和滤波电容C1的公共端也连接于双向光电耦合器OC1的集电极，双向光电耦合器OC1的发射极接地；上拉电阻R5连接在迟滞比较器A1的同相输入端与地之间。
步骤S220，对所述稳定信号进行滤波处理，得到正常信号。通过对RC初级滤波后的信号进行进一步滤波处理，可以去除信号电平中的异常波形，以减小信号误差，从而有利于提升步进电机运行状态监控的精准性。
在一个实施方式中，可以通过迟滞电路，滤除所述稳定信号中的异常波形。
在一个例子中，利用迟滞电路产生双阀值的效果将异常信号过滤掉，输出周期与原信号一致的方波。但此时方波幅值会低于5V、且方波的高低电平与原信号的高低电平相反。
例如：迟滞电路，包括：迟滞比较器A1，连接在迟滞比较器A1的同相输入端与双向光电耦合器OC1的输出端之间的RC滤波电路、限流电阻R4和上拉电阻R5，以及，连接在迟滞比较器A1的反相输入端与迟滞比较器A1的输出端之间的反馈电阻R6，连接在迟滞比较器A1的反相输入端与地之间的上拉电阻R7。
其中，所述正常信号的周期与所述信号电平的周期一致，所述正常信号的幅值低于所述信号电平的幅值，所述正常信号的高低电平与所述信号电平的高低电平相反。
步骤S230，对所述正常信号进行反相处理、同时提高该正常信号的高电平幅值，得到相应的方波信号。通过反相和增幅处理，可以得到更有利于后续的信号处理的方波信号，使得方波信号与驱动信号之间的误差更小。
在一个实施方式中，可以通过反相器(例如：反相器T1)，使所述正常信号的相位相反；以及，升压电阻R8，用于使所述正常信号的高电平幅值提高至预设值。
例如：由于从迟滞电路输出的方波与实际信号反相，所以需要增加反相器。经过反相器T1后，输出与实际信号高低电平一致的方波，且幅值为5V。在反相器T1之前，还可以通过连接在迟滞比较器A1输出端的限流电阻R8，提升方波信号的高电平幅值。
其中，所述方波信号的高低电平与所述信号电平的高低电平一致，所述方波信号的高电平幅值与所述信号电平的高电平幅值不相同。
在步骤S130处，基于所述方波信号，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，以确定所述步进电机的运行状态。通过对方波信号的运算处理，实现对步进电机运行状态的循环监控，监控方式简单，且监控结果可靠、精准。
其中，从反相器T1输出的方波经限流电阻(例如：限流电阻R9)连接信号处理电路(例如：MCU)的输入管脚(共四个)，MCU循环监控这四个管脚的输入电平。由于步进电机是通过改变电机绕组的通断电时序来驱动的，所以通过判断输入电平的状态可以确定步进电机的运行状态。
下面结合图3所示本发明的方法中状态监控处理的一实施例的流程图，进一步说明步骤S130的状态监控的具体处理。
步骤S310，在所述步进电机转动时，通过对所述步进电机的驱动信号电平状态的监控，获取所述步进电机的转动方向和转动角度。通过对驱动信号电平状态的监控，获取步进电机的运行状态，监控方式简单，监控结果可靠性高。
下面结合图4所示本发明的方法中循环监控处理的一实施例的流程图，进一步说明步骤S310的循环监控的具体处理。
步骤S410，基于所述方波信号，判断所述步进电机是否有转动，得到所述步进电机转动的确定结果。通过比较方波信号确定步进电机的转动情况，依据的信号可靠，得出的结果精准。
例如：判断步进电机是否有转动：监控输入电平，当输入电平为零时，则代表没有驱动信号，反之，则有驱动信号。当有驱动信号时，需要判断此时输入电平与上一次监控到的输入电平是否相同，相同则表示电机绕组得电情况没有发生改变，电机没有转动；不相同则表示电机(例如：步进电机)旋转了一步。
步骤S420，基于所述步进电机转动的确定结果，确定所述步进电机的驱动信号电平状态。通过步进电机的转动情况，确定驱动信号电平的状态，以为后续处理提供精准、可靠的参数。
例如：确定步进电机驱动信号电平状态：根据步进电机的规格，可以确定电机(例如：步进电机)转子转动一格需要的步数。当确认步进电机发生转动后，记录此时的信号电平状态。如果记录的信号电平状态个数达到预设值，则需要判断这些信号电平状态是否有相同值，有相同值即表示步进电机存在转方向现象，将记录信号电平状态丢弃重新记录；如果没有相同值，则表示步进电机转子向同一方向转动一格，保存信号电平状态数据并记录。
步骤S430，基于确定的所述驱动信号电平状态，确定所述步进电机的转动方向。通过驱动信号电平状态确定转动方向，处理方式简单、可靠、精准。
例如：判断步进电机转动方向：当步进电机发生转动后，确定此时步进电机驱动信号电平状态在记录的信号电平状态数据中的序号，并与上次步进电机发生转动时步进电机驱动信号电平状态在记录的信号电平状态数据中的序号进行比较，根据二者的大小，确定步进电机的转动方向。
步骤S440，基于确定的所述转动方向，确定所述步进电机的转动角度。通过转动方向进一步确定转动角度，进而更精确地获取步进电机的运行状态，可靠性高、精准性好，且有利于实现该监控方式的通用性。
例如：确定步进电机转动角度：当步进电机发生转动后，根据步进电机方向增大或者减小步进电机转动角度，实时更新步进电机转动角度。
步骤S450，基于确定的所述转动角度，确定所述转动角度是否已被清零，若已清零，则从零开始重新监控所述步进电机的转动角度；若未清零，则继续当前循环监控处理，参见图10所示的例子。通过在一定条件下对转动角度的监控记录的清零处理，实现继续的循环监控，使得步进电机运行状态的监控连续、可靠、稳定，循环时的切换时间短、可靠性高。
步骤S320，对所述转动方向和/或转动角度进行显示。通过显示运行状态，可以提升监控的直观性，也有利于提升维护的精准性和及时性。
优选地，通过步骤S320，对所述转动放心和/或转动角度的显示，可以便于使用者随时查看步进电机的运行状态。例如：可以通过手持终端、LED显示屏和平板电脑等显示设备进行显示。
例如：实时更新步进电机转动角度时，可以通过显示模块显示。
步骤S330，当所述转动角度满足预设阈值时，对所述转动角度进行清零，并从零开始重新监控所述步进电机的当前转动角度。通过一定条件下的清零处理，可以实现循环监控，循环方式简单，监控可靠性高。
例如：按键清零步进电机转动角度：可以通过按键操作清零步进电机转动角度，从零开始监控的步进电机转动角度。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过对步进电机的驱动信号进行转换、过滤和反相及提压处理后，经MCU处理最终转化为有效的数据，以获得步进电机的运行状态，可选地可以通过显示器查看步进电机的运行状态，处理方式简单、可靠，使得步进电机的监控和维护更加方便、更加精准。
根据本发明的实施例，还提供了对应于步进电机工作状态监控方法的一种步进电机工作状态监控装置。参见图5所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该装置至少包括：信号转换单元102、信号处理单元104和状态监控单元106。
其中，信号转换单元102，用于对所述步进电机的驱动信号进行信号转换，得到相应的信号电平。该信号转换单元102的具体功能及处理参见步骤S110。通过信号转换，将驱动信号转换为信号电平，转换方式简单、可靠，有利于简化后续处理，且有利于提高处理效果。
在一个实施方式中，信号转换单元102，包括：信号电平产生模块1022。
其中，信号电平产生模块1022，包括连接于所述步进电机的驱动信号输入端的双向光电耦合器(例如：双向光电耦合器OC1)，用于在所述驱动信号输入所述步进电机时，将所述驱动信号转换为相应的信号电平；其中，在所述双向光电耦合器的前端，匹配设置有相应的阻抗(例如：电阻R2))，以避免对步进电机正常运行造成影响。通过双向光耦对驱动信号进行转换，转换方式简单、通用性好，转换结果精准。
在一个例子中，在双向光电耦合器OC1的两个输入端(例如：第一输入端与第二输入端)之间连接有匹配阻抗R2，在公共输入端与双向光电耦合器OC1的第一输入端之间还连接有限流电阻R1，可以在不影响步进电机正常运行的情况下，进一步提升信号转换的效率和效果。
在一个例子中，步进电机的驱动信号(例如：空调控制器输出至步进电机的驱动信号)包括一个公共端(例如：信号公共端)和四个信号端(例如：信号输入端)，通过双向光耦(例如：双向光电耦合器OC1)将四组信号电平(公共端与信号端的电压差)进行实时转换，输出幅值为5V的信号电平(共四组)。
其中，经过信号转换的信号电平的异常信号会大于零。
其中，信号处理单元104，用于对所述信号电平进行信号处理，得到相应的方波信号。该信号处理单元104的具体功能及处理参见步骤S120。通过信号处理，得到能更好地显示步进电机运行状态的方波信号，处理方式简单、处理结果精准，有利于提升步进电机运行状态监控的效率和效果。
在一个实施方式中，信号处理单元104，包括：信号电平预处理模块1042、信号电平滤波模块1044和信号电平反相模块1046。
其中，信号电平预处理模块1042，用于对所述信号电平进行RC初级滤波处理，得到相应的稳定信号。该信号电平预处理模块1042的具体功能及处理参见步骤S210。通过RC初级滤波，可以滤除信号电平中毛刺等干扰信号，增强信号电平的稳定性。
在一个实施方式中，信号电平预处理模块1042，包括：RC初级滤波电路，用于滤除所述信号电平中的干扰信号。
例如：RC滤波电路，包括：滤波电阻R3和滤波电容C1。滤波电阻R3和滤波电容C1依次连接在+5V直流电源与地之间。双向光电耦合器OC1的集电极，经限流电阻R4连接至迟滞比较器A1的同相输入端；滤波电阻R3和滤波电容C1的公共端也连接于双向光电耦合器OC1的集电极，双向光电耦合器OC1的发射极接地；上拉电阻R5连接在迟滞比较器A1的同相输入端与地之间。
其中，信号电平滤波模块1044，用于对所述稳定信号进行滤波处理，得到正常信号。该信号电平滤波模块1044的具体功能及处理参见步骤S220。通过对RC初级滤波后的信号进行进一步滤波处理，可以去除信号电平中的异常波形，以减小信号误差，从而有利于提升步进电机运行状态监控的精准性。
在一个实施方式中，信号电平滤波模块1044，包括：迟滞电路，用于滤除所述稳定信号中的异常波形。
在一个例子中，利用迟滞电路产生双阀值的效果将异常信号过滤掉，输出周期与原信号一致的方波。但此时方波幅值会低于5V、且方波的高低电平与原信号的高低电平相反。
例如：迟滞电路，包括：迟滞比较器A1，连接在迟滞比较器A1的同相输入端与双向光电耦合器OC1的输出端之间的RC滤波电路、限流电阻R4和上拉电阻R5，以及，连接在迟滞比较器A1的反相输入端与迟滞比较器A1的输出端之间的反馈电阻R6，连接在迟滞比较器A1的反相输入端与地之间的上拉电阻R7。
其中，所述正常信号的周期与所述信号电平的周期一致，所述正常信号的幅值低于所述信号电平的幅值，所述正常信号的高低电平与所述信号电平的高低电平相反。
其中，信号电平反相模块1046，用于对所述正常信号进行反相处理、同时提高该正常信号的高电平幅值，得到相应的方波信号。该信号电平反相模块1046的具体功能及处理参见步骤S230。通过反相和增幅处理，可以得到更有利于后续的信号处理的方波信号，使得方波信号与驱动信号之间的误差更小。
在一个实施方式中，信号电平反相模块1046，包括：反相器(例如：反相器T1)，用于使所述正常信号的相位相反；以及，升压电阻R8，用于使所述正常信号的高电平幅值提高至预设值。
例如：由于从迟滞电路输出的方波与实际信号反相，所以需要增加反相器。经过反相器T1后，输出与实际信号高低电平一致的方波，且幅值为5V。在反相器T1之前，还可以通过连接在迟滞比较器A1输出端的限流电阻R8，提升方波信号的高电平幅值。
其中，所述方波信号的高低电平与所述信号电平的高低电平一致，所述方波信号的高电平幅值与所述信号电平的高电平幅值不相同。
其中，状态监控单元106，用于基于所述方波信号，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，以确定所述步进电机的运行状态。该状态监控单元106的具体功能及处理参见步骤S130。通过对方波信号的运算处理，实现对步进电机运行状态的循环监控，监控方式简单，且监控结果可靠、精准。
其中，从反相器T1输出的方波经限流电阻(例如：限流电阻R9)连接信号处理电路(例如：MCU)的输入管脚(共四个)，MCU循环监控这四个管脚的输入电平。由于步进电机是通过改变电机绕组的通断电时序来驱动的，所以通过判断输入电平的状态可以确定步进电机的运行状态。
在一个实施方式中，状态监控单元106，包括：循环监控模块1062和按键模块1066；优选地，还包括：结果显示模块1064。
其中，循环监控模块1062，用于在所述步进电机转动时，通过对所述步进电机的驱动信号电平状态的监控，获取所述步进电机的转动方向和转动角度。该循环监控模块1062的具体功能及处理参见步骤S310。通过对驱动信号电平状态的监控，获取步进电机的运行状态，监控方式简单，监控结果可靠性高。
下面结合图6示本发明的装置中循环监控模块的一实施例的结构示意图，进一步说明循环监控模块的具体结构。循环监控模块1062，包括：电机转动确定子模块10622、信号电平确定子模块10624、转动方向确定子模块10626、转动角度确定子模块10628和当前循环处理子模块10630。
其中，电机转动确定子模块10622，用于基于所述方波信号，判断所述步进电机是否有转动，以得到所述步进电机转动的确定结果。该电机转动确定子模块10622的具体功能及处理参见步骤S410。通过比较方波信号确定步进电机的转动情况，依据的信号可靠，得出的结果精准。
例如：判断步进电机是否有转动：监控输入电平，当输入电平为零时，则代表没有驱动信号，反之，则有驱动信号。当有驱动信号时，需要判断此时输入电平与上一次监控到的输入电平是否相同，相同则表示电机绕组得电情况没有发生改变，电机没有转动；不相同则表示电机(例如：步进电机)旋转了一步。
其中，信号电平确定子模块10624，用于基于所述步进电机转动的确定结果，确定所述步进电机的驱动信号电平状态。该信号电平确定子模块10624的具体功能及处理参见步骤S420。通过步进电机的转动情况，确定驱动信号电平的状态，以为后续处理提供精准、可靠的参数。
例如：确定步进电机驱动信号电平状态：根据步进电机的规格，可以确定电机(例如：步进电机)转子转动一格需要的步数。当确认步进电机发生转动后，记录此时的信号电平状态。如果记录的信号电平状态个数达到预设值，则需要判断这些信号电平状态是否有相同值，有相同值即表示步进电机存在转方向现象，将记录信号电平状态丢弃重新记录；如果没有相同值，则表示步进电机转子向同一方向转动一格，保存信号电平状态数据并记录。
其中，转动方向确定子模块10626，用于基于确定的所述驱动信号电平状态，确定所述步进电机的转动方向。该转动方向确定子模块10626的具体功能及处理参见步骤S430。通过驱动信号电平状态确定转动方向，处理方式简单、可靠、精准。
例如：判断步进电机转动方向：当步进电机发生转动后，确定此时步进电机驱动信号电平状态在记录的信号电平状态数据中的序号，并与上次步进电机发生转动时步进电机驱动信号电平状态在记录的信号电平状态数据中的序号进行比较，根据二者的大小，确定步进电机的转动方向。
其中，转动角度确定子模块10628，用于基于确定的所述转动方向，确定所述步进电机的转动角度。该转动角度确定子模块10628的具体功能及处理参见步骤S440。通过转动方向进一步确定转动角度，进而更精确地获取步进电机的运行状态，可靠性高、精准性好，且有利于实现该监控方式的通用性。
例如：确定步进电机转动角度：当步进电机发生转动后，根据步进电机方向增大或者减小步进电机转动角度，实时更新步进电机转动角度。
其中，当前循环处理子模块10630，用于基于确定的所述转动角度，确定所述转动角度是否已被清零，若已清零，则从零开始重新监控所述步进电机的转动角度；若未清零，则继续当前循环监控处理，参见图10所示的例子。该当前循环处理子模块10630的具体功能及处理参见步骤S450。通过在一定条件下对转动角度的监控记录的清零处理，实现继续的循环监控，使得步进电机运行状态的监控连续、可靠、稳定，循环时的切换时间短、可靠性高。
其中，结果显示模块1064，用于对所述转动方向和/或转动角度进行显示。该，结果显示模块1064的具体功能及处理参见步骤S320。通过显示运行状态，可以提升监控的直观性，也有利于提升维护的精准性和及时性。
例如：实时更新步进电机转动角度时，可以通过显示模块显示。
优选地，通过结果显示模块1064，对所述转动放心和/或转动角度的显示，可以便于使用者随时查看步进电机的运行状态。例如：可以通过手持终端、LED显示屏和平板电脑等显示设备进行显示。
其中，按键模块1066，用于当所述转动角度满足预设阈值时，对所述转动角度进行清零，并从零开始重新监控所述步进电机的当前转动角度。该按键模块1066的具体功能及处理参见步骤S330。通过一定条件下的清零处理，可以实现循环监控，循环方式简单，监控可靠性高。
例如：按键清零步进电机转动角度：可以通过按键操作清零步进电机转动角度，从零开始监控的步进电机转动角度。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图4所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过过滤步进电机(例如：空调控制器中步进电机)的异常波形(例如：驱动信号的异常波形)，准确监控步进电机的工作状态；从而，可以有效处理步进电机驱动信号中的异常波形，让波形达到理想状态，保证监控数据的准确性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于步进电机工作状态监控装置的一种空调控制器。该空调控制器至少包括：以上所述的装置。
例如：参见图8-图10所示的例子，该控制器中步进电机驱动信号的处理，主要包括硬件处理和软件处理。
其中，步进电机驱动信号硬件处理：对步进电机驱动信号的处理包括三部分，分别为双向光耦(例如：双向光电耦合器OC1)的信号转换、迟滞电路(例如：以迟滞比较器A1为核心元件)的信号滤波、反相器(例如：反相器T1)的信号反相。该硬件处理的具体过程如下：
首先，信号转换：从控制器(例如：空调控制器)输出到步进电机的驱动信号包括一个公共端(例如：信号公共端)和四个信号端(例如：信号输入端)，通过双向光耦将四组信号电平(公共端与信号端的电压差)进行实时转换，输出幅值为5V的信号电平(共四组)。
其中，在双向光电耦合器OC1的两个输入端(例如：第一输入端与第二输入端)之间连接有匹配阻抗R2，在公共输入端与双向光电耦合器OC1的第一输入端之间还连接有限流电阻R1。例如：参见图8和图9所示的例子，信号转换与信号滤波之间的匹配阻抗，与双向光耦匹配，包括电阻R3、电阻R4和电容C1，作用是使双向光耦输出需要的信号。
其次，信号滤波：经过信号转换的信号电平的异常信号会大于零，此时，利用迟滞电路产生双阀值的效果将异常信号过滤掉，输出周期与原信号一致的方波。但此时方波幅值会低于5V、且方波的高低电平与原信号的高低电平相反。
其中，迟滞电路，包括：迟滞比较器A1，连接在迟滞比较器A1的同相输入端与双向光电耦合器OC1的输出端之间的RC滤波电路、限流电阻R4和上拉电阻R5，以及，连接在迟滞比较器A1的反相输入端与迟滞比较器A1的输出端之间的反馈电阻R6，连接在迟滞比较器A1的反相输入端与地之间的上拉电阻R7。
其中，RC滤波电路，包括：滤波电阻R3和滤波电容C1。滤波电阻R3和滤波电容C1依次连接在+5V直流电源与地之间。双向光电耦合器OC1的集电极，经限流电阻R4连接至迟滞比较器A1的同相输入端；滤波电阻R3和滤波电容C1的公共端也连接于双向光电耦合器OC1的集电极，双向光电耦合器OC1的发射极接地；上拉电阻R5连接在迟滞比较器A1的同相输入端与地之间。
然后，信号反相：由于从迟滞电路输出的方波与实际信号反相，所以需要增加反相器。经过反相器T1后，输出与实际信号高低电平一致的方波，且幅值为5V。
其中，步进电机驱动信号软件处理：从反相器T1输出的方波经限流电阻(例如：限流电阻R9)连接信号处理电路(例如：MCU)的输入管脚(共四个)，MCU循环监控这四个管脚的输入电平。由于步进电机是通过改变电机绕组的通断电时序来驱动的，所以通过判断输入电平的状态可以确定步进电机的运行状态。该软件处理的具体过程如下：
首先，判断步进电机是否有转动：监控输入电平，当输入电平为零时，则代表没有驱动信号，反之，则有驱动信号。当有驱动信号时，需要判断此时输入电平与上一次监控到的输入电平是否相同，相同则表示电机绕组得电情况没有发生改变，电机没有转动；不相同则表示电机(例如：步进电机)旋转了一步。
例如：如果电机旋转一步需要的时间比监控的间隔时间短，就会出现监控遗漏。可以根据实际电机旋转速度相应减短监控电机的时间间隔。
其次，确定步进电机驱动信号电平状态：根据步进电机的规格，可以确定电机(例如：步进电机)转子转动一格需要的步数，即步进电机驱动信号中不同电平状态的个数，记为X，X为自然数。
当确认步进电机发生转动后，记录此时的信号电平状态。如果记录的信号电平状态个数达到X，则需要判断这些信号电平状态是否有相同值，有相同值即表示步进电机存在转子反相现象，将记录信号电平状态丢弃重新记录；如果没有相同值，则表示步进电机转子向同一方向转动一格，保存信号电平状态数据，记为Y。
例如：MCU监控电机的信号电平状态，判断电机每相的通断电情况，记为Y，如0x05。
再次，判断步进电机转动方向：当步进电机发生转动后，确定此时步进电机驱动信号电平状态在Y中的序号，记为Z1，而将上次步进电机发生转动时步进电机驱动信号电平状态在Y中的序号，记为Z2。根据Z1和Z2的大小，确定步进电机的转动方向，Z1、Z2均为自然数。
例如：当Z1为3、Z2为4的方向，与Z1为4、Z2为3时的方向相反。
再次，确定步进电机转动角度：当步进电机发生转动后，根据步进电机转动方向增大或者减小步进电机转动角度，实时更新步进电机转动角度并通过显示模块显示。
例如：实时更新的过程中，如果步进电机转动方向不变(例如：保持第一转动方向不变)时，则电机转动时增大电机监控角度；如果步进电机转动方向发生改变(例如：由第一转动方向变为第二转动方向)，则电机转动时减小电机监控角度。
然后，按键清零步进电机转动角度：可以通过按键操作清零步进电机转动角度，从零开始监控(例如：下一轮新的监控)的步进电机转动角度。其中，该监控，可以根据实际需要随时重新开始。
由于本实施例的空调控制器所实现的处理及功能基本相应于前述图5至图6所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过对空调控制器中步进电机的驱动信号的处理，可以监控步进电机的运行状态，监控方式简单、可靠，监控数据精准性好，有利于提升步进电机的维护效率和工作可靠性。
还需要说明的是，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，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商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、商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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (17)
1.一种步进电机工作状态监控方法，其特征在于，包括：
对所述步进电机的驱动信号进行信号转换，得到相应的信号电平；
对所述信号电平进行信号处理，得到相应的方波信号；
基于所述方波信号，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，以确定所述步进电机的运行状态；其中，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，包括：
在所述步进电机转动时，通过对所述步进电机的驱动信号电平状态的监控，获取所述步进电机的转动方向和转动角度；获取所述步进电机的转动方向和转动角度，包括：基于所述方波信号，判断所述步进电机是否有转动，得到所述步进电机转动的确定结果；基于所述步进电机转动的确定结果，确定所述步进电机的驱动信号电平状态；基于确定的所述驱动信号电平状态，确定所述步进电机的转动方向；基于确定的所述转动方向，确定所述步进电机的转动角度；
当所述转动角度满足预设阈值时，对所述转动角度进行清零，并从零开始重新监控所述步进电机的当前转动角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述步进电机的驱动信号进行信号转换，包括：
通过连接于所述步进电机的驱动信号输入端的双向光电耦合器，在所述驱动信号输入所述步进电机时，将所述驱动信号转换为相应的信号电平；其中，
在所述双向光电耦合器的前端，匹配设置有相应的阻抗。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述信号电平进行信号处理，包括：
对所述信号电平进行RC初级滤波处理，以得到相应的稳定信号；
对所述稳定信号进行滤波处理，得到正常信号；
对所述正常信号进行反相处理、同时提高该正常信号的高电平幅值，得到相应的方波信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，
所述正常信号的周期与所述信号电平的周期一致，所述正常信号的幅值低于所述信号电平的幅值，所述正常信号的高低电平与所述信号电平的高低电平相反；
和/或，
所述方波信号的高低电平与所述信号电平的高低电平一致，所述方波信号的高电平幅值与所述信号电平的高电平幅值不相同。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
对所述信号电平进行RC初级滤波处理，包括：
通过RC初级滤波电路，滤除所述信号电平中的干扰信号；
和/或，
对所述稳定信号进行滤波处理，包括：
通过迟滞电路，滤除所述稳定信号中的异常波形；
和/或，
对所述正常信号进行反相处理、同时提高该正常信号的高电平幅值，包括：
通过反相器，使所述正常信号的相位相反；以及，升压电阻(R8)，用于使所述正常信号的高电平幅值提高至预设值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
对所述信号电平进行RC初级滤波处理，包括：
通过RC初级滤波电路，滤除所述信号电平中的干扰信号；
和/或，
对所述稳定信号进行滤波处理，包括：
通过迟滞电路，滤除所述稳定信号中的异常波形；
和/或，
对所述正常信号进行反相处理、同时提高该正常信号的高电平幅值，包括：
通过反相器，使所述正常信号的相位相反；以及，升压电阻(R8)，用于使所述正常信号的高电平幅值提高至预设值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，还包括：
对所述转动方向和/或转动角度进行显示。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，在所述步进电机转动通过对所述步进电机的驱动信号电平状态的监控，获取所述步进电机的转动方向和转动角度，还包括：
基于确定的所述转动角度，确定所述转动角度是否已被清零，若已清零，则从零开始重新监控所述步进电机的转动角度；若未清零，则继续当前循环监控处理。
9.一种步进电机工作状态监控装置，其特征在于，包括：
信号转换单元，用于对所述步进电机的驱动信号进行信号转换，得到相应的信号电平；
信号处理单元，用于对所述信号电平进行信号处理，得到相应的方波信号；
状态监控单元，用于基于所述方波信号，对所述步进电机的驱动信号进行循环监控，以确定所述步进电机的运行状态；状态监控单元，包括：
循环监控模块，用于在所述步进电机转动时，通过对所述步进电机的驱动信号电平状态的监控，获取所述步进电机的转动方向和转动角度；循环监控模块，包括：电机转动确定子模块，用于基于所述方波信号，判断所述步进电机是否有转动，以得到所述步进电机转动的确定结果；信号电平确定子模块，用于基于所述步进电机转动的确定结果，确定所述步进电机的驱动信号电平状态；转动方向确定子模块，用于基于确定的所述驱动信号电平状态，确定所述步进电机的转动方向；转动角度确定子模块，用于基于确定的所述转动方向，确定所述步进电机的转动角度；
按键模块，用于当所述转动角度满足预设阈值时，对所述转动角度进行清零，并从零开始重新监控所述步进电机的当前转动角度。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，信号转换单元，包括：
信号电平产生模块，包括连接于所述步进电机的驱动信号输入端的双向光电耦合器，用于在所述驱动信号输入所述步进电机时，将所述驱动信号转换为相应的信号电平；其中，
在所述双向光电耦合器的前端，匹配设置有相应的阻抗。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，信号处理单元，包括：
信号电平预处理模块，用于对所述信号电平进行RC初级滤波处理，得到相应的稳定信号；
信号电平滤波模块，用于对所述稳定信号进行滤波处理，得到正常信号；
信号电平反相模块，用于对所述正常信号进行反相处理、同时提高该正常信号的高电平幅值，得到相应的方波信号。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，其中，
所述正常信号的周期与所述信号电平的周期一致，所述正常信号的幅值低于所述信号电平的幅值，所述正常信号的高低电平与所述信号电平的高低电平相反；
和/或，
所述方波信号的高低电平与所述信号电平的高低电平一致，所述方波信号的高电平幅值与所述信号电平的高电平幅值不相同。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，
信号电平预处理模块，包括：
RC初级滤波电路，用于滤除所述信号电平中的干扰信号；
和/或，
信号电平滤波模块，包括：
通过迟滞电路，滤除所述稳定信号中的异常波形；
和/或，
信号电平反相模块，包括：
通过反相器，使所述正常信号的相位相反；以及，升压电阻(R8)，用于使所述正常信号的高电平幅值提高至预设值。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，
信号电平预处理模块，包括：
RC初级滤波电路，用于滤除所述信号电平中的干扰信号；
和/或，
信号电平滤波模块，包括：
通过迟滞电路，滤除所述稳定信号中的异常波形；
和/或，
信号电平反相模块，包括：
通过反相器，使所述正常信号的相位相反；以及，升压电阻(R8)，用于使所述正常信号的高电平幅值提高至预设值。
15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，状态监控单元，还包括：
结果显示模块，用于对所述转动方向和/或转动角度进行显示。
16.根据权利要求9或15所述的装置，其特征在于，循环监控模块，还包括：
当前循环处理子模块，用于基于确定的所述转动角度，确定所述转动角度是否已被清零，若已清零，则从零开始重新监控所述步进电机的转动角度；若未清零，则继续当前循环监控处理。
17.一种空调控制器，其特征在于，包括：如权利要求9-16任一所述的装置。
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