CN106014945A - 一种微型水泵出水量的精确控制方法及微型水泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动控制技术领域，尤其是一种微型水泵出水量的精确控制方法及微型水泵。其中，方法包括：设置一信号发射装置；设置一信号接收装置；在微型水泵的动力转轴上设置至少一个中间接收媒体；设置一反馈控制电路；设置一动力控制电路；通过对微型水泵的转数的检测及计数来调控出水量。由于微型水泵每转动一个周期均会泵出一个非常稳定且非常一致的水量，利用微型水泵本身的转动效应并以信号发射装置与信号接收装置之间的光波、声波、磁场等作为信号检测及传输的媒介，可通过对脉冲信号的技术来计算微型水泵的转数，进而进行出水量的精确监测及调控(如预定出水量的控制、预定出水时间的控制以及微型水泵旋转快慢及启闭的控制等)。

Description

一种微型水泵出水量的精确控制方法及微型水泵
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其是一种微型水泵出水量的精确控制方法以及基于此方法所形成的微型水泵。
背景技术
目前，成套的水泵设备，尤其是微型水泵，一般都集成了水泵控制器以及水量计数器或水流量传感器等，以此对水泵的工作状态进行控制并监测水流量；其中，以水泵配置水量计数器为例，现有的水量计数器主要由电流互感器、稳压单元、石英晶振计时器等连接组成。当水泵电动机工作时，电流互感器感应出电流，通过稳压单元，成为互感电源，供石英晶振计器工作，计数由其字轮部件显示、保留。当电动机停转时，电流互感器电流即为零，计时器因无电源供应而停止工作，从而得到水泵电机工作时间，经过转换便可计算出流经水泵的累积流量。
然而，在实际应用中，基于计算电机工作时间统计流量的设备往往存在很大的误差，这是由于水泵上游管道的不确定性，使水体在管道传输过程中产生涡流、间隙、断流等现象，混入大量的空气，这种状态的水体流经水泵，导致水泵电机工作效率降低，增加一定程度的无功功率；与此同时，根据电机工作时间所计算出流量与实际值之间就会产生偏差，所得到的数据精确度也无法保证。同时，这种水流量监测及调控的方式在应用于对水流量要求比较精确的领域，尤其是采用微型水泵进行供水时，还存在以下的弊端，具体为：1、供水量的一致性、稳定性以及可靠性较差；2、由于水量计数器或者水流量传感器等监测装置通常是装设于管道上的，其与水泵本体采用的是独立个体的设置方式，从而导致成套的水泵设备的结构较为复杂、会占用空间大、设备配置成本较高。
因此，需要提供一种能够更加精确和可靠来控制水泵的供水量的方法，以能够在简化成套的水泵设备的结构的同时，提高供水量的监测精度以及供水量调控的可靠性。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的其中一个目的在于提供一种设置方式简单、供水量控制精度高、可靠性高的微型水泵出水量的精确控制方法；本发明的另一个目的在于提供一种基于上述控制方法所形成的微型水泵，其具有结构简单紧凑、成本低、占用空间小、集成化及自动化程度高等特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种微型水泵出水量的精确控制方法，它包括：
S1、设置一能够产生恒波信号的信号发射装置；
S2、设置一能够将信号发射装置所产生的恒波信号进行接收并转换为脉冲信号的信号接收装置；
S3、在微型水泵的动力转轴上设置一个或环周且均匀地设置至少两个能够将信号发射装置产生的恒波信号反射到信号接收装置上或者允许恒波信号通过并将恒波信号传递到信号接收装置或直接将恒波信号传递到信号接收装置上的中间接收媒体；
S4、设置一用于对信号接收装置转换后的脉冲信号进行解码计数以及同时对微型水泵的运行时间进行监控的具有微控制器的反馈控制电路；
S5、设置一用于根据反馈控制电路的输出信号来控制微型水泵启闭的动力控制电路；
S6、利用反馈控制电路的微控制器并结合公式一建立微型水泵的出水量与脉冲信号的个数之间的对应关系，以对微型水泵的出水量进行实时监测及计算；
利用反馈控制电路的微控制器并结合公式二建立微型水泵的运行时间与微型水泵的出水量之间的对应关系，以通过对微型水泵的运行时间的监控进行出水量的定额输出；
公式一和公式二中：Q为微型水泵的出水量，N1为微型水泵所带动的水囊的数目，V1为微型水泵运转一圈，每个水囊的标准出水量，X为微型水泵的动力轴的转动圈数，P为反馈控制电路所采集到的脉冲信号的个数，N2为设置于微型水泵的动力转轴上的中间接收媒体的个数，T为微型水泵的运行时间，R为微型水泵的动力转轴的转速。
优选地，所述信号发射装置采用光源发射器或声波源发射器，所述信号接收装置采用光源接收器或声波源发射器，所述中间接收媒体采用光波反射片或声波发射片，所述中间接收媒体设置于微型水泵的动力转轴的侧壁上并随微型水泵的动力转轴一同转动。
优选地，所述信号发射装置采用光源发射器，所述信号接收装置采用光源接收器，所述中间接收媒体为一套接于微型水泵的动力转轴上并随微型水泵的动力转轴一同转动的旋转轮板；
在所述微型水泵上设置一与旋转轮板同轴分布且不作转动的固定轮板，在所述旋转轮板的偏心位置开设有一供信号发射装置的恒波信号通过的透射口，所述信号接收装置的信号接收端置于固定轮板上并接收从透射口通过的恒波信号。
优选地，所述中间接收媒体为一套接于微型水泵的动力转轴上并随微型水泵的动力转轴一同转动的旋转轮板，在所述旋转轮板的偏心位置设置有一第一感应磁铁，在微型水泵上设置有一与旋转轮板同轴分布且不作转动的固定轮板，所述信号发射装置为一设置于固定轮板的偏心位置处的第二感应磁铁，所述信号接收装置为一用于检测第一感应磁铁与第二感应磁铁之间的磁场变化的霍尔传感器。
一种微型水泵，它包括泵体、用于产生恒波信号的信号发射装置、用于对信号发射装置所产生的恒波信号进行接收并转换为脉冲信号的信号接收装置、用于将信号接收装置转换后的脉冲信号进行解码计数以及同时对泵体的运行时间进行监控并输出反馈信号的具有微控制器的反馈控制电路、用于根据反馈控制电路的输出信号来控制微型水泵启闭的动力控制电路以及至少一个设置于泵体的动力转轴上的中间接收媒体；所述反馈控制电路与动力控制电路顺序地电接于信号接收装置与泵体的电机之间，所述信号发射装置产生的恒波信号通过中间接收媒体反射至信号接收装置上或通过中间接收媒体传递至信号接收装置上。
优选地，所述信号发射装置为红外线发射器或超声波发射器，所述信号接收装置为红外线接收器或超声波接收器，所述中间接收媒体为贴附或嵌装于泵体的动力转轴上的光反射片或声音反射片；所述中间接收媒体随泵体的动力转轴一同转动并将信号发射装置产生的光波信号或声波信号反射至信号接收装置上。
优选地，所述信号发射装置为红外线发射器或可见光发光元件，所述信号接收装置为红外线接收器或光感应器，所述所中间接收媒体为一套接于泵体的动力转轴上并随泵体的动力转轴一同转动的旋转轮板；所述泵体上设置有一与旋转轮板同轴分布且不作转动的固定轮板，所述旋转轮板的偏心位置开设有一供信号发射装置的光波信号通过的透射口，所述信号接收装置的信号接收端置于固定轮板上并接收从透射口通过的光波信号。
优选地，所述中间接收媒体为一套接于泵体的动力转轴上并随泵体的动力转轴一同转动的旋转轮板，所述旋转轮板的偏心位置设置有一第一感应磁铁，所述泵体上设置有一与旋转轮板同轴分布且不作转动的固定轮板，所述信号发射装置为一设置于固定轮板的偏心位置处的第二感应磁铁，所述信号接收装置为一用于检测第一感应磁铁与第二感应磁铁之间的磁场变化的霍尔传感器。
由于采用了上述方案，由于微型水泵每转动一个周期均会泵出一个非常稳定且非常一致的水量，利用微型水泵本身的转动效应并以信号发射装置与信号接收装置之间的光波、声波、磁场等作为信号检测及传输的媒介，可通过对脉冲信号的技术来计算微型水泵的转数，进而进行出水量的精确监测及调控(如预定出水量的控制、预定出水时间的控制以及微型水泵旋转快慢及启闭的控制等)；其设置方式简单、检测精度高、成本低、可靠性高、实施性强。
附图说明
图1是本发明的第一个实施例的结构原理示意图；
图2是本发明的第二个实施例的结构原理示意图；
图3是本发明的第三个实施例的结构原理示意图；
图4是本发明的第四个实施例的结构原理示意图；
图中：a、信号发射装置；b、信号接收装置；c、微型水泵或泵体；d、中间接收媒体；e、反馈控制电路；f、动力控制电路；1、旋转轮板；2、固定轮板；3、透射口；4、第一感应磁铁；5、凸点；6、机械式开关。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明实施例所提供的一种微型水泵出水量的精确控制方法，它包括：
S1、设置一能够产生恒波信号(如光波、声波或磁场等)的信号发射装置a；
S2、设置一能够将信号发射装置a所产生的恒波信号进行接收并转换为脉冲信号的信号接收装置b；
S3、在微型水泵c的动力转轴上设置一个或环周且均匀地设置至少两个能够将信号发射装置a产生的恒波信号反射到信号接收装置b上或者允许恒波信号通过并将恒波信号传递到信号接收装置b上或直接将恒波信号传递到信号接收装置b上的中间接收媒体d；
S4、设置一用于对信号接收装置b转换后的脉冲信号进行解码计数以及同时对微型水泵c的运行时间进行监控并输出反馈信号的具有微控制器的反馈控制电路e(其可采用目前市面上具有脉冲信号接收、解码及计数等功能的电路结构)；
S5、设置一用于根据反馈控制电路e的输出信号来控制微型水泵c启闭的动力控制电路f(其可根据具体情况采用诸如具有可编程逻辑器件的电源驱动电路)；
S6、
利用反馈控制电路e的微控制器并结合公式一建立微型水泵c的出水量与脉冲信号的个数之间的对应关系，以对微型水泵c的出水量进行实时监测及计算；
利用反馈控制电路e的微控制器并结合公式二建立微型水泵c的运行时间与微型水泵c的出水量之间的对应关系，以通过对微型水泵c的运行时间的监控进行出水量的定额输出；
公式一和公式二中：Q为微型水泵c的出水量(单位为ml)，N1为微型水泵c所带动的水囊的数目，V1为微型水泵c运转一圈，每个水囊的标准出水量(单位为ml)，X为微型水泵c的动力轴的转动圈数，P为反馈控制电路e所采集到的脉冲信号的个数，N2为设置于微型水泵c的动力转轴上的中间接收媒体d的个数，T为微型水泵c的运行时间(单位为s)，R为微型水泵c的动力转轴的转速(范围为r/min)。
如此，由于微型水泵c每转动一个特定的周期均会泵出一个非常稳定且非常一致的水量，故而可将微型水泵c与信号发射装置a、信号接收装置b进行结合，利用微型水泵c本身的转动效应并以光波、声波、磁场等作为信号检测及传输的媒介，通过对脉冲信号个数的计数可精确地得出微型水泵c的转数，进而对微型水泵的出水量进行精确监测、计算及调控；如：需要完成额定的水量的泵出控制(此时水量Q是定值)，根据公式二可自动得出完成该额定水量所需要的时间(此时运行时间T为微型水泵c运行的上限值)，此时，利用反馈控制电路e只需检测微型水泵c运行的时间即可，当水泵的运行时间等于或接近上限值时，利用反馈控制电路e向动力控制电路f输出关闭信号以停止水泵运行即可，从而可以非常准确的控制供水量；当然，也可实现预定出水量的控制、预定出水时间的控制以及微型水泵c旋转快慢及启闭的控制。
作为第一个优选的实施例，如图1所示，本实施例的信号发射装置a可采用光源发射器(如红外线发射器)或声波源发射器(如超声波发射器)，而信号接收装置b则采用与信号发射装置a相对应类型的光源接收器或声波源发射器，中间接收媒体d则采用光波反射片或声波发射片，将中间接收媒体d设置在微型水泵c的动力转轴的侧壁上并随微型水泵c的动力转轴一同转动。从而，可利用光反射或声波反射的原理，在微型水泵c每转动一个周期或者完成一定的转动角度时，信号接收装置b均会采集到一个相应的信号并连续地向反馈控制电路e输出一连串的脉冲信号，以此，可最终实现对微型水泵c转数的计数。
作为第二个优选的实施例，如图2所示，本实施例的信号发射装置a采用光源发射器(如红外线发射器或者诸如LED灯珠等发光元件)，信号接收装置b则采用光源接收器(如红外线接收器或者光感应器)，中间接收媒体d则采用一套接于微型水泵c的动力转轴上并随微型水泵c的动力转轴一同转动的旋转轮板1；在微型水泵c上设置一与旋转轮板1同轴分布且不作转动的固定轮板2，在旋转轮板1的偏心位置开设有一供信号发射装置a的光波信号通过的透射口3，信号接收装置b的信号接收端置于固定轮板2上并接收从透射口3通过的光波信号。如此，每当微型水泵c转动一个周期，旋转轮板1也会相对于固定轮板2及信号发射装置a完成一个转动周期，信号接收装置b则会通过透射口3接收到一个光信号，在微型水泵c不停的转动过程中，反馈控制电路e则会接收到一连串的脉冲信号并完成脉冲计数。从而为最终出水量检测以及控制提供了基础。
作为第三个优选的实施例，如图3所示，本实施例的中间接收媒体d可采用一套接于微型水泵c的动力转轴上并随微型水泵c的动力转轴一同转动的旋转轮板1，在旋转轮板1的偏心位置设置有一第一感应磁铁4，在微型水泵c上设置有一与旋转轮板1同轴分布且不作转动的固定轮板2，信号发射装置a则为一设置于固定轮板2的偏心位置处的第二感应磁铁，信号接收装置b采用一用于检测第一感应磁铁4与第二感应磁铁之间的磁场变化的霍尔传感器。从而，可以以磁场的形式进行微型水泵c的转数计数，当微型水泵c的动力转轴通过旋转轮板1带动第一感应磁体4相对于第二感应磁铁进行转动时，第一感应磁铁4与第二感应磁铁之间所形成的磁场会产生变化，以此霍尔传感器通过以感应到磁场最强值或磁场最弱值作为一个信号，以为反馈控制电路e采集脉冲信号提供基础。
基于上述控制方法，如图1至图3所示，本发明实施例还提供了一种微型水泵，它包括集成在微型水泵的泵壳内的泵体c、用于产生恒波信号的信号发射装置a、用于对信号发射装置a所产生的恒波信号进行接收并转换为脉冲信号的信号接收装置b、用于将信号接收装置b转换后的脉冲信号进行解码计数并输出反馈信号的反馈控制电路e、用于根据反馈控制电路e的输出信号来控制泵体c的动力控制电路f以及至少一个设置于泵体c的动力转轴上的中间接收媒体d；其中，反馈控制电路e与动力控制电路f顺序地电接于信号接收装置a与泵体c的电机之间，信号发射装置a所产生的恒波信号通过中间接收媒体d反射至信号接收装置b上或通过中间接收媒体b传递至信号接收装置b上。如此，通过将各个组成部件进行结构的集成处理，无需采用外置且独立的检测装置，即可利用信号发射装置a、信号接收装置b及中间接收媒体d之间的信号流(如光波信号、声波信号、磁场变化信号等)实现对泵体c的转数的精确采集(以脉冲信号的形式)，并利用反馈控制电路e对转数进行计数及利用动力控制电路f对泵体c的电机进行快慢和启闭的调控；从而由于微型水泵每旋转一个周期均会泵出一个非常稳定且一致的水量，故而可利用转数与单位水量之间的关系实现对微型水泵的出水量的精确监测与调控；同时，由于各组成部件集为一体，有效地简化了成套的微型水泵的结构，有利于降低配置成本。
如图1所示，本实施例的信号发射装置a为红外线发射器或超声波发射器，信号接收装置b为红外线接收器或超声波接收器，中间接收媒体d为贴附或嵌装于泵体c的动力转轴上的光反射片或声音反射片；中间接收媒体d随泵体c的动力转轴一同转动并将信号发射装置a所产生的光波信号或声波信号反射至信号接收装置b上。
如图2所示，本实施例的信号发射装置a为红外线发射器或诸如LED灯珠等可见光发光元件，信号接收装置b为红外线接收器或光感应器，中间接收媒体d则为一套接于泵体c的动力转轴上并随泵体c的动力转轴一同转动的旋转轮板1；在泵体c上设置有一与旋转轮板1同轴分布且不作转动的固定轮板2，在旋转轮板1的偏心位置开设有一供信号发射装置a的光波信号通过的透射口3，信号接收装置b的信号接收端置于固定轮板2上并接收从透射口3通过的光波信号。
如图3所示，本实施例的中间接收媒体d为一套接于泵体c的动力转轴上并随泵体c的动力转轴一同转动的旋转轮板1，在旋转轮板1的偏心位置设置有一第一感应磁铁4，在泵体c上设置有一与旋转轮板1同轴分布且不作转动的固定轮板2，信号发射装置a则为一设置于固定轮板2的偏心位置处的第二感应磁铁，信号接收装置b则为一用于检测第一感应磁铁4与第二感应磁铁之间的磁场变化的霍尔传感器。
当然，基于上述控制方法以及微型水泵的结构原理，如图4所示，也可在泵体c的动力转轴上套装一随泵体c的动力转轴一同转动的旋转轮板1，在旋转轮板1的边缘处外凸后形成有一凸点5，在微型水泵的泵壳内设置一个可与凸点5相抵的机械式开关6(其可采用瞬时闭合式的机械开关，其相当于将信号发射装置a与信号接收装置b的功能极为一体)，当泵体c通过旋转轮板1带动凸点5进行转动时，每转动一个周期，凸点5均会与机械式开关6相抵触一次(即机械式开关6瞬时闭合一次)，从而可利用反馈控制电路e采集机械式开关6瞬时闭合的次数(此次数与泵体c的转数相同)，从而可完成对微型水泵的转数的精确计数
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种微型水泵出水量的精确控制方法，其特征在于：它包括：
S1、设置一能够产生恒波信号的信号发射装置；
S2、设置一能够将信号发射装置所产生的恒波信号进行接收并转换为脉冲信号的信号接收装置；
S3、在微型水泵的动力转轴上设置一个或环周且均匀地设置至少两个能够将信号发射装置产生的恒波信号反射到信号接收装置上或者允许恒波信号通过并将恒波信号传递到信号接收装置或直接将恒波信号传递到信号接收装置上的中间接收媒体；
S4、设置一用于对信号接收装置转换后的脉冲信号进行解码计数以及同时对微型水泵的运行时间进行监控的具有微控制器的反馈控制电路；
S5、设置一用于根据反馈控制电路的输出信号来控制微型水泵启闭的动力控制电路；
S6、利用反馈控制电路的微控制器并结合公式一建立微型水泵的出水量与脉冲信号的个数之间的对应关系，以对微型水泵的出水量进行实时监测及计算；
利用反馈控制电路的微控制器并结合公式二建立微型水泵的运行时间与微型水泵的出水量之间的对应关系，以通过对微型水泵的运行时间的监控进行出水量的定额输出；
公式一和公式二中：Q为微型水泵的出水量，N1为微型水泵所带动的水囊的数目，V1为微型水泵运转一圈，每个水囊的标准出水量，X为微型水泵的动力轴的转动圈数，P为反馈控制电路所采集到的脉冲信号的个数，N2为设置于微型水泵的动力转轴上的中间接收媒体的个数，T为微型水泵的运行时间，R为微型水泵的动力转轴的转速。
2.如权利要求1所述的一种微型水泵出水量的精确控制方法，其特征在于：所述信号发射装置采用光源发射器或声波源发射器，所述信号接收装置采用光源接收器或声波源发射器，所述中间接收媒体采用光波反射片或声波发射片，所述中间接收媒体设置于微型水泵的动力转轴的侧壁上并随微型水泵的动力转轴一同转动。
3.如权利要求1所述的一种微型水泵出水量的精确控制方法，其特征在于：所述信号发射装置采用光源发射器，所述信号接收装置采用光源接收器，所述中间接收媒体为一套接于微型水泵的动力转轴上并随微型水泵的动力转轴一同转动的旋转轮板；
在所述微型水泵上设置一与旋转轮板同轴分布且不作转动的固定轮板，在所述旋转轮板的偏心位置开设有一供信号发射装置的恒波信号通过的透射口，所述信号接收装置的信号接收端置于固定轮板上并接收从透射口通过的恒波信号。
4.如权利要求1所述的一种微型水泵出水量的精确控制方法，其特征在于：所述中间接收媒体为一套接于微型水泵的动力转轴上并随微型水泵的动力转轴一同转动的旋转轮板，在所述旋转轮板的偏心位置设置有一第一感应磁铁，在微型水泵上设置有一与旋转轮板同轴分布且不作转动的固定轮板，所述信号发射装置为一设置于固定轮板的偏心位置处的第二感应磁铁，所述信号接收装置为一用于检测第一感应磁铁与第二感应磁铁之间的磁场变化的霍尔传感器。
5.一种微型水泵，它包括泵体，其特征在于：它还包括用于产生恒波信号的信号发射装置、用于对信号发射装置所产生的恒波信号进行接收并转换为脉冲信号的信号接收装置、用于将信号接收装置转换后的脉冲信号进行解码计数并输出反馈信号的反馈控制电路、用于根据反馈控制电路的输出信号来控制微型水泵启闭的动力控制电路以及至少一个设置于泵体的动力转轴上的中间接收媒体；所述反馈控制电路与动力控制电路顺序地电接于信号接收装置与泵体的电机之间，所述信号发射装置产生的恒波信号通过中间接收媒体反射至信号接收装置上或通过中间接收媒体传递至信号接收装置上。
6.如权利要求5所述的一种微型水泵，其特征在于：所述信号发射装置为红外线发射器或超声波发射器，所述信号接收装置为红外线接收器或超声波接收器，所述中间接收媒体为贴附或嵌装于泵体的动力转轴上的光反射片或声音反射片；所述中间接收媒体随泵体的动力转轴一同转动并将信号发射装置产生的光波信号或声波信号反射至信号接收装置上。
7.如权利要求5所述的一种微型水泵，其特征在于：所述信号发射装置为红外线发射器或可见光发光元件，所述信号接收装置为红外线接收器或光感应器，所述所中间接收媒体为一套接于泵体的动力转轴上并随泵体的动力转轴一同转动的旋转轮板；所述泵体上设置有一与旋转轮板同轴分布且不作转动的固定轮板，所述旋转轮板的偏心位置开设有一供信号发射装置的光波信号通过的透射口，所述信号接收装置的信号接收端置于固定轮板上并接收从透射口通过的光波信号。
8.如权利要求5所述的一种微型水泵，其特征在于：所述中间接收媒体为一套接于泵体的动力转轴上并随泵体的动力转轴一同转动的旋转轮板，所述旋转轮板的偏心位置设置有一第一感应磁铁，所述泵体上设置有一与旋转轮板同轴分布且不作转动的固定轮板，所述信号发射装置为一设置于固定轮板的偏心位置处的第二感应磁铁，所述信号接收装置为一用于检测第一感应磁铁与第二感应磁铁之间的磁场变化的霍尔传感器。
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