CN108572669B - 一种水泵智能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泵智能控制器，包括电源模块、主控模块、通信模块、三相电流检测模块、浮球接口、继电器和交流接触器接口。其中，电源模块用于将220V交流电转换为低压直流电，并分别为主控模块、通信模块、继电器供电；主控模块用于检测外部储水设备的当前水位并控制外部水泵进行排水，以及用于检测外部水泵或浮球是否发生故障；通信模块用于在主控模块确定外部水泵发生故障或浮球发生故障时，向远程控制设备发送无线报警信号。采用本发明，能在保证供电安全的情况下，自动检测外部储水设备水位情况并进行排水，且能在水泵故障情况下主动发出警报，无需人力巡检，使水泵保护全面化和快速化。

Description

一种水泵智能控制器

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种水泵智能控制器。

背景技术

建筑排污系统用于排出生活污水或者雨水，该排污系统具有水泵控制器，浮球和一个或两个潜水泵以及水池。水池用于存储水，浮球用于检测水池内的水位，潜水泵进行排水。

目前，传统水泵控制器采用继电器等线路搭建的控制逻辑对建筑排污系统进行排污控制。但是，由于继电器的体积限制，传统水泵控制器的控制逻辑不能太复杂，还存在功耗大、接线多、安装复杂的问题。并且由于传统水泵控制器采用220V强电接入，不仅对浮球触点材料可靠性要求高，影响浮球的工作寿命，还存在一定的危险性。除此之外，传统水泵控制器通信过程中通常采用的有线传输方式，也使得施工和后期维护变得复杂。

发明内容

本发明实施例提出一种水泵智能控制器，采用低压直流电，提高用电安全的同时，也能延长浮球的工作寿命；采用模块化设计，优化水泵控制器的控制逻辑，实现水位检测以及排水的同时，能进行故障检测及通报，实现水泵保护全面化。

本发明实施例提供一种水泵智能控制器，包括：电源模块、主控模块、通信模块、三相电流检测模块、浮球接口、继电器、交流接触器接口和报警灯接口；其中，所述电源模块分别与所述主控模块、所述通信模块、所述继电器、所述三相电流检测模块连接；所述电源模块用于将220V交流电转换为低压直流电，并分别为所述主控模块、所述通信模块、所述继电器、所述三相电流检测模块供电；

所述三相电流检测模块有电流互感器、电流电压变换电路，所述电流互感器与外部水泵的三相电流火线连接；所述浮球接口与外部储水设备中的浮球连接；所述继电器通过所述交流接触器接口与所述外部水泵的交流接触器连接；

所述主控模块用于根据从所述三相电流检测模块采集的电流信号，判断所述外部水泵是否发生故障；以及用于根据从所述浮球接口采集的浮球水位信号，检测所述外部储水设备的当前水位，并在所述当前水位超过预设阈值时，控制所述继电器开启所述外部水泵，以降低所述外部储水设备的水位；

所述通信模块用于在所述主控模块确定所述外部水泵发生故障时，向远程控制设备发送无线报警信号；

所述报警灯接口用于连接外部12V报警灯，当所述主控模块确定发生故障时，所述主控模块通过所述报警灯接口，点亮所述12V报警灯。

进一步的，所述主控模块根据从所述三相电流检测模块采集的电压信号，判断所述外部水泵是否发生故障，具体为：

所述三相电流检测模块具有电流电压变换电路，所述电流电压变换电路分别与所述主控模块、所述电流互感器连接；

所述外部水泵的三相火线穿过所述三相电流检测模块的电流互感器，当所述三相火线通电时，所述电流互感器产生互感电流；所述电流电压变换电路将所述互感电流转换成电压信号传送到所述主控模块；所述主控模块通过判定所述互感电压信号的电压值确定所述外部水泵是否发生故障。

进一步的，所述浮球接口与外部储水设备中的浮球连接，具体为：

所述浮球接口包括：高水位线接口、中水位线接口和低水位线接口；

当所述浮球为单个浮球时，所述浮球的高水位线连接所述高水位线接口，所述浮球的低水位线连接所述低水位线接口；

所述浮球的中性点连接所述水泵智能控制器的0电位处；

当所述浮球包括第一浮球和第二浮球时，所述第一浮球的高水位线连接所述低水位线接口，所述第二浮球的高水位线连接所述高水位线接口；

所述第一浮球和所述第二浮球的中性点连接所述中水位线接口。

进一步的，所述主控模块根据从所述浮球接口采集的浮球水位信号，检测所述外部储水设备的当前水位，具体为：

所述主控模块将所述浮球的高水位线和低水位线上拉至3.3V或5V，并根据从所述浮球的高水位线和低水位线上采集的电平数据，确认所述外部储水设备的当前水位状态；

当所述浮球为单个浮球时，所述主控模块通过检测到所述低水位线接口的电平为高电平，且所述高水位接口的电平为低电平，确定所述外部储水设备处于高水位；

所述主控模块通过检测外部水泵工作时间是否超过预定的高水位排水工作时间，确定所述外部储水设备处于预警水位；

所述主控模块通过判断从所述浮球的高水位线和低水位线上采集到的电平数据是否相同，确认所述浮球处于故障状态；

当所述浮球包括第一浮球和第二浮球时，如果所述主控模块检测到所述低水位线接口的电平为低电平，且所述高水位接口的电平为高电平，则确定所述外部储水设备处于高水位；

如果所述主控模块检测到所述低水位线接口和所述高水位接口同时为低电平时，则确定所述外部储水设备处于预警水位；

如果所述主控模块检测到所述低水位线接口为高电平，且所述高水位接口为低电平，则确定所述第一浮球和所述第二浮球均处于故障状态。

进一步的，所述外部水泵包括第一水泵和第二水泵，所述主控模块还用于控制所述第一水泵和所述第二水泵交替运行，具体为：

所述主控模块根据存储的水泵运行记录，控制所述第一水泵和所述第二水泵交替运行；

或者，当所述主控模块确定所述第一水泵处于缺相或过流状态时，终止所述第一水泵的运行，开启所述第二水泵的运行；

或者，当所述主控模块确定所述第一水泵和所述第二水泵同时处于缺相或过流状态时，同时终止所述第一水泵和所述第二水泵的运行。

进一步的，所述电源模块包括：供电电路和掉电检测电路；所述供电电路包括供电模块和掉电供电电路；所述掉电供电电路包括法拉电容、第一电阻和第二电阻；

所述供电模块分别为所述主控模块以及所述通信模块供电；所述掉电供电电路分别与所述供电模块、所述主控模块、所述通信模块连接；所述掉电检测电路通过检测所述第一电阻与所述第二电阻间的电压，判定所述供电模块是否掉电；

当所述供电模块掉电时，所述掉电供电电路通过所述法拉电容，为所述主控模块、所述通信模块供电；

具体的，所述供电模块工作时，所述掉电供电电路利用法拉电容进行电量储存；所述掉电检测电路连接在所述掉电供电电路内第一电阻和第二电阻之间，通过所述供电模块掉电前后所述掉电供电电路的电压不同，判断供电模块是否掉电；当所述供电模块掉电时，所述掉电供电电路分别为主控模块和所述通信模块供电。

进一步的，所述主控模块还用于：根据三相电流检测口采集的三相电流相序，判断所述外部水泵的接线是否正确，具体为：

将三条火线穿过三相电流检测模块上的电流互感器，当所述三相交流电通过三条火线时，所述主控模块通过所述电流互感器采集的电流，判断所述三条火线中各条火线的相序和所述外部水泵的电机预设转向，再根据所述电机的预设转向和所述外部水泵的电机实际转向，判断所述外部水泵的接线是否正确。

进一步的，所述通信模块还用于接收所述远程控制设备发送的状态查询信号后，向所述远程控制设备反馈状态信息，以供所述远程控制设备根据所述状态信息，判断所述水泵智能控制器的工作状态，具体为：

所述通信模块包括无线中继开关、无线收发接口和无线模块，无线中继开关与所述无线模块或所述主控模块连接，无线收发接口与所述无线模块连接；所述无线模块用于接收主控模块反馈的信息，通过无线收发接口发送至所述远程控制设备；所述无线中继开关用于增强无线信号的覆盖。

进一步的，所述通信模块为采用zigbee、lora、蓝牙或NB-IOT通讯方式的无线通信模块。

本发明提供了一种水泵智能控制器，包括：电源模块、主控模块、通信模块、三相电流检测模块、浮球接口、继电器和交流接触器接口。相比于现有技术采用继电器等逻辑电路搭建的水泵控制器，本发明技术方案使用模块化设计，方便后期控制器的维护及更换；使用低压直流电检测所述浮球的电信号，增加了浮球使用寿命的同时，也使设备更安全；采用互感检测方法，提高外部水泵故障的检测速度；除此之外，相比于现有技术，本发明采用的通信模块利用无线通信的方式，解决了传统有线通信通信线缆布放复杂，维护困难的问题。

附图说明

图1是本发明提供的水泵智能控制器的一种实施例的结构示意图；

图2是本发明提供的掉电供电电路的一种实施例的结构示意图；

图3是本发明提供的水泵智能控制器中水位检测的一种实施例的结构示意图；

图4是本发明提供的水泵智能控制器中水泵控制的一种实施例的结构示意图；

图5是本发明提供的水泵智能控制器中水泵故障检测的一种实施例的结构示意图；

图6是本发明提供的水泵智能控制器中通信模块的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作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。

参见图1，是本发明提供的水泵智能控制器的一种实施例的结构示意图。该水泵智能控制器包括AC-DC电源模块101、主控模块102和通信模块103。

AC-DC电源模块101用于将220V交流电转换为低压直流电，为主控模块102以及通信模块103进行供电。

主控模块102用于对水池水位进行检测、控制水泵运行状态、水泵运行时的故障检测、控制器供电检测以及将检测到的异常信息发送至通信模块103。

通信模块103经过串行接口104与主控模块102连接，用于当主控模块102检测到水泵异常或水位过高时，及时将检测情况通报用户；串行接口104包括UART但不限于UART，可以是IIC，LIN，SPI等串行接口。

进一步的，主控模块102包括水位检测模块301、水泵控制模块302、水泵故障检测模块303、供电检测模块304。

水位检测模块301采用低压直流电，通过浮球高低水位线进行水位检测。

水泵控制模块302通过继电器电路控制水泵的运行状态。

水泵故障检测模块303，通过水泵控制器内部的电流互感器与三相火线通电时产生的互感电流大小确定水泵是否故障，并在确定故障的情况下发出警报。

进一步的，参见图2，是本发明提供的掉电供电电路的一种实施例的结构示意图。掉电供电电路202由法拉电容、第一电阻和第二电阻组成。掉电供电电路202的C处与主控模块102和通信模块103连接。

在供电模块201正常供电时，掉电供电电路202进行电能存储；当供电模块201供电异常时，法拉电容开始为主控模块102和通信模块103提供电能。

供电检测模块304通过连接掉电供电电路202的A点，判定A点的电压情况来得知供电模块201是否掉电。若供电模块102为异常状态，则供电检测模块304将供电异常状态发送至通信模块103，由通信模块103将故障通报给用户。

进一步的，参见图3，是本发明提供的水泵智能控制器中水位检测的一种实施例的结构示意图。水位检测模块301通过连接低压直流电的浮球A和浮球B进行水池高低水位检测。两个浮球的中性点接在浮子1的中性点处，两个浮球的高水位线分别接在浮子1的低水位和高水位处。

将浮球A和浮球B的高低水位线上拉到3.3V或5V进行检测，浮球A的高水位线连接该水泵智能控制器的低水位线接口，浮球B的高水位线连接该水泵智能控制器的高水位接口。当水位检测模块301检测到低水位线接口的电平为低电平，且高水位接口的电平为高电平时，确定外部储水设备处于高水位；当水位检测模块301检测到低水位线接口和高水位接口同时为低电平时，确定外部储水设备处于预警水位；当水位检测模块301检测到低水位线接口为高电平，且高水位接口为低电平时，确定浮球A和浮球B处于故障状态。

当浮球A和浮球B处于故障状态时，水位检测模块301通过报警灯接口，点亮报警灯，且通过通信模块103发送浮球异常故障信息，并通过水泵控制模块302继续保持水泵运行直到高水位接口为高电平。

水位检测模块301与水泵控制模块302连接，当检测到高水位时，控制模块302驱动水泵排水。

需要说明的是，水位检测模块301还可以使用单浮球进行检测。与双浮球水位检测不同的是，单浮球的高低水位线分别连接该水泵智能控制器的高低水位线接口。当水位检测模块301采集到的电平数据为低电平，则确认外部储水设备的水位状态为高水位，水泵控制模块302便驱动外部水泵进行工作；当外部水泵工作时间超过预定的高水位排水工作时间，则判断外部储水设备的水位状态为预警水位。

进一步的，参见图4，是本发明提供的水泵智能控制器中水泵控制的一种实施例的结构示意图。水泵控制模块302内部具有继电器电路。水泵控制模块302内的外部交流接触器的线圈一端与水泵控制模块302的零线连接，另一端分别与水泵A接口和水泵B接口连接。水泵A接口与水泵M1连接，水泵B接口与水泵M2连接。当水泵控制模块302运行时，继电器电路将水泵A接口的接线端子和水泵控制模块302的火线短路，使外部交流控制器JK1闭合，水泵M1开始运行。当水泵控制模块302确定水泵M1处于缺相或者过流状态时，终止运行水泵M1，开始运行水泵M2。当水泵控制模块302确定水泵M1运行时间超过预定的高水位排水工作时间时，控制水泵M1和水泵M2同时运行。水泵控制模块302会存储水泵的运行记录，当水泵智能控制器上一次关闭前运行了水泵M1，下次开启时水泵控制模块302便会运行水泵M2。同样的，水泵M2的运行原理和水泵M1相同。

需要说明的是，当水泵控制模块302判断水泵M1和水泵M2同时处于缺相或者过流状态时，终止水泵M1和水泵M2运行。

进一步的，参见图5，是本发明提供的水泵智能控制器中水泵故障检测的一种实施例的结构示意图。水泵故障检测模块303包括三个三相电流检测口502、电流互感器501以及电流电压变换电路503。三个三相电流检测口502供三根火线UVW穿过，用于检测电流通过。

电流互感器501与电流电压变换电路503连接，与通电时的三根火线UVW产生互感电流，并经过电流电压变换电路503转换成电压信号。

电流电压变换电路503与主控模块102连接，将电压信号传送给主控模块102，主控模块102根据该电压信号低于或者高于预定的值，判断外部水泵是否处于故障状态。当主控模块102接收到的电压信号低于预定值，则判断外部水泵处于缺相故障，当主控模块102接收到的电压信号高于预定值，则判断外部水泵处于过流故障。

进一步的，将三条火线U、V、W穿过三相电流检测口502，当三相交流电通过三条火线U、V、W时，主控模块102通过电流互感器501判断三条火线U、V、W中各条火线的相序A、B、C。主控模块102根据各条火线的相序，判断三条火线U、V、W中各条火线的相序和外部水泵的电机预设转向，如果ABC、BCA、CAB三个相序对应三相火线UVW，则外部水泵正转，若CBA、ACB、BAC三个相序对应三相火线UVW，则外部水泵反转。主控模块104通过判断所述电机的预设转向和所述外部水泵的电机实际转向，判断外部水泵的接线是否正确。

进一步的，参见图6，是本发明提供的水泵智能控制器中通信模块的一种实施例的结构示意图。通信模块103包括无线收发接口401、无线中继开关402和无线模块403。

无线模块403与主控模块102和无线收发接口401连接。无线模块403从主控模块102通过串行数据接口接收警报信息，通过无线收发接口401发送给用户。

无线模块403通信方式可以是zigbee，lora，蓝牙，NB-IOT等无线通信方式。

无线中继开关402与无线模块403连接，当无线模块403不具有自组网时，可以根据信号质量打开所述无线中继开关402，增加无线网络覆盖范围。

需要说明的是，当无线模块403为非电信运营商无线网络时，则具有唯一表示自己的地址信息。在通信时，该地址信息能让具有无线功能接收机的上位机，包括但不限于为具有无线通信功能的中央控制电脑或者无线网关，辨认出无线模块403连接的水泵控制器，并在上位机上显示出对应设备的状态信息；当无线模块403是运营商无线网络，例如NB-IOT，GPRS，4G等时，上位机则通过连接因特网来接收对应设备的状态信息。

由上可见，相比于现有技术的水泵控制器，本发明技术方案使用模块化设计，方便后期控制器的维护及更换；低压直流电检测所述浮球的电信号，增加了所述浮球使用寿命的同时，也使设备更安全；采用电流互感检测方法，提高外部水泵故障检测速度的同时，还可以通过互感检测进行电流相序判断，确定所述外部水泵的接线是否正确；采用掉电检测电路进行供电线路的检测，节约检测成本。

进一步的，相比于现有技术，本发明采用无线通信模块进行接收和反馈信息，解决了传统有线通信通信线缆布放复杂，维护困难的问题。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水泵智能控制器，其特征在于，包括：电源模块、主控模块、通信模块、三相电流检测模块、浮球接口、继电器、交流接触器接口和报警灯接口；

其中，所述电源模块分别与所述主控模块、所述通信模块、所述继电器连接；所述电源模块用于将220V交流电转换为低压直流电，并分别为所述主控模块、所述通信模块、所述继电器、所述三相电流检测模块供电；

所述三相电流检测模块内设置有电流互感器，所述电流互感器与外部水泵的三相电流火线连接；

所述浮球接口与外部储水设备中的浮球连接；其中，所述浮球接口包括：高水位线接口、中水位线接口和低水位线接口；

所述继电器通过所述交流接触器接口与所述外部水泵的交流接触器连接；

所述主控模块用于根据从所述三相电流检测模块采集的电压信号，判断所述外部水泵是否发生故障；以及用于根据从所述浮球接口采集的浮球水位信号，检测所述外部储水设备的当前水位；所述主控模块将所述浮球的高水位线和低水位线上拉至3.3V或5V，并根据从所述浮球的高水位线和低水位线上采集的电平数据，确认所述外部储水设备的当前水位状态；当所述浮球为单个浮球时，所述主控模块通过检测到所述低水位线接口的电平为高电平，且所述高水位接口的电平为低电平，确定所述外部储水设备处于高水位；所述主控模块通过检测外部水泵工作时间是否超过预定的高水位排水工作时间，确定所述外部储水设备处于预警水位；所述主控模块通过判断从所述浮球的高水位线和低水位线上采集到的电平数据是否相同，确认所述浮球处于故障状态；

当所述浮球包括第一浮球和第二浮球时，如果所述主控模块检测到所述低水位线接口的电平为低电平，且所述高水位接口的电平为高电平，则确定所述外部储水设备处于高水位；如果所述主控模块检测到所述低水位线接口和所述高水位接口同时为低电平时，则确定所述外部储水设备处于预警水位；如果所述主控模块检测到所述低水位线接口为高电平，且所述高水位接口为低电平，则确定所述第一浮球和所述第二浮球均处于故障状态；

并在所述当前水位超过预设阈值时，控制所述继电器开启所述外部水泵，以降低所述外部储水设备的水位；

所述通信模块用于在所述主控模块确定所述外部水泵发生故障或浮球发生故障时，向远程控制设备发送无线报警信号；

所述报警灯接口用于连接外部12V报警灯，当所述主控模块确定发生故障时，所述主控模块通过所述报警灯接口，点亮所述12V报警灯。

2.根据权利要求1所述的水泵智能控制器，其特征在于，所述主控模块根据从所述三相电流检测模块采集的电流信号，判断所述外部水泵是否发生故障，具体为：

所述三相电流检测模块内安装有电流电压变换电路，所述电流电压变换电路分别与所述主控模块、所述电流互感器连接；

所述外部水泵的三相火线穿过所述三相电流检测模块上的电流互感器，当所述三相火线通电时，所述电流互感器产生互感电流；所述电流电压变换电路将所述互感电流转换成互感电压信号传送到所述主控模块；所述主控模块通过判定所述互感电压信号的电压值确定所述外部水泵是否发生故障。

3.根据权利要求1所述的水泵智能控制器，其特征在于，所述浮球接口与外部储水设备中的浮球连接，具体为：

当所述浮球为单个浮球时，所述浮球的高水位线连接所述高水位线接口，所述浮球的低水位线连接所述低水位线接口；

所述浮球的中性点连接所述水泵智能控制器的0电位处；

当所述浮球包括第一浮球和第二浮球时，所述第一浮球的高水位线连接所述低水位线接口，所述第二浮球的高水位线连接所述高水位线接口；

所述第一浮球和所述第二浮球的中性点连接所述中水位线接口。

4.根据权利要求1所述的水泵智能控制器，其特征在于，所述外部水泵包括第一水泵和第二水泵，所述主控模块还用于控制所述第一水泵和所述第二水泵交替运行，具体为：

所述主控模块根据存储的水泵运行记录，控制所述第一水泵和所述第二水泵交替运行；

或者，当所述主控模块确定所述第一水泵处于缺相或过流状态时，终止所述第一水泵的运行，开启所述第二水泵的运行；

或者，当所述主控模块确定所述第一水泵和所述第二水泵同时处于缺相或过流状态时，同时终止所述第一水泵和所述第二水泵的运行。

5.根据权利要求1所述的水泵智能控制器，其特征在于，所述电源模块包括：供电电路和掉电检测电路；

所述供电电路包括供电模块和掉电供电电路，所述掉电供电电路包括法拉电容、第一电阻和第二电阻；

所述供电模块分别为所述主控模块以及所述通信模块供电；所述掉电供电电路分别与所述供电模块、所述主控模块、所述通信模块连接；所述掉电检测电路通过检测所述第一电阻与所述第二电阻间的电压，判定所述供电模块是否掉电；

当所述供电模块掉电时，所述掉电供电电路通过所述法拉电容，为所述主控模块、所述通信模块供电。

6.根据权利要求2所述的水泵智能控制器，其特征在于，所述主控模块还用于：根据三相电流检测口采集的三相电流相序，判断所述外部水泵的接线是否正确，具体为：

将三条火线穿过三相电流检测模块上的电流互感器，当所述三相交流电通过三条火线时，所述主控模块通过所述电流互感器采集的电流，判断所述三条火线中各条火线的相序和所述外部水泵的电机预设转向，再根据所述电机的预设转向和所述外部水泵的电机实际转向，判断所述外部水泵的接线是否正确；其中，所述三相电流检测口设置于水泵故障检测模块中供三根火线穿过，用于检测电流通过，所述主控模块包括所述水泵故障检测模块。

7.根据权利要求1所述的水泵智能控制器，其特征在于，所述通信模块还用于接收所述远程控制设备发送的状态查询信号或执行命令后，执行相关命令并向所述远程控制设备反馈状态信息，以供所述远程控制设备根据所述状态信息，判断所述水泵智能控制器的工作状态。

8.根据权利要求7所述的水泵智能控制器，其特征在于，所述通信模块为采用zigbee、lora、蓝牙或NB-IOT通讯方式的无线通信模块。