CN109826996B - 一种低功耗电磁阀驱动控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗电磁阀驱动控制装置，涉及电磁阀技术领域。包括电压检测电路、阀电流检测电路、微控制器、电磁阀驱动电路、存储单元；其中电压检测电路用于当微控制器工作上电时检测电子锁电池电压；阀电流检测电路用于实时检测电磁阀的电流；微控制器，用于根据接收的电池电压作为基准电压，自动匹配电磁阀最佳驱动电流，通过电磁阀驱动电路发出模拟PWM脉冲波形，驱动电磁阀工作；电磁阀驱动电路，用于根据微控制器发出的PWM脉冲波形驱动电磁阀工作；存储单元，用于存储电磁阀最佳驱动电流、基准电压及波形等参数。本发明还提出一种低功耗电磁阀驱动控制方法。本发明提出的低功耗电磁阀驱动装置和方法成本低，通用性强，易推广。

Description

一种低功耗电磁阀驱动控制装置和方法

技术领域

本发明涉及电磁阀技术领域，具体地涉及一种低功耗电磁阀驱动控制装置和方法。

背景技术

随着智能控制技术的发展，各种控制技术已经在锁具上得到了广泛应用，市面上出现了大量的密码锁、遥控锁、蓝牙锁、指纹锁等等，电子锁已逐步取代机械锁。但是电子锁开锁都采用电机或电磁阀驱动，电磁阀寿命更长，应用更广；由于电子锁都是电池供电，对功耗要求非常高，而锁舌驱动或离合驱动需要把电能转成机械力，无疑成为功耗大户。目前市面上的电子锁在控制电磁阀时，大多直接输出电池的最大功率满载工作，相较开锁实际需要的电流，这无疑产生了额外的浪费。用满载的方式实现开锁不仅功耗大，电池消耗快，而且影响锁体机械寿命，会发出较大噪音。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了解决现有电子锁开锁动作功耗大，影响锁体机械寿命的问题，本发明提出一种低功耗电磁阀驱动控制装置和方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提出一种低功耗电磁阀驱动控制装置，包括电压检测电路、阀电流检测电路、微控制器、电磁阀驱动电路、存储单元；其中，

电压检测电路，用于当微控制器工作上电时检测电子锁电池电压并发送至微控制器；

阀电流检测电路，用于实时检测电磁阀的电流，并反馈至微控制器；

微控制器，用于根据接收的电池电压作为基准电压，自动匹配电磁阀最小可靠驱动电流，发出模拟PWM脉冲波形，通过电磁阀驱动电路驱动电磁阀工作；所述自动匹配电磁阀最小可靠驱动电流是指在首次开锁成功和开锁失败所对应检测到的电磁阀电流区间内，进行最小可靠驱动电流匹配，将匹配结果作为电磁阀最小可靠驱动电流；

电磁阀驱动电路，用于根据微控制器发出的PWM脉冲波形驱动电磁阀工作；

存储单元，用于存储所述电磁阀的基准电压、最小可靠驱动电流及最佳驱动波形的参数。

如前所述的一种低功耗电磁阀驱动控制装置，进一步地，所述微控制器采用包含通用时钟，通用IO和自定义计数器的MCU单元。

如前所述的一种低功耗电磁阀驱动控制装置，进一步地，所述电磁阀驱动电路由第一电容、第一电感、三极管和第一至第六电阻组成；

所述第一电阻的一端和第二电阻的一端共同连接所述微控制单元的An1端；第一电阻的另一端接地；第二电阻的另一端与第三电阻的一端共同接VCC端；所述第三电阻的另一端连接所述三极管的源极；所述三极管的漏极串联第四电阻和第一电容，然后与所述微控制单元的P1.0端连接；所述三极管的射极连接所述电磁阀的控制端；第五电阻的一端和第六电阻的一端共同连接电磁阀的接地端；所述第五电阻的另一端连接微控制单元的An2端，所述第六电阻的另一端接地。

本发明还提出一种低功耗电磁阀驱动控制方法，步骤包括：

步骤一、判断所述装置是否是首次上电，如果是首次上电，则进入步骤二；如果不是首次上电，则进入步骤三；

步骤二、检测电池电压，以所述电池电压为基准电压，自动匹配电磁阀最小可靠驱动电流和最佳驱动波形；按照所述最小可靠驱动电流和最佳驱动波形发出模拟PWM脉冲波形，驱动电磁阀工作；将所述基准电压、最小可靠驱动电流及最佳驱动波形的参数存入存储单元；

步骤三、检测电池电压，判断所述电池电压与首次上电得到的基准电压是否有差异；有差异时，利用所述电池电压计算形成新的电磁阀最小可靠驱动电流和电磁阀最佳驱动波形，用于驱动电磁阀，并记录电磁阀状态，有异常时记录告警数据；

所述自动匹配电磁阀最小可靠驱动电流是指在首次开锁成功和开锁失败所对应检测到的电磁阀电流区间内，进行最小可靠驱动电流匹配，将匹配结果作为电磁阀最小可靠驱动电流。

如前所述的一种低功耗电磁阀驱动控制方法，进一步地，步骤二、三所述自动匹配电磁阀的最小可靠驱动电流和最佳驱动波形的步骤为：

步骤1、控制驱动波形的占空比参数，输出给定的初始开锁电流，用给定的初始开锁电流首次开锁，并判断是否开锁成功：

(1)如果开锁成功，在当前电流的基础上持续降低a％作为当前开锁电流尝试开锁，直到开锁失败,进入(2)；

(2)如果开锁失败，则在前一次开锁电流的基础上持续提高a％/2作为当前开锁电流尝试开锁，直至开锁成功，进入步骤2；

步骤2、在当前电流的基础上持续降低a％/4尝试开锁，直到开锁失败，进入步骤3；

步骤3、在当前电流的基础上持续提高a％/4尝试开锁，直到开锁成功；

步骤4、将当前开锁电流增加a％作为最小可靠驱动电流，将当前占空比参数作为最佳驱动波形参数，进行保存。

如前所述的一种低功耗电磁阀驱动控制方法，进一步地，步骤2所述a的取值范围为10到20。

如前所述的一种低功耗电磁阀驱动控制方法，进一步地，步骤二、三所述查找得到电磁阀的最小可靠驱动电流的步骤为：

步骤A、在给定的初始开锁电流下首次开锁；如果开锁成功，则将所述初始开锁电流设定为区间上界电流，然后以预先设定的步长减小电流尝试开锁，将首次开锁失败时对应的开锁电流设定为区间下界电流；如果开锁失败，则将所述初始开锁电流设定为区间下界电流，然后以预先设定的步长增大电流尝试开锁，将首次开锁成功时对应的开锁电流设定为区间上界电流；

步骤B、然后取所述区间上界电流和所述区间下界电流的平均值作为当前开锁电流进行开锁；

如果开锁成功，将当前开锁电流设定为区间上界电流，最近一次开锁失败对应开锁电流设定为区间下界电流；如果开锁失败，将当前开锁电流设定为区间下界电流，最近一次开锁成功对应开锁电流设定为区间上界电流；

步骤C、取所述区间上界电流和区间下界电流的平均值进行开锁；如果开锁成功，则将开锁电流增加一个步长然后保存；如果开锁失败，则以所述步长的1/2增加开锁电流尝试开锁，直到开锁成功，将所述开锁电流增加一个步长然后保存。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明中的微控制单元微控制器仅需要2路通用AD，3路通用IO口，可用廉价的8位单片机实现，成本低，通用性强，易推广；

2.本发明的控制方法自动计算电磁阀最低可靠驱动电流，达到最低功耗，可极大增加电池寿命；

3.本发明的控制方法自动计算电磁阀最佳驱动波形，达到动作最平缓，噪音最小，可大大延长电磁阀和锁体寿命；

4.当电池电压降低时，重新计算匹配驱动电流、驱动波形，实现电池电量的最大应用；

5.采用通用时钟，自定义计数器，通用IO,实现模拟PWM脉冲波形，微控制器不需要专用PWM脉冲发生器，通用性强，成本低；

综上所述，本发明的低功耗电磁阀驱动装置和方法成本低，通用性强，易推广。

附图说明

图1是本发明电磁阀驱动功能框图。

图2为本发明电磁阀驱动电路图。

图3为实施例一中的最佳驱动波形图。

图4为实施例一中最小可靠驱动电流的方法流程图。

图5为实施例一中的模拟PWM脉冲初始化流程图。

图6为实施例一中的模拟PWM脉冲驱动流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

首先简述本发明的工作原理。图1所示为本发明低功耗电磁阀驱动功能框图。如图1所示，驱动控制装置由MCU(Micro Control Unit,微控制单元)、存储模块、VCC电压检测电路、电磁阀驱动电路、电磁阀及阀电流检测电路组成。首次上电微控制器通过VCC电压检测电路检测VCC电压，并把此电压作为基准电压，在基准电压下微控制器发出模拟PWM脉冲波形通过电磁阀驱动电路驱动电磁阀工作，同时微控制器通过阀电流检测电路检测电磁阀电流；通过更改PWM脉冲波形占空比，以达到更改电磁阀驱动电流目的，电流偏大时，减小占空比，电流偏小时，增加占空比，以此控制电磁阀的驱动电流。得到当前的最小可靠驱动电流后,把当前最小可靠驱动电流自身及其对应的基准电压、占空比参数存入存储模块。

图2为本发明中，电磁阀驱动电路的示意图，所述驱动电路由微控制单元MCU、EEPROM、电容C1、电感Q1、电阻R1-R6组成。VCC电压检测电路通过R1、R2针对VCC电压分压形成2.5V直流电压，供MCU检测；MCU发出模拟PWM脉冲波形通过C1、R3、R4、Q1驱动电磁阀工作；同时MCU通过R5、R6检测电磁阀电流，从而形成驱动采集闭环电路。其中，串接C1作为对启动和停止电磁阀缓冲防护。

实施例一

图3为本实施例中的最佳驱动波形图。如图3所示，本实施例中，首次上电启动时，首先输出持续200ms的VCC电压，用于打开电磁阀；然后输出占空比为50％，频率为50Hz的脉冲波形,所述脉冲电压的有效值为1/2VCC。所述脉冲波形的占空比可调节，一个周期内，脉冲波形高电平时间增加则实现令输出的电流的有效值增加，反之则可实现电流的有效值的减小。

图4所示为本实施例得到最小可靠驱动电流的方法流程图。本实施例中，得到最小可靠驱动电流的步骤为：

1、给定初始电流开锁；

2、通过电流判断开锁则否成功，如果成功则电流反复减小20％直到开锁失败；

3、开锁电流反复增加20％直到开锁成功；

4、开锁电流减小10％；

5、如果开锁成功，开锁电流增加20％并保存；如果开锁失败，开锁电流反复增加5％直到开锁成功，成功后开锁电流增加20％保存。

图5为本实施例中的模拟PWM脉冲初始化流程图。模拟PWM脉冲波形初始化步骤包括：

1、设置定时器1ms中断；

2、定义周期计数器为TA，定义高电平计数器为TB，定义跟随计数器为t1，定义驱动输出IO口为P1.0＝0；

3、默认开阀时TB＝200ms，保持时TB＝10ms；匹配最小可靠驱动电流后，TB变更为相应值。

图6为本实施例中的模拟PWM脉冲驱动流程图。模拟PWM脉冲驱动步骤包括：

1、P1.0置1且等待1ms中断循环t1+1；

2、当t1≥TB时P1.0置0，等待1ms中断循环t1+1；

3、当t1≥TA时，t1＝0，判断是否停止工作，若停止则结束工作，若不停止，返回步骤1继续工作。

实施例二

本实施例中，查找得到电磁阀的最小可靠驱动电流的步骤为：

步骤A、在给定的初始开锁电流下首次开锁；如果开锁成功，则将所述初始开锁电流设定为区间上界电流，然后以预先设定的步长减小电流尝试开锁，将首次开锁失败时对应的开锁电流设定为区间下界电流；如果开锁失败，则将所述初始开锁电流设定为区间下界电流，然后以预先设定的步长增大电流尝试开锁，将首次开锁成功时对应的开锁电流设定为区间上界电流；

步骤B、然后取所述区间上界电流和所述区间下界电流的平均值作为当前开锁电流进行开锁；

如果开锁成功，将当前开锁电流设定为区间上界电流，最近一次开锁失败对应开锁电流设定为区间下界电流；如果开锁失败，将当前开锁电流设定为区间下界电流，最近一次开锁成功对应开锁电流设定为区间上界电流；

步骤C、取所述区间上界电流和区间下界电流的平均值进行开锁；如果开锁成功，则将开锁电流增加一个步长然后保存；如果开锁失败，则以所述步长的1/2增加开锁电流尝试开锁，直到开锁成功，将所述开锁电流增加一个步长然后保存。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种低功耗电磁阀驱动控制装置，其特征在于，包括电压检测电路、阀电流检测电路、微控制器、电磁阀驱动电路、存储单元；其中，

电压检测电路，用于当微控制器工作上电时检测电子锁电池电压并发送至微控制器；

阀电流检测电路，用于实时检测电磁阀的电流，并反馈至微控制器；

微控制器，用于根据接收的电池电压作为基准电压，自动匹配电磁阀最小可靠驱动电流，发出模拟PWM脉冲波形，通过电磁阀驱动电路驱动电磁阀工作； 所述自动匹配电磁阀最小可靠驱动电流是指在首次开锁成功和开锁失败所对应检测到的电磁阀电流区间内，进行最小可靠驱动电流匹配，将匹配结果作为电磁阀最小可靠驱动电流；

电磁阀驱动电路，用于根据微控制器发出的PWM脉冲波形驱动电磁阀工作；

存储单元，用于存储所述电磁阀的基准电压、最小可靠驱动电流及最佳驱动波形的参数。

2.如权利要求1所述的一种低功耗电磁阀驱动控制装置，其特征在于，所述微控制器采用包含通用时钟，通用IO和自定义计数器的MCU单元。

3.如权利要求1所述的一种低功耗电磁阀驱动控制装置，其特征在于，所述电磁阀驱动电路由第一电容、第一电感、三极管和第一至第六电阻组成；

所述第一电阻的一端和第二电阻的一端共同连接所述微控制单元的An1端；第一电阻的另一端接地；第二电阻的另一端与第三电阻的一端共同接VCC端；所述第三电阻的另一端连接所述三极管的源极；所述三极管的漏极串联第四电阻和第一电容，然后与所述微控制单元的P1.0端连接；所述三极管的射极连接所述电磁阀的控制端；第五电阻的一端和第六电阻的一端共同连接电磁阀的接地端；所述第五电阻的另一端连接微控制单元的An2端，所述第六电阻的另一端接地。

4.一种低功耗电磁阀驱动控制方法，其特征在于，步骤包括：

步骤一、判断电磁阀是否是首次上电，如果是首次上电，则进入步骤二；如果不是首次上电，则进入步骤三；

步骤二、检测电池电压，以所述电池电压为基准电压，自动匹配电磁阀最小可靠驱动电流和最佳驱动波形；按照所述最小可靠驱动电流和最佳驱动波形发出模拟PWM脉冲波形，驱动电磁阀工作；将所述基准电压、最小可靠驱动电流及最佳驱动波形的参数存入存储单元；

步骤三、检测电池电压，判断所述电池电压与首次上电得到的基准电压是否有差异；有差异时，利用所述电池电压计算形成新的电磁阀最小可靠驱动电流和电磁阀最佳驱动波形，用于驱动电磁阀，并记录电磁阀状态，有异常时记录告警数据；

所述自动匹配电磁阀最小可靠驱动电流是指在首次开锁成功和开锁失败所对应检测到的电磁阀电流区间内，进行最小可靠驱动电流匹配，将匹配结果作为电磁阀最小可靠驱动电流。

5.如权利要求4所述的一种低功耗电磁阀驱动控制方法，其特征在于，步骤二、三所述自动匹配电磁阀的最小可靠驱动电流和最佳驱动波形的步骤为：

步骤1、控制驱动波形的占空比参数，输出给定的初始开锁电流，用给定的初始开锁电流首次开锁，并判断是否开锁成功：

(1)如果开锁成功，在当前电流的基础上持续降低a%作为当前开锁电流尝试开锁，直到开锁失败,进入（2）；

(2)如果开锁失败，则在前一次开锁电流的基础上持续提高a%/2作为当前开锁电流尝试开锁，直至开锁成功，进入步骤2；

步骤2、在当前电流的基础上持续降低a%/4尝试开锁，直到开锁失败，进入步骤3；

步骤3、在当前电流的基础上持续提高a%/4尝试开锁，直到开锁成功；

步骤4、将当前开锁电流增加a%作为最小可靠驱动电流，将对应的占空比参数作为最佳驱动波形参数，进行保存。

6.如权利要求5所述的一种低功耗电磁阀驱动控制方法，其特征在于，步骤2所述a的取值范围为10到20。

7.如权利要求4所述的一种低功耗电磁阀驱动控制方法，其特征在于，步骤二、三所述自动匹配电磁阀的最小可靠驱动电流和最佳驱动波形的步骤为：

步骤A、在给定的初始开锁电流下首次开锁；如果开锁成功，则将所述初始开锁电流设定为区间上界电流，然后以预先设定的步长减小电流尝试开锁，将首次开锁失败时对应的开锁电流设定为区间下界电流；如果开锁失败，则将所述初始开锁电流设定为区间下界电流，然后以预先设定的步长增大电流尝试开锁，将首次开锁成功时对应的开锁电流设定为区间上界电流；

步骤B、然后取所述区间上界电流和所述区间下界电流的平均值作为当前开锁电流进行开锁；

如果开锁成功，将当前开锁电流设定为区间上界电流，最近一次开锁失败对应开锁电流设定为区间下界电流； 如果开锁失败，将当前开锁电流设定为区间下界电流，最近一次开锁成功对应开锁电流设定为区间上界电流；

步骤C、取所述区间上界电流和区间下界电流的平均值进行开锁；如果开锁成功，则将开锁电流增加一个步长然后保存；如果开锁失败，则以所述步长的1/2增加开锁电流尝试开锁，直到开锁成功，将所述开锁电流增加一个步长然后保存。

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