CN110332568A - 一种智能灶阀体开度调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能灶阀体开度调节系统，包括：阀体，包括阀芯；步进电机，与所述阀芯连接，用于驱动阀芯转动从而控制炉头火力大小；磁敏角度传感器，包括磁铁和传感器，磁铁安装在所述阀芯上，传感器安装在阀体外部，用于检测阀芯的转动角度，并将转动角度转化为电信号；以及控制器，输入端与所述传感器连接，接收来自磁敏角度传感器的电信号，输出端与步进电机连接，用于根据所述电信号调节步进电机的转速。本申请采用非接触式磁敏角度传感器，以一个镜像轴对称的强磁铁作为动子置于阀芯上，将传感器安装于阀体外侧，信号引出端也在阀体外侧，不会对阀体结构的密封性造成破坏，保证了阀体良好的气密性。

Description

一种智能灶阀体开度调节系统及方法

技术领域

本发明涉及智能灶控制领域，特别是涉及一种智能灶阀体开度调节系统及方法。

背景技术

随着家电形式的发展，互联网+、物联网产品的开发，智能灶在厨房电器行业的市场占有率随之升高。智能灶产品抛弃了传统灶具的用户直接手动操作机械阀阀芯位置改变气流量以达到控制炉头火力大小的方式，采用步进电机驱动阀体从而实现炉头火力大小的操作。

现在市面上智能灶控制阀体角度的方案大致有两种：

(1)零位检测，类似于点动开关技术，当阀体结构旋转至特点位置（一般为零点位置），触发开关形成闭合电回路，由导线将信号引出。其缺陷在于，角度检测范围狭窄，一般只能检测一个零位置，由于需要动子与定子发生接触才会产生信号，使用中有出现堵转情况产生，长期使用会对电机机械结构有影响，且因为有线束引出，所以会降低整个阀体结构的气密性。

(2)电位器检测，利用圆形结构的碳刷滑动变阻器嵌套于阀体旋转结构中心位置上，将机械旋转角度转变为模拟电压信号通过导线引出。其缺陷在于，由于电位器碳刷制造工艺的限制，电位器的一致性有一定的差异,碳刷与导电涂层长期机械接触摩擦会影响整体电阻表现造成使用寿命的下降，且因为有线束引出，所以会降低整个阀体结构的气密性。

发明内容

本发明的一个目的在于解决现有技术在控制阀体角度时角度检测范围窄、气密性差的技术问题，提出了一种智能灶阀体开度调节系统及方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种智能灶阀体开度调节系统，包括：阀体，包括阀芯；步进电机，与所述阀芯连接，用于驱动阀芯转动从而控制炉头火力大小；磁敏角度传感器，包括磁铁和传感器，磁铁安装在所述阀芯上，传感器安装在阀体外部，用于检测阀芯的转动角度，并将转动角度转化为电信号；以及控制器，输入端与所述传感器连接，接收来自磁敏角度传感器的电信号，输出端与步进电机连接，用于根据所述电信号调节步进电机的转速。

进一步地，所述传感器安装在阀体外侧面。

进一步地，所述传感器安装在与磁铁位置正对处。

进一步地，所述传感器安装在与距离磁铁中心1-4mm的阀体外侧面。

进一步地，所述阀体外还设有一控制盒，所述步进电机和控制器均安装在控制盒内，控制器通过导线与所述传感器、步进电机电连接。

进一步地，所述步进电机输出轴与阀芯连接处设有密封隔离圈。

本发明还提出了一种智能灶阀体开度调节方法，适用于智能灶阀体开度调节系统，包括：根据接收到的来自所述传感器的输出信号，确定阀芯当前角度；将当前角度与设定的目标角度进行对比，如果当前角度与设定的目标角度不一致，则计算步进电机需要行进的步数，生成控制信号，并将控制信号发送至步进电机；并参照角度磁场变化曲线对步进电机的行进速率进行纠偏。

进一步地，还包括实时监测阀芯的当前角度；判断阀芯的角度变化是否趋于所述目标角度，如果是，则降低步进电机转速；判断阀芯的当前角度是否达到所述目标角度，如果是，则电机停止转动。

进一步地，所述阀芯发生转动，带动磁铁转动，传感器输出两个垂直方向的值：X轴输出和Y轴输出，当磁铁的磁极正对传感器时，X轴输出或Y轴输出为0；所述角度磁场变化曲线的绘制包括：确定阀芯基准点；记录阀芯每转动1°，传感器的X轴输出和Y轴输出；在同一坐标系下以阀芯转动角度为横坐标，绘制阀芯转动一圈，（X轴输出/Y轴输出）及（Y轴输出/X轴输出）的变化曲线；取同一横坐标处，（X轴输出/Y轴输出）与（Y轴输出/X轴输出）绝对值最小者，生成角度磁场变化曲线。

进一步地，所述根据接收到的来自所述传感器的输出信号，确定阀芯当前角度的步骤具体包括：以角度磁场变化曲线的极大值点处作为划分点，将角度磁场变化曲线划分为多个区间；结合传感器输出和角度磁场变化曲线，判断阀芯当前所处区间；在阀芯当前所处区间内查找传感器输出所对应的当前角度。

与现有技术相比，本发明的实质性效果如下：本申请采用非接触式磁敏角度传感器，以一个镜像轴对称的强磁铁作为动子置于阀芯上，将传感器安装于阀体外侧，信号引出端也在阀体外侧，不会对阀体结构的密封性造成破坏，保证了阀体良好的气密性；在对阀芯的角度调整上采用闭环控制方案，一方面通过阀体角度变化与步进电机运转步数的对应关系控制步进电机的运转，另一方面通过磁场变化与阀体角度变化的对应关系及时调节步进电机的输出，确保阀体角度调节的准确性，从而精确控制阀体开度。

附图说明

图1是本发明智能灶阀体开度调节系统的系统框。

图2是本发明智能灶阀体开度调节方法流程框图-1。

图3是本发明智能灶阀体开度调节方法流程框图-2。

图4是本发明以阀芯每转动10°为间隔进行的初始化标定图。

图5是本发明实施例生成的角度磁场变化曲线。

图6是本发明实施例对于角度磁场变化曲线的区间划分。

图中：1、步进电机，2-1、阀芯，2-2、阀体外壁，3-1、磁铁，3-2、传感器，4、控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

一种智能灶阀体开度调节系统如图1所示，包括：阀体、步进电机11、磁敏角度传感器3-2以及控制器4。阀体外设有一密封控制盒，步进电机和控制器均安装在控制盒内，控制器通过导线与传感器、步进电机电连接。阀体一端与进气管路连接，另一端与出气管路连接，阀体开度即代表智能灶炉头的火力大小，阀体包括阀芯2-1，阀芯2-1与步进电机1连接，述步进电机输出轴与阀芯连接处设有密封隔离圈，以保证控制室的密封效果。步进电机1驱动阀芯2-1转动从而控制阀体开度。磁敏角度传感器包括磁铁3-1和传感器3-2，磁铁3-1安装在阀芯2-1上，传感器3-2用于检测阀芯2-1的转动角度，并将转动角度转化为电信号。传感器3-2安装在阀体外侧与磁铁3-1位置正对处，距离磁铁3-1中心1-4mm,传感器3-2距离磁铁3-1中心太近或造成制造难度的加大，距离磁铁3-1中心太远会导致采样信号的严重畸变，影响角度检测的准确性，最佳位置为距离磁铁3-1中心2mm处。步进电机1运行时带动阀芯2-1转动同时会改变磁铁3-1与外侧传感器3-2之间的相对位置，传感器3-2根据变化生成两个方向的值：X轴输出和Y轴输出当磁铁3-1的磁极正对传感器3-2时，X轴输出或Y轴输出为0。

控制器输入端与传感器连接，接收来自传感器的电信号，输出端与步进电机连接，用于根据电信号调节步进电机的转速。控制器预先建立角度磁场变化曲线，记录阀芯转动角度与传感器输出信号的对应关系。首先，确定阀芯基准点，进行初始化标定，可以任一位置作为基准点，记录阀芯每转动1°或是更小角度时，传感器的X轴输出和Y轴输出；在同一坐标系下以阀芯转动角度为横坐标，绘制阀芯转动一圈，（X轴输出/Y轴输出）及（Y轴输出/X轴输出）的变化曲线，标定的点数越多，角度精度越高；取同一横坐标处，（X轴输出/Y轴输出）与（Y轴输出/X轴输出）绝对值最小者，生成角度磁场变化曲线。

如图2所示，用于调节智能灶阀体开度的方法包括以下步骤：

S10：根据接收到的来自传感器的输出信号，确定阀芯当前角度，如图3所示，具体包括：

S101：以角度磁场变化曲线的极大值点处作为划分点，将角度磁场变化曲线划分为多个区间；

S102：结合传感器的输出信号和角度磁场变化曲线，判断阀芯当前所处区间；

S103：在阀芯当前所处区间内查找传感器输出所对应的当前角度。

S20：将阀芯当前角度与设定的目标角度进行对比，如果当前角度与设定的目标角度不一致，则计算步进电机需要行进的步数，生成控制信号，并将控制信号发送至步进电机；并参照角度磁场变化曲线对步进电机的行进速率进行纠偏，具体包括：

实时监测阀芯的当前角度；

判断阀芯角度变化是否趋于所述目标角度，也就是阀芯当前角度与目标角度的差值的绝对值是否越来越小，如果是，则降低步进电机转速；

判断阀芯的当前角度是否达到所述目标角度，如果是，则电机停止转动。

本实施例以阀芯每转动10°为间隔，进行初始化标定，如图4所示，标记每转动10°，（X轴输出/Y轴输出）与（Y轴输出/X轴输出），如图5所示，取同一横坐标处，（X轴输出/Y轴输出）与（Y轴输出/X轴输出）绝对值最小者，生成角度磁场变化曲线。以角度磁场变化曲线的极大值点处作为划分点，将角度磁场变化曲线划分为5个区间，如图6所示，同一竖坐标对应的值可能对应4个不同的角度位置，此时可以对X轴输出绝对值与Y轴输出绝对值的大小进行对比确定阀芯所处的曲线区间，判定依据如表1所示：

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种智能灶阀体开度调节系统，其特征在于，包括：

阀体，包括阀芯；

步进电机，步进电机输出轴与所述阀芯连接，用于驱动阀芯转动从而控制阀体的开启角度；

磁敏角度传感器，包括磁铁和传感器，磁铁安装在所述阀芯上，传感器安装在阀体外部，用于检测阀芯的转动角度，并将转动角度转化为电信号；以及

控制器，输入端与所述传感器连接，接收来自磁敏角度传感器的电信号，输出端与步进电机连接，用于根据所述电信号调节步进电机的转速。

2.根据权利要求1所述的一种智能灶阀体开度调节系统，其特征在于，所述传感器安装在阀体外侧面。

3.根据权利要求2所述的一种智能灶阀体开度调节系统，其特征在于，所述传感器安装在与磁铁位置正对处。

4.根据权利要求1所述的一种智能灶阀体开度调节系统，其特征在于，所述传感器安装在与距离磁铁中心1-4mm的阀体外侧面。

5.根据权利要求1所述的一种智能灶阀体开度调节系统，其特征在于，所述阀体外还设有一控制盒，所述步进电机和控制器均安装在控制盒内，控制器通过导线与所述传感器、步进电机电连接。

6.根据权利要求5所述的一种智能灶阀体开度调节系统，其特征在于，所述步进电机输出轴与阀芯连接处设有密封隔离圈。

7.一种智能灶阀体开度调节方法，适用于权利要求1-6所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：

根据接收到的来自所述传感器的输出信号，确定阀芯当前角度；

将阀芯当前角度与设定的目标角度进行对比，如果当前角度与设定的目标角度不一致，则计算步进电机需要行进的步数，生成控制信号，并将控制信号发送至步进电机；并参照角度磁场变化曲线对步进电机的行进速率进行纠偏。

8.根据权利要求7所述的一种智能灶阀体开度调节方法，其特征在于，还包括：

实时监测阀芯的当前角度；

判断阀芯角度的变化是否趋于所述目标角度，如果是，则降低步进电机转速；

判断阀芯的当前角度是否达到所述目标角度，如果是，则电机停止转动。

9.根据权利要求8所述的一种智能灶阀体开度调节方法，其特征在于，所述阀芯发生转动，带动磁铁转动，传感器输出两个垂直方向的值：X轴输出和Y轴输出，当磁铁的磁极正对传感器时，X轴输出或Y轴输出为0；所述角度磁场变化曲线的绘制包括：

确定阀芯基准点；

记录阀芯每转动1°，传感器的X轴输出和Y轴输出；

在同一坐标系下以阀芯转动角度为横坐标，绘制阀芯转动一圈，X轴输出/Y轴输出及Y轴输出/X轴输出的变化曲线；

取同一横坐标处，X轴输出/Y轴输出 与 Y轴输出/X轴输出绝对值最小者，生成角度磁场变化曲线。

10.根据权利要求7或8或9所述的一种智能灶阀体开度调节方法，其特征在于，所述根据接收到的来自所述传感器的输出信号，确定阀芯当前角度的步骤具体包括：

以角度磁场变化曲线的极大值点处作为划分点，将角度磁场变化曲线划分为多个区间；

结合传感器输出和角度磁场变化曲线，判断阀芯当前所处区间；

在阀芯当前所处区间内查找传感器输出所对应的当前角度。