CN111379893A - 对电磁阀进行控制的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对电磁阀进行控制的装置。该装置包括开关模块、采样模块和主控制模块。其中所述开关模块分别与所述采样模块和所述主控制模块连接，其配置用于在所述主控制模块的控制下对所述电磁阀进行打开或者闭合。所述采样模块与主控制模块连接，其配置用于对流经电磁阀线圈的电流进行采样并处理，并且将处理后获得的采样信号发送给所述主控制模块。主控制模块配置用于接收并处理所述采样信号，并且根据处理的结果来控制所述开关模块打开或者闭合所述电磁阀。本发明的装置可以无接触地控制电磁阀的打开或者闭合。主控制模块通过对流经电磁阀线圈的电流的分析与判断来控制开关模块，进而可以对电磁阀线圈进行过流及短路保护。

Description

对电磁阀进行控制的装置

技术领域

本发明一般地涉及机电控制领域。更具体地，本发明涉及一种对电磁阀进行控制的装置。

背景技术

普通的电磁阀控制方式，通常采用通过继电器触点的连接或者断开来控制电磁阀线圈上电流的有无，进而控制电磁阀的打开或者关闭。然而，继电器的接触性触点随着使用时间的增长，容易产生磨损老化，磁性减弱等问题，进而造成继电器反应不灵敏、开关速度慢。而且，当电磁阀线圈出现故障的时候，可能会出现继电器触点黏连或者继电器烧坏等故障。另外，当与电磁阀连接的应用设备的内部出现故障或者电磁阀线圈短路的时候，此时可能会导致流经电磁阀线圈的电流过大，进而将电磁阀等烧坏，甚至引起火灾。

发明内容

为解决上述背景技术中的一个或多个问题，本发明提供了一种对电磁阀进行控制的装置。该装置采用电子开关来控制电磁阀线圈的通断电，进而避免了利用触点式继电器控制电磁阀的诸多缺点。而且，该装置还可以对流经电磁阀线圈上的电流进行实时监测，当发现监测的电流过大时，可以自动控制断开电子开关，进而对电磁阀线圈进行限流和短路保护。

具体地，本发明公开了一种对电磁阀进行控制的装置。该装置包括开关模块、采样模块和主控制模块。其中，所述开关模块分别与所述采样模块和所述主控制模块连接，其配置用于在所述主控制模块的控制下对所述电磁阀进行打开或者闭合。所述采样模块与所述主控制模块连接，其配置用于对流经所述电磁阀的电流进行采样并处理，并且将处理后获得的采样信号发送给所述主控制模块。以及所述主控制模块配置用于接收并处理所述采样信号，并且根据处理的结果来控制所述开关模块打开或者闭合所述电磁阀。

在一个实施例中，所述开关模块包括第一光电耦合电路和开关电路，其中所述第一光电耦合电路配置用于将与其输入端连接的电路和与其输出端连接的电路进行电气隔离，而所述开关电路配置用于接收所述第一光电耦合电路输出的电信号，并且通过所述电信号来控制其打开或者闭合，进而控制与其连接的所述电磁阀的打开或者闭合。

在另一个实施例中，所述开关模块还包括限流电路和稳压电路。其中，所述限流电路配置用于对所述第一光电耦合电路输出的电信号进行电流强度限制，并且所述稳压电路配置用于对所述限流电路输出的电信号进行稳定电压操作。

在一个实施例中，所述采样模块包括第二光电耦合电路，其配置用于将与其输入端连接的电路和与其输出端连接的电路进行电气隔离。

在另一个实施例中，所述采样模块还包括电压跟随电路，其配置用于对采样到的流经开关模块的电信号进行跟踪处理。

在又一个实施例中，所述采样模块还包括第一电压放大电路，其配置用于对电压跟随电路输出的电信号进行放大，并且将放大后的信号输出到所述第二光电耦合电路。

在另一个实施例中，所述采样模块还包括第二电压放大电路，其配置用于对所述第二光电耦合电路输出的电信号进行放大。

在一个实施例中，所述电压跟随电路、第一电压放大电路和所述第二电压放大电路包括集成运算放大器。

在一个实施例中，所述第一光电耦合电路和所述第二光电耦合电路的输入端连接的电路和输出端连接的电路使用不同的电源。

在一个实施例中，所述主控制模块包括单片机。

本发明的装置较好的解决了目前通过接触式继电器控制电磁阀的诸多问题，具有反应灵敏、开关速度快、器件不易磨损老化等优点。同时，本发明的装置还具有对电磁阀和通过电磁阀控制的设备进行限流以及短路保护等功能。另外本发明的装置还可以应用于除电磁阀控制之外的其他应用领域，例如可以作为其他应用电路的开关电路等。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，可以更好地理解本发明的上述特征，并且其众多目的、特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图，其中:

图1是示出根据本发明实施例的装置的组成示意图；

图2是示出根据本发明实施例的装置的组成框图；以及

图3是示出根据本发明实施例的装置的电路原理图。

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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

图1是示出根据根据本发明实施例的装置100的组成示意图。为了便于理解本发明的装置对电磁阀的操作，图1中还以虚框的形式示出电磁阀104。

如图1所示，本发明的装置包括开关模块101、采样模块102和主控制模块103。其中，所述开关模块、采样模块和主控制模块组成一个闭合的回路。在该回路中，所述开关模块分别与采样模块和主控制模块连接，其配置用于在所述主控制模块的控制下对所述电磁阀104进行打开或者闭合。进一步，所述采样模块与所述主控制模块连接，其配置用于对流经所述电磁阀线圈的电流进行采样并处理，并且将处理后获得的采样信号发送给所述主控制模块。所述主控制模块配置用于接收并处理所述采样信号，并且根据处理的结果来控制所述开关模块打开或者闭合所述电磁阀。下面简要说明本发明的装置的工作原理。

当需要闭合电磁阀时，主控制模块向开关模块发送闭合控制信号，以便控制闭合所述开关模块，进而闭合与开关模块连接的电磁阀。当需要打开电磁阀时，主控制模块向开关模块发送打开控制信号，以便控制打开所述开关模块，进而打开与开关模块连接的电磁阀。

同时，本发明的装置还可以对电磁阀线圈进行限流以及短路保护。当电磁阀处于闭合状态时，采样模块对流经电磁阀线圈的电流信号进行采集，然后将采集到的电流信号经过其内部放大等处理之后发送给主控制模块。接着，主控制模块将接收到的电流信号进行分析、比较与判决等处理。当判决此时流经电磁阀线圈的电流强度过大时，主控制模块向开关模块发送打开控制信号。响应于接收到打开的控制信号，开关模块打开，并且进而打开受其控制的电磁阀，实现了对电磁阀进行限流以及短路保护的功能。

图2是示出根据本发明实施例的装置200的组成框图。这里需要指出的是，图2中的装置200可以理解为图1中的装置100的一种示例性的实现方式。因此，结合图1所描述的装置100的细节也同样适用于图2中的装置200的描述。下面将结合图2来描述本发明的装置的组成和工作原理。

如图2所示，在一个实施例中，所述开关模块101进一步可以具体化为包括第一光电耦合电路201、限流电路202、稳压电路203以及开关元件204。所述采样模块102进一步具体化为包括电压跟随电路205、第一电压放大电路206、第二光电耦合电路207以及第二电压放大电路208。

在一个实施例中，所述第一光电耦合电路配置用于将与其输入端连接的电路和与其输出端连接的电路进行电气隔离。具体地，第一光电耦合电路的输入端与主控制模块209连接，其输出端连接限流电路。在操作中，该第一光电耦合电路配置用于将主控制模块输出的控制信号通过光电转换原理将其耦合到限流电路，并且实现主控制模块与限流电路之间的电气隔离，以避免这两部分电路之间的互相干扰。

在一个实施例中，所述限流电路配置用于对第一光电耦合电路输出的控制信号进行电流强度限制，而所述稳压电路配置用于对限流电路输出的电信号进行稳定电压操作，以便保护所述开关元件。

在一个实施例中，所述开关元件接收经过限流电路和稳压电路处理之后的控制信号，并且根据所述控制信号的状态变化来控制开关元件的打开或者闭合，进而控制与其连接的电磁阀的打开或者闭合。

在一个实施例中，所述电压跟随电路配置用于对开关元件输出的电流信号进行跟踪处理。例如，所述跟踪处理可以是提高输入阻抗和/或是降低输出阻抗，以便起到缓冲和增加带负载能力的作用。在一个实施例中，当开关元件闭合时，传送到电压跟随电路的电流信号即为流经电磁阀线圈的电流信号；当开关元件打开时，此时电磁阀打开，电压跟随电路在此情况下将无法采集到电流信号。

在一个实施例中，所述第一电压放大电路可以对电压跟随电路输出的微弱的电流信号进行放大。其中，所述第一电压放大电路可以有多种实现方式，例如可以是由集成运算放大器组成的电路。

在一个实施例中，所述第二光电耦合电路配置用于将与其输入端连接的电路和与其输出端连接的电路进行电气隔离。具体地，第二光电耦合电路的输入端与第一电压放大电路连接，其输出端与第二电压放大电路连接。在操作中，该第二光电耦合电路配置用于将第一电压放大电路输出的电流信号通过光电转换原理耦合到第二电压放大电路中，并且实现第一电压放大电路与第二电压放大电路之间的电气隔离，以避免这两部分电路之间互相干扰。在一个实施例中，所述第二光电耦合电路的输入端与输出端使用不同的电源。

在一个实施例中，所述第二电压放大电路对第二光电耦合电路输出的电流信号进行放大。其中，所述第二电压放大电路可以有多种实现方式，例如可以是由集成运算放大器组成的电路。

在一个实施例中，所述主控制器接收经过第二电压放大电路放大之后的电流信号，并且对所述电流信号进行分析、比较与判决等处理。随后，根据处理结果向第一光电耦合电路发送控制信号。该控制信号通过第一光电耦合电路耦合进限流电路以便对其进行电流强度的限制。然后，经过稳压电路的稳压之后，输入到开关元件，以便控制开关元件的打开或者闭合，进而控制与开关元件连接的电磁阀的打开或者闭合。

图3是示出根据本发明实施例的装置300的电路原理图。可以理解的是，图3所示装置300是图2中所示装置200的一种示例性电路实现。因此，上述关于图2中所示装置200的描述同样也适用于图3中所示装置300的描述。下面结合图3，详细地描述本发明的装置300的组成和工作原理。

如图3所示，在一个实施例中，所述主控制模块可以是单片机或者是其他具有计算、分析和判断等功能的芯片或电路。所述单片机用于控制打开或闭合开关模块，进而控制与开关模块连接的电磁阀的打开或闭合。

在一个实施例中，所述第一光电耦合电路可以是光电耦合器IC18(简称“光耦”)。优选地，该光电耦合器的型号可以是TPL250。其输入端为控制端，包括1、2、3和4管脚；其输出端为驱动端，包括5、6、7和8管脚。其中，控制端管脚2用于接收单片机发送来的控制信号，驱动端管脚6和7用于输出经过耦合之后的所述控制信号。

在一个实施例中，所述光电耦合器可以由三部分组成：光的发射部分、光的接收部分以及信号放大部分。其中，光的发射部分主要由发光器件构成，例如可以是发光二极管，其可以将电能转化成光能进而发光。光的接收部分可以由光敏器件构成，其可以将接收到的光信号转变成电信号。光的信号放大部分主要由电子电路等构成。

所述光电耦合器在工作时，将电信号加载到输入端，使发光器件的芯体发光。而光敏器件受到光照后产生电流并经过电子电路放大后输出，实现电→光→电的转换，从而实现输入端和输出端电路的电气隔离。由于光电耦合器输入端与输出端的电路间互相隔离，而且电信号在传输时具有单向性等特点，因而光电耦合器具有良好的抗电磁波干扰能力和电绝缘能力。从而，使得受本发明的装置控制的电磁阀在工作中可能产生的高频噪声不会干扰到单片机电路。

在一个实施例中，所述限流电路可以具体包括电阻R85～R88以及二极管D37组成的电路。其配置用于对第一光电耦合电路输出的控制信号进行电流强度限制。作为一种示例性实现，所述稳压电路可以具体包括稳压二极管D38和D39组成的电路，其配置用于对限流电路输出的电流信号进行稳定电压操作，以便保护开关元件。

在一个实施例中，所述开关元件可以是NMOS场效应管Q10。优选地，所述NMOS场效应管的型号可以是IRF3207。其栅极与稳压电路连接，并且通过电阻R84接地；源极通过电阻R89接地；漏极与电磁阀线圈连接。在一个实施例中，当NMOS场效应管的栅源电压大于导通电压时，NMOS场效应管导通，开关元件闭合。此时，电流沿着电磁阀线圈、NMOS场效应管和R89形成回路；当栅源电压小于导通电压时，NMOS场效应管截止，开关元件打开，此时电磁阀线圈上没有电流通过。

在一个实施例中，所述开关模块还可以包括卸压电阻R84，其一端接地，另外一端连接NMOS场效应管的栅极。当单片机输出打开开关模块的控制信号时，卸压电阻迅速将NMOS场效应管的栅极电压拉低为零。

在一个实施例中，所述电磁阀线圈还可以并联续流二极管D40，其配置用于对电磁阀线圈进行续流。具体地，当电磁阀线圈上的电流发生突变时，在其两端会产生突变电压，该突变电压可能会破坏其他元器件。而当电磁阀线圈并联续流二极管时，其电流可以较平缓地变化，以避免突变电压的发生。

在一个实施例中，所述电压跟随电路可以是由集成运算放大器IC23A组成的电路。该运算放大器的输入端与NMOS场效应管的源极连接，并且配置用于通过电阻R89采集流经NMOS场效应管的电流。在一个实施例中，所述集成运算放大器的输入和输出端可以分别连接RC滤波电路，以便对电路中的噪声信号进行滤除。

在一个实施例中，所述第一电压放大电路可以是由集成运算放大器IC23B组成的负反馈放大电路，其配置用于对电压跟随电路输出的微弱的电流信号进行放大。优选地，所述集成运算放大器的型号可以是OPA340，其同相输入端连接电压跟随电路的输出端，反相输入端通过电阻R119接地，输出端通过电阻R120反馈到反相输入端。

在一个实施例中，所述第二光电耦合电路可以是光电耦合器U9。优选地，该光电耦合器的型号可以是高性能的ACPL_C87B，其输入端用于接收第一电压放大电路输出的电信号，输出端用于将经过耦合的电信号发送给第二电压放大电路。所述第二光电耦合器的功能和工作原理与前述的第一光电耦合器相同，此处不再赘述。

在一个实施例中，所述第二电压放大电路可以是由集成运算放大器IC24B组成的差分放大器。所述差分放大器的输出端口连接单片机，而两个输入端口分别连接第二光电耦合器的两个输出端口。所述差分放大器用于对第二光电耦合器输出的电流信号进行放大。

在一个实施例中，所述主控制模块可以包括单片机，其配置用于接收第二电压放大电路输出的电流信号并且进行分析处理。此后，单片机可以将分析处理之后的结果例如与基准值进行比较，进而判决出流经电磁阀线圈的电流强度是否过大，以便对电磁阀进行过流或者短路保护。下面结合图3详细地描述本发明的装置的工作原理。

当电磁阀需要闭合时，单片机通过限流电阻R83向第一光电耦合器发送控制信号。在一个实施例中，例如该控制信号可以是直流电压信号。该直流电压信号经过光电耦合作用，从第一光电耦合器输出。然后，经过限流与稳压，最终加载到NMOS场效应管的栅极，于是NMOS场效应管被导通。进而，使得与NMOS场效应管连接的电磁阀线圈导通，此时电流流经电磁阀线圈，电磁阀闭合。

当电磁阀需要打开时，单片机停止向第一光电耦合器发送直流电压信号。此时，第一光电耦合器的输入和输出端信号都为零。于是NMOS场效应管的栅极电压迅速被卸压电阻R84拉低为零，其状态由导通转变为截止。进而，断开流经电磁阀线圈的电流，于是电磁阀由闭合转变为打开。

当电磁阀线圈短路或者由于其他原因导致流经电磁阀线圈中的电流强度过大时，采样模块将采集电流阀线圈中的电流并发送给单片机进行处理，最终由单片机控制电磁阀打开。具体地，首先，电压跟随器通过电阻R89采集流经NMOS场效应管源极的电流信号(该电流与流经电磁阀线圈的电流相同)，经过滤波处理之后将该信号发送给集成运算放大器的同相端进行信号放大。接着，经过放大之后的信号被传送给第二光电耦合器以便对其进行光电耦合作用。随后，经过耦合后的信号从第二光电耦合器的输出端发送给差分放大器以便进行第二次放大。最终，差分放大器将经过放大后的电信号发送给单片机进行分析处理。

当单片机分析处理的结果大于基准值的时候，判断流经电磁阀线圈上的电流过大，于是单片机停止向NMOS场效应管发送直流电压信号。此时，NMOS场效应管的栅源电压小于导通电压，使得其由导通变为截止，进而断开流经电磁阀线圈上的电流，于是电磁阀被打开。与此相反，当单片机分析处理的结果小于基准值的时候，判断流经电磁阀线圈上的电流正常，于是单片机继续向NMOS场效应管发送直流电压信号。此时，NMOS场效应管导通，电磁阀仍然处于闭合状态。

应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

虽然本发明的实施方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种对电磁阀进行控制的装置，包括开关模块、采样模块和主控制模块；其中

所述开关模块分别与所述采样模块和所述主控制模块连接，其配置用于在所述主控制模块的控制下对所述电磁阀进行打开或者闭合；

所述采样模块与所述主控制模块连接，其配置用于对流经所述电磁阀线圈的电流进行采样并处理，并且将处理后获得的采样信号发送给所述主控制模块；以及

所述主控制模块配置用于接收并处理所述采样信号，并且根据处理的结果来控制所述开关模块打开或者闭合所述电磁阀。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述开关模块包括第一光电耦合电路和开关电路，其中

所述第一光电耦合电路配置用于将与其输入端连接的电路和与其输出端连接的电路进行电气隔离；以及

所述开关电路配置用于接收所述第一光电耦合电路输出的电信号，并且通过所述电信号来控制其打开或者闭合，进而控制与其连接的所述电磁阀的打开或者闭合。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述开关模块还包括限流电路和稳压电路，其中

所述限流电路配置用于对所述第一光电耦合电路输出的电信号进行电流强度限制；以及

所述稳压电路配置用于对所述限流电路输出的电信号进行稳定电压操作。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述采样模块包括第二光电耦合电路，其配置用于将与其输入端连接的电路和与其输出端连接的电路进行电气隔离。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述采样模块还包括电压跟随电路，其配置用于对采样到的流经开关模块的电信号进行跟踪处理。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述采样模块还包括第一电压放大电路，其配置用于对电压跟随电路输出的电信号进行放大，并且将放大后的信号输出到所述第二光电耦合电路。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述采样模块还包括第二电压放大电路，其配置用于对所述第二光电耦合电路输出的电信号进行放大。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述电压跟随电路、第一电压放大电路和所述第二电压放大电路中的每个包括集成运算放大器。

9.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一光电耦合电路和所述第二光电耦合电路的输入端连接的电路和输出端连接的电路使用不同的电源。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的装置，其中所述主控制模块包括单片机。

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