CN113093824A - 一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，涉及气压控制器技术领域，具体为一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，包括STM32F103核心板、L298N驱动模块、直流蠕动气泵1、直流蠕动气泵2、环境空气、密闭气室、接口电路、数字式气压传感器、电磁阀、水位传感器、按键开关、继电器1、模式按键、驱动、继电器2、状态指示LED1、LED2、LED3和电源模块，所述电源模块，其输入为220V市电，有两个输出电压，分别是24V和3.3V。本发明通过前馈控制，模式区分，执行Bang‑Bang控制算法或开关切换模糊PI控制算法使在水位传感器螺栓初始位置调整时能保持气压稳定，为水位传感器螺栓初始位置调整提供了可靠的气压控制，提高了生产效率。

Description

一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控 制器

技术领域

本发明涉及气压控制器技术领域，具体为一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器。

背景技术

目前在洗衣机中广泛应用的水位传感器原理上由一个反应水位高低的可变电感和两个电容组成，外加反相器后组成谐振电路，电感的变化引起谐振电路的频率的变化，来表示水位的高低，并可由洗衣机的单片机读出频率值并控制水的用量。

在水位传感器生产过程中，需要确定连接磁芯弹簧螺栓的初始位置，通常做法是把水位传感器内的气室气压控制到某个设定值时，调整连接磁芯弹簧的螺栓，使此时CLC振荡电路的振荡频率为某一固定频率。气压控制最常见的办法是采用手动压力发生器，将手动压力发生器的气路与水位传感器内的气室相连，通过手摇推动压力发生器中的活塞运动，改变密闭空气的体积从而控制气压到设定值。但由于调整连接磁芯弹簧的螺栓会改变水位传感器内部气室的大小，导致前面已经调整好的气压值出现变化，又需要重新把气压值调整到设定值，随之带来的又是频率的变化，气压调整和频率调节之间存在着一定的耦合关系，导致一般需要经过多次反复调试之后才能实现目标，使得调试困难，耗时耗力、完成该工作需要有丰富经验的人。随着技术的进步，出现了采用步进电机或伺服电机来调整连接磁芯弹簧的螺栓，但是也同样要求在调整的过程中水位传感器内的气室压力不变。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，提出本发明的目的是为了解决现有水位传感器螺栓初始位置调整时气压不稳定的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，包括STM32F103核心板、L298N驱动模块、直流蠕动气泵1、直流蠕动气泵2、环境空气、密闭气室、接口电路、数字式气压传感器、电磁阀、水位传感器、按键开关、继电器1、模式按键、驱动、继电器2、状态指示LED1、LED2、LED3和电源模块，其特征在于：所述电源模块，其输入为220V市电，有两个输出电压，分别是24V和3.3V，24V为L298N驱动模块、数字式气压传感器、继电器1、电磁阀和继电器2供电，3.3V为STM32F103核心板、接口电路、模式按键、驱动和状态指示LED1、LED2、LED3供电；

所述电磁阀的气路输出端连接有水位传感器；

所述继电器1的线圈供电回路中连接有按键开关；

所述L298N驱动模块通道A的输出连接直流蠕动气泵1的电源端；

所述L298N驱动模块的通道B输出连接直流蠕动气泵2的电源端；

所述直流蠕动气泵1和直流蠕动气泵2通过正转从环境空气中抽气到密闭气室中，通过反转可以从密闭气室中排气到环境空气中；

所述数字式气压传感器的气路接口连接到密闭气室的其中一个开孔上，所述STM32F103核心板通过接口电路连接数字式气压传感器的RS485输出端，所述STM32F103核心板通过数字式气压传感器的通讯协议可以读取字数字式气压传感器测到的实时气压值；

所述STM32F103核心板通过方向信号IN1、IN2和速度信号PWMA连接L298N驱动模块通道A的输入端，通过方向信号IN3、IN4和速度信号PWMB连接L298N驱动模块通道B的输入端；

所述继电器1的常闭触点一端和3.3V的地连接，另外一端和上拉电阻1连接，同时将高低电平信号送给STM32F103核心板的一个IO口INT1，上拉电阻1的另外一端连接3.3V电源；

所述模式按键一端和3.3V的地连接，另外一端和上拉电阻2连接，同时将高低电平信号送给STM32F103核心板的一个IO口IO1，上拉电阻2的另外一端连接3.3V电源。

可选的，所述直流蠕动气泵1，其工作原理具体包括以下步骤：

步骤一：当IN1为高，IN2为低，速度信号PWMA的占空比大于阈值ε₁时，所述直流蠕动气泵1正转，将环境空气抽气到密闭气室中，使密闭气室的气压增大；

步骤二：当IN1为低，IN2为高，速度信号PWMA的占空比大于阈值ε₁时，所述直流蠕动气泵1反转，从密闭气室中排气到环境空气中，使密闭气室的气压减小；

步骤三：当IN1为低，IN2为低，所述直流蠕动气泵1停止转动，直流蠕动气泵1不对密闭气室的气压进行控制，其阈值ε₁取值范围是0.15到0.3之间。

可选的，所述直流蠕动气泵2，其工作原理具体包括以下步骤：

步骤一：当IN3为高，IN4为低，速度信号PWMB的占空比大于阈值ε₂时，所述直流蠕动气泵2正转，将环境空气抽气到密闭气室中，使密闭气室的气压增大；

步骤二：当IN3为低，IN4为高，速度信号PWMB的占空比大于阈值ε₂时，所述直流蠕动气泵2反转，从密闭气室中排气到环境空气中，使密闭气室的气压减小；

步骤三：当IN3为低，IN4为低，所述直流蠕动气泵2停止转动，直流蠕动气泵2不对密闭气室的气压进行控制，其阈值ε₂取值范围是0.15到0.3之间。

可选的，所述按键开关串联在所述继电器1的24V线圈供电回路中，断开时，继电器1的线圈断电，闭合后，继电器1的线圈通电；所述继电器1的常开触点串联在所述电磁阀的24V供电回路中，当继电器1线圈断电时，电磁阀供电回路断开，电磁阀闭合，密闭气室和水位传感器之间的气路被切断；当继电器1线圈通电时，电磁阀供电回路闭合，电磁阀打开，密闭气室和水位传感器之间的气路被接通。

可选的，当STM32F103核心板检测到INT1出现上升沿时，表明电磁阀从闭合状态变为打开状态，密闭气室和水位传感器之间的气路从切断变为接通。

可选的，所述高精度气压控制器，其工作模式如下：

当STM32F103核心板检测到IO1为高电平时，定义高精度气压控制器工作于模式1，用于水位传感器调试模式；

当STM32F103核心板检测到IO1为低电平时，定义高精度气压控制器工作于模式2，用于空闲模式；

当高精度气压控制器工作于模式1，所述状态指示LED1在STM32F103核心板控制下点亮，所述状态指示LED2在STM32F103核心板控制下熄灭；

当高精度气压控制器工作于模式2，所述状态指示LED1在STM32F103核心板控制下熄灭，所述状态指示LED2在STM32F103核心板控制下点亮；

所述STM32F103核心板每隔周期T读一次数字式气压传感器测到的气压实时值，所述周期T的取值范围为20ms到100ms之间，在模式1且电磁阀打开时，用气压设定值减去气压实时值得到气压误差eP(k)，连续5次eP(k)的绝对值在允许的允许范围ε₃内，表明水位传感器上的气压达到了设定值，可以进行螺栓初始位置调整，此时所述状态指示LED3在STM32F103核心板控制下点亮，所述继电器2在STM32F103核心板的输出经过驱动后线圈通电，常开触点变为常闭，所述允许范围ε₃取值范围是0.5mmH2O到3mmH2O之间；

在模式2时，用气压设定值减去气压实时值得到气压误差eP(k)，为保证从模式2切换到模式1后能快速投入工作，将eP(k)的绝对值控制在允许的允许范围ε₄内，所述允许范围ε₄取值范围是3mmH2O到10mmH2O之间。

可选的，当采用人工调整水位传感器螺栓的初始位置时，按键开关可采用带自锁的按钮，当观察到LED3亮的时候，表明可以开始进行调试；当采用可编程逻辑控制器等对水位传感器螺栓的初始位置进行自动调整时，按键开关可采用可编程逻辑控制器等控制的继电器触点，当检测到继电器2的常开触点变为常闭，表明可以开始进行水位传感器螺栓初始位置的调整。

可选的，所述水位传感器螺栓初始位置调整时，气压设定值通常为124mmH2O，密闭气室的体积为0.5L到5L之间。

可选的，所述直流气泵1为流量较大的气泵，用于在换水位传感器后气压下降的快速补气，流量最高为600mL/min；直流气泵2为稳态附近的进排气控制，同时抵消调整螺栓位置带来的波动，流量最高为90mL/min。

可选的，所述应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，工作流程具体包括如下步骤：

步骤S1：开始；

步骤S2：初始化；

步骤S3：读模式按键，当STM32F103核心板检测到IO1为高电平时，定义高精度气压控制器工作于模式1，用于水位传感器调试模式，在STM32F103核心板控制下点亮LED1，熄灭LED2；当STM32F103核心板检测到IO1为低电平时，定义高精度气压控制器工作于模式2，用于空闲模式，在STM32F103核心板控制下熄灭LED1，点亮LED2，熄灭LED3；

步骤S4：如果接收到数字式气压传感器的完整数包，转步骤S5，否则，转步骤S3；

步骤S5：处理接收到数字式气压传感器的完整数包，获取密闭气室的实际气压值，设置气压值减去实际气压值，得到气压误差eP(k)；

步骤S6：如果是空闲模式，转步骤7，否则，转步骤S8；

步骤S7：执行Bang-Bang控制算法，转步骤S12；

步骤S8：如果连续5次eP(k)的绝对值在允许的允许范围ε₃内，转步骤S9，否则，转步骤S10；

步骤S9：在STM32F103核心板控制下点亮LED3，通过驱动控制继电器2闭合；

步骤S10：在STM32F103核心板控制下熄灭LED3，通过驱动控制继电器2断开；

步骤S11：执行开关切换模糊PI控制算法；

步骤S12：输出控制量，接收到完整数据包标志清0，转步骤S3。

本发明提供了一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，具备以下有益效果：

本发明解决了现有水位传感器螺栓初始位置调整时气压不稳定及稳定时间过长的问题，通过前馈控制，模式区分，执行Bang-Bang控制算法或开关切换模糊PI控制算法使在水位传感器螺栓初始位置调整时能保持气压稳定，为水位传感器螺栓初始位置调整提供了可靠的气压控制，提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明提出的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器结构框图；

图2为本发明提出的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器工作流程图；

图3为本发明提出的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器工作于空闲模式时执行Bang-Bang控制算法的工作流程图；

图4为本发明提出的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器工作于调试模式时执行开关切换模糊PI控制算法的工作流程图；

图5为本发明提出的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器周期T中断的工作流程图；

图6为本发明提出的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器串口1接收中断的工作流程图；

图7为本发明提出的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器IO口INT1上升沿中断的工作流程图。

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。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，包括STM32F103核心板、L298N驱动模块、直流蠕动气泵1、直流蠕动气泵2、环境空气、密闭气室、接口电路、数字式气压传感器、电磁阀、水位传感器、按键开关、继电器1、模式按键、驱动、继电器2、状态指示LED1、LED2、LED3和电源模块，其特征在于：所述电源模块，其输入为220V市电，有两个输出电压，分别是24V和3.3V，24V为L298N驱动模块、数字式气压传感器、继电器1、电磁阀和继电器2供电，3.3V为STM32F103核心板、接口电路、模式按键、驱动和状态指示LED1、LED2、LED3供电；

所述电磁阀的气路输出端连接有水位传感器；

所述继电器1的线圈供电回路中连接有按键开关；

所述L298N驱动模块通道A的输出连接直流蠕动气泵1的电源端；

所述L298N驱动模块的通道B输出连接直流蠕动气泵2的电源端；

所述直流蠕动气泵1和直流蠕动气泵2通过正转从环境空气中抽气到密闭气室中，通过反转可以从密闭气室中排气到环境空气中；

所述数字式气压传感器的气路接口连接到密闭气室的其中一个开孔上，所述STM32F103核心板通过接口电路连接数字式气压传感器的RS485输出端，所述STM32F103核心板通过数字式气压传感器的通讯协议可以读取字数字式气压传感器测到的实时气压值；

所述STM32F103核心板通过方向信号IN1、IN2和速度信号PWMA连接L298N驱动模块通道A的输入端，通过方向信号IN3、IN4和速度信号PWMB连接L298N驱动模块通道B的输入端；

所述继电器1的常闭触点一端和3.3V的地连接，另外一端和上拉电阻1连接，同时将高低电平信号送给STM32F103核心板的一个IO口INT1，上拉电阻1的另外一端连接3.3V电源；

所述模式按键一端和3.3V的地连接，另外一端和上拉电阻2连接，同时将高低电平信号送给STM32F103核心板的一个IO口IO1，上拉电阻2的另外一端连接3.3V电源。

发明中：直流蠕动气泵1，其工作原理具体包括以下步骤：

步骤一：当IN1为高，IN2为低，速度信号PWMA的占空比大于阈值ε₁时，所述直流蠕动气泵1正转，将环境空气抽气到密闭气室中，使密闭气室的气压增大；

步骤二：当IN1为低，IN2为高，速度信号PWMA的占空比大于阈值ε₁时，所述直流蠕动气泵1反转，从密闭气室中排气到环境空气中，使密闭气室的气压减小；

步骤三：当IN1为低，IN2为低，所述直流蠕动气泵1停止转动，直流蠕动气泵1不对密闭气室的气压进行控制，其阈值ε₁取值范围是0.15到0.3之间。

可选的，所述直流蠕动气泵2，其工作原理具体包括以下步骤：

步骤一：当IN3为高，IN4为低，速度信号PWMB的占空比大于阈值ε₂时，所述直流蠕动气泵2正转，将环境空气抽气到密闭气室中，使密闭气室的气压增大；

步骤二：当IN3为低，IN4为高，速度信号PWMB的占空比大于阈值ε₂时，所述直流蠕动气泵2反转，从密闭气室中排气到环境空气中，使密闭气室的气压减小；

步骤三：当IN3为低，IN4为低，所述直流蠕动气泵2停止转动，直流蠕动气泵2不对密闭气室的气压进行控制，其阈值ε₂取值范围是0.15到0.3之间。

发明中：按键开关串联在所述继电器1的24V线圈供电回路中，断开时，继电器1的线圈断电，闭合后，继电器1的线圈通电；所述继电器1的常开触点串联在所述电磁阀的24V供电回路中，当继电器1线圈断电时，电磁阀供电回路断开，电磁阀闭合，密闭气室和水位传感器之间的气路被切断；当继电器1线圈通电时，电磁阀供电回路闭合，电磁阀打开，密闭气室和水位传感器之间的气路被接通。

发明中：当STM32F103核心板检测到INT1出现上升沿时，表明电磁阀从闭合状态变为打开状态，密闭气室和水位传感器之间的气路从切断变为接通。

发明中：高精度气压控制器，其工作模式如下：

当STM32F103核心板检测到IO1为高电平时，定义高精度气压控制器工作于模式1，用于水位传感器调试模式；

当STM32F103核心板检测到IO1为低电平时，定义高精度气压控制器工作于模式2，用于空闲模式；

当高精度气压控制器工作于模式1，所述状态指示LED1在STM32F103核心板控制下点亮，所述状态指示LED2在STM32F103核心板控制下熄灭；

当高精度气压控制器工作于模式2，所述状态指示LED1在STM32F103核心板控制下熄灭，所述状态指示LED2在STM32F103核心板控制下点亮；

所述STM32F103核心板每隔周期T读一次数字式气压传感器测到的气压实时值，所述周期T的取值范围为20ms到100ms之间，在模式1且电磁阀打开时，用气压设定值减去气压实时值得到气压误差eP(k)，连续5次eP(k)的绝对值在允许的允许范围ε₃内，表明水位传感器上的气压达到了设定值，可以进行螺栓初始位置调整，此时所述状态指示LED3在STM32F103核心板控制下点亮，所述继电器2在STM32F103核心板的输出经过驱动后线圈通电，常开触点变为常闭，所述允许范围ε₃取值范围是0.5mmH2O到3mmH2O之间；

在模式2时，用气压设定值减去气压实时值得到气压误差eP(k)，为保证从模式2切换到模式1后能快速投入工作，将eP(k)的绝对值控制在允许的允许范围ε₄内，所述允许范围ε₄取值范围是3mmH2O到10mmH2O之间。

发明中：当采用人工调整水位传感器螺栓的初始位置时，按键开关可采用带自锁的按钮，当观察到LED3亮的时候，表明可以开始进行调试；当采用可编程逻辑控制器等对水位传感器螺栓的初始位置进行自动调整时，按键开关可采用可编程逻辑控制器等控制的继电器触点，当检测到继电器2的常开触点变为常闭，表明可以开始进行水位传感器螺栓初始位置的调整。

发明中：水位传感器螺栓初始位置调整时，气压设定值通常为124mmH2O，密闭气室的体积为0.5L到5L之间。

发明中：直流气泵1为流量较大的气泵，用于在换水位传感器后气压下降的快速补气，流量最高为600mL/min；直流气泵2为稳态附近的进排气控制，同时抵消调整螺栓位置带来的波动，流量最高为90mL/min。

发明中：应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，工作流程具体包括如下步骤：

步骤S1：开始；

步骤S2：初始化；

步骤S3：读模式按键，当STM32F103核心板检测到IO1为高电平时，定义高精度气压控制器工作于模式1，用于水位传感器调试模式，在STM32F103核心板控制下点亮LED1，熄灭LED2；当STM32F103核心板检测到IO1为低电平时，定义高精度气压控制器工作于模式2，用于空闲模式，在STM32F103核心板控制下熄灭LED1，点亮LED2，熄灭LED3；

步骤S4：如果接收到数字式气压传感器的完整数包，转步骤S5，否则，转步骤S3；

步骤S5：处理接收到数字式气压传感器的完整数包，获取密闭气室的实际气压值，设置气压值减去实际气压值，得到气压误差eP(k)；

步骤S6：如果是空闲模式，转步骤7，否则，转步骤S8；

步骤S7：执行Bang-Bang控制算法，转步骤S12；

步骤S8：如果连续5次eP(k)的绝对值在允许的允许范围ε₃内，转步骤S9，否则，转步骤S10；

步骤S9：在STM32F103核心板控制下点亮LED3，通过驱动控制继电器2闭合；

步骤S10：在STM32F103核心板控制下熄灭LED3，通过驱动控制继电器2断开；

步骤S11：执行开关切换模糊PI控制算法；

步骤S12：输出控制量，接收到完整数据包标志清0，转步骤S3。

其中，当处于空闲模式时，此时不进行水位传感器调试，对密闭气室的气压控制要求可以降低，为保证从空闲模式切换到调试模式时能快速投入工作，用气压设定值减去气压实时值得到气压误差eP(k)，当eP(k)的绝对值小于ε₄时，IN1置低，IN2置低，PWMA占空比设为0，关闭直流蠕动气泵1，所述允许范围ε₄取值范围是3mmH2O到10mmH2O之间；接着判断，当eP(k)的值大于ε₄时，IN3置高，IN4置低，PWMB占空比设为1，打开直流蠕动气泵2全速充气，当eP(k)的值小于-ε₄时，IN3置低，IN4置高，PWMB占空比设为1，打开直流蠕动气泵2全速排气；

当处于调试模式时，用气压设定值减去气压实时值得到气压误差eP(k)，当eP(k)的绝对值小于ε₅时，IN1置低，IN2置低，PWMA占空比设为0，关闭直流蠕动气泵1；接着判断，当eP(k)的绝对值小于ε₆时，执行增量式PI控制算法，首先计算当次增量，采用PI控制，即Δd(K)＝Kp×(eP(K)-eP(K-1))+Ki×eP(K)，然后计算当次占空比，为上次占空比加上当次增量，即D(k)＝D(k-1)+Δd(k)，接着判断，当eP(k)小于0时，IN3置高，IN4置低，PWMB占空比设为D(k)，控制直流蠕动气泵2正转进气，当eP(k)不小于0时，IN3置低，IN4置高，PWMB占空比设为D(k)，控制直流蠕动气泵2反转排气；当eP(k)的绝对值不小于ε₆时，执行模糊控制算法，首先计算当次误差变化量ΔeP(k)＝eP(k)-eP(k-1)，当eP(k)小于0且ΔeP(k)小于0时，IN3置高，IN4置低，PWMB占空比设为1，控制直流蠕动气泵2正转进气；当eP(k)小于0且ΔeP(k)不小于0时，IN3置高，IN4置低，PWMB占空比设为0.5，控制直流蠕动气泵2正转进气；当eP(k)不小于0且ΔeP(k)小于0时，IN3置低，IN4置高，PWMB占空比设为0.5，控制直流蠕动气泵2反转排气；当eP(k)不小于0且ΔeP(k)不小于0时，IN3置低，IN4置高，PWMB占空比设为1，控制直流蠕动气泵2反转排气。

STM32F103核心板中设有周期为T的中断，在周期中断程序中，通过串口1发送读数字式气压传感器的命令。

在STM32F103核心板开放了串口1的接收中断，当数字式气压传感器返回数据时，通过串口1的接收中断接收数据，并完成接收数据处理，如果判断接收到了完整数据包，则将接收到完整数据包标志置1。

STM32F103核心板的IO口INT1设有上升沿中断，INT1从低电平变为高电平时，表明电磁阀从闭合状态变为打开状态，密闭气室和水位传感器之间的气路从切断变为接通，密闭气室等效容积扩大，假定接通前后气体温度不变，由理想气体状态方程可知，密闭气室的气压将下降，为此，引入前馈控制，IN1置高，IN2置低，PWMA占空比设为1，控制直流蠕动气泵1正转进气，提高气压回到给定值的快速性。

需要特别补充的是，经过试验研究发现，直流蠕动气泵有最低启动电压，启动之后且充气量或排气量偏大，如果要实现高精度的气压控制，对密闭气室的体积要求较大，在体积受限的地方，希望减小密闭气室的体积，进一步，可选用由步进电机或伺服电机带动的蠕动气泵。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，包括STM32F103核心板、L298N驱动模块、直流蠕动气泵1、直流蠕动气泵2、环境空气、密闭气室、接口电路、数字式气压传感器、电磁阀、水位传感器、按键开关、继电器1、模式按键、驱动、继电器2、状态指示LED1、LED2、LED3和电源模块，其特征在于：所述电源模块，其输入为220V市电，有两个输出电压，分别是24V和3.3V，24V为L298N驱动模块、数字式气压传感器、继电器1、电磁阀和继电器2供电，3.3V为STM32F103核心板、接口电路、模式按键、驱动和状态指示LED1、LED2、LED3供电；

所述电磁阀的气路输出端连接有水位传感器；

所述继电器1的线圈供电回路中连接有按键开关；

所述L298N驱动模块通道A的输出连接直流蠕动气泵1的电源端；

所述L298N驱动模块的通道B输出连接直流蠕动气泵2的电源端；

所述直流蠕动气泵1和直流蠕动气泵2通过正转从环境空气中抽气到密闭气室中，通过反转可以从密闭气室中排气到环境空气中；

所述数字式气压传感器的气路接口连接到密闭气室的其中一个开孔上，所述STM32F103核心板通过接口电路连接数字式气压传感器的RS485输出端，所述STM32F103核心板通过数字式气压传感器的通讯协议可以读取数字式气压传感器测到的实时气压值；

所述STM32F103核心板通过方向信号IN1、IN2和速度信号PWMA连接L298N驱动模块通道A的输入端，通过方向信号IN3、IN4和速度信号PWMB连接L298N驱动模块通道B的输入端；

所述继电器1的常闭触点一端和3.3V的地连接，另外一端和上拉电阻1连接，同时将高低电平信号送给STM32F103核心板的一个IO口INT1，上拉电阻1的另外一端连接3.3V电源；

所述模式按键一端和3.3V的地连接，另外一端和上拉电阻2连接，同时将高低电平信号送给STM32F103核心板的一个IO口IO1，上拉电阻2的另外一端连接3.3V电源。

2.根据权利要求1所述的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，其特征在于，所述直流蠕动气泵1，其工作原理具体包括以下步骤：

步骤一：当IN1为高，IN2为低，速度信号PWMA的占空比大于阈值ε₁时，所述直流蠕动气泵1正转，将环境空气抽气到密闭气室中，使密闭气室的气压增大；

步骤二：当IN1为低，IN2为高，速度信号PWMA的占空比大于阈值ε₁时，所述直流蠕动气泵1反转，从密闭气室中排气到环境空气中，使密闭气室的气压减小；

步骤三：当IN1为低，IN2为低，所述直流蠕动气泵1停止转动，直流蠕动气泵1不对密闭气室的气压进行控制，其阈值ε₁取值范围是0.15到0.3之间。

3.根据权利要求1所述的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，其特征在于，所述直流蠕动气泵2，其工作原理具体包括以下步骤：

步骤一：当IN3为高，IN4为低，速度信号PWMB的占空比大于阈值ε₂时，所述直流蠕动气泵2正转，将环境空气抽气到密闭气室中，使密闭气室的气压增大；

步骤二：当IN3为低，IN4为高，速度信号PWMB的占空比大于阈值ε₂时，所述直流蠕动气泵2反转，从密闭气室中排气到环境空气中，使密闭气室的气压减小；

步骤三：当IN3为低，IN4为低，所述直流蠕动气泵2停止转动，直流蠕动气泵2不对密闭气室的气压进行控制，其阈值ε₂取值范围是0.15到0.3之间。

4.根据权利要求1所述的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，其特征在于：所述按键开关串联在所述继电器1的24V线圈供电回路中，断开时，继电器1的线圈断电，闭合后，继电器1的线圈通电；所述继电器1的常开触点串联在所述电磁阀的24V供电回路中，当继电器1线圈断电时，电磁阀供电回路断开，电磁阀闭合，密闭气室和水位传感器之间的气路被切断；当继电器1线圈通电时，电磁阀供电回路闭合，电磁阀打开，密闭气室和水位传感器之间的气路被接通。

5.根据权利要求1所述的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，其特征在于，当STM32F103核心板检测到INT1出现上升沿时，表明电磁阀从闭合状态变为打开状态，密闭气室和水位传感器之间的气路从切断变为接通。

6.根据权利要求1所述的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，其特征在于，所述高精度气压控制器，其工作模式如下：

当STM32F103核心板检测到IO1为高电平时，定义高精度气压控制器工作于模式1，用于水位传感器调试模式；

当STM32F103核心板检测到IO1为低电平时，定义高精度气压控制器工作于模式2，用于空闲模式；

当高精度气压控制器工作于模式1，所述状态指示LED1在STM32F103核心板控制下点亮，所述状态指示LED2在STM32F103核心板控制下熄灭；

当高精度气压控制器工作于模式2，所述状态指示LED1在STM32F103核心板控制下熄灭，所述状态指示LED2在STM32F103核心板控制下点亮；

所述STM32F103核心板每隔周期T读一次数字式气压传感器测到的气压实时值，所述周期T的取值范围为20ms到100ms之间，在模式1且电磁阀打开时，用气压设定值减去气压实时值得到气压误差eP(k)，连续5次eP(k)的绝对值在允许的允许范围ε₃内，表明水位传感器上的气压达到了设定值，可以进行螺栓初始位置调整，此时所述状态指示LED3在STM32F103核心板控制下点亮，所述继电器2在STM32F103核心板的输出经过驱动后线圈通电，常开触点变为常闭，所述允许范围ε₃取值范围是0.5mmH2O到3mmH2O之间；

在模式2时，用气压设定值减去气压实时值得到气压误差eP(k)，为保证从模式2切换到模式1后能快速投入工作，将eP(k)的绝对值控制在允许的允许范围ε₄内，所述允许范围ε₄取值范围是3mmH2O到10mmH2O之间。

7.根据权利要求1所述的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，其特征在于，当采用人工调整水位传感器螺栓的初始位置时，按键开关可采用带自锁的按钮，当观察到LED3亮的时候，表明可以开始进行调试；当采用可编程逻辑控制器等对水位传感器螺栓的初始位置进行自动调整时，按键开关可采用可编程逻辑控制器等控制的继电器触点，当检测到继电器2的常开触点变为常闭，表明可以开始进行水位传感器螺栓初始位置的调整。

8.根据权利要求1所述的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，其特征在于：所述水位传感器调试时，气压设定值通常为124mmH2O，水位传感器螺栓初始位置调整时，密闭气室的体积为0.5L到5L之间。

9.根据权利要求1所述的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，其特征在于：所述直流气泵1为流量较大的气泵，用于在更换水位传感器后气压下降的快速补气，流量最高为600mL/min；直流气泵2为稳态附近的进排气控制，同时抵消调整螺栓位置带来的波动，流量最高为90mL/min。

10.根据权利要求1-9任意所述的一种应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，其特征在于，所述应用于水位传感器螺栓初始位置调整的高精度气压控制器，工作流程具体包括如下步骤：

步骤S1：开始；

步骤S2：初始化；

步骤S3：读模式按键，当STM32F103核心板检测到IO1为高电平时，定义高精度气压控制器工作于模式1，用于水位传感器调试模式，在STM32F103核心板控制下点亮LED1，熄灭LED2；当STM32F103核心板检测到IO1为低电平时，定义高精度气压控制器工作于模式2，用于空闲模式，在STM32F103核心板控制下熄灭LED1，点亮LED2，熄灭LED3；

步骤S4：如果接收到数字式气压传感器的完整数包，转步骤S5，否则，转步骤S3；

步骤S5：处理接收到数字式气压传感器的完整数包，获取密闭气室的实际气压值，设置气压值减去实际气压值，得到气压误差eP(k)；

步骤S6：如果是空闲模式，转步骤7，否则，转步骤S8；

步骤S7：执行Bang-Bang控制算法，转步骤S12；

步骤S8：如果连续5次eP(k)的绝对值在允许的允许范围ε₃内，转步骤S9，否则，转步骤S10；

步骤S9：在STM32F103核心板控制下点亮LED3，通过驱动控制继电器2闭合；

步骤S10：在STM32F103核心板控制下熄灭LED3，通过驱动控制继电器2 断开；

步骤S11：执行开关切换模糊PI控制算法；

步骤S12：输出控制量，接收到完整数据包标志清0，转步骤S3。

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