CN113294323B - 流量恒定控制方法、计算机可读存储介质及冲牙器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流量恒定控制方法、计算机可读存储介质及冲牙器，所述流量恒定控制方法包括：采集供电系统的工作电压信号；提取往复式水泵的工作频率信号；计算工作频率信号的波形周期，并且基于波形周期获得往复式水泵的工作频率；基于往复式水泵的工作频率以及往复式水泵和直流电机之间的传动比，计算出直流电机的当前转速；判断直流电机的当前转速是否落入预设转速阈值范围。本发明能够利用往复式水泵对供电系统的工作电压的周期性波动影响，通过往复式水泵的工作频率检测出直流电机的当前转速，从而使射流装置喷射出流量恒稳的水流，无需额外传感器，检测精度高、检测成本低。

Description

流量恒定控制方法、计算机可读存储介质及冲牙器

技术领域

本发明涉及冲牙技术领域，特别是涉及一种流量恒定控制方法、计算机可读存储介质及冲牙器。

背景技术

随着人们对口腔问题的关注度越来越高，冲牙器作为一种口腔健康管理工具，也越来越受到人们的关注。

目前，大多数电动冲牙器在冲牙时为了实现更高的水压，使用供电系统，直流有刷电机、齿轮和连杆结合，推动柱塞泵。柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸水和喷水的过程。所以电动冲牙器喷射水流为脉冲水流。

因为受到供电系统电压波动影响以及电机性能参数差异、连杆齿轮及柱塞泵之间机械摩擦阻力的差异，使用同一款冲牙器的相同档位，不同冲牙器所喷射出的水流的频率差别比较大。用户可能买到的是最差的冲击效果，影响用户体验。

为实现电动冲牙器喷射水流恒定，需要保证直流有刷电机的转速恒定。水流恒定控制方法的基础为电机转速检测。目前常用的电机转速检测方法有：霍尔检测和光栅检测。这两种现有检测方法需要额外增加传感器，并且需要大量的结构件来配合传感器。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种流量恒定控制方法、计算机可读存储介质及冲牙器，利用往复式水泵对供电系统的工作电压的周期性波动影响，通过往复式水泵的工作频率检测出直流电机的当前转速，从而使射流装置喷射出流量恒稳的水流，无需额外传感器，检测精度高、检测成本低。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种流量恒定控制方法，流量恒定控制方法适用于射流装置，射流装置包括往复式水泵、与往复式水泵传动连接的直流电机以及与直流电机电连接的供电系统，供电系统的工作电压受往复式水泵工作的周期性波动影响，所述流量恒定控制方法包括：

采集供电系统的工作电压信号，工作电压信号中混合有往复式水泵的工作频率信号；

提取往复式水泵的工作频率信号；

计算工作频率信号的波形周期，并且基于波形周期获得往复式水泵的工作频率；

基于往复式水泵的工作频率以及往复式水泵和直流电机之间的传动比，计算出直流电机的当前转速；

判断直流电机的当前转速是否落入预设转速阈值范围，若当前转速落入预设转速阈值范围之外，调节直流电机的有效电压，使当前转速落入预设转速阈值范围之内；若当前转速落入预设转速阈值范围之内，保持直流电机的有效电压不变。

优选地，所述提取往复式水泵的工作频率信号的步骤包括：

依次剔除工作电压信号中的直流电源电压信号和干扰信号。

优选地，所述依次剔除工作电压信号中的直流电源电压信号和干扰信号的步骤包括：

在信号采集线路上串联用于过滤直流电源电压信号的电容。

优选地，所述往复式水泵为柱塞泵、活塞泵以及隔膜泵其中的一种。

优选地，所述计算工作频率信号的波形周期的步骤包括：

将往复式水泵的工作频率信号所对应的波形转变为方波。

优选地，所述计算工作频率信号的波形周期的步骤包括：

放大往复式水泵的工作频率信号。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述流量恒定控制方法。

本发明还提供一种冲牙器，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使冲牙器执行所述流量恒定控制方法。

如上所述，本发明的流量恒定控制方法、计算机可读存储介质及冲牙器，具有以下有益效果：在本发明中，首先，采集供电系统的工作电压信号，在采集信号过程中，避免对供电系统的工作电压信号形成干扰，避免造成工作电压信号的二次污染。工作电压信号中混合有直流电源电压信号、干扰信号以及往复式水泵的工作频率信号；一般情况下，干扰信号的频率高于往复式水泵的工作频率f。接着，提取往复式水泵的工作频率信号；其次，计算工作频率信号的波形周期，并且基于波形周期获得往复式水泵的工作频率；然后，基于往复式水泵的工作频率以及往复式水泵和直流电机之间的传动比，计算出直流电机的当前转速；最后，判断直流电机的当前转速是否落入预设转速阈值范围，若当前转速落入预设转速阈值范围之外，调节直流电机的有效电压，使当前转速落入预设转速阈值范围之内；若当前转速落入预设转速阈值范围之内，保持直流电机的有效电压不变。因此，本发明的流量恒定控制方法，利用往复式水泵对供电系统的工作电压的周期性波动影响，通过往复式水泵的工作频率检测出直流电机的当前转速，从而使射流装置喷射出流量恒稳的水流，无需额外传感器，检测精度高、检测成本低。

附图说明

图1显示为本发明的流量恒定控制方法的流程图；

图2显示为剔除直流电源电压信号之后的工作电压信号的波形图；

图3显示为剔除直流电源电压信号和干扰信号之后的工作电压信号的波形图；

图4显示为往复式水泵的工作频率信号的放大波形图；

图5显示为往复式水泵的工作频率信号的方波图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明的射流装置包括往复式水泵、与往复式水泵传动连接的直流电机以及与直流电机电连接的供电系统，供电系统的工作电压受往复式水泵工作的周期性波动影响。往复式水泵为柱塞泵、活塞泵以及隔膜泵其中的一种。

往复式水泵的特性：一般情况下，当往复式水泵抽水时，直流电机的功耗比较小，对供电系统的工作电压的影响也就比较小；当往复式水泵往外喷水时，直流电机的功耗比较大，对供电系统的工作电压的影响也就比较大。当往复式水泵如此往复工作时，通过示波器能够观察到：供电系统的工作电压除直流电压成分之外还混合有波动的电压成分，其中包含往复式水泵对供电系统的影响以及直流电机所带来的杂波成分。

基于此，如图1所示，本发明提供一种流量恒定控制方法，包括：

采集供电系统的工作电压信号，工作电压信号中混合有往复式水泵的工作频率信号；

提取往复式水泵的工作频率信号；

计算工作频率信号的波形周期，并且基于波形周期获得往复式水泵的工作频率；

基于往复式水泵的工作频率以及往复式水泵和直流电机之间的传动比，计算出直流电机的当前转速；

判断直流电机的当前转速是否落入预设转速阈值范围，若当前转速落入预设转速阈值范围之外，调节直流电机的有效电压，使当前转速落入预设转速阈值范围之内；若当前转速落入预设转速阈值范围之内，保持直流电机的有效电压不变。

在本发明中，首先，采集供电系统的工作电压信号，在采集信号过程中，避免对供电系统的工作电压信号形成干扰，避免造成工作电压信号的二次污染。工作电压信号中混合有直流电源电压信号、干扰信号以及往复式水泵的工作频率信号；一般情况下，干扰信号的频率高于往复式水泵的工作频率f。接着，提取往复式水泵的工作频率信号；其次，计算工作频率信号的波形周期，并且基于波形周期获得往复式水泵的工作频率；然后，基于往复式水泵的工作频率以及往复式水泵和直流电机之间的传动比，计算出直流电机的当前转速，具体的，n＝f·t·60(转/分钟)，其中n为直流电机的当前转速，f为往复式水泵的工作频率，t为往复式水泵和直流电机之间的传动比；最后，判断直流电机的当前转速是否落入预设转速阈值范围，若当前转速落入预设转速阈值范围之外，调节直流电机的有效电压，使当前转速落入预设转速阈值范围之内；若当前转速落入预设转速阈值范围之内，保持直流电机的有效电压不变。因此，本发明的流量恒定控制方法，利用往复式水泵对供电系统的工作电压的周期性波动影响，通过往复式水泵的工作频率检测出直流电机的当前转速，从而使射流装置喷射出流量恒稳的水流，无需额外传感器，检测精度高、检测成本低。

如图2、图3、图4以及图5所示，为了便于提取往复式水泵的工作频率信号，上述提取往复式水泵的工作频率信号的步骤包括：依次剔除工作电压信号中的直流电源电压信号和干扰信号。

进一步的，上述依次剔除工作电压信号中的直流电源电压信号和干扰信号的步骤包括：在信号采集线路上串联用于过滤直流电源电压信号的电容，这样能够阻碍直流电源电压信号的传输，仅仅保留具有波动性的交流信号(即往复式水泵的工作频率信号和干扰信号)。此外，往复式水泵的工作频率一般在40Hz以下，而干扰信号的频率一般比较高，高于40Hz。因此，可以使用低通滤波方式来剔除高频的干扰信号，保留往复式水泵的工作频率信号。

由于上述往复式水泵的工作频率信号的波形不是标准的正弦波、方波和三角波。如果往复式水泵的工作频率信号进行频率分析，则需要运算能力非常大的集成电路芯片(即单片机)，并且配合比较复杂的算法，才能计算出工作频率。此外，往复式水泵的工作频率信号的波形为交流波形，具有负电压成分，而直流供电的集成电路芯片不能直接进行测量负电压成分，这样无疑增加了工作频率的分析成本和产品的开发周期。因此，上述计算工作频率信号的波形周期的步骤包括：将往复式水泵的工作频率信号所对应的波形转变为方波。例如，利用运算放大器的比较功能，设定一个标准值，若工作频率信号大于标准值，则运算放大器输出高电平；若工作频率信号低于标准值，则运算放大器不输出，从而得到方波。

方波很容易被普通的单片机测量。通过单片机的定时器功能，可以计算出两个方波之间的间隔时长，从而计算出往复式水泵的工作频率。为了提高工作频率的检测精确性，可以连续采集、计算多个工作频率，例如工作频率的数量可以是20个，并将所有工作频率的数据归纳至一个数组中。在完成信号采集后，对该数组中的所有数据进行递增排序，然后剔除最小值和最大值，最后对剩余的数据求平均值，该平均值即为比较稳定、比较精准的往复式水泵的工作频率。

由于在剔除直流电源电压信号、干扰信号之后的工作频率信号非常微弱，不方便获取，并且工作频率信号容易受到干扰，上述计算工作频率信号的波形周期的步骤包括：放大往复式水泵的工作频率信号，这样便于往复式水泵的工作频率信号的传输和检测。具体的，通过运算放大器对往复式水泵的工作频率信号进行放大，并限制工作频率信号的放大倍数。

最后，判断直流电机的当前转速是否落入预设转速阈值范围，若当前转速落入预设转速阈值范围之外，调节直流电机的有效电压，使当前转速落入预设转速阈值范围之内；若当前转速落入预设转速阈值范围之内，保持直流电机的有效电压不变。例如，通过单片机发送PWM(脉冲宽度调制)信号，控制MOS管(或者其他电子开关)。单片机通过调整PWM的占空比m来控制直流电机的两端的有效电压，从而实现控制直流电机的启停和调速。

具体地，当射流装置所设定的直流电机的预设转速为n1，测量得到的当前转速为n，两个转速的差值N＝n1-n。

首先判断差值N与预设转速n1的比值N/n1是否落入预设转速阈值范围，若N/n1在-2％～2％内，则误差偏小，本次不调整PWM的占空比m，保持原有值不变。

接着，判断差值N是否为正值：

如果N为正值，说明当前转速n没有达到预设转速n1，将PWM的占空比调整至m+N/n1，然后进行下次采样和比较，直至比值N/n1落入-2％～2％内。

如果N为负值，说明当前转速n超过预设转速n1，将PWM的占空比调整至m-N/n1，然后进行下次采样和比较，直到比值N/n1落入-2％～2％内。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现上述流量恒定控制方法。

计算机可读存储介质：

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该计算机程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤。

于本申请提供的实施例中，上述计算机可读存储介质可以包括只读存储器、随机存取存储器、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储设备、闪存、U盘、移动硬盘、或者能够用于存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机进行存取的任何其它介质。另外，任何连接都可以适当地称计算机可读存储介质。例如，如果指令是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字订户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术，从网站、服务器或其它远程源发送的，则所述同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术包括在所述介质的定义中。然而，应当理解的是，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或者其它暂时性介质，而是旨在针对于非暂时性、有形的存储介质。如申请中所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常磁性地复制数据，而光盘则用激光来光学地复制数据。

本发明还提供一种冲牙器，包括：处理器及存储器；

上述存储器用于存储计算机程序，上述处理器用于执行上述存储器存储的计算机程序，以使冲牙器执行上述流量恒定控制方法。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

综上所述，本发明的流量恒定控制方法、计算机可读存储介质及冲牙器，利用往复式水泵对供电系统的工作电压的周期性波动影响，通过往复式水泵的工作频率检测出直流电机的当前转速，从而使射流装置喷射出流量恒稳的水流，无需额外传感器，检测精度高、检测成本低。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种流量恒定控制方法，其特征在于，流量恒定控制方法适用于射流装置，射流装置包括往复式水泵、与往复式水泵传动连接的直流电机以及与直流电机电连接的供电系统，供电系统的工作电压受往复式水泵工作的周期性波动影响，所述流量恒定控制方法包括：

采集供电系统的工作电压信号，工作电压信号中混合有往复式水泵的工作频率信号；

提取往复式水泵的工作频率信号；

计算工作频率信号的波形周期，并且基于波形周期获得往复式水泵的工作频率；

基于往复式水泵的工作频率以及往复式水泵和直流电机之间的传动比，计算出直流电机的当前转速；n＝f·t·60(转/分钟)，其中n为直流电机的当前转速，f为往复式水泵的工作频率，t为往复式水泵和直流电机之间的传动比；

判断直流电机的当前转速是否落入预设转速阈值范围，若当前转速落入预设转速阈值范围之外，调节直流电机的有效电压，使当前转速落入预设转速阈值范围之内；若当前转速落入预设转速阈值范围之内，保持直流电机的有效电压不变。

2.根据权利要求1所述的流量恒定控制方法，其特征在于，所述提取往复式水泵的工作频率信号的步骤包括：

依次剔除工作电压信号中的直流电源电压信号和干扰信号。

3.根据权利要求2所述的流量恒定控制方法，其特征在于，所述依次剔除工作电压信号中的直流电源电压信号和干扰信号的步骤包括：

在信号采集线路上串联用于过滤直流电源电压信号的电容。

4.根据权利要求1所述的流量恒定控制方法，其特征在于，所述往复式水泵为柱塞泵、活塞泵以及隔膜泵其中的一种。

5.根据权利要求1所述的流量恒定控制方法，其特征在于，所述计算工作频率信号的波形周期的步骤包括：

将往复式水泵的工作频率信号所对应的波形转变为方波。

6.根据权利要求1所述的流量恒定控制方法，其特征在于，所述计算工作频率信号的波形周期的步骤包括：

放大往复式水泵的工作频率信号。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述流量恒定控制方法。

8.一种冲牙器，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使冲牙器执行如权利要求1至6中任一项所述流量恒定控制方法。

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