CN113848468A - 一种基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法及电磁阀 - Google Patents

一种基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法及电磁阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法及电磁阀，所述检测方法包括以下步骤：步骤1、系统上电、系统参数初始化，配置芯片的MCU引脚为外部中断功能；步骤2、使电磁阀开关输出一个短暂的高电平信号；步骤3、当芯片MCU检测到输入端OUT‑ZERO有中断信号时，内部计时器开始计时；步骤4、计算中断信号的周期值，对比电磁阀的开合时对应的周期值，判断当前电磁阀的工作状态；步骤5、若周期值符合预设的阈值，则电磁阀为正常工作；否则，系统向用户发出提醒或中断工作。启动一个短时间的使能信号，电感储能，当使能信号消失时，电感通过电阻开始振荡放电，通过检测电磁阀电感量的大小，可判断电磁阀的开合状态。

Description

一种基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法及电磁阀
技术领域
本发明涉及家电相关技术领域，尤其涉及一种基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法及电磁阀。
背景技术
在燃气灶具或热水器等家电的使用中，一般通过自吸电磁阀来控制可燃气体的通断。
在现有的控制系统中，缺乏对电磁阀的状态进行监测，当电磁阀处于异常状态、即活塞锥体不能正常伸缩时，会导致系统控制失控；而且当前也没有自动发出警报或预警的功能，给用户的操作带来极大的安全隐患。
发明内容
为克服现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法及电磁阀。
本发明通过以下技术措施实现的，所述检测方法包括以下步骤：
步骤1、系统上电、系统参数初始化，配置芯片的MCU引脚为外部中断功能；
步骤2、使电磁阀开关输出一个短暂的高电平信号；
步骤3、当芯片MCU检测到输入端OUT-ZERO有中断信号时，内部计时器开始计时；
步骤4、计算中断信号的周期值，对比电磁阀的开合时对应的周期值，判断当前电磁阀的工作状态；
步骤5、若周期值符合预设的阈值，则电磁阀为正常工作；否则，系统向用户发出提醒或中断工作。
作为一种优选方式，步骤1还包括：MCU引脚在系统运行时产生中断信号，用来开启时间继电器的周期性脉冲电压输出，进而控制电磁阀的打开与关闭。
作为一种优选方式，步骤2还包括：所述高电平信号为电压脉冲给电感充电，电感两端的电压在短时间内增加，该电压值为预设数值，达到预设数值后电阻开始放电。
作为一种优选方式，电感元件的电压响应计算公式为：
Figure BDA0003272975100000021
其中，u(t)为单位阶跃函数。
作为一种优选方式，电感时间常数T的计算公式为：T＝L/R；
当电阻R为固定值，则电感L决定周期T的值。
作为一种优选方式，所述步骤4还包括：当中断信号发生N次后，所用的时间为t，则周期值T的计算公式为：T＝t/n。
作为一种优选方式，步骤5具体包括：所述MCU检测到电磁阀开关出现故障，则控制声光报警模块发出预警，同时切断点火电源。
作为一种优选方式，电磁阀开关输出一个短暂的高电平信号充当单位冲击信号，利用电感元件的时间常数确定振荡周期T，振荡周期T与电感量成正比。
一种电磁阀，包括电枢，所述电枢上下对应连接有弹簧和活塞中心杆，所述活塞中心杆下连接有活塞锥，所述活塞锥安装在锥座内。
作为一种优选方式，还包括电磁线圈，所述电磁线圈设置在电枢外围，且允许电流通过。
基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法及电磁阀，启动一个能使电磁阀开关输出短暂高电平的信号，充当单位冲激信号，根据冲激响应曲线的特征，利用T＝L/R时间常数，只要电阻R为固定值，那么周期T就由电感L决定；当活塞锥推出来时，电感量小，产生的振荡周期T就的小；反之，当活塞锥缩回时，电感量大，产生的振荡周期T就的大，利用该特性，即可判断电磁阀当前的状态。
附图说明
图1为本发明实施例的工作流程示意图；
图2为本发明实施例的单位冲激函数的示意图；
图3为本发明实施例的电磁阀示意图；
图4为本发明实施例的LC电路的冲激响应示意图；
图5为本发明实施例的LC电路的冲激响应示意图；
图6为本发明实施例的LC电路的冲激响应示意图；
图7为本发明实施例的冲激响应的曲线示意图；
图8为本发明实施例的电磁阀驱动电路示意图。
附图标记
1.电枢2.电磁线圈3.活塞锥4.锥座5.活塞体
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
一种基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法，参考图1至图8，所述检测方法包括以下步骤：
步骤1、系统上电、系统参数初始化，配置芯片的MCU引脚为外部中断功能；
还包括：MCU引脚在系统运行时产生中断信号，用来开启时间继电器的周期性脉冲电压输出，进而控制电磁阀的打开与关闭。
电磁阀开关输出一个短暂的高电平信号充当单位冲击信号，如1毫秒，利用电感元件的时间常数确定振荡周期T，振荡周期T与电感量成正比；当活塞锥推出来时，电感量小，产生的振荡周期T(T＝L/R)就小；反之，当活塞锥缩回时，电感量大，产生的振荡周期T就大。
步骤2、使电磁阀开关输出一个短暂的高电平信号；参考图2，该高电平信号充当单位冲激信号，根据冲激响应曲线的特征，利用T＝L/R时间常数，只要电阻R为固定值，那么周期T就由电感L决定。其中，单位冲激函数是一个“面积”等于1的理想化了的窄脉冲。也就是说，这个脉冲的幅度等于它的宽度的倒数。当这个脉冲的宽度愈来愈小时，它的幅度就愈来愈大。当它的宽度按照数学上极限法则趋近于零时，那么它的幅度就趋近于无限大，这样的一个脉冲就是单位冲激函数。
还包括：所述高电平信号为电压脉冲给电感充电，电感两端的电压在短时间内增加，该电压值为预设数值，达到预设数值后电阻开始放电。用一个持续时间很短，但幅度很大的电压脉冲给电磁线圈(电感)充电，这时电路中的电流或电磁线圈(电感)两端的电压变化就近似于这个系统的冲激响应。在这种情况下，电磁线圈(电感)两端的电压在很短的时间内就达到了一定的数值，然后就通过电阻放电。
步骤3、当芯片MCU检测到输入端OUT-ZERO有中断信号时，内部计时器开始计时；
电感元件的电压响应计算公式为：
Figure BDA0003272975100000051
其中，u(t)为单位阶跃函数；每一种电压的冲激响应是对应传输函数的反拉普拉斯变换，它代表电路对于包含脉冲或狄拉克δ函数的输入电压的响应。
电感时间常数T的计算公式为：T＝L/R；
当电阻R为固定值，则电感L决定周期T的值。
参考图4至图6，系统在单位冲激函数激励下引起的零状态响应被称之为该系统的冲激响应。冲激响完全由系统本身的特性所决定，与系统的激励源无关，是用时间函数表示系统特性的一种常用方式。根据T＝L/R的时间常数，只要电阻R为固定值，那么周期T就由电感L决定。当t小于或等于0时，δu(t)还没有作用，等效电路如图4所示；如图5所示，当t小于0+，大于0-时，δu(t)起正作用；如图6所示，当0+小于或等于t时，δu(t)作用完毕，电感储能，通过电阻R开始震荡放电。
步骤4、计算中断信号的周期值，对比电磁阀的开合时对应的周期值，判断当前电磁阀的工作状态。
还包括：当中断信号发生N次后，所用的时间为t，则周期值T的计算公式为：T＝t/n。
步骤5、若周期值符合预设的阈值，则电磁阀为正常工作；否则，系统向用户发出提醒或中断工作；参考图5，在用一个持续时间很短的使能信号(电磁阀开关SW1吸合，这时，由于机械惯性和能量级别太低，电磁阀的状态并不会改变)，电感储能，当使能信号消失时，电感通过电阻开始振荡放电，电磁阀电感量的大小，跟电磁阀的开合状态有关。
当活塞锥推出来时，电感量小，产生的振荡周期T(T＝L/R)就的小；反之，当活塞锥缩回时，电感量大，产生的振荡周期T就的大。利用这个特性，就可以判断电磁阀当前的状态。
具体包括：所述MCU检测到电磁阀开关出现故障，则控制声光报警模块发出预警，同时切断点火电源。
一种电磁阀，包括电枢，所述电枢上下对应连接有弹簧和活塞中心杆，所述活塞中心杆下连接有活塞锥，所述活塞锥安装在锥座内；还包括电磁线圈，所述电磁线圈设置在电枢外围，且允许电流通过。
在本实施例中，参考图3和图8，电磁阀工作原理为：电磁线圈中如果没有电流，则无磁场存在，电枢不受磁力但受压力弹簧之推送。活塞中心杆是和电枢接在一起的，弹簧阻力下压推动中心杆向下推，活塞锥即套进锥座，此时，从进口到出口之间的通路被堵塞。如果线圈中有电流通过，产生磁场，磁力将电枢向上推。电枢必须克服弹簧下推的力量，使中心杆和活塞锥离开锥座，从进口到出口的通过即可畅通。电磁都是双位置装置，即不是全开就是全关，为开闭式控制系统所用的装置。
以上是对本发明一种基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法及电磁阀进行的阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
步骤1、系统上电、系统参数初始化，配置芯片的MCU引脚为外部中断功能；
步骤2、使电磁阀开关输出一个短暂的高电平信号；
步骤3、当芯片MCU检测到输入端OUT-ZERO有中断信号时，内部计时器开始计时；
步骤4、计算中断信号的周期值，对比电磁阀的开合时对应的周期值，判断当前电磁阀的工作状态；
步骤5、若周期值符合预设的阈值，则电磁阀为正常工作；否则，系统向用户发出提醒或中断工作。
2.根据权利要求1所述的基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法，其特征在于，步骤1还包括：MCU引脚在系统运行时产生中断信号，用来开启时间继电器的周期性脉冲电压输出，进而控制电磁阀的打开与关闭。
3.根据权利要求1所述的基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法，其特征在于，步骤2还包括：所述高电平信号为电压脉冲给电感充电，电感两端的电压在短时间内增加，该电压值为预设数值，达到预设数值后电阻开始放电。
4.根据权利要求3所述的基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法，其特征在于，电感元件的电压响应计算公式为：
Figure FDA0003272975090000011
其中，u(t)为单位阶跃函数。
5.根据权利要求3所述的基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法，其特征在于，电感时间常数T的计算公式为：T＝L/R；
当电阻R为固定值，则电感L决定周期T的值。
6.根据权利要求1所述的基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法，其特征在于，所述步骤4还包括：当中断信号发生N次后，所用的时间为t，则周期值T的计算公式为：T＝t/n。
7.根据权利要求1所述的基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法，其特征在于，步骤5具体包括：所述MCU检测到电磁阀开关出现故障，则控制声光报警模块发出预警，同时切断点火电源。
8.根据权利要求1所述的基于单位冲激函数的电磁阀状态检测方法，其特征在于，电磁阀开关输出一个短暂的高电平信号充当单位冲击信号，利用电感元件的时间常数确定振荡周期T，振荡周期T与电感量成正比。
9.一种电磁阀，其特征在于，包括电枢，所述电枢上下对应连接有弹簧和活塞中心杆，所述活塞中心杆下连接有活塞锥，所述活塞锥安装在锥座内。
10.根据权利要求9所述的电磁阀，其特征在于，还包括电磁线圈，所述电磁线圈设置在电枢外围，且允许电流通过。
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