CN114046723A - 一种基于码盘计数器的电动阀门开度检测系统 - Google Patents

一种基于码盘计数器的电动阀门开度检测系统 Download PDF

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魏东兴
王佳豪
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Abstract

本发明公开了一种基于码盘计数器的电动阀门开度检测系统，包括：码盘计数器、MCU模块、电机控制模块、后备电源模块、限位开关和电源模块。其中，电机驱动阀门运动时带动码盘同轴转动，所述MCU模块通过检测码盘计数器输出的脉冲个数、根据脉冲个数与电动阀门开度值的关系，计算阀门开度相对变化量，所述MCU模块通过检测控制电机的GPIO引脚电平的高低，判断电机正反转，进而确定阀门开度值变化趋势，最后获得电动阀门开度值。

Description

一种基于码盘计数器的电动阀门开度检测系统
技术领域
本发明涉及电动阀门开度检测技术领域，尤其涉及一种基于码盘计数器的电动阀门开度检测系统。
背景技术
目前检测电动阀门开度值的方法主要有如下三种：第一种是开阀时间检测，但随着时间的推移，阀体本身的磨损、松脱与阀门电机角速度的不均匀都会导致所检测的阀门开度值出现偏差；第二种方法是档位检测，但是由于电动阀门档位个数较少，所以档位检测的分辨率较低，误差较大；第三种是电位器检测，由于电位器也会出现磨损，使用电位器检测也会造成检测结果不准确。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于码盘计数器的电动阀门开度检测系统，具体方案包括：
码盘计数器，与电动阀门的电机转轴同轴连接，当探测到障碍物时输出高电平信号，当无障碍物或者超出探测范围时输出低电平信号；
MCU模块，当电动阀门的电机带动码盘转动时检测脉冲个数，计算阀门开度相对变化量，根据控制电机的引脚电平判断电机的转动状态从而判断阀门开度值的变化趋势，所述MCU模块包括用于存储脉冲个数的后备寄存器；
电机控制模块，接收MCU模块传送的引脚电平信号控制电机正反转；
后备电源模块，当该检测系统掉电时为MCU模块提供电源；
限位开关，当阀门工作至限位开关极限位置时向MCU模块预警信号，所述MCU模块控制电机停转。
进一步的，电机驱动阀门运动时带动码盘同轴转动，所述MCU模块通过检测码盘计数器输出的脉冲个数、根据脉冲个数与电动阀门开度值的关系，计算阀门开度相对变化量，所述MCU模块通过检测控制电机的GPIO引脚电平的高低，判断电机正反转，进而确定阀门开度值变化趋势，最后获得电动阀门开度值。
进一步的，该系统还包括电源模块，所述电源模块为电机模块和MCU模块提供电源。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于码盘计数器的电动阀门开度检测系统，该系统与电动阀门建立连接后通过电机控制模块检测阀门开度变化趋势，再通过码盘计数器获得阀门开度值的相对变化，获得准确的电动阀门开度值，本系统采用的方法与采用电位器检测电动阀门开度的方法相比能够避免由于直行程电位器长时间磨损所导致的测量结果的偏差，因此具有更好的稳定性和更高的检测精度，能够有效避免装置之间直接摩擦而导致的磨损，具有寿命长的优点，通过改变码盘计数器规格或者改变与码盘计数器进行物理连接的电机转轴，调整检测精度以适应不同工作场合。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统的结构框图；
图2为本发明系统中阀门标定的程序流程图；
图3为本发明系统中MCU模块工作状态下的控制流程图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：
如图1所示的一种基于码盘计数器的电动阀门开度检测系统，该系统在第一次完成码盘计数器与电动阀门的物理连接后，由于电机控制模块中限位开关的存在，当电动阀门全闭或者全开时，电机停转，可记录电动阀门由全闭至全开时，电动阀门带动码盘计数器转动在MCU模块的GPIO口所产生的脉冲个数，记为N。当阀门开度值发生变化时，MCU模块通过检测控制电机的GPIO引脚电平的高低，判断电机正反转，进而确定阀门开度值变化趋势。通过检测码盘计数器输出的脉冲个数计算阀门开度值的相对变化量，最后获得准确的电动阀门开度值，具体的该系统包括码盘计数器、MCU模块、电机控制模块、后备电源模块、限位开关和电源模块。
进一步的，码盘计数器与电动阀门的电机转轴同轴相连，采用5V电压供电，输出信号为数字信号(脉冲信号)，检测方式为红外射线通断，当探测到障碍物时输出高电平信号，无障碍物或者超出探测范围输出低电平信号。
进一步的，MCU模块通过GPIO口线与码盘计数器相连接，用于当码盘计数器随着电动阀门的电机同轴转动时，检测所产生的脉冲的个数，通过GPIO口线与电机控制模块相连，控制电机正反转。
所述后备电源模块包括标称电压为3.3V的纽扣电池，在系统掉电时为MCU模块供电，当阀门开度值发生变化时，将阀门开度值实时存入后备寄存器中，同时能够避免系统突然断电时对阀门开度检测所产生的错误。
所述电机控制模块通过芯片GPIO引脚输出电平的高低，来控制继电器的通断，控制电机的正反转。
所述限位开关的作用是当阀门工作至限位开关极限位置时向MCU模块预警信号，所述MCU模块控制电机停转。
如图2所示阀门标定的过程为：
S1：GPIO及后备寄存器初始化，执行S2；
S2：判断限位开关是否动作，若动作，则执行S3；否则执行S1；
S3：判断电机是否正转，若正转，则执行S4；否则执行S5；
S4：后备寄存器中存储的脉冲个数n置为0；
S5：后备寄存器中存储的脉冲个数n置为N。
上述关于图2的程序流程框图为本发明实施例所采用的闸阀出厂时的标定流程，特别说明的是，当阀门工作至全开或者全闭时，也可采取上述流程进行标定，以提高阀门开度检测的准确性。
所述MCU模块工作状态下包括如下步骤：
S1：GPIO及后备寄存器初始化，执行S2；
S2：当电动阀门动作时，设置MCU的GPIO口线的外部中断为低电平触发模式，外部中断产生后中断标志位置1，执行S3；
S3：判断此次脉冲持续时间是否符合要求，因电动机在刚开始启动时会出现抖动，会导致出现因电动机抖动所产生的无效的中断，所以若中断符合要求，执行S4，否则执行S2；
S4：读取后备寄存器所存储的上一次阀门开度值所对应的脉冲个数，执行S5；
S5：根据MCU控制电机模块的引脚电平，来判断电机的转动状态(正转或者反转)，即判断阀门开度值的变化趋势。若电机正转，则电动阀门在此次动作过程中开度值增大，当前的电动阀门开度值为后备寄存器中所存储的上一次阀门开度对应脉冲个数n加上1；若电机反转，则电动阀门在此次动作过程中开度值减小，当前的电动阀门开度值为后备寄存器中所存储的上一次阀门开度对应脉冲个数n减去1；执行S6；
S6：中断标志位置0，将当前阀门开度所对应的脉冲个数存入后备寄存器中，本实例以闸阀为例，则当前阀门开度Y(n)可由表达式(1)计算得出：
Figure BDA0003340697270000041
式(1)中S1为当前阀门开度时的通流截面积，S为阀门全开时的通流截面积，分别由式(2)和式(3)表示：
Figure BDA0003340697270000042
S＝πR2 (3)
式(2)和式(3)中，R为阀门通径的二分之一，x为由电机旋转转化成的阀杆行程，x1为阀门全闭时对应的行程位置，x2为当前阀门开度下的行程位置，分别可由式(4)和式(5)表示：
x1＝-R (4)
Figure BDA0003340697270000043
式(4)和式(5)中n为当前阀门开度值所对应的脉冲个数；N为阀门由“全闭”状态至“全开”状态对应的脉冲个数。
以上所述，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 (3)

1.一种基于码盘计数器的电动阀门开度检测系统，其特征在于包括：
码盘计数器，与电动阀门的电机转轴同轴连接，当探测到障碍物时输出高电平信号，当无障碍物或者超出探测范围时输出低电平信号；
MCU模块，当电动阀门的电机带动码盘转动时检测脉冲个数，计算阀门开度相对变化量，根据控制电机的引脚电平判断电机的转动状态从而判断阀门开度的变化趋势，所述MCU模块包括用于存储脉冲个数的后备寄存器；
电机控制模块，接收MCU模块传送的引脚电平信号控制电机正反转；
后备电源模块，当该检测系统掉电时为MCU模块提供电源；
限位开关，当阀门工作至限位开关极限位置时向MCU模块预警信号，所述MCU模块控制电机停转。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：电机驱动阀门运动时带动码盘同轴转动，所述MCU模块通过检测码盘计数器输出的脉冲个数、根据脉冲个数与电动阀门开度值的关系，计算阀门开度相对变化量，所述MCU模块通过检测控制电机的GPIO引脚电平的高低，判断电机正反转，进而确定阀门开度值变化趋势，最后获得电动阀门开度值。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该系统还包括电源模块，所述电源模块为电机模块和MCU模块提供电源。
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