CN114167911A - Erv自动温控阀及其有效降低电机耗能的控制方法 - Google Patents

Erv自动温控阀及其有效降低电机耗能的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种ERV自动温控阀有效降低电机耗能的控制方法，包括以下步骤：调温阶段，控制驱动电机驱使推杆向关阀方向推出，执行关阀过程，并配置关阀过程的推力为第一档，控制驱动电机驱使推杆向开阀方向回收，执行开阀过程，并配置开阀过程的推力为第二档。上电时全关定位阶段，在全关定位中控制驱动电机驱使推杆向关阀方向推出第一行程，执行锁定全关点，并配置锁定全关点的推力为第三档，控制驱动电机驱使推杆向开阀方向回收第二行程，并配置试探回收推杆过程的推力为第四档。本发明通过将驱动电机在执行不同的运动过程时，配置不同大小的推力，即第一档和第二档，可实现使用干电池供电，且达到两节干电池可使温控阀正常工作半年以上。

Description

ERV自动温控阀及其有效降低电机耗能的控制方法
技术领域
本发明涉及供暖设备技术领域。更具体地说，本发明涉及一种ERV自动温控阀及其有效降低电机耗能的控制方法。
背景技术
ERV自动温控阀是一种小型温控阀，采用阀体的开和关或阀体开度来调节温度，现有的自动温控阀通常采用外部供电方式，这种方式需要连接外部供电电源线，限制了自动温控阀的使用场合，目前阀体调节温度一般采用直流电机，直流电机耗电量大，并不适用于通过干电池进行供电的产品，故亟需提供一种可通过干电池供电的自动温控阀。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种ERV自动温控阀有效降低电机耗能的控制方法，其通过将驱动电机在执行不同的运动过程时，配置不同大小的推力，即第一档和第二档，可实现使用干电池供电，且达到两节干电池可使温控阀正常工作半年以上。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种自动温控阀有效降低电机耗能的控制方法，包括以下步骤：
调温阶段，控制驱动电机驱使推杆向关阀方向推出，执行关阀过程，并配置关阀过程的推力为第一档，控制驱动电机驱使推杆向开阀方向回收，执行开阀过程，并配置开阀过程的推力为第二档，其中，第一档、第二档对应的推力不同。
优选的是，推力为第一档时所述驱动电机消耗电流为450～550mA，推力为第二档时所述驱动电机消耗电流为250～300mA。
优选的是，还包括：上电时全关定位阶段，在全关定位中控制驱动电机驱使推杆向开阀方向回收第二行程，执行试探回收推杆过程，并配置试探回收推杆过程的推力为第四档，控制驱动电机驱使推杆向关阀方向推出第一行程，执行锁定全关点过程，并配置锁定全关点过程的推力为第三档。
优选的是，所述第一行程为5.5mm，所述第二行程为5.6mm。
优选的是，推力为第三档时所述驱动电机消耗电流为530～600mA，推力为第四档时所述驱动电机消耗电流为280～330mA。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，还提供了一种ERV自动温控阀，包括：
阀体本体，其由推杆的移动控制开阀和关阀；
驱动电机，其驱动所述推杆的移动；
MCU，其与所述驱动电机通讯连接，所述MCU用于执行如权利要求1-5任意一项所述的控制方法；
其中，所述ERV自动温控阀采用电池供电。
优选的是，还包括：
温度传感器，其用于检测环境温度；
数据输入端，其用于输入控制目标；
所述MCU根据环境温度和控制目标计算单位时间内需要的热水流入量，并计算出阀体本体的预开度，然后所述MCU控制所述驱动电机驱使所述推杆执行开阀过程或者关阀过程以至阀体本体的开度与预开度匹配，完成调温。
优选的是，所述数据输入端为按键和/或与所述MCU通过ZigBee通讯连接的移动端。
优选的是，还包括显示屏，其用于显示人机交互信息。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明通过将驱动电机在执行不同的运动过程时，配置不同大小的推力，即第一档和第二档，可实现使用干电池供电，且达到两节干电池可使温控阀正常工作半年以上，减少驱动电机动作过程中干电池电能的损耗，同时，使用干电池供电不需要外部供电电源线，可进一步实现自动温控阀可安装于多种场合，减少温控阀的使用限制；在试探找出全关点位置时试探推出推杆或试探回收推杆时，配置相对应的第三档或第四档的推力，有效减少了上电了驱动电机的耗电，避免电能的浪费，延长干电池的使用时间。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的其中一个技术方案所述的ERV自动温控阀的软件结构流程图结构示意图；
图2为本发明所述的其中一个技术方案所述的调温阶段关阀过程的流程图；
图3为本发明所述的其中一个技术方案所述的调温阶段开阀过程的流程图；
图4为本发明所述的其中一个技术方案所述的上电全关定位阶段推杆试探推出的流程图；
图5为本发明所述的其中一个技术方案所述的上电全关定位阶段推杆试探回收的流程图；
图6为本发明所述的其中一个技术方案所述的上电全关定位阶段中定时器中断处理的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-6所示，本发明提供一种ERV自动控温阀的有效降低电机耗能的控制方法，包括以下步骤：
调温阶段，控制驱动电机驱使推杆向关阀方向推出，执行关阀过程，并配置关阀过程的推力为第一档，控制驱动电机驱使推杆向开阀方向回收，执行开阀过程，并配置开阀过程的推力为第二档，其中，第一档、第二档对应的推力不同。
在这种技术方案中，将驱动电机与阀体本体的推杆连接好后，需要调温时，基于实际需求(例如环境温度大于设定温度)，使用第一档的推力控制驱动电机驱使推杆向关阀方向推出，定义为此时驱动电机的转向为正转，朝向关阀方向可调小阀体本体的开度，进而实现调温，基于实际需求(例如环境温度小于设定温度)，使用第二档的推力控制驱动电机驱使推杆向开阀的方向回收，定义此时驱动电机的转向为反转，朝向开阀方向回收推杆可调大阀体本体的开度；在水暖供暖系统中，阀体本体都是“常开阀”，其内部设有机械弹簧，确保在没有受到主动“关阀”的动作时，都会呈现“开阀状态”，即，当没有推杆推出时，阀体本体由“弹簧弹力”驱使，使阀体本体处于“开阀”状态，因此ERV自动温控阀通过一定的控制方法在不同的场景下使用不同的推力(推力可理解为不同的功率，注：根据能量守恒定律，推力越大耗电越大)，相比于现有技术开阀过程和关阀过程均使用相同的推力，本申请通过使用不同的推力可有效减少驱动电机电能损耗。
使用过程中，基于监测到的环境温度与设定温度的对比分析，调整驱动电机的工作状态，若环境温度大于设定温度，则驱动电机驱使推杆推出，在第一档推力的作用下执行关阀过程，若环境温度小于设定温度，则驱动电机使推杆回收，在第二档推力的作用下执行开阀过程。
采用该技术方案中，本发明通过将驱动电机在执行不同的运动过程时，配置不同大小的推力，即第一档和第二档，可实现使用干电池供电，且达到两节干电池可使温控阀正常工作半年以上，减少驱动电机动作过程中干电池电能的损耗，同时，使用干电池供电不需要外部供电电源线，自动温控阀可以方便地安装于各种应用场合，减少温控阀的使用限制。
在另一种技术方案中，推力为第一档时所述驱动电机消耗电流为450～550mA，推力为第二档时所述驱动电机消耗电流为250～300mA，第一档推力的大小基于实际使用中关阀过程需要克服机械弹簧的弹力、水压以及综合摩擦力进行配置推力，消耗电流均为基于实际值进行设定的，在实际使用过程中可基于具体阀体本体中机械弹簧的弹力进行配置。采用该技术方案，配置第一档、第二档推力下驱动电机所消耗的电流。
在另一种技术方案中，还包括：上电时全关定位阶段，在全关定位中控制驱动电机驱使推杆向开阀方向回收第二行程，执行试探回收推杆过程，并配置试探回收推杆过程的推力为第四档，控制驱动电机驱使推杆向关阀方向推出第一行程，执行锁定全关点过程，并配置锁定全关点过程的推力为第三档，在这种技术方案中，在ERV温控阀每次上电启动时(系统初始化后)，首先需要确定阀体本体的全关点位置，首先需要控制驱动电机推杆向开阀方向回收(反转)第二行程(即，将推杆回收到最底部位置)，是为了方便工程安装；也是考虑到，对不同大小的阀体，阀体“全关点”的位置有所不同，因此，将推杆回收到最底部，是为了在下一个流程里，进行全程试探全关点位置，做准备；驱动电机驱动推杆已经到达(或接近)最底部位置，然后再控制驱动电机将所述推杆缓步向关阀方向试探推出第一行程，试探推出第一行程，为阀体本体的全关点，在该技术方案中配置第三档和第四档推力。采用该技术方案，在试探找出全关点位置时试探推出推杆或试探回收推杆时，配置相对应的第三档或第四档的推力，有效减少了上电锁定全关点过程中驱动电机的电能损耗，避免电能的浪费，延长干电池的使用时间。
在另一种技术方案中，所述第一行程为5.5mm，所述第二行程为5.6mm。采用该技术方案，确定阀体本体的全关点。
在另一种技术方案中，推力为第三档时所述驱动电机消耗电流为530～600mA，推力为第四档时所述驱动电机消耗电流为280～330mA。采用该技术方案，配置第三档、第四档推力下驱动电机所消耗的电流。
一种ERV自动温控阀，包括：
阀体本体，其由推杆的移动控制开阀和关阀；
驱动电机，其驱动所述推杆的移动；
MCU，其与所述驱动电机通讯连接，所述MCU内存储有不同大小的推力值及第一行程和第二行程，所述推力值可设定为第一档、第二档、第三档、第四档，其中，调温阶段，所述MCU控制所述驱动电机在相对应的推力下驱动所述推杆移动，以实现执行开阀过程和关阀过程，上电时全关定位阶段，所述MCU控制所述驱动电机在相对应的推力下驱动推杆回收第二行程及推出第一行程试探锁定全关点；
其中，所述ERV自动温控阀采用电池供电(电池为两节，每节干电池的电压为1.5V)。
在这种技术方案中，通过将MCU可以将控制的软件程序预先写入，当使用时，只需要启动软件程序，即可按照预设的各程序由MCU控制进行，整个ERV自动温控阀体积小，且通过软件程序配置不同的推力实现控制调温阶段和上电全关定位阶段所涉及预期的功能，本发明的ERV自动化程度高，采用干电池供电，使用两节干电池可使温控阀正常工作半年以上，减少驱动电机动作过程中干电池电能的损耗，同时，使用干电池供电不需要外部供电电源线，自动温控阀可以方便地安装于各种应用场合，减少温控阀的使用限制。
在另一种技术方案中，还包括：
温度传感器，其用于检测环境温度；
数据输入端，其用于输入控制目标；
所述MCU根据环境温度和控制目标计算单位时间内需要的热水流入量，并计算出阀体本体的预开度，然后所述MCU控制所述驱动电机驱使所述推杆执行开阀过程或者关阀过程以至阀体本体的开度与预开度匹配，完成调温。采用该技术方案，本发明结合温度传感器和数据输入端，并且将ERV自动温控阀连接到供暖终端后，即可以对温度进行调节，数据输入端可以供使用人员输入控制目标，方便快捷。
在另一种技术方案中，所述数据输入端为按键和/或与所述MCU通过ZigBee通讯连接的移动端。采用该技术方案，采用按键和ZigBee通讯可以提升用户体验，既能用移动端APP控制，又能够直接按键控制。
在另一种技术方案中，还包括显示屏，其用于显示人机交互信息。采用该技术方案，有助于使用人员知晓当前自动温控阀的运行状态。
ERV自动温控阀是本申请自主研发的一款用在供暖系统末端的产品，同时，还是采用电池供电的自动温度控阀。实际上，ERV自动温控阀是“电子温控器”和“电子执行器”组合的一体机(并且采用干电池供电)。既具有“电子温控器”的功能，又同时具有“电子执行器”的功能，还采用干电池供电，以及具有ZigBee无线组网通讯功能，可用手机App远程控制。
现有技术中，电子温控器和电子执行器是2类不同的产品。通常是被分开来实现的。电子温控器：具有温度传感器、按键、LED显示、MCU(微控制器)等部分。可以监测“环境温度”、可以让使用者通过按键操作和LED显示，按自己的需要设置“目标温度”、“工作模式”等等；一般地，“电子温控器”的“输入”是“按键操作”和“ZigBee通讯命令信息”以及通过“温度传感器”对“环境温度”进行监测所获得的数据。一般地，“电子温控器”的“输出”是继电器接通或断开，或是0～10V模拟输出信号；“电子温控器”的“输出”正是“电子执行器”的“输入”；
电子执行器：其是由直流电机或步进电机、供暖阀体连接头(机械组件)、MCU(微控制器)等部件组成；可以执行“电子温控器”的控制意图，实施阀门的开关控制或开度调节；一般地，“电子执行器”的“输入”正是“电子温控器”给出的控制信号；
本申请的ERV自动温控阀中，把“电子温控器”和“电子执行器”这2类产品组合成一体后，使用同一个MCU(微控制)，既要完成“电子温控器”功能，又要完成“电子执行器”的功能。
同时，本申请的ERV自动温控阀是涉及采用干电池供电的设计产品，即设计2节干电池用半年以上的目标，必须要全面地考虑省电措施。
图1中，上电初始化后，全部LED显示屏全部点亮并且LED显示屏在2S后自动关灭，ERV自动控温阀先进行初步测定电池电压和环境温度并读取存储于所述MCU中参数存储区的参数数据(如设定的温度)，判断参数存储区是否有数据，若有，则更新工作参数，若无数据，则使用默认的工作参数，再拉低ZigBee复位引脚的电平并设置复位ZigBee模组任务标记(主要考虑ZigBee无线模组的初始化及与无线互联对接)，设置启动“阀体本体全关定位任务”的标记完成后，ERV自动温控阀进入多任务处理流程，扫描检测各个任务(MCU程序采用实时多任务软件架构，有多个任务，不限于调节温度)的状态标志(例如环境温度检测任务、温度调节任务、按键检测任务、LED显示任务等等)，并判断是否执行完毕(任务)，若执行完毕则返回主循环等待调度；
图5中，设置驱动电机的定时计数存储器为11档，即为本申请中第四档，设定电机反转(推杆回收)步数计数基数，例2880步为其中一种阀体本体中全开点(阀体本体完全打开时)时驱动电机驱使推杆回收达到全开点驱动电机所走步数为2880步，相当于推杆回收5.6mm行程(第二行程)；上电时全关定位阶段，执行试探回收推杆过程的流程如下：设置驱动电机的定时计数存储器为11档并确认驱动电机定位工作标记，设定本次驱动电机目标反转步数(目标为2880步，步数累加基数为0)，清空驱动电机推杆位置存储，清“0”驱动电机的电机反转标记及清“0”驱动电机步数累加计数存储器，再初始化驱动电机相位对应值，最后启动所述MCU的定时器3(使能定时器3中断)并返回多任务处理流程(主循环)；
图4中，设置驱动电机的定时计数存储器为17档，即为本申请中第三档，设定电机正转(推杆推出)步数计数基数，举例，65535-62705步为其中一种阀体本体中全关点时驱动电机驱使推杆推出达到全关点驱动电机所走的最大步数(即2830步)，相当于推杆推出5.5mm行程(第一行程)；上电时全关定位阶段，执行锁定全关点过程的流程如下：
设置驱动电机的定时计数存储器为17档并确认驱动电机的工作标记为“定位工作标记”，然后设定本次驱动电机正转步数计数基数(设定为65535步为例)，清空驱动电机推杆位置存储及清“0”驱动电机的步进数累加计数存储器，读取反转完成时驱动电机相位并赋值给驱动电机以作为驱动电机正转起步点相位，启动所述MCU定时器3(使能定时器3中断)并返回多任务处理流程(主循环)；
图2中，设置驱动电机的定时计数存储器为16档，即为本申请中第一档的推力，实际应走的步数是根据温度调节的需要以及当前推杆已经推出的长度进行统一计算后得出，驱动电机驱动推杆转动后阀门本体的开度减小；调温阶段，执行正转关阀过程的流程如下：
设置驱动电机的定时计数存储器为16档，确认驱动电机“调温工作标记”及确认赋值给驱动电机正转标记，然后清空出错码记录存储并计算实际应走的步数(最多走到全关点位置)(基于设定温度与环境温度确认驱动电机实际走的步数)，清“0”驱动电机的步进数累加计数存储器并读取当前驱动电机相位，赋值给驱动电机正转起步点相位，启动所述MCU定时器3(使能定时器3中断)并返回多任务处理流程(主循环)。
图3中，设置驱动电机的定时计数存储器为10档，即为本申请中第二档的推力，实际应的步数根据温度调节的需要以及当前推杆已经推出的长度进行统一计算后得出，驱动电机驱动推杆转动后阀门本体的开度增大；调温阶段，执行反转开阀过程的流程如下：
设置驱动电机的定时计数存储器为10档，确认驱动电机“调温工作标记”及确认并赋值给驱动电机反转标记，然后清空出错码记录存储并计算实际应走的步数(最多走到“全开点”位置)(基于设定温度与环境温度确认驱动电机实际应走的步数)，清“0”驱动电机的步进数累加计数存储器并读取当前驱动电机相位，赋值给驱动电机反转起步点相位，启动所述MCU定时器3(使能定时器3中断)并返回多任务处理流程(主循环)；
图6中，在上电试探锁定全关点的过程中，驱动电机所走的步数，是在65535(即：16进制0xFFFF)这个“基数”下做减法计数的，在每次正向推出1步时减1；当65535被减到62705时，就相当于正向推出了65535减去62705步(即：2830步，相当于5.5mm行程)；当驱动电机(反向)判断步进计数器大于等于2880时，即可确认为电机(反转)回收推杆已经到了最底部，这时，可以启动驱动电机(正转)推出执行“试探阀体全关点”的流程，所述MCU中的定时器中断处理流程如下：
定时器3中断处理开始，即定时器3中溢出中断计数器加1，判断定时器3中的溢出中断计数器是否大于等于定时器3中的定时计数存储器，若定时器3中的溢出中断计数器小于定时器3中的定时计数存储器，则跳出定时器3中断处理程序，若定时器3中的溢出中断计数器大于等于定时器3中的定时计数存储器，则判断驱动电机是否为定位工作标记，若否，则标记错误停止驱动电机驱动任务并清除相关标记，若是，则判断驱动电机的运转方向，①若驱动电机的运转方向为正向，则所述MCU的步进计数器步数减1(基于65535步数)，判断步进计数器的步数是否小于62705，若是，则标记“电机定位工作”完成，并标记当前位置为“全关点”，清除相关标记，并关闭定时器3，设置驱动电机进入低功耗状态并退出中断处理流程，若否，则退出中断处理流程继续定位流程；②若驱动电机的运转方向为反向，则所述MCU的步进计数器步数加1(基于0步)，判断步进计数器步数是否大于等于2880，若是，则标记“电机反转2880步”(即推杆回收第二行程工作标记)，标记开启驱动电机正转控制流程并退出中断处理流程，继续定位流程，若否，则退出中断处理流程并继续定位流程。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明ERV自动温控阀及其有效降低电机耗能的控制方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.ERV自动温控阀有效降低电机耗能的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
调温阶段，控制驱动电机驱使推杆向关阀方向推出，执行关阀过程，并配置关阀过程的推力为第一档，控制驱动电机驱使推杆向开阀方向回收，执行开阀过程，并配置开阀过程的推力为第二档，其中，第一档、第二档对应的推力不同。
2.如权利要求1所述的ERV自动温控阀有效降低电机耗能的控制方法，其特征在于，推力为第一档时所述驱动电机消耗电流为450～550mA，推力为第二档时所述驱动电机消耗电流为250～300mA。
3.如权利要求1所述的ERV自动温控阀有效降低电机耗能的控制方法，其特征在于，还包括：上电时全关定位阶段，在全关定位中控制驱动电机驱使推杆向开阀方向回收第二行程，执行试探回收推杆过程，并配置试探回收推杆过程的推力为第四档，控制驱动电机驱使推杆向关阀方向推出第一行程，执行锁定全关点过程，并配置锁定全关点过程的推力为第三档。
4.如权利要求3所述的ERV自动温控阀有效降低电机耗能的控制方法，其特征在于，所述第一行程为5.5mm，所述第二行程为5.6mm。
5.如权利要求3所述的ERV自动温控阀有效降低电机耗能的控制方法，其特征在于，推力为第三档时所述驱动电机消耗电流为530～600mA，推力为第四档时所述驱动电机消耗电流为280～330mA。
6.ERV自动温控阀，其特征在于，包括：
阀体本体，其由推杆的移动控制开阀和关阀；
驱动电机，其驱动所述推杆的移动；
MCU，其与所述驱动电机通讯连接，所述MCU用于执行如权利要求1-5任意一项所述的控制方法；
其中，所述ERV自动温控阀采用电池供电。
7.如权利要求6所述的ERV自动温控阀，其特征在于，还包括：
温度传感器，其用于检测环境温度；
数据输入端，其用于输入控制目标；
所述MCU根据环境温度和控制目标计算单位时间内需要的热水流入量，并计算出阀体本体的预开度，然后所述MCU控制所述驱动电机驱使所述推杆执行开阀过程或者关阀过程以至阀体本体的开度与预开度匹配，完成调温。
8.如权利要求6所述的ERV自动温控阀，其特征在于，所述数据输入端为按键和/或与所述MCU通过ZigBee通讯连接的移动端。
9.如权利要求6所述的ERV自动温控阀，其特征在于，还包括显示屏，其用于显示人机交互信息。
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