CN115219769B - 一种电流检测方法、电动工具及计算机可读介质 - Google Patents

一种电流检测方法、电动工具及计算机可读介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电流检测方法及电动工具，按照时间间隔进行电流采样，获取多个电流采样值；将所述多个电流采样值依次保存到长度为N的存储队列中；确定所述存储队列中N个电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；根据Imax与Imin的差值确定电流突变点。本发明中，存储队列中仅存储最新的N个电流采样值，通过最大值和最小值的比较确定电流的突变点，由此能够利用现有的芯片实现电流的检测，同时提高了电流的检测效率以及识别电流突变点的准确性。

Description

一种电流检测方法、电动工具及计算机可读介质
【技术领域】
本发明涉及一种电动工具领域，特别涉及一种电流检测方法及具有电流检测功能的电动工具。
【背景技术】
电动工具依靠电机进行工作，电动工具中的控制模块如MCU通过电流检测实现电机的停机控制。以电动扳手为例，通常具有反转自停功能，通过电流检测进行控制，当检测到电流突变点时，控制电机执行反转自停功能，即通过检测电流是否小于一个固定值，当电流从大于固定值到小于固定值时判断电流发生突变；该固定值对应的点即为电流突变点，通过电流突变点的判定，进行设备状态的识别控制。然而这种判断方式存在2个问题，1.如果固定值选在a处，如图1所示，由于较接近正常电流值容易造成误判情况；2.如果固定值选在b处，如图1所示，这样是不会造成误判情况，但由于电流下降到b处时间较长，这样判断的电流突变时间延迟较大，错过真正电流突变点。
为了进一步提高设备工作状态阈值的判定效率，中国专利第113283502号揭示了：在确定设备对应的历史运行状态数据后，通过对历史运行状态数据进行聚类处理，从而将历史运行状态数据划分至不同状态，而后基于不同状态间聚簇对应的值差数据，识别设备状态阈值。即只需要通过历史数据即可计算出设备状态阈值，可以有效提高设备工作状态的判定效率。上述方法虽然能够提高判定效率，但是需要设备具有较强的处理能力，然而，一般的电动工具的芯片处理能力较弱，难以提供上述方法所要求的处理能力，虽然可以使用高性能的芯片，但是这无疑大大增加了成本。
鉴于此，确有必要提供一种改进的电动工具，以克服现有技术存在的缺陷。
【发明内容】
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种成本低廉，且能够实现阈值高效判定的电动工具。
本发明解决现有技术问题可采用如下技术方案：一种电流检测方法，所述方法包括：
采样步骤：在电机运行过程中，按照时间间隔△T进行电流采样，获取多个电流采样值；
存储步骤：将所述多个电流采样值依次保存到长度为N的存储队列中；
处理步骤：确定所述存储队列中N个电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；根据Imax与Imin的差值确定电流突变点。
进一步改进方案为：所述方法还包括：当存储队列中的所述电流采样值发生更新时，重新确定所述存储队列中电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，确定电流突变点。
进一步改进方案为：所述方法还包括根据电流的波形变化确定电流的变化周期T，根据存储队列的长度N和电流的变化周期T确定预设的时间间隔△T。
进一步改进方案为：电流的变化周期T、存储队列的长度N和预设的时间间隔△T满足以下关系：N*∆T<T。
进一步改进方案为：所述存储队列为先入先出队列。
本发明还提供了一种电动工具，所述电动工具具有电流检测功能，所述电动工具包括：
采样模块：用于在电机运行过程中，按照时间间隔△T进行电流采样，获取多个电流采样值；
存储模块：用于将所述多个电流采样值依次保存到长度为N的存储队列中；
处理模块：用于确定所述存储队列中电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；根据Imax与Imin的差值确定电流突变点。
进一步改进方案为：所述处理模块还用于对存储队列进行检测，当检测到所述存储队列中的所述电流采样值发生更新时，重新确定所述存储队列中电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，确定电流突变点。
进一步改进方案为：所述存储队列为先入先出队列。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的电流检测方法，按照时间间隔△T进行电流采样，获取多个电流采样值；将所述多个电流采样值依次保存到一个长度为N的存储队列中；确定所述存储队列中N个电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；根据Imax与Imin的差值确定电流突变点。本发明中，存储队列中仅存储最新的N个电流采样值，通过最大值和最小值的比较确定电流的突变点，由此能够利用现有的芯片实现电流的检测，同时提高了电流的检测效率以及识别电流突变点的准确性。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明:
图1是现有技术中电机电流波形变化趋势图；
图2是本发明优选实施例的方法流程图；
图3是本发明优选实施例的电机电流波形变化趋势图；
图4是本发明优先实施例的结构框图；
图5是本发明优选实施例的电路结构图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。
在本发明中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。
实施例一
针对现有技术的不足，本发明结合电流的变化特点，创造性的提出了一种新型的电流检测方法，能够准确、及时的获取电流突变点，以便MCU根据所述电流突变点及时的进行电机控制，优选的，所述方法可以应用于电动扳手等电动工具，以便MCU根据所述电流突变点及时的进行电机控制，实现反转自停功能，达到螺栓一旦拧松立马停止效果，使得螺栓与螺柱几乎贴合状态。如图2所示，所述电流检测方法包括：
采样步骤：在电机运行过程中，按照时间间隔△T进行电流采样，获取多个电流采样值；
存储步骤：将所述多个电流采样值依次保存到长度为N的存储队列中；
处理步骤：确定所述存储队列中N个电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；根据Imax与Imin的差值确定电流突变点。
在本实施例中，优选的，所述存储队列中仅存储最新的N个电流采样值，通过最大值和最小值的比较确定电流的突变点，计算简单，对MCU芯片的要求较低，由此能够利用现有的MCU芯片实现电流的检测，同时提高了电流的检测效率以及电流突变点的准确性。
在本实施例中，当存储队列中的所述电流采样值发生更新时，重新确定所述存储队列中电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，确定电流突变点；即当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，说明电流发生了突变，由此可以确定电流突变点；由于电流突变点通常出现在电流持续下降的过程中，此时确定的电流突变点即为更新的Imin对应的电流采样点。优选的，当检测到所述电流突变点时，启动状态转换功能，如控制电机执行反转自停功能。其中，所述预设阈值由本领域技术人员通过对如电动扳手等电动工具的测试，获取启动过程中的最高电流、稳定工作时的稳定电流，以及当电流持续下降一定时间后的下降电流，进行确认；示例性的，所述预设阈值可以为5A，或是正常工作时稳定电流的10%等，其中，所述稳定电流可以使用额定电流表示；具体的确认过程是本领域技术人员结合已有的经验和、或评估方法、函数等实现的，是本领域的常见方式，在此不再赘述。
在本发明中，所述存储队列为先入先出队列，示例性的，所述存储队列的长度可以为8。在电机正常运行时，进行电流的采样，得到第一个电流采样值，将第一个电流采样值标记为电流1号，存储到存储队列中，间隔一固定时间间隔，例如5ms，再次进行电流采样，将该电流采样值标记为电流2号，依次执行采样及存储步骤，得到电流3号、电流4号、电流5号、电流6号、电流7号、电流8号；将上述电流采样值依次存储到存储队列中。在8个电流号取满时，后面通过采样得到的电流采样值存入电流8号，原电流8号值存入电流7号，依次往前电流2号存入电流1号，这样保证了8个电流号永远为最后产出的电流值。然后判断这8个电流号是否存在出电流突变点，具体包括：将这8个电流采样值进行比较，比较出最大差值；即获取上述8个电流采样值的最大值和最小值，获得最大值和最小值的差值，当所述差值大于预设阈值时，则认定此时已经发生电流突变；反之则说明电流未发生突变。优选的，每当检测到一个新的电流时，均进行上述操作，以获取当前队列中的最大值和最小值，然后获得最大值和最小值的差值，当所述差值大于预设阈值时，则认定此时已经发生电流突变，此时的电流采样最小值对应的采样点即为电流突变点。通过上述方式，能够有效的防止电流突变点的误判，提高判定的准确性和及时性。
通过上述方式，利用先入先出存储队列的特点，保存最新的电流采样值，然后筛选出最大值和最小值，进行差值计算，即可实现电流突变点的确认；方法简单，对MCU芯片的处理能力要求较小，使用现有的MCU芯片即可实现；而且，能够显著的提高电流突变点的识别准确性。
在本实施例中，所述方法还包括根据电流的波形变化确定电流的变化周期T，根据存储队列的长度N和电流的变化周期T确定预设的时间间隔△T，其中，电流的变化周期T根据实际的工作需求设置间隔周期，根据所述间隔周期进行周期性的更新。电流的变化周期T、存储队列的长度N和预设的时间间隔△T满足以下关系：N*∆T<T。
在本发明中，在电机正常运行过程中，对电流的变化规律进行识别，得到电流的变化波形，如图3所示，示例性的，电流的一个上升过程和一个下降过程可以定义为一个周期，据此确定电流的变化周期T的值；然后通过上述关系保证队列中存储的N个电流采样值的时间长度小于一个周期，由此提高了采样的精度，提高了方法的准确性。
在优选实施例中，电流的变化周期T、存储队列的长度N和预设的时间间隔△T还可以是满足以下关系：0.5T<N*∆T<T；通过上述设置保证存储队列中存储的电流采样值能够至少覆盖半个电流变化周期，防止因外部环境影响导致的电流持续下降带来的电流突变点的误判，进一步提高了检测的准确性。
实施例二
本发明还提供了一种电动工具，所述电动工具具有如实施例1所述的电流检测功能，如图4所示，所述电动工具包括：采样模块、存储模块、处理模块，其中，所述存储模块可以是独立的模块，也可以集成于处理模块内部。
采样模块：用于在电机运行过程中，按照时间间隔△T进行电流采样，获取多个电流采样值；
存储模块：用于将所述多个电流采样值依次保存到长度为N的存储队列中；
处理模块：用于确定所述存储队列中电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；根据Imax与Imin的差值确定电流突变点。
在本实施例中，优选的，所述存储队列中仅存储最新的N个电流采样值，通过最大值和最小值的比较确定电流的突变点，计算简单，对MCU芯片的要求较低，由此能够利用现有的MCU芯片实现电流的检测，同时提高了电流的检测效率以及电流突变点的准确性。
在本实施例中，当存储队列中的所述电流采样值发生更新时，重新确定所述存储队列中电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，确定电流突变点；即当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，说明电流发生了突变，由此可以确定电流突变点；由于电流突变点通常出现在电流持续下降的过程中，此时确定的电流突变点即为更新的Imin对应的电流采样点。优选的，当检测到所述电流突变点时，启动状态转换功能，如控制电机执行反转自停功能。其中，所述预设阈值由本领域技术人员通过对如电动扳手等电动工具的测试，获取启动过程中的最高电流、稳定工作时的稳定电流，以及当电流持续下降一定时间后的下降电流，进行确认；示例性的，所述预设阈值可以为5A，或是正常工作时稳定电流的10%等，其中，所述稳定电流可以使用额定电流表示；具体的确认过程是本领域技术人员结合已有的经验和、或评估方法、函数等实现的，是本领域的常见方式，在此不再赘述。
在本发明中，所述存储队列为先入先出队列，示例性的，其长度可以为8。在电机正常运行时，进行电流的采样，得到第一个电流采样值，将第一个电流采样值标记为电流1号，存储到存储队列中，间隔一固定时间间隔，例如5ms，再次进行电流采样，将该电流采样值标记为电流2号，依次执行采样及存储步骤，得到电流3号、电流4号、电流5号、电流6号、电流7号、电流8号；将上述电流采样值依次存储到存储队列中。在8个电流号取满时，后面通过采样得到的电流采样值存入电流8号，原电流8号值存入电流7号，依次往前电流2号存入电流1号，这样保证了8个电流号永远为最后产出的电流值。然后判断这8个电流号是否存在出电流突变点，具体包括：将这8个电流采样值进行比较，比较出最大差值；即获取上述8个电流采样值的最大值和最小值，获得最大值和最小值的差值，当所述差值大于预设阈值时，则认定此时已经发生电流突变；反之则说明电流未发生突变。优选的，每当检测到一个新的电流时，均进行上述操作，以获取当前队列中的最大值和最小值，然后获得最大值和最小值的差值，当所述差值大于预设阈值时，则认定此时已经发生电流突变，此时的电流采样最小值对应的采样点即为电流突变点。通过上述方式，能够有效的防止电流突变点的误判，提高判定的准确性和及时性。
通过上述方式，利用先入先出存储队列的特点，保存最新的电流采样值，然后筛选出最大值和最小值，进行差值计算，即可实现电流突变点的确认；方法简单，对MCU芯片的处理能力要求较小，使用现有的MCU芯片即可实现；而且，能够显著的提高电流突变点的准确性。
在本实施例中，所述方法还包括根据电流的波形变化确定电流的变化周期T，根据存储队列的长度N和电流的变化周期T确定预设的时间间隔△T，其中，电流的变化周期T根据实际的工作需求设置间隔周期，根据所述间隔周期进行周期性的更新。电流的变化周期T、存储队列的长度N和预设的时间间隔△T满足以下关系：N*∆T<T。
在本发明中，在电机正常运行过程中，对电流的变化规律进行识别，得到电流的变化波形，如图3所示，示例性的，电流的一个上升过程和一个下降过程可以定义为一个周期，据此确定电流的变化周期T的值；然后通过上述关系保证队列中存储的N个电流采样值的时间长度小于一个周期，由此提高了采样的精度，提高了方法的准确性。
在优选实施例中，电流的变化周期T、存储队列的长度N和预设的时间间隔△T还可以是满足以下关系：0.5T<N*∆T<T；通过上述设置保证存储队列中存储的电流采样值能够至少覆盖半个电流变化周期，防止因外部环境影响导致的电流持续下降带来的电流突变点的误判，进一步提高了检测的准确性。
实施例三
本发明还提供了一种电动工具，所述电动工具具有如实施例1所述的电流检测功能，如图5所示，其中，Q1~Q6 为N沟道MOS管用于控制无刷电机；RS1为检流电阻用于检测电机运行电流。R1、C2组成RC滤波电路用于对电流进行滤波处理。C1为电解电容用于吸收尖峰电流。U1为MCU用于控制无刷电机及电流采样，系统控制逻辑等。U2为LDO稳压电源提供5V电源给MCU。S1为主回路控制开关，控制系统上电和电机运行。
为了提高了电流的检测效率以及电流突变点的准确性；所述电动工具包括：
采样电路，所述采样电路包括检流电阻RS1，用于检测电机的运行电流，以获得电流采样值；
MCU用于控制无刷电机及电流采样值的处理，包括设置存储队列，用于将所述电流采样值依次保存到存储队列中；根据所述存储队列中电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；根据Imax与Imin的差值确定电流突变点。
在本实施例中，优选的，所述存储队列中仅存储最新的N个电流采样值，通过最大值和最小值的比较确定电流的突变点，计算简单，对MCU芯片的要求较低，由此能够利用现有的MCU芯片实现电流的检测，同时提高了电流的检测效率以及电流突变点的准确性。
在本实施例中，当存储队列中的所述电流采样值发生更新时，重新确定所述存储队列中电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，确定电流突变点；即当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，说明电流发生了突变，由此可以确定电流突变点；由于电流突变点通常出现在电流持续下降的过程中，此时确定的电流突变点即为更新的Imin对应的电流采样点。优选的，当检测到所述电流突变点时，启动状态转换功能，如控制电机执行反转自停功能。其中，所述预设阈值由本领域技术人员通过对如电动扳手等电动工具的测试，获取启动过程中的最高电流、稳定工作时的稳定电流，以及当电流持续下降一定时间后的下降电流，进行确认；示例性的，所述预设阈值可以为5A，或是正常工作时稳定电流的10%等，其中，所述稳定电流可以使用额定电流表示；具体的确认过程是本领域技术人员结合已有的经验和、或评估方法、函数等实现的，是本领域的常见方式，在此不再赘述。
在本发明中，所述存储队列为先入先出队列，示例性的，其长度可以为8。当S1开关闭合时，电机启动运行，MCU控制无刷电机启动运行，此时进行电流的采样，得到第一个电流采样值，将第一个电流采样值标记为电流1号，存储到存储队列中，间隔一固定时间间隔，例如5ms，再次进行电流采样，将该电流采样值标记为电流2号，依次执行采样及存储步骤，得到电流3号、电流4号、电流5号、电流6号、电流7号、电流8号；将上述电流采样值依次存储到存储队列中。在8个电流号取满时，后面通过采样得到的电流采样值存入电流8号，原电流8号值存入电流7号，依次往前电流2号存入电流1号，这样保证了8个电流号永远为最后产出的电流值。然后判断这8个电流号是否存在出电流突变点，具体包括：将这8个电流采样值进行比较，比较出最大差值；即获取上述8个电流采样值的最大值和最小值，获得最大值和最小值的差值，当所述差值大于预设阈值时，则认定此时已经发生电流突变；反之则说明电流未发生突变。优选的，每当检测到一个新的电流时，均进行上述操作，以获取当前队列中的最大值和最小值，然后获得最大值和最小值的差值，当所述差值大于预设阈值时，则认定此时已经发生电流突变。电流采样最小值对应的采样点即为电流突变点。通过上述方式，能够有效的防止电流突变点的误判，提高判定的准确性和及时性。
本发明还提供了一种电动工具，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例1所涉及的方法。
本发明还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行所述实施例1所述的方法。
本发明提供的方案按照时间间隔△T进行电流采样，获取多个电流采样值；将所述多个电流采样值依次保存到长度为N的存储队列中；确定所述存储队列中N个电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；根据Imax与Imin的差值确定电流突变点。本发明中，存储队列中仅存储最新的N个电流采样值，通过最大值和最小值的比较确定电流的突变点，由此能够利用现有的芯片实现电流的检测，同时提高了电流的检测效率以及识别电流突变点的准确性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种应用于电动工具的电流检测方法，其特征在于，所述方法包括：
采样步骤：在电机运行过程中，按照时间间隔△T进行电流采样，获取多个电流采样值；
存储步骤：将所述多个电流采样值依次保存到长度为N的存储队列中；
处理步骤：确定所述存储队列中N个电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；根据Imax与Imin的差值确定电流突变点；当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，
Imin对应的电流采样点为电流突变点；
当存储队列中的所述电流采样值发生更新时，重新确定所述存储队列中电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，确定电流突变点；
所述方法还包括根据电流的波形变化确定电流的变化周期T，根据存储队列的长度N和电流的变化周期T确定预设的时间间隔△T；
电流的变化周期T、存储队列的长度N和预设的时间间隔△T满足以下关系：0.5T<N*ΔT<T。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述存储队列为先入先出队列。
3.一种用于实现如权利要求1-2任一项所述的电流检测方法的电动工具，其特征在于，所述电动工具具有电流检测功能，所述电动工具包括：
采样模块：用于在电机运行过程中，按照时间间隔△T进行电流采样，获取多个电流采样值；
存储模块：用于将所述多个电流采样值依次保存到长度为N的存储队列中；
处理模块：用于确定所述存储队列中电流采样值的最大值Imax和最小值Imin；根据Imax与Imin的差值确定电流突变点；当Imax与Imin的差值大于预设阈值时，
Imin对应的电流采样点为电流突变点；
其中，存储队列中的N个电流采样值的时间长度小于一个电流变化周期。
4.一种电动工具，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1-2任一项所述的方法。
5.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1-2任一项所述的方法。
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