CN116105998A - 一种基于mems的阀门开度实时检测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MEMS的阀门开度实时检测方法与装置，属于阀位检测领域。装置包括壳体、LED点阵数字屏、控制板路、按钮装置、MEMS加速度传感器、电池盒。控制板路包括按钮感应电路、单片机和数据无线传送器。通过MEMS加速度传感器获取指示装置的运动加速度，利用单片机进行积分运算得到路程数据，进而依据当前行程值和总行程值的比值计算出当前阀门开度值，阀门开度值可在LED点阵数字屏上实时显示，并通过数据无线传送器进行信号通信。本发明适用于所有在开闭过程中阀杆做旋转运动的阀门，为阀门内部开度的检测提供了一种有效的方法。
Description
技术领域
本发明属于阀位检测领域，特别涉及一种基于MEMS的阀门开度实时检测方法与装置。
背景技术
阀门为不透明的部件，其在开闭过程中无法直观地获知具体的开度状态。现有的阀门开度指示器在使用过程中存在两点缺陷：第一是大多只能显示此时是开或是关，无法获知开度的中间值；第二是其使用场景有限，单独的阀门开度指示器只能安装在阀杆顶端使用，而另一种阀位指示器常作为附件配合执行机构使用。而阀门种类丰富多样，目前缺乏一种具有较高普适性的阀门开度指示器，可适用于大范围的阀门类型和使用情况。
因此，有必要提出一种基于MEMS的阀门开度实时检测方法与装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术中的缺陷，并提供一种基于MEMS的阀门开度实时检测方法与装置，本发明通过MEMS加速度传感器获取装置的运动加速度，利用单片机进行运算得到阀门开度值，进而在LED点阵数字屏上实时显示与进行信号通信。本发明为阀杆做旋转运动的阀门的开度检测提供了有利参考。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种基于MEMS的阀门开度实时检测装置，包括壳体、LED点阵数字屏、控制板路、按钮装置、MEMS加速度传感器和电池盒；所述的壳体在顶部分别开有用于安装LED点阵数字屏和按钮装置的第一孔洞，在底部开有用于安装电池盒的第二孔洞；所述的控制板路包括按钮感应电路、单片机和数据无线传送器；所述的按钮装置包括按键、绝缘弹簧和金属块；按键的上部分露出壳体顶部，在按键底部装有能提供竖向弹力的绝缘弹簧，绝缘弹簧中间装有金属块；当按键被按下时，绝缘弹簧被压缩且金属块底部接触按钮感应电路，按钮感应电路接通并向单片机发射信号，数据无线传送器将单片机的信号发送至上位机；所述的MEMS加速度传感器同轴固定在壳体内部能测得X轴和Y轴两个方向的加速度数据，X轴和Y轴所组成的平面与LED点阵数字屏所在平面平行。
作为优选，所述电池盒的盒盖朝下，通过所述第二孔洞能将盒盖从壳体外部打开以进行电池盒内的电池更换。
作为优选，所述壳体为立方体结构。
进一步的，所述壳体底部的短边中垂线上间隔开有两个用于与阀门阀杆固定的螺纹孔，MEMS加速度传感器的中轴线与壳体。
作为优选，所述绝缘弹簧的顶部固定于按键底部，底部压设于按钮感应电路上；所述金属块的顶部固定于按键底部，底部悬于按钮感应电路上方，金属块的长度短于绝缘弹簧初始长度。
作为优选，所述按钮感应电路用于感应按钮装置的通断，单片机用于进行基础的逻辑判断和赋值计算，数据无线传送器用于将单片机的检测结果无线传输至智能设备端。
第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述基于MEMS的阀门开度实时检测装置实现阀门开度实时检测的方法，步骤如下：
S1：安装所述装置至与阀门阀杆共同转动的部位，以LED点阵数字屏平面为基准面，安装时保证基准面为水平或竖直；
S2：将阀门旋转至全关状态，即0％开度状态，此时长按按钮装置的按键使金属块接触按钮感应电路3秒以上，接通该段电路，向单片机发射3秒以上的信号脉冲；单片机识别到3秒以上持续信号脉冲后，接通电池盒内的电池电源，使所述装置开机，清零缓存数据，启动MEMS加速度传感器，LED点阵数字屏显示“0％”，此时时刻为t0；
S3：将阀门旋转至全开状态，即100％开度状态，此时短按一下按钮装置的按键使金属块接触按钮感应电路，接通该段电路，向单片机发射一个信号脉冲；单片机识别到一个信号脉冲，此时时刻为t1，单片机获取t0～t1时段下MEMS加速度传感器的加速度数据；MEMS加速度传感器测量X轴和Y轴两个方向上的加速度，单片机将两个方向上的加速度数据分别通过一次积分运算转换为速度数据Vx和Vy，再将X轴和Y轴的速度数据进行矢量合成，即
再将合成的速度数据v合通过一次积分运算转换为路程数据，得到S1；将S1赋值给S总和Snow，则阀门此时的开度
LED点阵数字屏显示P1，并通过数据无线传送器传输P1的数值至智能设备端，之后将P1赋值给P0；
S4：所述装置通过步骤S2和S3完成初始化后，即可实时检测并显示阀门开度，具体如下：
MEMS加速度传感器在所述装置开机后始终处于运行状态，其将所检测到的每一段非0的加速度数据发送给单片机，单片机根据获得的加速度数据和时间数据计算每段路程，并赋值给S1；随后将Snow+S1的值赋值给Snow，则阀门此时的开度
若P1≠P0，即阀门开度发生变化，此时在LED点阵数字屏显示P1的数值，并通过数据无线传送器传输P1的数值至智能设备端，之后将P1赋值给P0；
S5：在所述装置开机状态下，长按按钮装置的按键使金属块接触按钮感应电路3秒以上，接通该段电路，向单片机发射3秒以上信号脉冲；单片机识别到3秒以上持续信号脉冲，关闭电池盒内的电池电源，装置关机。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1)本发明利用MEMS加速度传感器实时获取加速度数据，并通过单片机计算处理以获得阀门开度值，该开度值为从0-100％的连续值，有利于更明确地获知阀门开度状况。
2)本发明在计算出阀门开度值后，可在装置屏幕上实时显示，有利于设备的使用与现场检修的开展；同时可通过数据无线传送器将开度值传输到上位机，有利于阀门在线监测的开展。
3)本发明具有合理的结构设计和原理设计，基于MEMS加速度传感器进行开度检测的装置，具有较高的普适性，可适用于所有在开闭过程中阀杆做旋转运动的阀门。
附图说明
图1为本发明检测装置的侧面剖视图。
图2为本发明检测装置中按钮装置的细节图。
图3为本发明检测装置的顶部示意图。
图4为本发明检测装置的底部示意图。
图5为本发明检测装置在阀门上的安装示意图。
图中：1、壳体；2、LED点阵数字屏；3、控制板路；4、按钮装置；401、按键；402、绝缘弹簧；403、金属块；5、MEMS加速度传感器；6、电池盒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，本发明提供一种基于MEMS的阀门开度实时检测装置，该装置主要包括壳体1、LED点阵数字屏2、控制板路3、按钮装置4、MEMS加速度传感器5和电池盒6。其中，LED点阵数字屏2用于现场显示实时监测到的阀位数据，控制板路3用于检测装置的信号处理、计算与传输，MEMS加速度传感器5用于实时感应检测装置的加速度数据，电池盒6用于给检测装置供电，上述部件均采用现有技术中常用的连接方式，因此未在图中画出。
本发明的装置中，控制板路3包括按钮感应电路、单片机和数据无线传送器。按钮感应电路用于感应按钮装置的通断，单片机用于进行基础的逻辑判断和赋值计算，数据无线传送器用于将检测结果无线传输至智能设备端。三者通过合理的布线方式固定在控制板路上，具体的布线方式未在图中画出。
本发明的装置中，如图2所示，按钮装置4主要包括按键401、绝缘弹簧402和金属块403。按键401的上部分露出壳体1顶部，在按键401底部装有绝缘弹簧402，同时按键401底部在绝缘弹簧402中间装有金属块403。绝缘弹簧402竖向设置，能够提供竖直方向的弹力。当按键401被按下时，按键401底部金属块403接触按钮感应电路，接通该电路，向单片机发射信号。
在本实施例中，绝缘弹簧402的顶部固定于按键401底部，底部压设于按钮感应电路上。金属块403的顶部固定于按键401底部，底部悬于按钮感应电路上方，金属块403的长度短于绝缘弹簧402初始长度。也就是说，当不按下按键401时，金属块403与按钮感应电路不接触，电路不连通；当按下按键401时，金属块403能与按钮感应电路接触，使电路连通。
本发明的装置中，MEMS加速度传感器5需固定在壳体1内部。在本实施例中，壳体1可以采用立方体结构，其两个短边的中垂面经过MEMS加速度传感器5的中轴线，也就是说，MEMS加速度传感器5正好位于壳体内腔的左右中心位置。MEMS加速度传感器5选用二维平面测速的型号，能测得X轴和Y轴两个方向的加速度数据，X轴和Y轴所组成的平面与LED点阵数字屏2所在平面平行，且X轴和Y轴分别垂直装置的两组相对的侧面。
如图3所示，本发明装置的壳体1在顶部开有两个孔洞，分别用于安装固定LED点阵数字屏2和按钮装置4，同时LED点阵数字屏2和按钮装置4根据孔洞位置与壳体装配并固定，固定方式不限。
如图4，本发明装置的壳体1在底部开有用于安装电池盒6的孔洞，电池盒盖可以从外部打开并进行电池更换。在本实施例中，壳体1在底面的短边中垂线上开有两个螺纹孔，用于装置与阀门阀杆的整体安装固定。
本发明还提供了一种利用上述装置实现阀门开度实时检测的方法，主要是通过MEMS加速度传感器获取指示装置的运动加速度，利用单片机进行积分运算得到路程数据，进而依据当前行程值和总行程值的比值计算出当前阀门开度值，阀门开度值可在LED点阵数字屏上实时显示，并通过数据无线传送器进行信号通信，将阀位数据无线传输至智能设备端。该方法适用于所有在开闭过程中阀杆做旋转运动的阀门，为阀门内部开度的检测提供了一种有效的方法。
该方法具体如下：
S1：安装装置至与阀门阀杆共同转动的部位，利用螺丝钉和装置底部预留的螺孔，将装置与安装部位进行连接与固定。以装置的LED点阵数字屏2平面为基准面，安装时保证基准面为水平或竖直。装置在阀门上的安装举例示意图如图5。
S2：将阀门旋转至全关状态，即0％开度状态，此时长按按钮装置4的按键401 3秒以上，按键401底部金属块403接触按钮感应电路，接通该段电路，向单片机发射3秒以上信号脉冲。单片机识别到3秒以上持续信号脉冲，接通电池电源，装置开机，清零缓存数据，启动MEMS加速度传感器5，LED点阵数字屏2显示“0％”，此时时刻为t0。
S3：将阀门旋转至全开状态，即100％开度状态，此时短按一下按钮装置4的按键401，按键401底部金属块403接触按钮感应电路，接通该段电路，向单片机发射一个信号脉冲。单片机识别到一个信号脉冲，此时时刻为t1，单片机获取t0～t1时段MEMS加速度传感器5的加速度数据。MEMS加速度传感器5测量X轴和Y轴两个方向上的加速度，单片机将两个方向上的加速度数据分别通过一次积分运算转换为速度数据，再将X轴和Y轴的速度数据进行矢量合成，即
再将合成的速度数据通过一次积分运算转换为路程数据，得到S1(本段运动行经路程)。将S1赋值给S总(全开度行程的路程值)和Snow(相对0开度时位置的当前位置)，则阀门此时的开度
LED点阵数字屏2显示P1，并通过数据无线传送器传输P1的数值，之后将P1赋值给P0。
S4：装置通过S2、S3步骤完成初始化后，装置即可实时检测并显示阀门开度。MEMS加速度传感器5在装置开机后始终处于运行状态，其将所检测到的每一段非0的加速度数据发送给单片机，单片机根据获得的加速度数据和时间数据计算每段路程，并赋值给S1。将Snow+S1的值赋值给Snow，需要注意的是，此处S1的值根据装置运动方向不同而有正负差异。阀门此时的开度
若P1≠P0，即阀门开度发生变化，此时在LED点阵数字屏2显示P1，并通过数据无线传送器传输P1的数值，之后将P1赋值给P0。
S5：在装置开机状态下，长按按钮装置4的按键401 3秒以上，按键401底部金属块403接触按钮感应电路，接通该段电路，向单片机发射3秒以上信号脉冲。单片机识别到3秒以上持续信号脉冲，关闭电池电源，装置关机。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于MEMS的阀门开度实时检测装置，其特征在于，包括壳体(1)、LED点阵数字屏(2)、控制板路(3)、按钮装置(4)、MEMS加速度传感器(5)和电池盒(6)；所述的壳体(1)在顶部分别开有用于安装LED点阵数字屏(2)和按钮装置(4)的第一孔洞，在底部开有用于安装电池盒(6)的第二孔洞；所述的控制板路(3)包括按钮感应电路、单片机和数据无线传送器；所述的按钮装置(4)包括按键(401)、绝缘弹簧(402)和金属块(403)；按键(401)的上部分露出壳体(1)顶部，在按键(401)底部装有能提供竖向弹力的绝缘弹簧(402)，绝缘弹簧(402)中间装有金属块(403)；当按键(401)被按下时，绝缘弹簧(402)被压缩且金属块(403)底部接触按钮感应电路，按钮感应电路接通并向单片机发射信号，数据无线传送器将单片机的信号发送至上位机；所述的MEMS加速度传感器(5)同轴固定在壳体(1)内部能测得X轴和Y轴两个方向的加速度数据，X轴和Y轴所组成的平面与LED点阵数字屏(2)所在平面平行。
2.根据权利要求1所述的一种基于MEMS的阀门开度实时检测装置，其特征在于，所述电池盒(6)的盒盖朝下，通过所述第二孔洞能将盒盖从壳体(1)外部打开以进行电池盒(6)内的电池更换。
3.根据权利要求1所述的一种基于MEMS的阀门开度实时检测装置，其特征在于，所述壳体(1)为立方体结构。
4.根据权利要求3所述的一种基于MEMS的阀门开度实时检测装置，其特征在于，所述壳体(1)底部的短边中垂线上间隔开有两个用于与阀门阀杆固定的螺纹孔，MEMS加速度传感器(5)的中轴线与壳体(1)。
5.根据权利要求1所述的一种基于MEMS的阀门开度实时检测装置，其特征在于，所述绝缘弹簧(402)的顶部固定于按键(401)底部，底部压设于按钮感应电路上；所述金属块(403)的顶部固定于按键(401)底部，底部悬于按钮感应电路上方，金属块(403)的长度短于绝缘弹簧(402)初始长度。
6.根据权利要求1所述的一种基于MEMS的阀门开度实时检测装置，其特征在于，所述按钮感应电路用于感应按钮装置(4)的通断，单片机用于进行基础的逻辑判断和赋值计算，数据无线传送器用于将单片机的检测结果无线传输至智能设备端。
7.一种利用权利要求1～6任一所述基于MEMS的阀门开度实时检测装置实现阀门开度实时检测的方法，其特征在于，步骤如下：
S1：安装所述装置至与阀门阀杆共同转动的部位，以LED点阵数字屏(2)平面为基准面，安装时保证基准面为水平或竖直；
S2：将阀门旋转至全关状态，即0％开度状态，此时长按按钮装置(4)的按键(401)使金属块(403)接触按钮感应电路3秒以上，接通该段电路，向单片机发射3秒以上的信号脉冲；单片机识别到3秒以上持续信号脉冲后，接通电池盒(6)内的电池电源，使所述装置开机，清零缓存数据，启动MEMS加速度传感器(5)，LED点阵数字屏(2)显示“0％”，此时时刻为t0；
S3：将阀门旋转至全开状态，即100％开度状态，此时短按一下按钮装置(4)的按键(401)使金属块(403)接触按钮感应电路，接通该段电路，向单片机发射一个信号脉冲；单片机识别到一个信号脉冲，此时时刻为t1，单片机获取t0～t1时段下MEMS加速度传感器(5)的加速度数据；MEMS加速度传感器(5)测量X轴和Y轴两个方向上的加速度，单片机将两个方向上的加速度数据分别通过一次积分运算转换为速度数据Vx和Vy，再将X轴和Y轴的速度数据进行矢量合成，即
再将合成的速度数据v合通过一次积分运算转换为路程数据，得到S1；将S1赋值给S总和Snow，则阀门此时的开度
LED点阵数字屏(2)显示P1，并通过数据无线传送器传输P1的数值至智能设备端，之后将P1赋值给P0；
S4：所述装置通过步骤S2和S3完成初始化后，即可实时检测并显示阀门开度，具体如下：
MEMS加速度传感器(5)在所述装置开机后始终处于运行状态，其将所检测到的每一段非0的加速度数据发送给单片机，单片机根据获得的加速度数据和时间数据计算每段路程，并赋值给S1；随后将Snow+S1的值赋值给Snow，则阀门此时的开度
若P1≠P0，即阀门开度发生变化，此时在LED点阵数字屏(2)显示P1的数值，并通过数据无线传送器传输P1的数值至智能设备端，之后将P1赋值给P0；
S5：在所述装置开机状态下，长按按钮装置(4)的按键(401)使金属块(403)接触按钮感应电路3秒以上，接通该段电路，向单片机发射3秒以上信号脉冲；
单片机识别到3秒以上持续信号脉冲，关闭电池盒(6)内的电池电源，装置关机。
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