CN208300738U - 增氧机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为解决目前对于增氧机的控制不够方便的的技术问题，提供了一种增氧机的控制系统，增氧机包括电机，控制系统包括：电源开关，电源开关与增氧机的供电电源相连，电源开关用于根据用户操作切断或接通供电电源；电机驱动模块，电机驱动模块分别与电源开关和电机相连，电机驱动模块用于在接通供电电源时对供电电源进行转换以驱动电机；电压采集模块，电压采集模块与电机驱动模块中的直流母线相连，电压采集模块用于采集直流母线电压；主控模块，主控模块分别与电压采集模块和电机驱动模块相连，主控模块用于根据直流母线电压对电机驱动模块进行控制，以实现对电机运行模式的调整。本实用新型能够方便地对增氧机的电机运行模式进行调整。

Description

增氧机的控制系统

技术领域

本实用新型涉及增氧机控制技术领域，具体涉及一种增氧机的控制系统。

背景技术

当今世界增氧机的应用对于高密度水产养殖业来说很重要。增氧机的种类一般有叶轮式增氧机、射流式增氧机以及水车式增氧机等。其中使用最多、最广泛的就是叶轮式增氧机，叶轮式增氧机采用的是机械方法增氧，通过驱动电机带动水面叶轮旋转来搅动水面，搅拌气膜和液膜，来增加气、液的接触面积，以扩大氧气在水中的浓度梯度，以提升空气中的氧气向水中转移扩散的速度。

目前市场上普遍使用的叶轮式增氧机都是直接接220V或380V电源，运行方式死板，不能调节氧气含量。对此相关技术中推出了全智能变频增氧机，通过驱动器的智能调节可改变电机的运行频率达到节能和调节氧气含量的效果。然而对于该全智能变频增氧机的控制较市场上的叶轮式增氧机更为复杂，不方便中老年养殖户或文化程度不高的养殖户使用。并且，对于该全智能变频增氧机的控制依赖于通信网络，当出现网络故障时，会给用户带来更大不便。

实用新型内容

本实用新型为解决目前对于增氧机的控制不够方便的技术问题，提供了一种增氧机的控制系统。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种增氧机的控制系统，所述增氧机包括电机，所述控制系统包括：电源开关，所述电源开关与所述增氧机的供电电源相连，所述电源开关用于根据用户操作切断或接通所述供电电源；电机驱动模块，所述电机驱动模块分别与所述电源开关和所述电机相连，所述电机驱动模块用于在接通所述供电电源时对所述供电电源进行转换以驱动所述电机；电压采集模块，所述电压采集模块与所述电机驱动模块中的直流母线相连，所述电压采集模块用于采集直流母线电压；主控模块，所述主控模块分别与所述电压采集模块和所述电机驱动模块相连，所述主控模块用于根据所述直流母线电压对所述电机驱动模块进行控制，以实现对所述电机运行模式的调整。

所述电压采集模块包括：电阻支路，所述电阻支路包括串联的第一至第四电阻，所述电阻支路的一端与所述直流母线的正极相连，所述电阻支路的另一端作为所述电压采集模块的采集电压输出端；第五电阻，所述第五电阻的一端与所述电阻支路的另一端相连，所述第五电阻的另一端与所述直流母线的负极相连；第一电容，所述第一电容与所述第五电阻并联；第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第五电阻的一端相连，所述第一二极管的阴极连接到第一预设电源。

所述电机驱动模块包括三相逆变桥，所述三相逆变桥包括相互并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个开关管，其中，每相桥臂的两端分别连接到所述直流母线的正极和负极，每相桥臂的两个开关管之间的节点作为该相的交流输出节点。

在每相桥臂与所述直流母线的负极之间还连接有对应的电流采样电阻。

所述主控模块包括型号为STM32F030C8的第一单片机。

所述第一单片机的AD采样引脚与所述电压采集模块的采集电压输出端相连，所述第一单片机的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)波输出引脚分别与所述三相逆变桥中的每个开关管的控制极相连，所述第一单片机根据输入所述AD采样引脚的直流母线电压识别所述电源开关的动作，并根据所述电源开关的动作调整所述PWM波的占空比，以实现对所述电机运行模式的调整。

在所述第一单片机的PWM波输出引脚与所述三相逆变桥中的开关管的控制极之间还连接有推挽电路和光耦隔离放大电路。

所述的增氧机的控制系统还包括：上电计数模块，所述上电计数模块分别与所述电源开关和所述主控模块相连，所述上电计数模块用于对接通所述供电电源的次数进行计数，所述主控模块根据所述上电计数模块的计数结果对所述电机驱动模块进行控制，以实现对所述电机运行模式的调整。

所述上电计数模块包括EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableReadOnly Memory，带电可擦可编程只读存储器)。

所述EEPROM内置于所述第一单片机中。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的增氧机的控制系统，电源开关可根据用户操作切断或接通供电电源，通过电压采集模块采集电机驱动模块中的直流母线电压，主控模块可根据该直流母线电压对电机驱动模块进行控制，以实现对电机运行模式的调整，由此，能够方便地对增氧机的电机运行模式进行调整。

附图说明

图1为本实用新型实施例的增氧机的控制系统的方框示意图；

图2为本实用新型一个实施例的电机驱动模块的电路图；

图3为本实用新型一个实施例的电压采集模块的电路图；

图4为本实用新型一个实施例的主控模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的增氧机包括电机，通过电机的运转带动水面叶轮旋转来搅动水面，搅拌气膜和液膜，来增加气、液的接触面积，以扩大氧气在水中的浓度梯度，以提升空气中的氧气向水中转移扩散的速度，实现其增氧功能。

如图1所示，本实用新型的增氧机的控制系统，包括电源开关10、电机驱动模块20、电压采集模块30和主控模块40。

其中，电源开关10与增氧机的供电电源相连，电源开关10用于根据用户操作切断或接通供电电源；电机驱动模块20分别与电源开关10和电机相连，电机驱动模块20用于在接通供电电源时对供电电源进行转换以驱动电机；电压采集模块30与电机驱动模块20中的直流母线相连，电压采集模块30用于采集直流母线电压；主控模块40分别与电压采集模块30和电机驱动模块20相连，主控模块40用于根据直流母线电压对电机驱动模块20进行控制，以实现对电机运行模式的调整。

在本实用新型的一个实施例中，增氧机的供电电源可为AC380V或220V，电机可为直流电机。电机驱动模块20可包括三相逆变桥，如图2所示，三相逆变桥包括相互并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个开关管，其中，每相桥臂的两端分别连接到直流母线的正极P和负极N，每相桥臂的两个开关管之间的节点作为该相的交流输出节点。具体地，如图2所示，开关管可为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，三相逆变桥包括Q7～Q11共六个IGBT，三相交流输出节点U、V、W分别通过对应的端子J4、J5、J6连接到直流电机的三相端。当供电电源为AC380V时，直流母线的正极P和负极N之间的电压约为530V。

如图3所示，电压采集模块30包括由串联的第一至第四电阻R44、R45、R47、R48构成的电阻支路、第五电阻R83、第一电容C47和第一二极管D16。其中，电阻支路的一端与直流母线的正极P相连，电阻支路的另一端作为电压采集模块的采集电压输出端；第五电阻R83的一端与电阻支路的另一端相连，第五电阻R83的另一端与直流母线的负极N相连；第一电容C47与第五电阻R83并联；第一二极管D16的阳极与第五电阻R83的一端相连，第一二极管D16的阴极连接到第一预设电源。

在本实用新型的一个实施例中，主控模块可包括型号为STM32F030C8的第一单片机U6，第一单片机U6的引脚及部分外围电路如图4所示。第一单片机U6的AD采样引脚与电压采集模块30的采集电压输出端相连，第一单片机U6可将AD采样引脚输入的电压与基准电压，例如3.3V作对比以转化得到数字信号，并通过对该数字信号的处理和分析来判断电机驱动模块20是否上电、上电为正常上电还是处于欠压状态等。第一单片机U6的PWM波输出引脚UH、VH、WH、UL、VL、WL分别对应与三相逆变桥中的每个开关管的控制极，即图2中的GU+、GU-、GV+、GV-、GW+、GW-相连。进一步地，在第一单片机U6的PWM波输出引脚与三相逆变桥中的开关管的控制极之间还连接有推挽电路和光耦隔离放大电路。第一单片机U6输出6路PWM波，分别通过推挽电路和光耦隔离放大电路，再输出至三相逆变桥控制6个IGBT导通和关断，进而控制电机的运行。第一单片机U6可根据输入AD采样引脚的直流母线电压识别电源开关10的动作，并根据电源开关10的动作调整PWM波的占空比，从而调整电机的转速，以实现对电机运行模式的调整。

在本实用新型的一个具体实施例中，串联的第一至第四电阻R44、R45、R47、R48可均为200K的电阻，第五电阻R83可为3K的电阻，第五电阻R83可对直流母线电压进行分压，从而可将分得的电压通过采集电压输出端输出至第一单片机的AD采样引脚。第一预设电源的电压可为3.3V，第一二极管D16为钳位二极管，利用二极管的单向导电性，当第五电阻R83的电压低于3.3V时，第一二极管不导通，当第五电阻R83的电压大于3.3V时，第一二极管导通，将电压钳位在3.3V，以此保护第一单片机U6不会被过高的电压打坏。

进一步地，如图2所示，在每相桥臂与直流母线的负极之间还连接有对应的电流采样电阻，即R53、R59、R65，电流采样电阻可为6mR/3W的康铜丝。通过设置电流采样电阻，主控模块40还可分别通过电流采样端NU、NV、NW分别采集U、V、W相的电流，以便进行相关的保护控制等。

基于上述控制系统，用户可通过对电源开关10的操作发出电机运行模式控制指令，在用户对电源开关10进行相应操作，即有规律地切断或接通供电电源时，电机驱动模块20中的直流母线电压可发生相应改变，从而主控模块40可根据该相应改变对应调整电机的运行模式。

举例而言，在分闸超过预设时间后的首次合闸时，增氧机的供电电源由切断变为接通，电压采集模块30所采集的电压在持续为零预设时间后上升至正常大小，主控模块40可据此控制增氧机的电机进入模式一，高低速交替运行；当增氧机的电机以模式一运行时，如果分闸，则增氧机的供电电源由接通变为切断，电机驱动模块20不会立刻掉电，电压采集模块30所采集的电压逐渐降低至一定程度时，主控模块40可判断当前电机驱动模块20为欠压状态，此时可进行欠压保护，如控制增氧机停止运行，如果此时立即再次合闸，则电压采集模块30所采集的电压恢复至正常大小，主控模块40可据此控制增氧机的电机进入模式二，低速运行；当增氧机的电机以模式二运行时，如果分闸，则增氧机的供电电源由接通变为切断，电机驱动模块20不会立刻掉电，电压采集模块30所采集的电压逐渐降低至一定程度时，主控模块40可判断当前电机驱动模块20为欠压状态，此时可进行欠压保护，如控制增氧机停止运行，如果此时立即再次合闸，则电压采集模块30所采集的电压恢复至正常大小，主控模块40可据此控制增氧机的电机进入模式三，高速运行；当增氧机的电机以模式三运行时，同样地，如果分闸，并再次合闸，则主控模块40可据此控制增氧机的电机进入模式一。如此重复操作，可控制增氧机的电机在上述三种运行模式间进行切换。

需要说明的是，分合闸操作与电机运行模式的对应关系不限于上述示例，可在控制系统的开发设计生产过程中进行其他设定，或由用户自行进行个性化设定。电机运行模式越多，越能够充分满足用户的不同需求。

此外，在本实用新型的其他实施例中，增氧机的控制系统还可包括上电计数模块。上电计数模块分别与电源开关10和主控模块40相连，上电计数模块用于对接通供电电源的次数进行计数，主控模块40根据上电计数模块的计数结果对电机驱动模块进行控制，以实现对电机运行模式的调整。具体地，上电计数模块可包括EEPROM，该EEPROM可内置于第一单片机U6中，也可以是外置的。EEPROM不同的计数结果与不同的电机运行模式相对应，由此，通过上电时EEPROM计数也可实现对电机运行模式的调整。

根据本实用新型的增氧机的控制系统，电源开关可根据用户操作切断或接通供电电源，通过电压采集模块采集电机驱动模块中的直流母线电压，主控模块可根据该直流母线电压对电机驱动模块进行控制，以实现对电机运行模式的调整，由此，能够方便地对增氧机的电机运行模式进行调整。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种增氧机的控制系统，其特征在于，所述增氧机包括电机，所述控制系统包括：

电源开关，所述电源开关与所述增氧机的供电电源相连，所述电源开关用于根据用户操作切断或接通所述供电电源；

电机驱动模块，所述电机驱动模块分别与所述电源开关和所述电机相连，所述电机驱动模块用于在接通所述供电电源时对所述供电电源进行转换以驱动所述电机；

电压采集模块，所述电压采集模块与所述电机驱动模块中的直流母线相连，所述电压采集模块用于采集直流母线电压；

主控模块，所述主控模块分别与所述电压采集模块和所述电机驱动模块相连，所述主控模块用于根据所述直流母线电压对所述电机驱动模块进行控制，以实现对所述电机运行模式的调整。

2.根据权利要求1所述的增氧机的控制系统，其特征在于，所述电压采集模块包括：

电阻支路，所述电阻支路包括串联的第一至第四电阻，所述电阻支路的一端与所述直流母线的正极相连，所述电阻支路的另一端作为所述电压采集模块的采集电压输出端；

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述电阻支路的另一端相连，所述第五电阻的另一端与所述直流母线的负极相连；

第一电容，所述第一电容与所述第五电阻并联；

第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第五电阻的一端相连，所述第一二极管的阴极连接到第一预设电源。

3.根据权利要求2所述的增氧机的控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块包括三相逆变桥，所述三相逆变桥包括相互并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个开关管，其中，每相桥臂的两端分别连接到所述直流母线的正极和负极，每相桥臂的两个开关管之间的节点作为该相的交流输出节点。

4.根据权利要求2所述的增氧机的控制系统，其特征在于，在每相桥臂与所述直流母线的负极之间还连接有对应的电流采样电阻。

5.根据权利要求3所述的增氧机的控制系统，其特征在于，所述主控模块包括型号为STM32F030C8的第一单片机。

6.根据权利要求5所述的增氧机的控制系统，其特征在于，所述第一单片机的AD采样引脚与所述电压采集模块的采集电压输出端相连，所述第一单片机的PWM波输出引脚分别与所述三相逆变桥中的每个开关管的控制极相连，所述第一单片机根据输入所述AD采样引脚的直流母线电压识别所述电源开关的动作，并根据所述电源开关的动作调整所述PWM波的占空比，以实现对所述电机运行模式的调整。

7.根据权利要求6所述的增氧机的控制系统，其特征在于，在所述第一单片机的PWM波输出引脚与所述三相逆变桥中的开关管的控制极之间还连接有推挽电路和光耦隔离放大电路。

8.根据权利要求5所述的增氧机的控制系统，其特征在于，还包括：

上电计数模块，所述上电计数模块分别与所述电源开关和所述主控模块相连，所述上电计数模块用于对接通所述供电电源的次数进行计数，所述主控模块根据所述上电计数模块的计数结果对所述电机驱动模块进行控制，以实现对所述电机运行模式的调整。

9.根据权利要求8所述的增氧机的控制系统，其特征在于，所述上电计数模块包括EEPROM。

10.根据权利要求9所述的增氧机的控制系统，其特征在于，所述EEPROM内置于所述第一单片机中。