CN208749524U - 一种电动抽真空控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动抽真空控制器，包括有电源接口、真空泵接口、电源管理电路、控制电路和气压开关信号接口；控制电路包括主控MCU、一个控制按键、真空泵驱动电路、输出电流检测电路、电池电量检测和充电检测电路、LED功能指示电路、蜂鸣器驱动电路、UART上位机通信接口电路；电源管理电路包括一个电池充电管理电路、电池保护电路、锂电池；本实用新型由于设有低电压和欠压保护电路，避免了锂电池过放电造成的伤害；由于设置控制按键和指示LED灯及蜂鸣器的提示，可方便设置档位，满足不同真空度设置需求和良好的人机交互体验。

Description

一种电动抽真空控制器

技术领域

本实用新型涉及控制器技术领域，更具体的说是涉及一种电动抽真空控制器。

背景技术

目前，随着社会经济的飞速发展，人们生活水平的提高，对抽真空保鲜、抽真空拔罐和美容等需求越来越多。现有技术有手动抽真空棒和电动抽真空棒，电动抽真空设备具有省力、便携、功能多样化的特点。电动抽真空设备对真空负压度的控制，采用固定刻度的气压开关和基于半导体硅材质的全桥传感器、陶瓷材质等气压传感器；但是，固定刻度的气压开关只能实现固定压力检测，半导体气压传感器材料成本高、受温度影响出厂需要校准补偿和使用需要恒压或恒流供电，提高了系统使用成本；并且，现有技术中的抽真空控制器仍存在以下问题：

(1)当电源电压过低时，控制器仍然继续输出，这样会使部分直流电源 (锂电池、碱性电池等)因过度放电而造成损害；

(2)当功率管中流过的电流负载增加到超出功率管能承受的最大电流时，由于控制器没有保护电路导致功率管损坏；

(3)气压负压控制点单一，使用气体压力半导体传感器成本高；

(4)人机界面简单，使用体验不够理想。

因此，如何提供一种电动抽真空控制器，能够实现电路工作保护、设置多种工作档位满足不同真空度设置需求和良好的人机交互体验是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种电动真空控制器，本实用新型包括电源接口、真空泵接口、电源管理电路、控制电路和气压开关信号接口；控制电路包括主控MCU、轻触按键开关、真空泵驱动电路、输出电流检测电路、电池电量检测和充电检测电路、LED功能指示电路、蜂鸣器驱动电路、UART 上位机通信接口电路；电源管理电路包括一个电池充电管理电路、电池保护电路和锂电池；通过各个电路共同作用，实现对工作电路的保护，同时设有多个不同档位的控制按键，使本装置更加灵活便捷。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电动抽真空控制器，包括：锂电池、电源接口、真空泵接口、电源管理电路、气压开关信号接口，其特征在于，还包括控制电路；

所述控制电路，包括主控MCU以及与所述主控MCU连接的电量和档位指示灯、蜂鸣器和蜂鸣器驱动电路、轻触按键开关、气压检测开关接口、负载电流检测电路、欠压检测电路、UART通信接口、真空泵和真空泵驱动电路、电池充电管理电路、锂电池和锂电池保护电路；所述主控MCU内部设置有电压检测电路；

所述轻触按键开关设有多个不同档位，进行电量指示和工作档位指示以及设置真空泵工作于不同的真空负压度模式。

优选的，欠压检测电路和主控MCU内部的电压检测电路均可检测电源电压是否达到下限。

优选的，电源管理电路，包括一个电池充电管理电路、电池保护电路和锂电池。

优选的，电源接口是Micro USB接口通过CNR1和CN1相连，接入所述电源管理电路的电池充电管理电路；所述电源管理电路的芯片UK1第一脚接 RK15电阻，所述RK15电阻连接所述主控MCU的中断输入口；所述芯片UK1 第二脚接地；所述芯片UK1第三脚通过CK2电容接地，所述芯片UK1第三脚还连接所述锂电池正极；所述芯片UK1第四脚通过RK16电阻连接CN1，所述芯片UK1第四脚通过CK7电阻接地，所述CK7电阻与R2电阻并联；所述芯片UK1第五脚通过RK17电阻连接所述主控MCU的GPIO口；所述芯片UK1第六脚通过RK11电阻接地。

优选的，欠压检测电路通过RK8电阻连接所述锂电池正极，所述RK8电阻另一端通过R9电阻接地，所述R9电阻和C14电容并联，所述RK8电阻和所述R9电阻接口端连接所述主控MCU的ADC检测输入口。

优选的，锂电池保护电路的芯片UK2第一脚接所述芯片UK3第六脚；所述芯片UK2第二脚通过RK3电阻接地；所述芯片UK2第三脚接所述芯片UK3 第四脚；所述芯片UK2第五脚通过RK2电阻接所述锂电池正极，所述芯片 UK2第五脚通过CK3电容接所述锂电池负极；所述芯片UK2第六脚接所述锂电池负极；所述芯片UK3第二脚和第五脚相接，所述芯片UK3第三脚接地，所述芯片UK3第一脚接所述锂电池负极。

优选的，蜂鸣器的声音提示电路由蜂鸣器BUZZER1和蜂鸣器驱动电路组成；蜂鸣器BUZZER1正极连接DK2开关二极管的负极、所述蜂鸣器BUZZER1 正极还连接所述锂电池正极；所述蜂鸣器BUZZER1负极连接DK2开关二极管的正极；所述DK2开关二极管的正极通过RK13电阻连接QK1三极管集电极，QK1三极管发射极接地，QK1三极管基极接RK1电阻，所述RK1电阻通过RK4电阻接地，所述RK1电阻还连接所述主控MCU的GPIO口。

优选的，气压开关信号接口通过连接负压检测开关传感器连接所述主控 MCU的GPIO口；所述设置不同档位的轻触按键开关连接所述主控MCU的中断输入口。

优选的，档位显示和电池电量显示的LED驱动电路的RW1电阻、RW2 电阻、RW3电阻、RW4电阻并联接所述锂电池的正极；其中，所述RW1电阻通过LED2连接所述主控MCU的GPIO口；RW2电阻通过LED3连接所述主控MCU的GPIO口；RW3电阻通过LED4连接所述主控MCU的GPIO口； RW4电阻通过LED1连接所述主控MCU的GPIO口。

优选的，真空泵接口JK1正极连接DK1开关二极管负极和所述锂电池正极，所述真空泵接口JK1负极和所述真空泵驱动电路的功率管QK2的漏极连接，所述真空泵驱动电路的功率管QK2的源极通过RC1接地，所述RC1、 RC2并联；所述RC1、RC2并联后通过连接RK9电阻后，再并联C16电容，最后连接所述主控MCU的ADC检测输入口；所述真空泵驱动电路的功率管 QK2的栅极连接RK5电阻，所述RK5电阻通过RK6电阻接地，所述RK5电阻还接所述主控MCU的GPIO口。

优选的，真空泵驱动电路的功率管QK2为N沟道增强型MOSFET；所述锂电池为单节锂离子或聚合物电池。

优选的，所述负载电流检测电路的电流ADC采样信号和所述电压检测电路的电压ADC采样信号均传输至所述主控MCU，所述主控MCU输出负载真空负压度信号通过所述气压开关信号接口传输至所述轻触按键开关，所述轻触按键开关设置真空泵工作在不同档位的真空负压度模式。

优选的，主控MCU不依赖于某具体型号，具备相同功能的型号可以实现所述功能。

经由上述的技术方案可知，本实用新型公开提供了一种电动抽真空控制器，具有以下显著的优点：通过主控MCU和真空泵驱动电路、真空泵马达电流ADC采样电路、电池电压采样电路、气压开关检测电路的共同工作，可以实现真空泵马达性能曲线还原来反推负载的真空负压度，可以达到多档位模糊控制的目的；蜂鸣器的声音提示电路、可设置不同档位的轻触按键开关、档位显示和电池电量显示的LED驱动电路可以实现简洁和开捷的人机交互体验；和上位机通信的UART接口电路，可以实现工作数据的输出交互和功能扩展；电源管理电路防止电池过充电、过放电对电池的损坏，延长电池寿命；因此，本实用新型可实施性强，具有极大的市场推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的硬件电路结构框图；

图2附图为本实用新型提供的真空泵的工作电流和真空度及抽气流量示意图；

图3附图为本实用新型提供的电源接口示意图；

图4附图为本实用新型提供的电源管理电路示意图；

图5附图为本实用新型提供的蜂鸣器和蜂鸣器驱动电路示意图；

图6附图为本实用新型提供的真空泵和真空泵驱动电路示意图；

图7附图为本实用新型提供的锂电池和锂电池保护电路示意图；

图8附图为本实用新型提供的主控MCU的电路连接示意图；

图9附图为本实用新型提供的主控信号VMCU与电源信号VBAT_A的电路连接示意图。

在图中：

RK1、RK2、RK3、RK4、RK5、RK6、RK7、RK8、RK9、RK11、RK13、 RK14、RK15、RK16、R2、R9、RW1、RW2、RW3、RW4均为电阻，RC1、 RC2为检测电阻；

CK2、CK3、CK7、C7、C8、C14、C16均为电容；

QK1为三极管、QK2为功率管；DK1为续流二极管、DK2为开关二极管；

LED1、LED2、LED3、LED4为发光LED灯；

JK1为真空泵接口、SWK1为气压开关信号接口、SW1为轻触按键开关；

CONK2为电源接口、BUZZER1为蜂鸣器。

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。

本实用新型实施例公开了一种电动抽真空控制器，包括：电源接口、真空泵接口、电源管理电路、控制电路和电连接于所述控制电路之间的气压开关信号接口；利用控制电路设有的低电压和欠压保护电路，避免了锂电池的过度放电；设有的不同档位控制按键，获得了更好的人机交互体验。

参见附图1为本实用新型的硬件电路结构框图，包括主控MCU、欠压检测电路、电压检测、轻触按键输入、气压检测开关接口、负载电流检测电路、电量和档位指示灯、蜂鸣器和蜂鸣器驱动电路、UART通信接口、充电输入接口、电池充电管理电路、锂电池和保护电路、真空泵和真空泵驱动电路。

参见附图2为本实用新型提供的真空泵的工作电流和真空度及抽气流量图可以看出，真空泵的输出气体流量是随着真空负压度的逐步提高而逐步降低，真空泵的工作功率从开始工作时到最大功率点是逐步增加，到达最大功率点后随着真空负压度的逐步升高而开始逐步降低，两段折线接近线性。

参见附图3-8为本实用新型提供的电路原理图。

为了进一步优化上述技术方案，电源管理电路，包括一个电池充电管理电路、电池保护电路和锂电池。

为了进一步优化上述技术方案，锂电池为单节锂离子或聚合物电池。

为了进一步优化上述技术方案，负载电流检测电路的电流ADC采样信号和电压检测电路的电压ADC采样信号均传输至主控MCU，主控MCU输出负载真空负压度信号通过气压开关信号接口传输至轻触按键开关，轻触按键开关设置真空泵工作在不同档位的真空负压度模式。

为了进一步优化上述技术方案，主控MCU不依赖于某具体型号，具备相同功能的型号可以实现上述功能。

本实用新型的电池充电管理电路、锂电池和保护电路、轻触按键输入、气压检测开关接口和负载电流检测电路为硬件电路的输入端，不同类型的信号经过主控MCU分析处理后分别传输至电量和档位指示灯、欠压检测电路、蜂鸣器和蜂鸣器驱动电路或真空泵和真空泵驱动电路；真空泵和真空泵驱动电路也可以传输信号到负载电流检测电路进行电流检测；

轻触按键输入设有不同的开关档位，当设定一个档位时，档位信号传输到主控机MCU的中断输入口，当档位信号为电量或档位指示时，信号从MCU 输出传送到电量和档位指示灯模块，进行电量指示和工作档位指示；当输入信号为控制真空泵工作档位信号，信号从MCU输出传送到真空泵和真空泵驱动电路进行真空负压度模式调整；上位机通信的UART接口电路由CN2与 MCU的UART接口连接，可以和上位机进行数据交互，上传工作中的数据，也可以由上位机下发设置指令进行调整。

下面结合本实用新型采用的各部分电路和多档位控制的连接结构的工作特性进一步说明。

电源接口CONK2是Micro USB接口通过CNR1和CN1相连，接入电源管理电路的电池充电管理电路；电源管理电路的芯片UK1第一脚接RK15电阻，RK15电阻连接主控MCU的中断输入口，作为检测是否在充电状态，同时具体唤醒主控MCU驱动LED显示充电进度；芯片UK1第二脚接地；芯片UK1第三脚通过CK2电容接地，芯片UK1第三脚还连接锂电池正极；芯片UK1第四脚通过RK16电阻连接CN1连接器作为限流电阻，减小芯片UK1 的发热功耗；芯片UK1第四脚通过CK7电阻与R2电阻并联的电路接地，作为无输入电源时固定为低电平和电源去耦作用；芯片UK1第五脚通过RK17 电阻接主控MCU的GPIO口作为判断锂电池是否充饱；芯片UK1第六脚通过RK11电阻接地。

欠压检测电路通过RK8电阻连接锂电池正极，RK8电阻另一端通过R9 电阻接地，R9电阻和C14电容并联，RK8电阻和R9电阻接口端连接主控 MCU的ADC检测输入口，经主控MCU内部的ADC采样电路采样和程序滤波处理可以获得电池电压值；或使用主控MCU内置的内部带隙电压(band-gap voltage)可以倒推出系统供电电压值；采样获得的电压可以判断当前电池的电量就行功率计算和欠压保护。

电池保护电路芯片UK2第一脚接芯片UK3第六脚控制放电控制 MOSFET门限连接管脚；芯片UK2第二脚通过RK3电阻接地电流感应输入管脚，作为充电器检测使用；芯片UK2第三脚接芯片UK3第四脚作为充电控制MOSFET门限连接管脚；芯片UK2第五脚通过RK2电阻接锂电池正极作为电源输入，芯片UK2第五脚通过CK3电容接锂电池负极作为电源去耦合；芯片UK2第六脚接锂电池负极，芯片UK3第二脚和第五脚相接，芯片UK3 第三脚接地，芯片UK3第一脚接锂电池负极；芯片UK3为双路NMOSFET，作为电池保护控制开关使用。

蜂鸣器的声音提示电路由蜂鸣器BUZZER1和蜂鸣器驱动电路组成，蜂鸣器BUZZER1正极连接DK2开关二极管的负极、蜂鸣器BUZZER1正极还连接锂电池正极；蜂鸣器BUZZER1负极连接DK2开关二极管的正极；DK2开关二极管的正极通过RK13电阻连接QK1三极管集电极，QK1三极管发射极接地，QK1三极管基极接RK1电阻，RK1电阻通过RK4电阻接地，RK1电阻还连接于作为上电开机低阻通道主控MCU的GPIO口；GPIO口输出不同频率和时间的PWM信号，经QK1放大和RK13限流后驱动蜂鸣器发声，续流二极管DK2作为反向电压抑制作用避免蜂鸣器关闭后的反向电压损坏 QK1。

气压开关信号接口SWK1通过连接负压检测开关传感器连接主控MCU 的GPIO口，检测负载气压真空度是否达到设定值；设置不同档位的轻触按键开关SW1连接于主控MCU的中断输入口，可以在主控MCU关机进入低功耗模式后唤醒起来，设置真空泵工作于不同档位的真空负压度模式。

档位显示和电池电量显示的LED驱动电路的RW1电阻、RW2电阻、RW3 电阻、RW4电阻并联接锂电池的正极；其中，RW1电阻通过LED2连接主控 MCU的GPIO口；RW2电阻通过LED3连接主控MCU的GPIO口；RW3电阻通过LED4连接主控MCU的GPIO口；RW4电阻通过LED1连接主控MCU 的GPIO口，进行电量指示和工作档位指示，方便使用者操作控制器。

真空泵接口JK1正极连接DK1开关二极管负极和锂电池正极，真空泵接口JK1负极和真空泵驱动电路的功率管QK2的漏极连接，真空泵驱动电路的功率管QK2的源极通过RC1接地，RC1、RC2并联；RC1、RC2并联后通过连接RK9电阻后，再并联C16电容，最后连接主控MCU的ADC检测输入口；真空泵驱动电路的功率管QK2的栅极连接RK5电阻，RK5电阻通过RK6 电阻接地，RK5电阻还接主控MCU的GPIO口；RK6作为开机下拉电阻稳定引脚上电状态，功率管QK2为N沟道增强型MOSFET，主控MCU输出控制高电平信号后功率管导通，真空泵得电开始工作，工作的电流流经RC1、RC2 检测电阻到地，主控MCU的ADC采样脚连接在RK9和C16低通滤波后的端，采样RC1、RC2的电压值就可以计算出工作电流。

检测流经真空泵电流的限流电阻电路，根据真空泵马达的工作电流和真空度及抽气流量性能曲线图，主控MCU根据检测到的电流ADC采样值和电源电压ADC采样值，可以计算出真空泵马达输出功率值，还原出真空泵马达从开始启动后负载气体真空负压度的变化曲线，依照已知的真空泵特性曲线图2，主控MCU检测到的对应真空泵马达输出功率值来反推负载的真空负压度，可以达到控制器模糊控制的目的。

综上所述，本实用新型提供了一种电动抽真空控制器，与现有技术相比具有以下有益效果：

①由于设置了欠压保护电路、过冲、过放电保护，从而避免电池的损坏；设置了充电管理和检测电路，对充电进度可以直观掌握；

②由于设置了马达电流ADC采样电路和软件的超时工作保护，从而避免了功率管电路和马达的有效保护；

③由于设置了控制按键和指示LED灯及蜂鸣器提示，可以方便设置多种工作档位，满足不同真空度设置需求和良好的人机交互体验；

④由于设置了马达电流ADC和电压采样电路和软件计算，对马达进行模糊控制，简化电路结构和生产步骤，避免使用高价的传感器元件达到节省成本的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电动抽真空控制器，包括：电源管理电路、电源接口、真空泵接口、气压开关信号接口，其特征在于，还包括控制电路；

所述控制电路，包括主控MCU以及与所述主控MCU连接的电量和档位指示灯、蜂鸣器和蜂鸣器驱动电路、轻触按键开关、欠压检测电路、气压检测开关接口、负载电流检测电路、UART通信接口、真空泵和真空泵驱动电路、电池充电管理电路、锂电池和锂电池保护电路；所述主控MCU内部设置有电压检测电路；

所述轻触按键开关设有多个不同档位，进行电量指示和工作档位指示以及设置真空泵工作于不同的真空负压度模式。

2.根据权利要求1所述的一种电动抽真空控制器，其特征在于，所述电源接口是MicroUSB接口通过CNR1和CN1相连，接入所述电源管理电路的电池充电管理电路；所述电源管理电路的芯片UK1第一脚通过RK15电阻连接所述主控MCU的中断输入口；所述芯片UK1第二脚接地；所述芯片UK1第三脚通过CK2电容接地，所述芯片UK1第三脚还连接所述锂电池正极；所述芯片UK1第四脚通过RK16电阻连接CN1，所述芯片UK1第四脚通过CK7电阻接地，所述CK7电阻与R2电阻并联；所述芯片UK1第五脚通过RK17电阻连接所述主控MCU的GPIO口；所述芯片UK1第六脚通过RK11电阻接地。

3.根据权利要求1所述的一种电动抽真空控制器，其特征在于，所述欠压检测电路通过RK8电阻连接所述锂电池正极，所述RK8电阻另一端通过R9电阻接地，所述R9电阻和C14电容并联，所述RK8电阻和所述R9电阻接口端连接所述主控MCU的ADC检测输入口。

4.根据权利要求1所述的一种电动抽真空控制器，其特征在于，所述锂电池保护电路的芯片UK2第一脚接所述芯片UK3第六脚；所述芯片UK2第二脚通过RK3电阻接地；所述芯片UK2第三脚接所述芯片UK3第四脚；所述芯片UK2第五脚通过RK2电阻接所述锂电池正极，所述芯片UK2第五脚通过CK3电容接所述锂电池负极；所述芯片UK2第六脚接所述锂电池负极；所述芯片UK3第二脚和第五脚相接，所述芯片UK3第三脚接地，所述芯片UK3第一脚接所述锂电池负极。

5.根据权利要求1所述的一种电动抽真空控制器，其特征在于，所述蜂鸣器的声音提示电路由蜂鸣器BUZZER1和蜂鸣器驱动电路组成；

所述蜂鸣器BUZZER1正极连接DK2开关二极管的负极、所述蜂鸣器BUZZER1正极还连接所述锂电池正极；所述蜂鸣器BUZZER1负极连接DK2开关二极管的正极；所述DK2开关二极管的正极通过RK13电阻连接QK1三极管集电极，QK1三极管发射极接地，QK1三极管基极接RK1电阻，所述RK1电阻通过RK4电阻接地，所述RK1电阻还连接所述主控MCU的GPIO口。

6.根据权利要求1所述的一种电动抽真空控制器，其特征在于，所述气压开关信号接口通过连接负压检测开关传感器连接所述主控MCU的GPIO口；所述设置不同档位轻触按键开关连接所述主控MCU的中断输入口。

7.根据权利要求1所述的一种电动抽真空控制器，其特征在于，所述档位显示和电池电量显示的LED驱动电路的RW1电阻、RW2电阻、RW3电阻、RW4电阻并联接所述锂电池的正极；其中，所述RW1电阻通过LED2连接所述主控MCU的GPIO口；RW2电阻通过LED3连接所述主控MCU的GPIO口；RW3电阻通过LED4连接所述主控MCU的GPIO口；RW4电阻通过LED1连接所述主控MCU的GPIO口。

8.根据权利要求1所述的一种电动抽真空控制器，其特征在于，真空泵接口JK1正极连接DK1开关二极管负极和所述锂电池正极，所述真空泵接口JK1负极和所述真空泵驱动电路的功率管QK2的漏极连接，所述真空泵驱动电路的功率管QK2的源极通过RC1接地，所述RC1、RC2并联；所述RC1、RC2并联后通过连接RK9电阻后，再并联C16电容，最后连接所述主控MCU的ADC检测输入口；所述真空泵驱动电路的功率管QK2的栅极连接RK5电阻，所述RK5电阻通过RK6电阻接地，所述RK5电阻还接所述主控MCU的GPIO口。

9.根据权利要求1所述的一种电动抽真空控制器，其特征在于，所述负载电流检测电路的电流ADC采样信号和所述电压检测电路的电压ADC采样信号均传输至所述主控MCU，所述主控MCU输出负载真空负压度信号通过所述气压开关信号接口传输至所述轻触按键开关，所述轻触按键开关设置真空泵工作在不同档位的真空负压度模式。

10.根据权利要求1所述的一种电动抽真空控制器，其特征在于，所述真空泵驱动电路的功率管QK2为N沟道增强型MOSFET；所述锂电池为单节锂离子或聚合物电池。