CN212458481U - 水泵流量测量电路及水泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水泵流量测量电路及水泵系统，涉及水泵流量测量技术领域。该电路包括控制器、信号输出单元、反馈信号接收单元以及充电单元，反馈信号接收单元、充电单元及控制器依次电连接，信号输出单元及反馈信号接收单元分别与控制器电连接。由于是利用电容的充放电原理，将水泵反馈的PWM信号直接转换为模拟信号(充电单元的电压值)，再以此确定水泵流量，能够避免测量结果受到硬件或软件滤波的影响，保证了测量结果的准确性；同时由于是在预设个周期后才读取电压值，无需读取每个PWM信号的占空比，减少了中断，提高了程序稳定性，也能提升测量结果的准确性。

Description

水泵流量测量电路及水泵系统

技术领域

本实用新型涉及水泵流量测量技术领域，具体而言，涉及一种水泵流量测量电路及水泵系统。

背景技术

水泵是输送液体或使液体增压的机械，随着各行各业的发展，水泵的应用也越来越广泛。通常地，在对水泵进行控制时，需要先确定水泵的当前流量，并基于当前流量进行调节，以使水泵的流量满足用户的预期。

在现有技术中，大多水泵采用脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)占空比来反馈流量。具体地，传统控制方式是测出PWM占空比的高电平(或低电平)宽度和PWM整周期宽度，然后计算出PWM占空比，并基于该PWM占空比得出水泵流量估计值。然而，该方案为了保证采样精度，需要频繁读取PWM信号的脉冲宽度和高电平宽度，这样就会频繁产生中断，对程序稳定性不利；同时，如果占空比很低的情况下，该信号可能被硬件或软件滤波滤除(或影响滤波参数选取)，对流量估测十分不利。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是如何能够准确、稳定地测量水泵流量。

为解决上述问题，第一方面，本实用新型提供了一种水泵流量测量电路，所述水泵流量测量电路包括控制器、信号输出单元、反馈信号接收单元以及充电单元，所述反馈信号接收单元、所述充电单元及所述控制器依次电连接，所述信号输出单元及所述反馈信号接收单元分别与所述控制器电连接；

所述信号输出单元与一水泵电连接，用于接收所述控制器传输的脉冲信号，并向所述水泵转发所述脉冲信号，以使所述水泵根据所述脉冲信号生成反馈信号；

所述反馈信号接收单元与所述水泵电连接，用于接收所述水泵生成的反馈信号，并根据所述反馈信号控制所述充电单元充电或者放电；

所述控制器用于在预设个周期后读取所述充电单元的电压值，根据所述电压值确定所述反馈信号的占空比，并依据所述占空比确定所述水泵的流量，其中，所述充电单元进行一次充电及一次放电为一个所述周期。

可以理解地，由于是利用电容的充放电原理，将水泵反馈的PWM信号直接转换为模拟信号(充电单元的电压值)，再以此确定水泵流量，能够避免测量结果受到硬件或软件滤波的影响，保证了测量结果的准确性；同时由于是在预设个周期后才读取电压值，无需读取每个PWM信号的占空比，减少了中断，提高了程序稳定性，也能提升测量结果的准确性。

进一步地，所述反馈信号接收单元包括第一连接端口、第一开关管、第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述第一开关管的基极串联所述第二电阻后与所述第一连接端口电连接，所述第一开关管的发射极与电源电连接，所述第一开关管的发射极串联所述第一电阻后电连接于所述第一开关管的基极与所述第二电阻之间，所述第一开关管的集电极串联所述第三电阻后接地；

所述第一连接端口用于与所述水泵电连接，并用于将接收到的所述反馈信号传输至所述第一开关管；

所述第一开关管用于当所述反馈信号为第一电平时导通，以控制所述充电单元充电；

所述第一开关管还用于当所述反馈信号为第二电平时断开，以控制所述充电单元放电。

可以理解地，水泵输出的反馈信号能够控制第一开关管导通或断开，从而使得充电单元进行充电或者放电。

进一步地，所述充电单元包括第四电阻及第一电容，所述第四电阻的一端电连接于所述第三电阻与所述第一开关管的集电极之间，所述第四电阻串联所述第一电容后接地；

所述控制器用于在预设个周期后读取所述第一电容存储的电压值，根据所述电压值确定所述反馈信号的占空比，并依据所述占空比确定所述水泵的流量。

进一步地，所述充电单元还包括第五电阻，所述第五电阻与所述第一电容并联。

可以理解地，通过设置第五电阻，使得第一电容经由第五电阻或者第四电阻、第三电阻进行放电操作。

进一步地，所述充电单元还包括第二电容，所述第二电容与所述第一电容并联。

可以理解地，通过设置第二电容，可以滤除信号中的杂波。

进一步地，所述反馈信号接收单元还包括第六电阻及信号输出端，所述信号输出端与所述第六电阻串联，所述信号输出端的另一端电连接于所述第二电阻与所述第一连接端口之间，所述第六电阻的另一端接地。

所述控制器用于在所述信号输出端处捕捉所述反馈信号，并在所述反馈信号高、低电平的变化经过所述预设个周期后读取所述充电单元的电压值。

进一步地，所述信号输出单元包括第二连接端口、第七电阻及第三电容，所述控制器、所述第七电阻及所述第二连接端口依次电连接，所述第三电容的一端电连接于所述第七电阻与所述控制器之间，所述第三电容的另一端接地，所述第二连接端口用于与所述水泵电连接。

进一步地，所述控制器用于基于所述充电单元的电压值及预先存储的占空比和电压值的对应关系确定所述反馈信号的占空比；

所述控制器还用于基于所述反馈信号的占空比及预先存储的流量和占空比的对应关系确定所述水泵的流量。

第二方面，本实用新型还提供了所述水泵系统包括水泵及上述任意一种实施方式所述的水泵流量测量电路，所述水泵流量测量电路与所述水泵电连接。

进一步地，所述水泵包括信号接收单元及信号反馈单元，所述信号接收单元与所述信号输出单元电连接，所述信号反馈单元与所述反馈信号接收单元电连接，所述信号接收单元与所述信号反馈单元电连接；

所述信号接收单元用于接收所述信号输出单元发送的脉冲信号，并将所述脉冲信号传输至所述处理器；

所述信号反馈单元用于根据所述脉冲信号生成反馈信号，并将所述反馈信号传输至所述反馈信号接收单元。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的水泵流量测量电路的电路结构框图。

图2为水泵流量测量电路的电路图。

图3为占空比和电压值的对应关系图。

图4为流量和占空比的对应关系图。

图5为本实用新型第二实施例提供的水泵系统的电路结构框图。

图6为本实用新型提供的水泵的电路图。

图标：100-水泵流量测量电路；110-控制器；120-信号输出单元；130-反馈信号接收单元；140-充电单元；200-水泵；210-信号接收单元；220-信号反馈单元；CN1-第一连接端口；BJT1-第一开关管；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R6-第六电阻；OUT-信号输出端；R4-第四电阻；C1-第一电容；R5-第五电阻；C2-第二电容；CN2-第二连接端口；R7-第七电阻；C3-第三电容；OP1-第一光耦。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

第一实施例

本实用新型提供了一种水泵流量测量电路100，用于测量水泵200的流量，且测量结果较为准确。请参阅图1，为本实用新型提供的水泵流量测量电路100的电路结构框图。该水泵流量测量电路100包括控制器110、信号输出单元120、反馈信号接收单元130以及充电单元140，反馈信号接收单元130、充电单元140及控制器110依次电连接，信号输出单元120及反馈信号接收单元130分别与控制器110电连接。

其中，信号输出单元120与控制器110和水泵200电连接，用于接收控制器110传输的脉冲信号，并向水泵200转发脉冲信号，以使水泵200根据脉冲信号生成反馈信号。

可以理解地，在需要水泵200工作时，控制器110可以生成脉冲信号，并通过信号传输单元转发该脉冲信号，从而使得水泵200基于该脉冲信号运行并生成反馈信号。

请参阅图2，为本实用新型提供的水泵流量测量电路100的电路图。其中，信号输出单元120包括第二连接端口CN2、第七电阻R7及第三电容C3，控制器110、第七电阻R7及第二连接端口CN2依次电连接，第三电容C3的一端电连接于第七电阻R7与控制器110之间，第三电容C3的另一端接地。

其中，第二连接端口CN2与水泵200电连接，用于将控制器110传输的脉冲信号转发给水泵200。需要说明的是，该第二连接端口CN2可以为连接端子。

此外，通过设置第七电阻R7和第一电容C1，可以滤除控制器110输出的脉冲信号中的噪音，并避免控制器110被外界的噪音信号所影响。

反馈信号接收单元130也与水泵200电连接，用于接收水泵200生成的反馈信号，并根据反馈信号控制充电单元140充电或者放电。

请继续参阅图2，反馈信号接收单元130包括第一连接端口CN1、第一开关管BJT1、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3，第一开关管BJT1的基极串联第二电阻R2后与第一连接端口CN1电连接，第一开关管BJT1的发射极与电源电连接，第一开关管BJT1的发射极串联第一电阻R1后电连接于第一开关管BJT1的基极与第二电阻R2之间，第一开关管BJT1的集电极串联第三电阻R3后接地。

第一连接端口CN1用于与水泵200电连接，并用于将接收到的反馈信号传输至第一开关管BJT1。可以理解地，该第一连接端口CN1也可以为连接端子。此外，在一种可选的实施方式中，第一连接端口CN1及第二连接端口CN2可以集成于一个连接端子。

第一开关管BJT1用于当反馈信号为第一电平时导通，以控制充电单元140充电；第一开关管BJT1还用于当反馈信号为第二电平时断开，以控制充电单元140放电。可以理解地，该反馈信号为PWM信号，PWM信号具备高、低电平。从而，第一开关管BJT1则可以根据该反馈信号高、低电平的变化而断开或导通。

在一种可选的实施方式中，该第一开关管BJT1可以为PNP型三极管。相应地，该第一电平可以为低电平信号，第二电平可以为高电平信号。可以理解地，当反馈信号为低电平时，第一开关管BJT1导通，充电单元140充电；当反馈信号为高电平时，第一开关管BJT1断开，从而第一开关管BJT1断开，充电单元140放电。

需要说明的是，在其他实施方式中，第一开关管BJT1也可以为MOS管、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、光耦、光继电器等器件，在此不做具体限制。

在一种可选的实施方式中，反馈信号接收单元130还包括第六电阻R6及信号输出端OUT，信号输出端OUT与第六电阻R6串联，信号输出端OUT的另一端电连接于第二电阻R2与第一连接端口CN1之间，第六电阻R6的另一端接地。

可以理解地，控制器110可以通过在该信号输出端OUT处捕捉反馈信号，以确定充电单元140的充放电次数。

充电单元140用于在反馈信号接收单元130的控制下进行充电或放电。请继续参阅2，充电单元140包括第四电阻R4及第一电容C1，第四电阻R4的一端电连接于第三电阻R3与第一开关管BJT1的集电极之间，第四电阻R4串联第一电容C1后接地。

可以理解地，当第一开关管BJT1导通时，电源通过第一开关管BJT1、第四电阻R4为第一电容C1充电；当第一开关管BJT1断开时，第一电容C1再通过第四电阻R4、第三电阻R3放电。

在一种可选的实施方式中，充电单元140还包括第五电阻R5、第二电容C2，第五电阻R5与第一电容C1并联，第二电容C2与第一电容C1并联。通过设置第五电阻R5，额外增加放电回路，使得第一电容C1还可以通过第五电阻R5进行放电。通过设置第二电容C2，能够有效滤除电路中的噪音。

需要说明的是，根据反馈信号占空比的不同，充电单元140进行充电或放电的时间并不相同。具体地，反馈信号处于高电平期间，充电单元140则一直进行充电操作，反馈信号处于低电平期间，充电单元140则一直进行放电操作。

控制器110用于在预设个周期后读取充电单元140的电压值，根据电压值确定反馈信号的占空比，并依据占空比确定水泵200的流量。

可以理解地，该充电单元140的电压值实际上为第一电容C1的电压值。因此，控制器110具体用于在预设个周期后读取第一电容C1存储的电压值，根据电压值确定反馈信号的占空比，并依据占空比确定水泵200的流量。

需要说明的是，充电单元140进行一次充电及一次放电的时间为一个周期。此外，该预设个周期是预先确定好的，通常在8～11之间。通常地，充电单元140在经过预设数量个周期后，实际经历了预设数量次充放电，此时充电单元140的电压值趋于稳定。

另外，控制器110可以在信号输出端OUT处捕捉反馈信号，以根据反馈信号的高、低电平的变化确定当前周期数量，从而控制器110可以在反馈信号的高、低电平的变化经过预设个周期后读取充电单元140的电压值。

例如，控制器110读取到信号输出端OUT的由高电平变为低电平信号的次数超过预设次数以后，便读取充电单元140的电压值。

控制器110在读取充电单元140的电压值以后，便基于充电单元140的电压值及预先存储的占空比和电压值的对应关系确定反馈信号的占空比，然后基于反馈信号的占空比及预先存储的流量和占空比的对应关系确定水泵200的流量。

请参阅图3，为占空比和电压值的对应关系图。可以看出，随着反馈信号占空比的增加，第一电容C1上的电压值(稳定后)也随之增加。因此，基于该对应关系，在已知第一电容C1的电压值的情况下，可以确定反馈信号的占空比。

请参阅图4，为流量和占空比的对应关系图。可以看出，流量与反馈信号的占空比呈正比关系。因此，基于该对应关系，在确定了反馈信号的占空比的情况下，可以确定水泵200的流量。

例如，控制器110在预设个周期后读取第一电容C1存储的电压值为4.15V，根据图3中占空比和电压值的对应关系图可知，4.15V电压值对应的占空比为70％；控制器110再根据图4中流量和占空比的对应关系图可知，70％占空比对应的流量为4.0m³/h，从而确定水泵200的流量为4.0m³/h。

第二实施例

本实用新型提供了一种水泵系统，可用于测量水泵200的流量，且结构简单、测量结果可靠性强。该水泵系统包括水泵200以及第一实施例提供的水泵流量测量电路100，水泵200与水泵流量测量电路100电连接。

水泵流量测量电路100用于生成脉冲信号，并向水泵200传输该脉冲信号，以使得水泵200基于该脉冲信号运行；水泵流量测量电路100还用于接收水泵200生成的反馈信号，并基于该反馈信号确定水泵200的流量。

需要说明的是，水泵流量测量电路100的具体电路及原理请参见第一实施例，在此不再赘述。

水泵200用于接收水泵流量测量电路100传输的脉冲信号，并基于该脉冲信号运行；同时，水泵200还会生成反馈信号，用以表征水泵200的流量。

请参阅图5，为本实用新型提供的水泵200的电路结构框图。其中，水泵200包括信号接收单元210及信号反馈单元220，信号接收单元210与信号输出单元120电连接，信号反馈单元220与反馈信号接收单元130电连接，信号接收单元210与信号反馈单元220电连接。

信号接收单元210用于接收信号输出单元120发送的脉冲信号，并将脉冲信号传输至处理器；信号反馈单元220用于根据脉冲信号生成反馈信号，并将反馈信号传输至反馈信号接收单元130。

请参阅图6，为本实用新型提供的水泵200的部分电路图。该信号反馈单元220包括第一光耦OP1及处理器，处理器与第一光耦OP1及信号接收单元210均电连接。当处理器输出高电平信号至第一光耦OP1时，第一光耦OP1导通，从而第一光耦OP1的输出端被下拉至地，导致反馈信号为低电平，第一开关管BJT1导通，充电单元140充电；当处理器输出低电平信号至第一光耦OP1时，第一光耦OP1断开，从而第一光耦OP1的输出端电压经过第一电阻R1、第二电阻R2及第六电阻R6的分压作用被拉高，导致反馈信号为高电平，第一开关管BJT1断开，充电单元140放电。

综上所述，本实用新型提供的水泵流量测量电路100及水泵系统，利用电容的充放电原理，将水泵200反馈的PWM信号直接转换为模拟信号(充电单元140的电压值)，再以此确定水泵200流量，能够避免测量结果受到硬件或软件滤波的影响，保证了测量结果的准确性；同时由于是在预设个周期后才读取电压值，无需读取每个PWM信号的占空比，减少了中断，提高了程序稳定性，也能提升测量结果的准确性。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种水泵流量测量电路(100)，其特征在于，所述水泵流量测量电路(100)包括控制器(110)、信号输出单元(120)、反馈信号接收单元(130)以及充电单元(140)，所述反馈信号接收单元(130)、所述充电单元(140)及所述控制器(110)依次电连接，所述信号输出单元(120)及所述反馈信号接收单元(130)分别与所述控制器(110)电连接；

所述信号输出单元(120)与一水泵(200)电连接，用于接收所述控制器(110)传输的脉冲信号，并向所述水泵(200)转发所述脉冲信号，以使所述水泵(200)根据所述脉冲信号生成反馈信号；

所述反馈信号接收单元(130)与所述水泵(200)电连接，用于接收所述水泵(200)生成的反馈信号，并根据所述反馈信号控制所述充电单元(140)充电或者放电；

所述控制器(110)用于在预设个周期后读取所述充电单元(140)的电压值，根据所述电压值确定所述反馈信号的占空比，并依据所述占空比确定所述水泵(200)的流量，其中，所述充电单元(140)进行一次充电及一次放电为一个所述周期。

2.根据权利要求1所述的水泵流量测量电路(100)，其特征在于，所述反馈信号接收单元(130)包括第一连接端口(CN1)、第一开关管(BJT1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)及第三电阻(R3)，所述第一开关管(BJT1)的基极串联所述第二电阻(R2)后与所述第一连接端口(CN1)电连接，所述第一开关管(BJT1)的发射极与电源电连接，所述第一开关管(BJT1)的发射极串联所述第一电阻(R1)后电连接于所述第一开关管(BJT1)的基极与所述第二电阻(R2)之间，所述第一开关管(BJT1)的集电极串联所述第三电阻(R3)后接地；

所述第一连接端口(CN1)用于与所述水泵(200)电连接，并用于将接收到的所述反馈信号传输至所述第一开关管(BJT1)；

所述第一开关管(BJT1)用于当所述反馈信号为第一电平时导通，以控制所述充电单元(140)充电；

所述第一开关管(BJT1)还用于当所述反馈信号为第二电平时断开，以控制所述充电单元(140)放电。

3.根据权利要求2所述的水泵流量测量电路(100)，其特征在于，所述充电单元(140)包括第四电阻(R4)及第一电容(C1)，所述第四电阻(R4)的一端电连接于所述第三电阻(R3)与所述第一开关管(BJT1)的集电极之间，所述第四电阻(R4)串联所述第一电容(C1)后接地；

所述控制器(110)用于在预设个周期后读取所述第一电容(C1)存储的电压值，根据所述电压值确定所述反馈信号的占空比，并依据所述占空比确定所述水泵(200)的流量。

4.根据权利要求3所述的水泵流量测量电路(100)，其特征在于，所述充电单元(140)还包括第五电阻(R5)，所述第五电阻(R5)与所述第一电容(C1)并联。

5.根据权利要求3所述的水泵流量测量电路(100)，其特征在于，所述充电单元(140)还包括第二电容(C2)，所述第二电容(C2)与所述第一电容(C1)并联。

6.根据权利要求2-5中任意一项所述的水泵流量测量电路(100)，其特征在于，所述反馈信号接收单元(130)还包括第六电阻(R6)及信号输出端(OUT)，所述信号输出端(OUT)与所述第六电阻(R6)串联，所述信号输出端(OUT)的另一端电连接于所述第二电阻(R2)与所述第一连接端口(CN1)之间，所述第六电阻(R6)的另一端接地；

所述控制器(110)用于在所述信号输出端(OUT)处捕捉所述反馈信号，并在所述反馈信号的高、低电平的变化经过所述预设个周期后读取所述充电单元(140)的电压值。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的水泵流量测量电路(100)，其特征在于，所述信号输出单元(120)包括第二连接端口(CN2)、第七电阻(R7)及第三电容(C3)，所述控制器(110)、所述第七电阻(R7)及所述第二连接端口(CN2)依次电连接，所述第三电容(C3)的一端电连接于所述第七电阻(R7)与所述控制器(110)之间，所述第三电容(C3)的另一端接地，所述第二连接端口(CN2)用于与所述水泵(200)电连接。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的水泵流量测量电路(100)，其特征在于，所述控制器(110)用于基于所述充电单元(140)的电压值及预先存储的占空比和电压值的对应关系确定所述反馈信号的占空比；

所述控制器(110)还用于基于所述反馈信号的占空比及预先存储的流量和占空比的对应关系确定所述水泵(200)的流量。

9.一种水泵系统，其特征在于，所述水泵系统包括水泵(200)及如权利要求1-8任意一项所述的水泵流量测量电路(100)，所述水泵流量测量电路(100)与所述水泵(200)电连接。

10.根据权利要求9所述的水泵系统，其特征在于，所述水泵(200)包括信号接收单元(210)及信号反馈单元(220)，所述信号接收单元(210)与所述信号输出单元(120)电连接，所述信号反馈单元(220)与所述反馈信号接收单元(130)电连接，所述信号接收单元(210)与所述信号反馈单元(220)电连接；

所述信号接收单元(210)用于接收所述信号输出单元(120)发送的脉冲信号，并将所述脉冲信号传输至所述处理器；

所述信号反馈单元(220)用于根据所述脉冲信号生成反馈信号，并将所述反馈信号传输至所述反馈信号接收单元(130)。

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