一种双控多档位球阀控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双控多档位球阀控制系统及控制方法。所述控制系统包括单片机控制模块、主电路驱动模块、控制模块、电源模块、反馈预警模块与状态显示模块。主电路驱动模块包括整流桥、由4个NMOMS管构成的全桥驱动电路、驱动芯片IR2101。单片机控制模块采用STM8芯片，与主电路驱动模块、控制模块、反馈预警模块、状态显示模块相连接。状态显示模块选用五个霍尔开关，用以确定阀芯所在位置。本发明专利技术针对多档位的阀芯转动，选择了霍尔开关和线选法结合的方案，可在低成本下达到高精度控制的效果，并且能监测阀芯的实时位置；采用4个NMOS管全桥配合IR2101的方案，可有效避免阀芯启动时产生瞬时大电流的影响。瞬时大电流的影响。瞬时大电流的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种双控多档位球阀控制系统及控制方法


[0001]本专利技术属于机电一体化
，具体涉及一种基于霍尔开关和线选法的双控多档位球阀控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]自第二次工业革命以来，世界工业高速发展，迅速向高自动化迈进。与此同时，流体例如水、气(汽)、油等的应用也相继发展起来，但是流体在工业上的应用离不开管网系统。由于阀门被广泛的用于管网之中，要实现管网系统的工业自动化管理，需要对电动阀门这个执行机构进行更加精确的控制利用。长期以来，大多数公司对于阀芯的控制都停留在使用行程开关来控制阀芯的开闭，常常出现控制方式单一、阀芯电机启动电流过大造成能量以热能形式损失、无法精准了解阀芯的状态和异常情况出现预警滞后等情况。

技术实现思路

[0003]针对上述技术的不足，本专利技术提出了一种基于霍尔开关和线选法的双控多档位球阀控制系统及控制方法。本专利技术以具有对球阀阀芯的远近控制、电流实时监测预警、阀芯定位、五个档位可控、12—36V变电压工作、直/交流电压均可正常工作等优势。
[0004]本专利技术提出用霍尔开关配合线选法控制阀芯运动，并实时传递阀芯位置状态的方法，采用在阀芯轴上设置能与球阀阀芯同步转动的电磁铁，将霍尔开关等角度、等距离布置在以阀芯转动轴为圆心的半圆上，将阀芯所处0
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和180
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的五个位置状态分别对应三盏LED指示灯的001、010、100、101、110五个状态，用以确定阀芯的位置状态。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案予以实现：
[0006]本专利技术的双控多档位球阀控制系统包括单片机控制模块、主电路驱动模块、控制模块、电源模块、反馈预警模块与状态显示模块。
[0007]所述主电路驱动模块包括整流桥BRIGR1，由四个NMOS管构成的全桥驱动电路与驱动芯片IR2101组成的BOOST升压电路；所述主电路驱动模块与单片机控制模块、反馈预警模块相连接。
[0008]所述单片机控制模块的核心芯片采用STM8芯片，与主电路驱动模块、控制模块、反馈预警模块、状态显示模块相连接。
[0009]所述反馈预警模块包括运算放大器U6、蜂鸣器BUZ1，用于阀芯工作时电流异常触发蜂鸣预警。
[0010]所述状态显示模块包括五个霍尔开关和三个LED灯，均与单片机控制模块相连接，用以确定阀芯所在位置。
[0011]所述控制模块包括手控模块和遥控模块，实现远近控制。
[0012]所述电源模块包括24V转换为12V和12V转换为5V两个子模块，为整个控制系统提供稳定的电源。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]1、本专利技术基于STM8单片机双控多档位球阀的硬件设计，给出了直流电机嵌入式控制系统的控制方案。同时结合STM8芯片，针对多档位(0
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)的阀芯转动，本专利技术选择了霍尔开关和线选法结合的方案，可以在较低成本下达到较高精度控制的效果，并且能够监测阀芯的实时位置状态。
[0015]2、针对电机启动电流过大的影响，本专利技术选择了4个NMOS管全桥配合IR2101的方案，在组成一个BOOST升压电路的基础上，可以有效避免阀芯启动时产生瞬时大电流的影响。
[0016]3、针对现场环境复杂导致电源不稳定的情况，本专利技术选用了LM2575和SPX117内部稳压源，可以有效地避免工业现场外接电压源不稳定的影响。
[0017]4、针对监测和预警不灵敏的情况，本专利技术选用了OPA376运放及其相关电路，保证STM8S单片机能够实时捕获到阀芯内部电流状态同时实时监测预警。
[0018]以上效果提高了普通球阀的自动化程度，提高了企业对生产单元的管理效率。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的系统框图；
[0020]图2为本专利技术的主电路驱动模块的原理图；
[0021]图3为本专利技术的单片机控制模块的原理图；
[0022]图4为本专利技术的遥控模块的原理图；
[0023]图5为本专利技术的手控模块的原理图；
[0024]图6、图7为本专利技术的状态显示模块的原理图；
[0025]图8、图9为本专利技术的反馈预警模块的原理图；
[0026]图10、图11为本专利技术的电源模块的原理图。
具体实施方式
[0027]本专利技术提出用霍尔开关配合线选法监控阀芯运动，并实时传递阀芯位置状态的方法，采用在阀芯轴上设置能与球阀阀芯同步转动的电磁铁，将霍尔开关等角度、等距离布置在以阀芯转动轴为圆心的半圆上，将阀芯所处0
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的五个位置状态分别对应三盏LED指示灯的五个状态，其中0代表LED灯熄灭，1代表LED灯点亮。通过三盏LED灯的亮灭，实时确定阀芯的位置状态。
[0028]下面结合附图和运行过程对本专利技术的技术方案作进一步的说明：
[0029]本专利技术的硬件系统框图如图1所示。整体硬件系统由主电路驱动模块、单片机控制模块、手控模块、遥控模块、电源模块、反馈预警模块与状态显示模块组成。
[0030]所述主电路驱动模块包括整流桥BRIGR1，由4个NMOS管构成的全桥驱动电路，同时NMOS管与驱动芯片IR2101组成的BOOST升压电路；主电路驱动模块与单片机控制模块、反馈预警模块相连接；
[0031]所述单片机控制模块的核心芯片采用STM8芯片，与主电路驱动模块、手控模块、遥控模块、反馈预警模块、状态显示模块相连接；
[0032]所述反馈预警模块包括运算放大器U6、二极管D2、三极管Q1和蜂鸣器BUZ1，用于阀芯工作时电流异常触发蜂鸣预警；
[0033]所述状态显示模块包括五个霍尔开关和三个LED灯，均与单片机控制模块相连接，用以确定阀芯所在位置；
[0034]所述手控模块和遥控模块，实现远近控制；
[0035]所述电源模块包括两个子模块，一个是24V转换为12V，另一个是12V转换为5V，为整个控制系统提供稳定的电源。
[0036]如图2所示，所述主电路驱动模块由整流桥BRIGR1，驱动芯片U2、U3，NMOS管Q2、Q3、Q4、Q5构成的全桥驱动电路，二极管D1、D3和电容C1、C2组成。该模块将IR2101芯片U2的第2、3引脚，分别与单片机控制模块中单片机U1的PC1、PB0引脚相连；将IR2101芯片U3的第2、3引脚，分别与单片机控制模块中单片机U1的PB1、PC2引脚相连。NMOS管Q2和Q4的S极输出引脚与反馈预警模块的运算放大器U6的第3引脚相连。
[0037]全桥驱动电路直接与阀芯的直流电动机相连，电动机的正极通过M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双控多档位球阀控制系统，其特征在于：包括单片机控制模块、主电路驱动模块、控制模块、电源模块、反馈预警模块与状态显示模块；所述主电路驱动模块包括整流桥BRIGR1，以及由四个NMOS管构成的全桥驱动电路与驱动芯片IR2101组成的BOOST升压电路；所述主电路驱动模块与单片机控制模块、反馈预警模块相连接；所述单片机控制模块的核心芯片采用STM8芯片，与主电路驱动模块、控制模块、反馈预警模块、状态显示模块相连接；所述反馈预警模块包括运算放大器U6、蜂鸣器BUZ1，用于阀芯工作时电流异常触发蜂鸣预警；所述状态显示模块包括五个霍尔开关和三个LED灯，均与单片机控制模块相连接，用以确定阀芯所在位置；所述控制模块包括手控模块和遥控模块，实现远近控制；所述电源模块包括24V转12V和12V转5V两个子模块，为整个控制系统提供稳定的电源。2.根据权利要求1所述的一种双控多档位球阀控制系统，其特征在于：所述电源模块则采用LM2575和SPX117作为电源转换芯片。3.根据权利要求1所述的一种双控多档位球阀控制系统，其特征在于：所述反馈预警模块中采用OPA376运算放大器作为核心芯片。4.根据权利要求1所述的一种双控多...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋林贝，苏少辉，裴鑫，王家栋，张高祥，高尚，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：