智能排气阀控制装置.pdf

本发明提供一种应用于包括排水管、电动阀、排气阀以及收集器的排气系统的智能排气阀控制装置，包括信号采集单元、控制单元以及报警器。信号采集单元包括泄漏信号采集模块，采集排气阀的泄漏信号。控制单元电性连接信号采集单元和电动阀，控制单元接收泄漏信号采集模块所采集到的泄漏信号，并输出相应的控制信号至电动阀，改变电动阀的工作状态，隔离排气阀和排水管。报警器电性连接所述控制单元，接收控制单元输出的控制报警信号，并进行报警。

权利要求书
1.  一种智能排气阀控制装置，应用于包括排水管、电动阀、排气阀以及收 集器的排气系统，其特征在于，包括：
信号采集单元，包括泄漏信号采集模块，采集所述排气阀的泄漏信号；
控制单元，电性连接所述信号采集单元和电动阀，所述控制单元接收泄漏 信号采集模块所采集到的泄漏信号，并输出相应的控制信号至电动阀，改变电 动阀的工作状态，隔离排气阀和排水管；
报警器，电性连接所述控制单元，接收控制单元输出的控制报警信号，并 进行报警。

2.  根据权利要求1所述的智能排气阀控制装置，其特征在于，所述泄漏信 号采集模块包括泄漏信号采集器和泄漏信号采集电路。

3.  根据权利要求2所述的智能排气阀控制装置，其特征在于，所述泄漏信 号采集器为设置于收集器内的浮子开关，所述浮子开关电性连接所述控制单元。

4.  根据权利要求1所述的智能排气阀控制装置，其特征在于，所述信号采 集单元还包括电动阀状态检测模块，所述电动阀状态检测模块分别电性连接所 述电动阀和控制单元，检测电动阀的状态。

5.  根据权利要求4所述的智能排气阀控制装置，其特征在于，所述电动阀 的状态为全开状态或全关状态。

6.  根据权利要求1或4或5所述的智能排气阀控制装置，其特征在于，所 述智能排气阀控制装置还包括驱动单元，所述驱动单元电性连接在所述控制单 元和电动阀之间，根据控制单元输出的控制信号驱动电动阀，改变电动阀的工 作状态。

7.  根据权利要求6所述的智能排气阀控制装置，其特征在于，所述驱动单 元包括驱动所述电动阀正转的第一驱动模块和驱动所述电动阀反转的第二驱动 模块。

8.  根据权利要求1所述的智能排气阀控制装置，其特征在于，所述智能排 气阀控制装置还包括电源单元，所述电源单元分别电性连接所述信号采集单元 和控制单元，且包括至少两路相互隔离的电源模块。

9.  根据权利要求1所述的智能排气阀控制装置，其特征在于，所述排气阀 控制装置还包括太阳能供电模块，所述太阳能供电模块分别电性连接所述信号 采集单元和控制单元。

10.  根据权利要求1所述的智能排气阀控制装置，其特征在于，所述智能排 气阀控制装置还包括通信模块，所述通信模块电性连接所述控制单元。

说明书智能排气阀控制装置
技术领域
本发明涉及控制技术领域，且特别涉及一种智能排气阀控制装置。
背景技术
随着我国经济快速发展和城市化进程加快，城市排水管道管径和压力大幅 增加，水力条件日益复杂，管内存气量大，极易发生爆管现象。这不仅会造成 巨大经济损失，且若是污水排水管发生爆裂还会对环境产生严重的污染。
工程实践表明，解决存气问题的有效办法是选择和安装性能良好的排气阀， 但是排水管内具有固体杂质，尤其是污水排水管中存在大量固体杂质。这些杂 质易缠绕排气阀内部传动机构，同时管道压力突变，密闭材料老化等问题都会 引发排气阀故障。而排气阀本身出现故障泄漏，由于事故现象不如爆管明显， 不易检测。
因此，如何尽早发现排气阀泄漏并及时进行维修就是一个亟待解决的问题。 目前，不少排水企业仍采用人工巡检排气阀，这种模式效率低、开销大、效果 差。
发明内容
本发明为了克服现有排水系统中排气阀泄漏检测效果差且检测成本高的问 题，提供一种可自动检测排气阀泄漏并进行控制的智能排气阀控制装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种应用于包括排水管、电动阀、排气阀 以及收集器的排气系统的智能排气阀控制装置，包括信号采集单元、控制单元 以及报警器。信号采集单元包括泄漏信号采集模块，采集排气阀的泄漏信号。 控制单元电性连接信号采集单元和电动阀，控制单元接收泄漏信号采集模块所 采集到的泄漏信号，并输出相应的控制信号至电动阀，改变电动阀的工作状态， 隔离排气阀和排水管。报警器电性连接所述控制单元，接收控制单元输出的控 制报警信号，并进行报警。
于本发明一实施例中，泄漏信号采集模块包括泄漏信号采集器和泄漏信号 采集电路。
于本发明一实施例中，泄漏信号采集器为设置于收集器内的浮子开关，浮 子开关电性连接控制单元。
于本发明一实施例中，信号采集单元还包括电动阀状态检测模块，电动阀 状态检测模块分别电性连接电动阀和控制单元，检测电动阀的状态。
于本发明一实施例中，电动阀的状态为全开状态或全关状态。
于本发明一实施例中，智能排气阀控制装置还包括驱动单元，驱动单元电 性连接在控制单元和电动阀之间，根据控制单元输出的控制信号驱动电动阀， 改变电动阀的工作状态。
于本发明一实施例中，驱动单元包括驱动电动阀正转的第一驱动模块和驱 动电动阀反转的第二驱动模块。
于本发明一实施例中，智能排气阀控制装置还包括电源单元，电源单元分 别电性连接信号采集单元和控制单元，且包括至少两路相互隔离的电源模块。
于本发明一实施例中，排气阀控制装置还包括太阳能供电模块，太阳能供 电模块分别电性连接信号采集单元和控制单元。
于本发明一实施例中，智能排气阀控制装置还包括通信模块，通信模块电 性连接控制单元。
综上所述，本发明提供的智能排气阀控制装置与现有技术相比，具有以下 优点：
泄漏信号采集模块实时检测排气阀的泄漏情况，一旦发现排气阀泄漏，泄 漏信号采集模块输出泄漏信号至控制单元。控制单元输出控制信号至电动阀， 关闭电动阀，将排气阀和排水管隔离，防止排水管内的水经排气阀泄漏。与此 同时，报警器接收控制单元输出的报警信号，并进行报警。本发明提供的智能 排气阀控制装置可实时检测排气阀泄漏并根据泄漏信号及时关闭电动阀，具有 控制效率高，控制效果好，且控制成本低等优点。
此外，设置泄漏信号采集器为浮子开关，且设置在收集器内。一旦收集器 内有水进入，浮子开关被触发，形成泄漏信号传递至控制单元，控制方式简单， 控制精度高。通过设置电动阀状态检测模块来检测电动阀内电机的运动状态来 使电机停转，防止电机发生堵转而损坏。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳 实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1所示为本发明一实施例提供的包括智能排气控制装置的排水系统的结 构示意图。
图2所示为本发明一实施例提供的智能排气控制装置的电路原理框图。
图3所示为图2中电源单元的电路原理图。
图4所示为本发明一实施例提供的泄漏信号采集模块的电路原理图。
图5所示为本发明一实施例提供的电动阀状态检测模块和驱动单元的电路 原理图。
图6所示为本发明一实施例提供的控制单元和通信单元的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的智能排气阀控制装置100应用于包括排水管200、 电动阀300、排气阀400以及收集器500的排气系统。包括信号采集单元1、控 制单元2以及报警器3。信号采集单元1包括泄漏信号采集模块11，采集排气 阀400的泄漏信号。控制单元2电性连接信号采集单元1和电动阀300。控制单 元接2收泄漏信号采集模块11所采集到的泄漏信号，并输出相应的控制信号至 电动阀300，改变电动阀300的工作状态，隔离排气阀400和排水管200。报警 器3电性连接控制单元2，接收控制单元2输出的控制报警信号，警示管理人员 排气阀400发生泄漏。
于本实施例中，报警器3为蜂鸣器，控制单元2为单元机，其型号为 STM32F103。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，报警器3可 为报警灯，或报警灯和蜂鸣器。
于本实施例中，泄漏信号采集模块11包括泄漏信号采集器111和泄漏信号 采集电路112。且泄漏信号采集器111为设置在收集器500内的浮子开关，如图 4所示，浮子开关的公共端接地，另外两个导通端分别与泄漏信号采集电路112 相连接。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，泄漏信号采集模 块11可只包括泄漏信号采集器111，泄漏信号采集器111直接采集泄漏信号， 并将该泄漏信号输出值控制单元2，且泄漏信号采集器111也可为水位传感器。
于本实施例中，泄漏信号采集电路112包括两个分别与浮子开关的两个导 通端相连接的第一光电耦合器U1和第二光电耦合器U2。若收集器500中有水， 浮子开关上浮，上导通端将与地连通，第一光电耦合器U1导通，其输出产生由 高到低的电平跳变，引发控制单元2内的负跳变中断，即判断排气阀发生泄漏。 而收集器500中无水，浮子开关沉于收集器500的底部，浮子开关的下导通端 与地联通，第二光电耦合器U2导通，输出维持在高电平，控制单元2不动作， 此时表示排气阀400未发生泄漏。
于本实施例中，排气阀控制装置100还包括驱动单元4，驱动单元4电性连 接在控制单元2和电动阀300之间，根据控制单元2输出的控制信号驱动电动 阀300，改变电动阀的工作状态。电动阀300内设有电机，具体而言，驱动单元 4连接控制单元2和电机，将控制单元2输出的控制信号转换为符合电机工作的 驱动信号。然而，本发明对此不作任何限定。与其它实施例中，控制单元2可 直接输出符合电机转动的控制信号至电机。
于本实施例中，驱动单元4包括两路输出信号相反且驱动电机正转的第一 驱动模块41和驱动电机反转的第二驱动模块42。如5所示，第一驱动模块41 包括第三光电耦合器U3、第一开关K1以及第二开关K2。于本实施例中，第一 开关K1和第二开关K2均为继电器。
在第一驱动模块41内第三光电耦合器U3的输入端电性连接控制单元2， 输出端分别连接第一开关K1和第二开关K2的控制端。第一开关K1连通电源 负极和电机的第一输入端，第二开关K2连通电源正极和电机的第二输入端。
与第一驱动模块41结构相类似的，第二驱动模块包括第四光电耦合器U4、 第三开关K3以及第四开关K4，且第三开关K3以及第四开关K4同样也为继电 器。区别在于，第一开关K1连通电源正极和电机的第一输入端，第二开关K2 连通电源负极和电机的第二输入端。控制单元2分别输出控制信号至第一驱动 模块41或第二驱动模块42实现电机的正转和反转。
于本实施例中，信号采集单元1还包括电动阀状态检测模块12，电动阀状 态检测模块12分别电性连接电动阀300和控制单元2，用于检测电动阀300的 状态。于本实施例中，电动阀300的状态包括全开状态和全关状态。电动阀状 态检测模块12包括位置开关、第五光电耦合器U5和第六光电耦合器U6。当电 机转动到全关状态时，第五光电耦合器U5导通，输出低电平信号至控制单元2 的一个端口。当电机转动到全开状态时，第六光电耦合器U6导通，输出低电平 信号至控制单元2的另一个端口。
当控制单元2输出控制信号，使得电动阀300从打开状态转换到关闭状态 时，电动阀状态检测模块12实时检测电机的转动位置。当电机转动到全关状态 时，控制单元2接收到该信号，停止输出值电动阀300的驱动信号，电动阀300 停转。该设置可实时检测电动阀300的转动状态，防止转动到位后电机发生堵 转，提高电动阀300的使用寿命。
于本实施例中，智能排气阀控制装置100还包括通信模块5，通信模块5电 性连接控制单元2。于本实施例中，通信模块5为GPRS模块。然而，本发明对 此不作任何限定。于其它实施例中，通信模块5可为GSM模块、WIFI模块或 蓝牙模块。
如图1和5所示，通信模块5与控制单元2各自通过电平转换芯片完成3.3V 电平与RS232电平转换，再通过RS232标准串行连接。控制单元2通过AT指 令控制GPRS模块发送故障短信。通过设置通信模块5，控制单元2接收到的报 警信号可传递至上位机或移动终端。该设置不仅可实现远程监控，同时一台上 位机或一个移动终端可同时监控多个排气阀400，大大降低控制成本。
于本实施例中，智能排气阀控制装置100还包括电源单元6。电源单元6分 别电性连接信号采集单元1和控制单元2，且包括至少两路相互隔离的电源模块。 于本实施例中，电源模块6包括两路相互隔离的电源模块，分别为信号采集单 元1和驱动单元4供电的第一电源模块61，为控制单元2和通信单元5供电的 第二电源模块62。然而，本发明对此不作任何限定。
如图3所示，24V蓄电池经直流电源转换模块转换为12V后经开关电源 LM2576转换为5V的电压输出，形成第一电源模块61。
第二电源模块62具有两个输出电压，分别为4.6V和3.3V。如图3所示， 24V蓄电池经直流电源转换模块转换为15V，经开关电源开关电源芯片LM2576 稳压。通过以下公式计算第一电阻R1和第二电阻R2来得到4.6V的输出电压。
Vout = R 1 + R 2 R 1 × Vref ]]>
于本实施例中，Vref为LM2576内部集成的基准电压1.23V，第三电源模 块63的输出电压为4.6V，第一电阻R1的阻值为10千欧，第二电阻R2的阻值 为27.5千欧。然而，本发明对此不作任何限定。4.6V的输出电压经低压差稳压 模块LM1117转换为3.3V输出。
于本实施例中，设置第一电源模块61和第二电源模块62相互隔离，从而 达到隔离信号采集单元1和驱动单元4与控制单元2，大大提高整个装置的可靠 性以及抗干扰性能。
于本实施例中，排气阀控制装置100还包括太阳能供电模块7，太阳能供电 模块7分别电性连接信号采集单元1和控制单元2。于本实施例中，太阳能供电 模块7电性连接24V蓄电池。然而，本发明对此不作任何限定。
于本实施例中，排气阀控制装置100还包括与控制单元2电性连接的显示 器8。优选地，设置显示器8为液晶显示器。单片机1通过口线模拟SPI协议控 制液晶显示器2显示。然而，本发明对此不作任何限定。
于本实施例中，排气阀控制装置100还包括与控制单元2电性连接的存储 器9。优选地，设置存储器9为非易失性铁电存储器，铁电存储器用于存储系统 参数，其可提供2KB的参数存储容量。然而，本发明对此不作任何限定。于其 它实施例中，存储器9可为E2PROM存储器。
综上所述，泄漏信号采集模块11实时检测排气阀400的泄漏情况，一旦发 现排气阀400泄漏，泄漏信号采集模块11输出泄漏信号至控制单元2。控制单 元2输出控制信号至电动阀300，关闭电动阀300，将排气阀400和排水管200 隔离，防止排水管200内的水经排气阀400泄漏。与此同时，报警器3接收控 制单元2输出的报警信号，并进行报警。本发明提供的智能排气阀控制装置可 实时检测排气阀泄漏并根据泄漏信号及时关闭电动阀，具有控制效率高，控制 效果好，且控制成本低等优点。
此外，设置泄漏信号采集器111为浮子开关，且设置在收集器500内。一 旦收集器500内有水进入，浮子开关被触发，形成泄漏信号传递至控制单元2， 控制方式简单，控制精度高。通过设置电动阀状态检测模块12来检测电动阀300 内电机的运动状态来使电机停转，防止电机发生堵转而损坏。
虽然本发明已由较佳实施例说明如上，然而并非用以限定本发明，任何熟 知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的改动与润饰，因此 本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。