专利名称：功率提升的阀门系统的利记博彩app
技术领域：
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本发明涉及液体阀门，更特别的是，本发明涉及起动和停止液体阀门 的功率电路。
背景技术：
在许多应用中使用电起动的液体阀门，如电池动力的开关龙头阀门。 然而，这些设计存在某些设计挑战，使得设计难于优化。在使用电磁线圈 凸轮的电池动力的开关龙头阀门中，改变阀门状态要求的能量是基本的。 如果设计此系统使用电池的全部峰值输出，在电池的强度消耗到它的峰值 减小的点后，它的性能会很快恶化。作为选择，如果设计此系统使用较少 的起动能量，它的相对于电源的性能从开始是较低的。因此，有更高性能 的阔门控制的要求，及甚至在电池的峰值输出功率开始减小后提供和维持 高性能的功率电子设备的要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供改进的阀门功率控制装置。本发明的另 一个 目的是改进电动阀门的功率电路。
由包括电源，升压器电路，阀门控制部件的电路实现这些和其它的目 的，其中由在电感器中重复存储能量，然后通过二极管对一个或多个电容 器放电，升压器电路在一个或多个电容器中存储能量。然后电容器通过阀 门控制电磁线圈放电，改变阀门状态。
在此实例的一些变体中，监控存储在电容器中的电荷，并基于此电荷
量控制升压器电路的循环。
在此实例的另一个变体中，开和关晶体管从电感器中存储或释放能量。 在另一个变体中，周期性的再升压电容器。补偿电容器随时间泄漏的
电荷，并改善阀门实际要求起动的响应时间。
图1是根据本发明的电源和控制电路的阀门的框图2是根据本发明的一个实例的控制电路的框图3是用于本发明的升压器电路的原理图4是根据本发明的一个实例的控制电路的程序的流程图5是在本发明的一个实例中检验和响应电池电平的例行程序的流程
图6是在本发明的一个实例中管理对象存在的例行程序的流程图； 图7是在本发明的一个实例中管理对象不存在的例行程序的流程图； 图8是在本发明的一个实例中确定是否提供基于时间的升压电容器电 压的例行程序的流程图9是根据本发明的一个实例控制升压过程的例行程序的流程图。
具体实施例方式
为了增进本发明的原理的理解，参考附图中说明的实例，使用专用的 语言描述同样的部件。然而，可以理解本发明的范围是无限制的；说明和 描述的实例的任何改变和进一步的修改，和如在那里说明的本发明的原理 的进一步的应用是预期的，因为对于本发明有关的技术人员是通常发生 的。
通常，显示在图1中的系统从电源提供升压的功率，通过控制和升压 器电路电起动阀门。升压器电路在一个或多个电容器中存储来自电源的能 量，积累比电源对它自已能提供的更大的电位。
特别是，在实例中，系统20包括电源22，控制电路24，升压器电路 26，和阀门28。在此例子中，电源22包括四个干电池，如那些标准大小 的AAA， AA， C或D。使用多个电池，它们优选的配置为串联，提供等
于每个电池提供的电位之和的总电位。
在此例子中，阀门28是磁线圈凸轮的水阀门，如型号612-268，由 Evolutionary Concept, Inc制造和分销。可使用其它阀门作为其它系统给 出的设计参数希望的和必须的。
参考图2，参考在图1中的部件讨论关于控制电路24的细节。在此实 例中，控制电路24包括控制器32，存储器34， 一个或多个可选的输出设 备36， 一个或多个可选的输入设备38。为了清楚，没有显示电源，地， 时钟，传感器，和其它信号和电路，但本领域的技术人员应该知道和容易 实现的。
控制器32优选的是微控制器，它从存储器34读出它的程序。程序运 行产生如下面讨论的升压器电路26使用的升压器控制信号41，和起动阀 门28的阀门控制信号43。可选的输出设备36优选的包括一个或多个输 出设备，如LED, LCD,或音频输出设备，或它们的组合，虽然可以使 用如本领域减少人员想到的其它的输出设备和技术。同样的，可选的输入 设备38可包括按钮，UART， IR和/或RF接收器，解码器或其它设备。 在此实例中，控制器32是由Atmel Corpration制造和销售的 Atmega8L-8AC微控制器。在作为选择的实例中，如本领域的技术人员想 到的可使用一个或多个特殊应用的集成电路(ASIC)，通用用途的微处理 器，可编程的逻辑阵列，或其它设备。
同样的，存储器34可包括一个或多个类型的固态电子存储器，磁存储 器，或光学存储器，这里只是提出少许。作为无限制的例子，存储器34 可包括固态电子随机存储器(RAM),顺序可存取存储器(SAM)(如先 进先出(FIFO)品种或后进先出(LIFO)品种)，可编程只读存储器 (PROM)，电可编程只读存储器(EPROM);电可擦除可编程只读存储 器(EEPROM);光盘存储器(如可重记录的，可重写的，或只读DVD 或CD -ROM);磁编码的硬盘，软盘，磁带，或盒式磁盘介质；或这些 存储器类型的任何组合。存储器34可以是非永久性存储器，永久性存储 器，或永久性和非永久性存储器种类的混合组合。
图3说明用于本发明的范例升压电路，如图1的升压器电路26。电源 加到端点B+和地之间的电路，这在例子对应于电源22的正和负端。通常，
此电源充电电容器C1 和C 2 ，在触发控制电路24通过升压器控制信号41
改变阀门状态时，向阀门28提供电源。
更特别的是，充电周期随升压器控制信号41的上升开始，它打开晶体 管Q:，在各种各样的实例中它是双极晶体管，MOSFET，或(在一些小 电流应用中)晶体管在微控制器32的内部。这提供从电感器L的较低端 到地的低阻抗通路。电感器L,转换合成的电流为磁场。在短的延迟后， 然后升压器控制信号41实现低电位，关闭晶体管Q:。然后电感器L,转 换存储的能量为(以磁场的形式)电流，它通过二极管D「流到结点51。 小量的此电流在电容器C,上存储为电荷，电容器d起滤波器作用，同时 此电流的很大部分通过电阻R2流到结点53并存储在电容器C 2上。此周 期重复足够的充电电容器C^和C2向特殊应用的阀门28放电所要求的。 稳压二极管Z:防止电容器C :和C 2充电过多。
在一些作为选择的实例中，升压器电路26也对控制电路24提供监控/ 反馈信号47 (见图1)，它还编程为在希望的时间在升压器控制信号41上 产生脉冲，因此阀门28响应系统要求及时的起动。在一些实例中，信号 47是反映在c ^n/或c 2上现在的电位的模拟或数字信号。
现在关于图4-9讨论在控制系统20的控制电路24后的处理的例子。图 4说明全部的过程100，从开电源事件101开始(关于图5下面讨论参考 点R)。系统在框103启动，包括任务如配置I/0口，定义变量和常量， 建立系统的初始值，强制阀门在关的位置，宣布控制系统准备运行的电子 系统。在此例子中，初始化包括下面看到的在标题"与升压性能关联的初 始化软件"下的代码。
在步骤105检査电池状态，关于图5下面进一步讨论此检查。
系统使用本领域技术人员理解的技术在决定框107检查存在的对象。 如果对象存在，在步骤109处理此存在。如果无对象存在，在步骤lll处 理此情况。在任一事件中，处理环继续进行基于时间的再升压检查例行程 序113 (见下面关于图8)，在步骤115使处理器不工作。在适当的时间(例 如，在处理器已不工作预先确定的时间段后，或在接收常规的基于时间的 中断时)，过程100回到步骤105再次检査电池状态。
现在参考图5，用开始点121开始讨论检査电池电平的过程120。决定
框123首先确定电源22是否已断开。如果是，系统在步骤125关闭阔门， 然后再决定框127等待电池的重新连接。当这是真时，在图4中的参考点 R过程继续。如果电池不重新连接，处理器最后停止运行，作出无重新连 接的决定。当电池再连接时，运行在参考点R开始。
如果电池不是断开(在决定框123否的结果)，系统在决定框129检査 它的输出电压是否小于4.3VDC。如果是，系统在决定框131确定是否这 是第一次低电压迭代。如果是，在步骤133关闭阀门，系统处理低电池状 况，宣布系统电池电压低，并设置"停止"标志。然后或在决定框131否 的结果后，系统在返回点139从电池检查例行程序120返回。如果电池输 出不小于4.3VDC (即，在决定框129否的结果)，系统在决定框135检 査电池输出电压是否小于4.7VDC。如果是，系统在步骤137设置"警告" 标志，然后在返回点139返回。如果否，系统立即返回。
在图6中说明处理对象存在的范例例行程序140(见上面在图4中的步 骤109)，在开始点141开始。系统在决定框143检查阀门是否是在"开" 状态。如果是，系统在决定框145检查是否已达到最大可允许的运行时间。 如果否，在返回点169例行程序140返回。
如果已达到最大运行时间(即，在决定框145正的结果)，系统在步骤 147开始升压循环(下面关于图9的例行程序210)，然后在步骤149关闭 阀门，并在步骤151设置"超时"标志。然后例行程序141在返回点169 返回。
另一方面，如果系统在决定框143确定阀门不是开，系统在决定框153 测试是否设置"停止"标志。如果是，系统在步骤155关闭阀门停止开关 龙头，并宣布低电池状况，然后在返回点169返回。如果否(即，系统在 已停止)，系统在决定框157检査是否已设置"超时"标志。如果已设置 "超时"标志，系统在返回点169返回。如果没有设置"超时"标志，系 统在步骤159启动升压循环，然后在步骤161打开阀门并在返回点169返 回。
在图7中说明的例行程序170在开始点171开始处理对象不存在。在 决定框173，确定阀门是否是开。如果否，例行程序170在返回点189返 回。如果是，系统在步骤175更新"离开延迟"定时器。然后系统在决定
框177检査"离开延迟"定时器的阈值(例如，4秒)是否已超过。如果 没有，系统在返回点189返回。如果已超过"离开延迟"阈值(即，在决
定框177正的结果)，系统在步骤179调用升压例行程序，在步骤181关 闭阀门。
然后系统在决定框183检査是否已设置"警告"标志。如果否，系统 在返回点189返回。如果是，系统在步骤185宣布低电池状况，然后在返 回点189返回。
关于图8讨论确定基于时间的升压是否合适的例行程序190，在开始点 191开始。本发明升压技术的当前范例实例升压电容器电力并只在要求时 起动阀门，它在阀门的运行中引入延迟。因此延迟量是电池电压B+和希 望的输出电位之间的差的函数。虽然在阀门每次运行后重新升压C2，由 于泄漏到等于B+的电平，V。ut的电压水平最后降低。为了最小化此延迟， 周期性的执行时间触发的升压功能。系统在决定框193检査是否是周期的 升压的时间。如果否，例行程序190在返回点203返回。如果是，系统在 步骤195复位升压定时器(例如，5分钟)，然后在步骤197检査电容器 电压V。ut。然后在决定框199确定电容器电压是否低于最小阈值。如果否， 系统在返回点203返回。如果是，系统在步骤201调用升压例行程序，然 后在返回点203返回。在实例中例行程序190的软件实现在标题"升压控 制子程序"下的描述。图9说明处理电容器升压的例行程序210，在开始 点211开始。系统在决定框213确定是否已设置"停止"标志。如果是， 例行程序210在返回点203立即返回。
如果否，在步骤215启动监视定时器，然后在步骤217启动升压电路 的循环。如关于图13上面讨论的升压器电路提升和降低升压器控制信号 41，在特殊的系统中有合适的高的和低的电压，工作周期和频率。
系统在决定框221检査电容器电压是否在希望的电位上或高于它。如 果是，在步骤223停止升压电路的循环，例行程序210在返回点203返回。 在实例中由在标题"监测升压的电容器的电压水平的子程序"下的代码样 本实现在决定框221的检査。
如果电容器还没有充电到希望的电压(即，在决定框221中否的结果)， 系统在决定框225中确定监视器定时器是否已超时。如果否，例行程序
210返回到决定框221。如果是，在步骤227停止升压电路的循环，在步 骤229设置"停止"标志，例行程序210在返回点203返回。
使用上面讨论的微处理器和其它设计参数，在下面提出一组范例的软 件例行程序。此公开不是实现本发明的唯一方法，因此，不予限制。
ANDI R16， ~OClA—MODE ORIR16, OC1 A—CONNECT OUTTCCR1A， R6 RET
;从升压开关断开口线路 ;为了从定时器1连接到OC1A ;升压开关是开
此功能关闭升压开关电路。因为它己在电源中设置，这简单的关闭定时 器l
TURN—OFF—BOOST—SWITCHING:
INR16,TCCR1A ;读包含定时器1定标器的寄存器
ANDI R16， OClA—MODE ;从升压开关断开OC1A
ORIR16, OC1 A—DISCONNECT;为了连接通用用途的端口线路
OUTTCCR1A, R16 ;升压开关是开
CBIPORTB, BOOST—SWITCH—CONTROL ;
RET ;确认升压控制MOSFET是关
监控升压的电容器的电压水平的子程序；
此功能数字化和报告给定的ADC通道的阀门。 INPUT :R18: 要数字化的通道 OUTPUT :R18: 数字化的阀门
READ—ADC—CHANNEL:
INR16,ADMUX ;读当前ADMUX设置
ANDI R16， ~ ADC—CHANNELS ;清除信道设置
ORR16, R18 ;设置MUX信道
OUTADMUX,R16 ;选择停止的信道
INR16, ADCSR ;获得当前ADC控制和状
态
SBRR16,(1 ADEN)| (1 ADSC) ;启动ADC和开始转换
OUTADCSR, R16 ;ADC正转换
RAC—1: ;Do
SBIS ADCSR, ADIF ;检査ADC是否已做转换
RJMP RAC—1 ;循环到ADC做转换
INR18, ADCH ;获得转换结果
INR18, ADCSR ;读ADC状态
SBRR16, 1 ADIF ;准备清除转换完成标志
CBRR16， (1《ADEN) ;停止ADC
OUT ADCSR, R16 ;复位转换完成标志
RET
BRNEBCV—3 ;............循环到全部蜂
鸣声时间消逝
SBR FLAGS, (1 —BOOST—DISABLE);............停止升压电路
CLC ;............迫使循环退出
BCV—4: ;............END IF
BCV—5: ........................ ............END IF
BCV—6: ;............END IF
BRCS BCV—1 ;............循环到升压电
压达到限度或超时
CALL TURN—OFF—BOOST—SWITCHING ;.........停止升压电路
BCV—7: ;............END IF
BCV—8: ;............END IF
POP R19
POP R18
RET
此功能如果需要更新阀门电容器的电压。如果电容器的电压低于一定的 值，
它复位更新的时序计时器，和如果是这样启动新的升压周期。
REFRESH—BOOST—CAPASITOR : PUSH R18
LDI， R16， LOW(BOOST_PERIOD_COUNT);复位用于升压之间时 间段的升压计数器
MOV BOOST—PERIOD—COUNTERL , R16 ;第一低比特，
然后
LDI， R16， HIGH(BOOST—PERIOD—COUNT);高比特
MOV BOOST—PERIOD_COUNTERH, R16 ;
INC BOOST—PERIOD一COUNTERH, R16 ;
LDI, R16, CAPASITOR—CHANNEL ;
CAIX READ—ADC—CHANNEL ;
CPI R18, MINIMUM—REBOOST—LEVEL ;
BRSH RBC一1 ;
CALL BOOST—CAPASITOR—VOLTAGE
RBC—1 : POP R18 RET
升压电路开关控制
此功能打开升压开关电路。这简单的打开定时器l因为它已在电源中 设置
TURN—ON—BOOST—SWITCHING:INR16, TCCR1A
此功能控制电容器电压升压电路。它检査电容器电压并如果发现在希 望的值
而开始，否则立即打开电感的开关电压升压电路，并等待电容器到达 它希望的限度。
BOOST—CAPASITOR一VOLTAGE :
PUSH R18 j
PUSH R19 ;
SBRC FLAGS, BOOST—DISABLE ;
BJMP BCV—8 ;
LDI, Rl 8 , CAPASITOR —CHANNEL ;
CALL READ—ADC—CHANNEL CPI R18, BOOST—VOLTAGE—L腿T ^ BRSH RBC—7 ;
LDI， R19, CAPASITOR —BOOST COUNT
CALL TURN—ON—BOOST—SWITCHING ;
CLC ;
LDI, R18, TIMING_RESOLUTION ;
CALL SET—MILLISECONDS—DALAY ;
BCV—1:
LDI, R18, CAPASITOR—CHANNEL;
CALL READ—ADC—CHANNEL
CPI R18, BOOST—VOLTAGE—LIMIT ;
BRSH RBC—6 ;
SBRC FLAGS, TIME—DISABLE ;
BJMPBCV—5 j BREQ BCV一2 DEC R19 ; CLC ;
LDI R18 , TIMING—RESOLUTION ; CALL SET—MILLISECONDS—DALAY ; SEC
RJMPBCV一4 ; BCV—2:
CALL TURN—OFF—BOOST—SWITCHING ; LDI R19 , BOOST—TIMEOUT_BEEP—COUNT ; BCV—3:
LDI R18 ， TIMING—RESOLUTION ;
CALL BEEP—BUZZER ;
DEC R19 ; .EQU BOOSTER—FREQUENCY=30 ; .EQU BOOSTER—DUTY—CYCLE =11 ; ADC相关的常数和定义
.EQU ADMUX一DEFAULTS=0B01101111 ;01xxxxxx
;xxlxxxxx : ^xxxxllll :
.EQU ADCSR—DEFAULTS =0B00000110 ;Oxxxxxxx
;xOxxxxxx ;xxOxxxxx 5 xxx-xxxx 5 xxxxOxxx ;xxxxx-—
.EQU ADC—CHANNELS =0B00001111 ;
升压控制子程序
升压时序功能
此功能启动用于控制电容器升压电路的定时器1。
INITIALIZE—BOOST—TIMER:
LDIR16 , TCCR1 A—DEFAULTS ;
OUTTCCR1A, R16
LDIR16 , TCCRIB一 DEFAULTS ;
OUTTCCR1A, R16
IX)IR16 , fflGH(BOOSTER一FREQUENCY)
OUTICR1H, R16
LDIR16 , LOW(BOOSTER—FREQUENCY)
OUTICR1L, R16
LDIR16 , HIGH(BOOSTER一DUTY—CYCLE)
OUTOCR1AH, R16
LDIRl 6 , LOW(BOOSTER一 DUTY—CYCLE)
OUTOCR1AL, R16
RET;
与升压特征关联的初始化软件
定时器1设置参数
定时器1的快速PWM更详细的运行涉及Atmega81文件
为了保持升压电路在断开模式中的运行，线圈的频率必须满足以下公式
<formula>formula see original document page 16</formula>
其中
R是负载阻抗。因为电流源用作充电电路，电压和电流设置分别是10V 和30mA ;
相应的阻抗是10V/30mA=333ohm。
D是工作周期。计算如下Vo = J—其中V。 = 10V电流源
要求的
最差情况的方案是当电池电平在4.5V的低限时。从上面的公式计算D
为0.85。那么保持升压电路在断开模式中的最大频率时356.917kHz，对 升压器频率为356.917kHz给出的小于计算的(给定处理器运行频率 为8Mhz)
最接近的值是23 。从上面的频率，设置工作周期的OCR1A寄存器 的计数是0.585X23。对~ 0.6的有效工作周期和10.6V的输出电压选择 的值是14 。
.EQU TCCR1A一DEFAULTS=0B00000010 ;01xxxxxx
;xx00xxxx jxxxx00xx pcxxxxx10
.EQU OC1 A—MODE =0B 11000000
.EQU OC1 A—DISCONNECT =0B00000000 .EGU OC 1 A— CONNECT =0B 10000000
EQU TCCR1B—DEFAULTSK)BOOOllOOl ;000xxxxx
^xxxllxxx :
这里引用的所有的出版物，当前的应用，和其它的文件全部合并在此 作为参考，好像每一个已个别的合并在此作为参考，并在这里阐明。
同时在附图和前述的描述中已详细的说明和描述了本发明，同样的内 容认为是适合的说明和不受限制的，应该理解已描述和说明的只是优选的 实例，希望对相关领域的技术人员想到的所有的改变和修改作保护。
权利要求
1.一种阀门功率控制系统，包括电起动具有阀门状态的液体控制阀门；电容器与阀门电连接；电控制的开关，具有第一状态和第二状态；电源；电感器，当开关处于第一状态时从电源接收能量，当开关处于第二状态时释放能量到电容器；其中，电容器中的能量可控制的释放到阀门，以改变阀门的状态。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于开关是晶体管。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于还包括有阳极和阴极 的二极管，其中，电感器有第一端点和第二端点； 第一端点与电源电连接； 第二端点与阳极电连接； 阴极与电容器的一端电连接。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于还包括与存储器通信 的控制器，存储器用控制器可执行的编程指令编码，重复的改变第一状态 和第二状态之间的开关状态。
5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于重复改变电容器两端 的电位至少是预先确定的电位。
6. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于编程的指令进一步是 由控制器可执行的，在预先确定的间隔开始重复的改变。
7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于预先确定的间隔是时 间独立于阀门起动的固定时间段。
8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于预先确定的间隔是起 动阀门后的固定时间段。
9. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于编程的指令是由控制 器进一步可执行的，在每次起动阀门后开始重复的改变。
10. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于编程的指令是由控 制器可执行的，在打开阀门后开始重复的改变。
11. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于编程的指令由是控 制器可执行的，在关闭阀门后开始重复的改变。
12. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于编程的指令是控制器可执行的，如果在重复的改变开始后的预先确定的时间段，电容器两端 的电位不是至少预先确定的电位，结束重复的改变。
13. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于 电源具有供电电位；编程的指令是由控制器可执行的，如果供电电位低于预先确定的 供电阈值电位，则停止系统。
14. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于控制器是处理器。
15. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于控制器是ASIC。
16. —种改变液体控制阀门状态的供给电源的方法，包括 存储电能作为在电感器中的磁场；将来自电感器的磁场转移为通过二极管的电流； 将电流转换为电容器上的电荷； 释放电荷，改变阀门的状态。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于存储步骤从一个或 多个干电池提取电能。
18. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于由控制器及时控制 存储，转移，转换步骤。
19. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于释放步骤的时序也 由控制器控制。
20. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于 存储步骤是由将晶体管放置在第一状态完成； 转移和转换步骤是由将晶体管放置在第二状态完成。
21. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于在释放步骤前重复 存储，转移，转换步骤。
22. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于在释放步骤前，存 储，转移，转换步骤重复到电容器两端上的电位达到预先确定的阈值。
23. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于控制器是处理器。
24. 根据权利要求18所述的方法，其特征在于控制器是ASIC。
全文摘要
公开了一种阀门控制电路的电起动的升压器。电感器重复的存储来自电源的能量，然后由于开关的循环开和关，电荷通过二极管放电到电容器中。充电的电容器用作改变阀门状态的电源。在任何给定的瞬间优选的监控存储在电容器上的能量，并优选的控制充电的周期优化给定应用的升压电路的使用。即使当电源提供一致的功率输出时，即使当电源提供不一致的功率输出，升压的电源能提供始终如一的输出。
文档编号H02M3/155GK101365995SQ200480012645
公开日2009年2月11日 申请日期2004年5月10日 优先权日2003年5月9日
发明者杰弗里·J·约特, 穆罕默德·A·哈利勒 申请人:麦斯克公司