專利名稱：雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)和方法以及小便器和水龍頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)和方法，并涉及采用該雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)的小便器和水龍頭。
背景技術：
在現(xiàn)有的衛(wèi)浴潔具中，特別在自動出水的水龍頭或小便器中，通常采用紅外感應裝置與電磁閥配合以控制出水。這一系統(tǒng)通過干電池供電，可降低對使用環(huán)境的依賴性，從而可增大適用范圍。然而，干電池電能十分有限，在日益倡導節(jié)約能源的當下，如何降低整個系統(tǒng)的電能消耗并保證和延長干電池的使用壽命，成為本領域中急需解決的問題。圖1示出了現(xiàn)有技術中一種雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥100的結構。如圖1所示，雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥100包括永磁鐵1、線圈2、閥芯3、框架4、線圈骨架5?？蚣?封裝永磁鐵1、線圈2、閥芯3、線圈骨架5。閥芯3位于線圈骨架5內部，在線圈骨架5外壁上圍繞有線圈2。 兩個永磁鐵1分置于線圈2的兩側，優(yōu)選地，永磁鐵1的N極靠近線圈2，S極遠離線圈2。圖2示出了在圖1結構中線圈未通電時兩個永磁鐵磁場的分布。如圖2所示，處于閥芯3的上下方的兩個永磁鐵1所發(fā)出的磁力線均分為兩組貫穿過閥芯3，其中一組磁力線方向水平向左，而另一組磁力線方向水平向右。一般而言，閥芯3不會相對于永磁鐵1處于絕對正中。當閥芯3相對于永磁鐵1偏左時，方向向左的一組磁力線對閥芯3施加的向左的磁力將大于方向向右的一組磁力線對閥芯3施加的向右的磁力。此時，閥芯3所受到的磁力合力方向向左，從而使閥芯3向左滑動直至在框架4的左邊界停下?？梢岳斫獾氖?，當閥芯3相對于永磁鐵1偏右時，閥芯3在磁力合力的作用下將向右滑動直至在框架4的右邊界停下。在此設定閥芯3初始時停留在框架4的左邊界處， 此時電磁閥未通電而處于關閉狀態(tài)。圖3示出圖1所示結構中線圈通電情況下的磁場分布。如圖3所示，對線圈2通電，線圈2上部電流方向垂直紙面向夕卜，線圈2下部電流方向垂直紙面向里。根據(jù)安培定則，此時線圈2內部產生由左向右的平行于閥芯3的磁場。 由此，閥芯3將受到方向向右的電磁場力的作用，該電磁力的方向與上文所述的永磁鐵1對閥芯3產生的向左的永磁場合力方向相反。線圈2中電流逐漸增大。在初始階段，由于電流較小，所產生的電磁場較小，由此使閥芯3所受的電磁力也相對較小。此時，閥芯3所受的向右的電磁力仍小于永磁鐵1對閥芯3產生的向左的永磁場合力，因此無法拖動閥芯3向右運動。在此情況下，閥芯3仍然停留在框架4左邊界處。線圈2中電流持續(xù)增大，使所產生的電磁場也繼續(xù)增大，由此使閥芯3所受的電磁力不斷增大。當閥芯3所受的向右的電磁力大于永磁鐵1對閥芯3產生的向左的永磁場合力時，閥芯3開始被拖動而向右移動。此時，永磁鐵1對閥芯3施加的永磁場合力仍然方向向左。閥芯3繼續(xù)向右移動。當閥芯3的中心越過永磁鐵1而處于永磁鐵1右側時，如上文所述，永磁鐵1對閥芯3施加的永磁場合力方向將變?yōu)橄蛴?，而與閥芯3所受的電磁力同向。在這種情況下，閥芯3將在同向的永磁場合力和電磁力的共同作用下被向右拖動，直至閥芯3到達框架4的右邊界時停下。此時，如果線圈2中斷電而無電流流過，則線圈2對閥芯3施加的電磁力消失，閥芯3將只受到方向向右的永磁場合力作用而穩(wěn)定地停留在框架4的右邊界處。此時，電磁閥處于打開狀態(tài)。圖4示出現(xiàn)有技術中雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥應用時的電路模塊圖。如圖4所示，主控制電路40負責接收感應信號輸送正脈沖或負脈沖給極性變換控制電路20，極性變換控制電路20根據(jù)接收到的脈沖信號的正負極性來變換雙穩(wěn)態(tài)電磁閥線圈的電壓方向，給出開閥信號或關閥信號，從而變換電磁閥100中線圈2的電流方向。在這一過程中，很難準確把握線圈該何時斷電。如果線圈斷電時間過早，則閥芯還未完全到達打開位置，容易造成操作失敗。因此，為防止操作失敗，通常就不得不確保足夠長的斷電時間。然而，如果斷電時間過長，雖然能充分確保閥芯已經達到打開位置，但功耗過大，造成了不必要的功耗損失。反之，在關閉閥芯的過程中也存在相同的問題。經研究發(fā)現(xiàn)，電磁閥的開關動作，即線圈通電時間，這期間所消耗的能量占了整個系統(tǒng)能量消耗的大部分。因此，急需一種在保證電磁閥可靠開關的情況下有效減小電磁閥功耗從而降低整個系統(tǒng)功耗的有效方法。另外，由于電磁閥的生產工藝、應用環(huán)境的水壓和水質的差異，導致電磁閥開關閥供電時間有所不同。因此，為避免操作失敗而使電磁閥操作可靠，通常在電磁閥供電時間上設定一定的余量?，F(xiàn)有技術中，一般設定開關閥時間為14毫秒。經研究發(fā)現(xiàn)，開關閥的大量時間都浪費在上述“余量”上。因此，急需一種有效方法較為精確地檢測電磁閥已開閥或關閥到位，從而減少這種“余量”的設定，進而有效減少電磁閥功耗。

發(fā)明內容
本發(fā)明采用雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)和方法，旨在解決現(xiàn)有技術中的上述缺陷，有效減少電磁閥系統(tǒng)功耗并延長電磁閥使用壽命。具體而言，本發(fā)明提供一種雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)和方法，所述控制系統(tǒng)包括雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥，其包括永磁鐵、線圈、閥芯、框架、線圈骨架，框架封裝永磁鐵、線圈、 閥芯、線圈骨架，閥芯位于線圈骨架內部，在線圈骨架外壁上圍繞有線圈，兩個永磁鐵分置于線圈的兩側；主控制電路，該主控制電路接收感應信號從而輸送脈沖信號；極性變換控制電路，該極性變換控制電路從主控制電路接收所述脈沖信號，并根據(jù)脈沖信號的正負極性來變換線圈的電壓方向，從而變換線圈中的電流方向；和驅動電流采樣檢測電路，用于采集通過雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的電流的變化過程而形成采樣結果，主控制電路對采樣結果進行判斷后產生相應的控制信號，極性變換控制電路接收控制信號并根據(jù)相應控制信號來控制雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的線圈電流的方向以及通斷時間。優(yōu)選地，對線圈通電，設定閥芯在框架第一端開始移動時產生的電流為第一拐點， 閥芯在框架的與第一端相對的第二端停下時的即時電流為第二拐點，在第二拐點的時刻主控制電路向極性變換控制電路發(fā)送相應的控制信號，隨之極性變換控制電路對雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥斷電。
優(yōu)選地，采用電流檢測芯片來實現(xiàn)驅動電流采樣檢測電路。更優(yōu)選地，電流檢測芯片是ZXCT1009F集成電路芯片。更優(yōu)選地，極性變換控制電路通過BD7931F集成電路芯片實現(xiàn)。優(yōu)選地，驅動電流采樣檢測電路的輸出電流通過一模數(shù)轉換電路得到數(shù)字量，將此數(shù)字量反饋回主控制電路。優(yōu)選地，通過驅動電流采樣檢測電路檢測電流變化異常，從而檢測到所述雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的異常狀況。更優(yōu)選地，雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的異常狀況包括如下三種情況中的一種或多種(1) 閥芯在中途被卡住，導致閥芯不再移動；(2)線圈斷開或電路損壞導致線圈斷電；(3)線圈斷開或電路損壞導致短路。本發(fā)明還提供一種自動出水的水龍頭，采用如上文所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)。本發(fā)明還提供一種自動出水的小便器，采用如上文所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)。通過采用根據(jù)本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)和方法，極大地節(jié)省了開關閥時間，相應地大大節(jié)約了功耗，延長了干電池的使用壽命。另外，本發(fā)明采用驅動電流采樣檢測電路，還能識別在電磁閥運行過程中可能出現(xiàn)的各種異常狀況。


圖1示出了現(xiàn)有技術中一種雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的結構；圖2示出了在圖1結構中線圈未通電時兩個永磁鐵磁場的分布；圖3示出圖1所示結構中線圈通電情況下的磁場分布；圖4示出現(xiàn)有技術中雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥應用時的電路模塊圖；圖5示出雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥通電過程中線圈中電流-時間的曲線圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的電路控制系統(tǒng)的電路模塊圖；圖7中示出根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的采用ZXCT1009F集成電路芯片作為電流檢測芯片來實現(xiàn)驅動電流采樣檢測電路的系統(tǒng)電路圖；圖8-10示出了電流變化異常的情況下的三種電流-時間曲線圖。
具體實施例方式下文中，相同的附圖標記指代相同的元件。需要注意的是，下文所提及的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥100的基本結構可參照本說明書 “背景技術”章節(jié)所述，與前述相同的附圖標記也表示相同的元件。眾所周知，在線圈通電時，如果在線圈內部加入磁芯，會使線圈所產生的磁通量大增。而磁芯在線圈內部的軸線運動，也將會改變線圈中的磁通量。根據(jù)法拉第電磁感應定律，磁通量的改變將導致線圈中產生與原施加電壓方向相反的感應電動勢。圖5示出雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥通電過程中線圈中電流-時間的曲線圖。如圖5所示，在初始階段，線圈2中的電流隨時間推移逐漸增大。然而，線圈2對閥芯3所施加的電磁力小于永磁鐵1對閥芯3施加的永磁力合力，因此不足以推動閥芯3移動。在此階段，閥芯3保持靜止，因此線圈2內部的磁通量沒有改變。線圈2內的電流僅僅隨著所施加電壓的增大而增大。隨著線圈2中的電流逐漸增大，使線圈2對閥芯3所施加的向右的電磁力正好大于閥芯3所受的向左的永磁力合力。此時刻記錄電流拐點A。此時，對線圈2所施加的電壓不再增大。閥芯3開始向右移動。閥芯3在線圈2內向右移動，導致線圈2內的磁通量出現(xiàn)變化。根據(jù)法拉第電磁感應定律，線圈2內將出現(xiàn)感應電動勢。該感應電動勢的極性方向與原先所施加電壓的方向相反，導致線圈2中的總電壓下降，由此使線圈2中通過的電流變小。如圖5所示，線圈2內的電流從拐點A開始下降。隨后，閥芯3將一直向右移動，直至閥芯3抵達框架4的右邊界而停下。此時閥芯 3不再在線圈2中移動，使線圈2中的磁通量不再發(fā)生變化，相應地，線圈2中的感應電動勢將消失。此時，線圈2中的電流到達圖5中的拐點B。自拐點B開始，由于感應電動勢消失，線圈2所受總電壓又開始逐漸增大，導致線圈2中的電流重新逐漸增大。根據(jù)圖5所示的電流隨時間變化曲線，如果能夠捕捉到電流拐點B處的時刻，即閥芯3運動到另一邊界處的時刻，在此時刻停止通電，就可以有效地節(jié)約余量，減小電磁閥的功耗。為此，本發(fā)明在現(xiàn)有技術的電路基礎上增加了一驅動采樣檢測電路。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的電路控制系統(tǒng)的電路模塊圖。如圖6所示，驅動電流采樣檢測電路30采集通過雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥100的電流的變化過程，將采樣結果輸送至主控制電路40，主控制電路40對采樣結果進行判斷后產生相應的控制信號，將該控制信號輸送給極性變換控制電路20，極性變換控制電路20根據(jù)相應控制信號來控制雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的線圈電流的方向以及通斷時間。例如，主控制電路40根據(jù)驅動電流采樣檢測電路30所提供的采樣結果可以即時捕捉到上述電流拐點B，并在此時刻向極性變換控制電路20發(fā)送相應的控制信號，隨之極性變換控制電路20對雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥100斷電。驅動電流采樣檢測電路30的工作過程可以通過通常的電流檢測芯片實現(xiàn)，而且并不限于特定種類的電流檢測芯片。圖7中示出根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的采用ZXCT1009F集成電路芯片作為電流檢測芯片來實現(xiàn)驅動電流采樣檢測電路的系統(tǒng)電路圖。如圖7所示，驅動電流采樣檢測電路30通過極性變換控制電路20連接到雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥100。其中，極性變換控制電路20由ZXCT1009F集成電路芯片實現(xiàn)。ZXCG1009F 集成電路芯片是一種高端電流感應監(jiān)視芯片，其電壓輸入范圍為2. 5-20V，輸出電壓可根據(jù)需要進行調整。該芯片的1、2號端為輸入端。圖7中還顯示，極性變換控制電路20可通過BD7931F集成電路芯片實現(xiàn)。該芯片的1號端連接電源，2、3號端連接電磁閥100的輸入端，4號端接地，5號端接地，6號端連接邏輯電源，7、8號端連接主控制電路的開閥關閥信號輸出端。ZXCT1009F集成電路芯片的工作原理是將電磁閥100的電流轉換成電壓Uab，輸入該芯片的2、3端，通過芯片處理后轉換成電流I。ut輸出，電壓Uab和電流I。ut之間的對應關系舉例如下表
權利要求
1.一種雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)，包括雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥，其包括永磁鐵、線圈、閥芯、框架、線圈骨架，框架封裝永磁鐵、線圈、閥芯、線圈骨架，閥芯位于線圈骨架內部，在線圈骨架外壁上圍繞有線圈，兩個永磁鐵分置于線圈的兩側；主控制電路，所述主控制電路接收感應信號從而輸送脈沖信號；和極性變換控制電路，所述極性變換控制電路從主控制電路接收所述脈沖信號，并根據(jù)脈沖信號的正負極性來變換所述線圈的電壓方向，從而變換所述線圈中的電流方向，其特征在于，所述雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)還包括驅動電流采樣檢測電路，用于采集通過雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的電流的變化過程而形成采樣結果，所述主控制電路對采樣結果進行判斷后產生相應的控制信號，所述極性變換控制電路接收控制信號并根據(jù)相應控制信號來控制雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的線圈電流的方向以及通斷時間。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)，其特征在于，對線圈通電，設定閥芯在框架第一端開始移動時產生的電流為第一拐點(A)，閥芯在框架的與第一端相對的第二端停下時的即時電流為第二拐點(B)，在第二拐點(B)的時刻主控制電路向極性變換控制電路發(fā)送相應的控制信號，隨之極性變換控制電路對雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥斷電。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)，其特征在于，采用電流檢測芯片來實現(xiàn)驅動電流采樣檢測電路。
4.根據(jù)權利要求3所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流檢測芯片是ZXCT1009F集成電路芯片。
5.根據(jù)權利要求3所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)，其特征在于，極性變換控制電路通過BD7931F集成電路芯片實現(xiàn)。
6.根據(jù)權利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)，其特征在于，驅動電流采樣檢測電路的輸出電流通過一模數(shù)轉換電路得到數(shù)字量，將此數(shù)字量反饋回主控制電路。
7.根據(jù)權利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)，其特征在于，通過驅動電流采樣檢測電路檢測電流變化異常，從而檢測到所述雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的異常狀況。
8.根據(jù)權利要求7所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)，其特征在于，所述雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的異常狀況包括如下三種情況中的一種或多種(1)閥芯在中途被卡住，導致閥芯不再移動；(2)線圈斷開或電路損壞導致線圈斷電；(3)線圈斷開或電路損壞導致短路。
9.一種自動出水的水龍頭，其特征在于，采用如權利要求1-8所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)。
10.一種自動出水的小便器，其特征在于，采用如權利要求1-8所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)。
11.一種用于雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制方法，所述雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥包括永磁鐵、線圈、閥芯、框架、線圈骨架，框架封裝永磁鐵、線圈、閥芯、線圈骨架，閥芯位于線圈骨架內部，在線圈骨架外壁上圍繞有線圈，兩個永磁鐵分置于線圈的兩側，所述控制方法包括如下步驟采用主控制電路接收感應信號從而輸送脈沖信號；和采用極性變換控制電路從主控制電路接收所述脈沖信號，并根據(jù)脈沖信號的正負極性來變換所述線圈的電壓方向，從而變換所述線圈中的電流方向， 其特征在于，采用驅動電流采樣檢測電路采集通過雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的電流的變化過程而形成采樣結果；通過所述主控制電路對采樣結果進行判斷后產生相應的控制信號， 通過所述極性變換控制電路接收控制信號并根據(jù)相應控制信號來控制雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的線圈電流的方向以及通斷時間。
12.根據(jù)權利要求11所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制方法，其特征在于，進一步包括如下步驟在線圈通電的情況下，設定閥芯在框架第一端開始移動時產生的電流為第一拐點(A)，閥芯在框架的與第一端相對的第二端停下時的即時電流為第二拐點(B)，在第二拐點(B)的時刻主控制電路向極性變換控制電路發(fā)送相應的控制信號，隨之極性變換控制電路對雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥斷電。
13.根據(jù)權利要求11所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制方法，其特征在于，進一步包括如下步驟通過一模數(shù)轉換電路將驅動電流采樣檢測電路輸出電流轉換得到數(shù)字量，將此數(shù)字量反饋回主控制電路。
14.根據(jù)權利要求11所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制方法，其特征在于，進一步包括如下步驟通過驅動電流采樣檢測電路檢測電流變化異常，從而檢測到所述雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的異常狀況。
15.根據(jù)權利要求11所述的雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制方法，其特征在于，所述異常狀況包括如下三種情況中的一種或多種(1)閥芯在中途被卡住，導致閥芯不再移動；(2)線圈斷開或電路損壞導致線圈斷電；(3)線圈斷開或電路損壞導致短路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥控制系統(tǒng)和方法，控制系統(tǒng)包括雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥；驅動電流采樣檢測電路，用于采集通過雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的電流的變化過程而形成采樣結果；主控制電路，主控制電路對采樣結果進行判斷后產生相應的控制信號；極性變換控制電路，用于接收控制信號并根據(jù)相應控制信號來控制雙穩(wěn)態(tài)脈沖電磁閥的線圈電流的方向以及通斷時間。還提供了采用上述控制系統(tǒng)的自動出水的水龍頭和小便器。采用上述控制系統(tǒng)，節(jié)省開關閥時間，節(jié)約功耗，延長干電池的使用壽命。
文檔編號E03D13/00GK102434703SQ20111035212
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權日2011年11月9日
發(fā)明者陳忠民, 高鵬程 申請人:上?？评针娮涌萍加邢薰?br>