CN114776568A - 水泵缺水保护装置及水泵缺水保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水泵缺水保护装置及水泵缺水保护方法，应用于洗地机。水泵缺水保护装置包括水泵、电压检测模块、供电组件、水泵供电模块以及控制单元；其中，控制单元包括PID调节模块、占空比输出模块、比较模块及控制模块，PID调节模块用于对水泵两端的电压进行PID调节，使水泵两端的电压为恒定电压；占空比输出模块用于输出实时占空比，比较模块用于将实时占空比与预先设定的最大限制占空比进行比较，并将比较结果传送给控制模块，控制模块用于在实时占空比大于最大限制占空比时控制水泵供电模块关断，使水泵断电。相较于现有技术，本发明不仅能够及时准确地获取水泵的缺水状态并予以保护，提高了洗地机的安全性，而且无新增的硬件成本。

Description

水泵缺水保护装置及水泵缺水保护方法

技术领域

本发明涉及一种水泵缺水保护装置及水泵缺水保护方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

现有的洗地机的水泵由电磁阀构成，电磁阀依靠水泵中的水进行散热，通过水箱中的水位检测器检测洗地机是否缺水，缺水时关停水泵。但是，这样的检测方法无法直接检测水泵的缺水状态，当水泵非因水箱中缺水导致处于无水或半水半空气状态时，极易导致电磁阀无法散热，电磁阀空吸产生的热会导致水泵及邻近的滚刷等塑料组件被损坏。

有鉴于此，确有必要对现有的水泵缺水保护提出改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水泵缺水保护装置，以解决现有洗地机的水泵缺水保护可靠性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种水泵缺水保护装置，应用于洗地机，所述水泵缺水保护装置包括：水泵；电压检测模块，与所述水泵相连，用于实时检测所述水泵两端的电压；供电组件，与所述水泵相连，用于为所述水泵提供电能；水泵供电模块，连接于所述供电组件和所述水泵之间，以导通或切断所供电组件和所述水泵之间的电性连接；以及控制单元，分别与所述电压检测模块和所述水泵供电模块相连，用于接收所述电压检测模块检测到的水泵两端的电压值，并根据该电压值输出控制信号给所述水泵供电模块；其中，所述控制单元包括PID调节模块、占空比输出模块、比较模块及控制模块，所述PID调节模块用于对所述水泵两端的电压进行PID调节，使所述水泵两端的电压为恒定电压；所述占空比输出模块用于输出实时占空比，所述比较模块用于将实时占空比与预先设定的最大限制占空比进行比较，并将比较结果传送给所述控制模块，所述控制模块用于在实时占空比大于最大限制占空比时控制所述水泵供电模块关断，使所述水泵断电。

作为本发明的进一步改进，所述水泵供电模块包括电子开关，且所述电子开关的一端与所述供电组件连接、另一端与所述水泵连接。

作为本发明的进一步改进，所述电子开关与所述控制模块通讯连接，以接收所述控制模块发出的控制信号，并根据控制信号闭合或断开。

作为本发明的进一步改进，定义所述实时占空比为D1，则D1＝U/Um，其中，U为恒定电压，Um为所述电压检测模块实时检测到的水泵两端的电压。

作为本发明的进一步改进，定义所述水泵初始启动时的占空比为初始占空比D0，则D0＝U/Ue，其中，U为恒定电压、Ue为供电组件的总线电压。

作为本发明的进一步改进，所述最大限制占空比为一固定值。

作为本发明的进一步改进，所述最大限制占空比＝k*实时占空比，其中，k为临界系数，取值范围为1.0～1.5。

本发明的目的在于提供一种水泵缺水保护方法，该水泵缺水保护方法能够及时准确地获取水泵的缺水状态并予以保护，提高了洗地机的安全性，且无新增的硬件成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种水泵缺水保护方法，应用于前述的水泵缺水保护装置，主要包括以下步骤：

S1、启动水泵，并使水泵两端的电压为恒定电压；

S2、电压检测模块对水泵两端的电压进行实时检测，同时PID调节模块对水泵两端的电压进行PID调节使保持在恒定电压；

S3、占空比输出模块输出实时占空比并传送至比较模块，比较模块将实时占空比与预先设定的最大限制占空比进行比较，并将比较结果传送给控制模块；

S4、当实时占空比大于最大限制占空比时，控制模块控制水泵供电模块关断，使水泵断电。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，以初始占空比D0启动水泵，且初始占空比D0的计算公式为D0＝U/Ue，其中，U为恒定电压、Ue为供电组件的总线电压。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4还包括：当实时占空比在设定时间段内持续大于最大限制占空比时，控制模块控制水泵供电模块关断，使水泵断电。

作为本发明的进一步改进，所述设定时间段为200ms～1s。

本发明的有益效果是：本发明利用占空比输出模块输出实时占空比，从而可以根据实时占空比与最大限制占空比的比较结果来判断水泵是否缺水，不仅能够及时准确地获取水泵的缺水状态并予以保护，提高了洗地机的安全性，而且无需单独的传感器，无新增的硬件成本。

附图说明

图1是符合本发明优选实施例的水泵缺水保护装置的结构框图。

图2是图1中控制单元的优选实施例的结构框图。

图3是本发明水泵缺水保护方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

如图1和图2所示，本发明提供了一种水泵缺水保护装置，包括水泵10、电压检测模块20、供电组件30、控制单元40以及水泵供电模块50。其中，供电组件30与水泵10相连，用于为所述水泵10提供电能；电压检测模块20与水泵10相连，用于实时检测水泵10两端的电压；控制单元40分别与所述电压检测模块20和所述水泵供电模块50相连，用于接收所述电压检测模块20检测到的水泵10两端的电压值，并根据该电压值输出控制信号给所述水泵供电模块50；水泵供电模块50连接于所述供电组件30和所述水泵10之间，用以导通或切断所述供电组件30和所述水泵10之间的电性连接，使水泵10通电或断电。

在本发明的一较佳实施例中，供电组件30为电池包，水泵缺水保护装置应用于洗地机。当然，本发明的水泵缺水保护装置还可应用于其他的带有水泵的设备中，此处不作限制。

具体地，所述控制单元40包括PID调节模块41、占空比输出模块42、比较模块43及控制模块44，其中，所述PID调节模块41与所述电压检测模块20和所述控制模块44连接，用于对所述水泵10两端的电压进行PID调节，使所述水泵10两端的电压为恒定电压U。所述占空比输出模块42与所述控制模块44和所述比较模块43连接，用于在水泵10正常运行时输出实时占空比D1，所述比较模块43用于将实时占空比D1与预先设定的最大限制占空比Dmax进行比较，并将比较结果传送给所述控制模块44，所述控制模块44用于在实时占空比D1大于最大限制占空比Dmax时控制所述水泵供电模块50关断，使所述水泵10断电。

所述水泵供电模块50包括电子开关(未图示)，且所述电子开关的一端与所述供电组件30连接、另一端与所述水泵10连接。与此同时，该电子开关还与所述控制模块44通讯连接，从而电子开关可以接收控制模块44发出的控制信号，并根据该控制信号闭合或断开，以此来实现供电组件30与水泵10之间的电性导通或关断。即当电子开关闭合时，供电组件30与水泵10电性导通，供电组件30为水泵10供电，使水泵10能够正常工作；当电子开关断开时，供电组件30与水泵10断开，供电组件30停止为水泵10供电，水泵10断电。

在水泵10正常工作过程中，实时占空比D1的计算公式为：D1＝U/Um，其中，U为恒定电压，Um为电压检测模块20实时检测到的水泵10两端的电压。设置实时占空比D1的目的在于：当水箱充满水时，水泵10启动，此时水泵10处于额定负载运行状态，而在水泵10排出部分水之后，水泵10处于半水半空气状态，此时水泵10的负载小于额定负载。若想不依靠人工而是自动判断出水箱内的排水情况，则需要对水泵10的负载情况作出判断，而在省略水位检测器的情况下，最优的选择就是通过水泵10两端的电压值的变化情况来进行判断，也就是说，可以设定一个系数(优选为占空比)，通过该系数的变化来判断水泵10是否处于缺水状态。

回到本实施例，当实时占空比D1大于最大限制占空比Dmax时，判定水泵10处于无水状态或半水半空气状态(即缺水状态)，由控制模块44输出控制信号给水泵供电模块50，驱动电子开关断开，使水泵10断电；当实时占空比D1小于等于最大限制占空比Dmax时，判定水泵10处于不缺水状态，此时控制模块44输出控制信号给水泵供电模块50，驱动电子开关保持闭合状态，水泵10继续运行。由此可见，本发明利用实时占空比D1与最大限制占空比Dmax进行比较，可以快速的判断出水泵10的负载情况，继而判断出水泵10是否处于缺水状态，具有实现方式简单、实现成本低的优点。

优选的，所述最大限制占空比Dmax为一固定值。当然，在其他实施例中，所述最大限制占空比Dmax也可以通过计算公式Dmax＝k*D1计算获得，其中，k为临界系数，取值范围为1.0～1.5。当然，临界系数k的取值也可以根据水泵10初始启动时的初始占空比D0的大小计算获得，此时最大限制占空比Dmax的计算公式可以调整为Dmax＝k(D0)*D1。

在水泵10初始启动时，也可通过所述占空比输出模块42输出初始占空比D0来驱动水泵供电模块50导通，直至水泵10两端的电压保持在恒定电压U。初始占空比D0的计算公式为D0＝U/Ue，其中，U为恒定电压、Ue为供电组件30的总线电压，即电池包的标称满包电压。当然，水泵10初始启动时的初始占空比D0的计算方式还可以为其他，此处不再举例说明。

如图3所示，为本发明水泵缺水保护方法的流程图，从该流程图可以看出，本发明的水泵缺水保护方法主要包括以下步骤：

S1、启动水泵10，并使水泵10两端的电压为恒定电压U；

S2、电压检测模块20对水泵10两端的电压进行实时检测，同时PID调节模块41对水泵10两端的电压进行PID调节使保持在恒定电压U；

S3、占空比输出模块42输出实时占空比D1并传送至比较模块43，比较模块43将实时占空比D1与预先设定的最大限制占空比Dmax进行比较，并将比较结果传送给控制模块44；

S4、当实时占空比D1大于最大限制占空比Dmax时，控制模块44控制水泵供电模块50关断，使水泵10断电。

优选的，步骤S1中，以初始占空比D0启动水泵10，且初始占空比D0的计算公式为D0＝U/Ue，其中，U为恒定电压、Ue为供电组件30的总线电压，即电池包的标称满包电压。

步骤S4还包括：当实时占空比D1在设定时间段内持续大于最大限制占空比Dmax时，控制模块44输出控制信号给水泵供电模块50，使电子开关断开，水泵10断电。优选的，所述设定时间段为200ms～1s。也就是说，只要实时占空比D1在200ms～1s内持续大于最大限制占空比Dmax时，无需再做其他判断或操作，控制模块44直接控制水泵10断电。

简而言之，本发明提供了一种简单、低成本的水泵缺水保护方案，通过利用电子开关来控制水泵10的运行和断电，在水泵10正常启动后，控制单元40控制电子开关进行脉冲宽度调制，以控制实时占空比D1的输出，以此来保证水泵10能够以恒定电压U运行。在此基础上，控制单元40再根据实时占空比D1与最大限制占空比Dmax之间的大小关系(即实时占空比D1的不断变化)，来判断水泵10是否处于缺水状态，进而在判定水泵10处于缺水状态时，能够快速的切断供电组件30与水泵10之间的电性连接，使水泵10断电，对水泵10的缺水情况起到了很好的监测和保护作用。

综上所述，本发明利用占空比输出模块42输出实时占空比D1，从而可以根据实时占空比D1与最大限制占空比Dmax的比较结果来判断水泵10是否处于缺水状态，不仅能够及时准确地获取水泵10的缺水状态并予以保护，提高了洗地机的安全性，而且无需单独的传感器，无新增的硬件成本。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种水泵缺水保护装置，应用于洗地机，其特征在于，所述水泵缺水保护装置包括：

水泵；

电压检测模块，与所述水泵相连，用于实时检测所述水泵两端的电压；

供电组件，与所述水泵相连，用于为所述水泵提供电能；

水泵供电模块，连接于所述供电组件和所述水泵之间，以导通或切断所述供电组件和所述水泵之间的电性连接；以及

控制单元，分别与所述电压检测模块和所述水泵供电模块相连，用于接收所述电压检测模块检测到的水泵两端的电压值，并根据该电压值输出控制信号给所述水泵供电模块；

其中，所述控制单元包括PID调节模块、占空比输出模块、比较模块及控制模块，所述PID调节模块用于对所述水泵两端的电压进行PID调节，使所述水泵两端的电压为恒定电压；所述占空比输出模块用于输出实时占空比，所述比较模块用于将实时占空比与预先设定的最大限制占空比进行比较，并将比较结果传送给所述控制模块，所述控制模块用于在实时占空比大于最大限制占空比时控制所述水泵供电模块关断，使所述水泵断电。

2.根据权利要求1所述的水泵缺水保护装置，其特征在于：所述水泵供电模块包括电子开关，且所述电子开关的一端与所述供电组件连接、另一端与所述水泵连接。

3.根据权利要求2所述的水泵缺水保护装置，其特征在于：所述电子开关与所述控制模块通讯连接，以接收所述控制模块发出的控制信号，并根据控制信号闭合或断开。

4.根据权利要求1所述的水泵缺水保护装置，其特征在于：定义所述实时占空比为D1，则D1＝U/Um，其中，U为恒定电压，Um为所述电压检测模块实时检测到的水泵两端的电压。

5.根据权利要求1所述的水泵缺水保护装置，其特征在于：定义所述水泵初始启动时的占空比为初始占空比D0，则D0＝U/Ue，其中，U为恒定电压、Ue为供电组件的总线电压。

6.根据权利要求1所述的水泵缺水保护装置，其特征在于：所述最大限制占空比为一固定值。

7.根据权利要求1所述的水泵缺水保护装置，其特征在于：所述最大限制占空比＝k*实时占空比，其中，k为临界系数，取值范围为1.0～1.5。

8.一种水泵缺水保护方法，应用于权利要求1-7中任一项所述的水泵缺水保护装置，其特征在于，所述水泵缺水保护方法主要包括以下步骤：

S1、启动水泵，并使水泵两端的电压为恒定电压；

S2、电压检测模块对水泵两端的电压进行实时检测，同时PID调节模块对水泵两端的电压进行PID调节使保持在恒定电压；

S3、占空比输出模块输出实时占空比并传送至比较模块，比较模块将实时占空比与预先设定的最大限制占空比进行比较，并将比较结果传送给控制模块；

S4、当实时占空比大于最大限制占空比时，控制模块控制水泵供电模块关断，使水泵断电。

9.根据权利要求8所述的水泵缺水保护方法，其特征在于：步骤S1中，以初始占空比D0启动水泵，且初始占空比D0的计算公式为D0＝U/Ue，其中，U为恒定电压、Ue为供电组件的总线电压。

10.根据权利要求8所述的水泵缺水保护方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：当实时占空比在设定时间段内持续大于最大限制占空比时，控制模块控制水泵供电模块关断，使水泵断电。

11.根据权利要求10所述的水泵缺水保护方法，其特征在于：所述设定时间段为200ms～1s。

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