电机运行监控方法、系统及装置与流程

本发明涉及电机保护领域、健身器械领域，具体地，涉及一种电机运行监控方法、系统及装置。

背景技术：

现有技术中，电机特别是健身器材中的电机的工作状态全由电源决定，电机的转动时长，转动方向由电源接通时长，接口正负决定，无法实现对电机输出端的位移控制和监测。在实际应用中，有40％的故障是由于缺少该类保护而引起的，造成大量用户的抱怨，以及极高的维护成本。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电机运行监控方法、系统及装置。

根据本发明提供的电机运行监控方法，包含以下步骤：

信号获取步骤：获取探测信号，所述探测信号包含温度探测信号、位置探测信号以及电参数探测信号；

温度判断步骤：判断温度探测信号是否位于温度设定值范围之外，若是，则生成电机正反禁转指令；若否，则生成第一电机正反允转指令；

位置判断步骤：根据第一电机正反允转指令，判断位置探测信号是否位于位置设定值范围之外，若是，则生成单向允转指令；若否，则生成第二电机正反允转指令；

电参数判断步骤：根据第二电机正反允转指令，判断是否获取到电参数探测信号，若否，则返回执行温度判断步骤；若是，则继续执行位移判断步骤；

位移判断步骤：根据位置探测信号获取位移值信号。

优选地，还包含以下步骤：

初始化步骤：生成第零电机正反允转指令；

报警步骤：判断位移值信号是否位于位移设定值范围之内，若是，则返回执行温度判断步骤，直至接收到中止指令；若否，则生成报警信号。

优选地，所述位置设定值包含第一位置设定值与第二位置设定值；所述单向允转指令包含正向允转指令与反向允转指令；

所述位置判断指令包含以下步骤：

第一位置判断步骤：根据第一电机正反允转指令，判断位置探测信号是否位于第一位置设定值范围之外，若是，则生成反向允转指令；若否，则继续第二位置判断步骤；

第二位置判断步骤：判断位置探测信号是否位于第二位置设定值范围之外，若是，则生成正向允转指令；若否，则生成第二电机正反允转指令。

优选地，还包含信号灯控制指令生成步骤：在以下任一个时刻或任多个时刻生成信号灯控制指令：

初始化步骤中，生成第零电机正反允转指令时；

温度判断步骤中，当判定温度探测信号位于温度设定值范围之外时；

第一位置判断步骤中，当判定位置探测信号位于第一位置设定值范围之外时；

第二位置判断步骤中，当判定位置探测信号位于第二位置设定值范围之外时；

第二位置判断步骤中，当判定位置探测信号位于第二位置设定值范围之内时；

报警步骤中，当判定位移值信号位于位移设定值范围之外时。

本发明还提供了一种电机运行监控系统，包含以下模块：

信号获取模块：获取探测信号，所述探测信号包含温度探测信号、位置探测信号以及电参数探测信号；

温度判断模块：判断温度探测信号是否位于温度设定值范围之外，若是，则生成电机正反禁转指令；若否，则生成第一电机正反允转指令；

位置判断模块：根据第一电机正反允转指令，判断位置探测信号是否位于位置设定值范围之外，若是，则生成单向允转指令；若否，则生成第二电机正反允转指令；

电参数判断模块：根据第二电机正反允转指令，判断是否获取到电参数探测信号，若否，则返回执行温度判断模块；若是，则继续执行位移判断模块；

位移判断模块：根据位置探测信号获取位移值信号。

优选地，还包含以下模块：

初始化模块：生成第零电机正反允转指令；

报警模块：判断位移值信号是否位于位移设定值范围之内，若是，则返回执行温度判断模块，直至接收到中止指令；若否，则生成报警信号。

优选地，所述位置设定值包含第一位置设定值与第二位置设定值；所述单向允转指令包含正向允转指令与反向允转指令；

所述位置判断指令包含以下模块：

第一位置判断模块：根据第一电机正反允转指令，判断位置探测信号是否位于第一位置设定值范围之外，若是，则生成反向允转指令；若否，则继续第二位置判断模块；

第二位置判断模块：判断位置探测信号是否位于第二位置设定值范围之外，若是，则生成正向允转指令；若否，则生成第二电机正反允转指令。

优选地，还包含信号灯控制指令生成模块：在以下任一个时刻或任多个时刻生成信号灯控制指令：

初始化模块中，生成第零电机正反允转指令时；

温度判断模块中，当判定温度探测信号位于温度设定值范围之外时；

第一位置判断模块中，当判定位置探测信号位于第一位置设定值范围之外时；

第二位置判断模块中，当判定位置探测信号位于第二位置设定值范围之外时；

第二位置判断模块中，当判定位置探测信号位于第二位置设定值范围之内时；

报警模块中，当判定位移值信号位于位移设定值范围之外时。

本发明还提供了一种电机运行监控装置，包含温度传感器、位置传感器、电参数测量仪以及mcu件；温度传感器、位置传感器、电参数测量仪均连接至mcu件；

所述mcu件包含上述的电机运行监控系统。

优选地，还包含电机启停电路与状态显示电路；电机启停电路与状态显示电路均连接至mcu件。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、通过采用微电脑控制电路，软硬件结合，判断电机运行状态和允许运行位置区间，防止电机在超限范围运行时导致的对其他关联部件的严重损害；

2、在任何堵转异常情况下的发热风险，解决了电机输出端不可控的问题降低了电机故障率，从根本上避免由于电机持续发热导致的其他灾害的发生。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为电机运行监控系统结构示意图；

图2为电机运行监控方法优选实施方式流程图；

图3为电机运行监控装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的电机运行监控系统，包含以下模块：信号获取模块：获取探测信号，所述探测信号包含温度探测信号、位置探测信号以及电参数探测信号；温度判断模块：判断温度探测信号是否位于温度设定值范围之外，若是，则生成电机正反禁转指令；若否，则生成第一电机正反允转指令；位置判断模块：根据第一电机正反允转指令，判断位置探测信号是否位于位置设定值范围之外，若是，则生成单向允转指令；若否，则生成第二电机正反允转指令；电参数判断模块：根据第二电机正反允转指令，判断是否获取到电参数探测信号，若否，则返回执行温度判断模块；若是，则继续执行位移判断模块；位移判断模块：根据位置探测信号获取位移值信号。

优选地，电机运行监控系统还包含以下模块：初始化模块：生成第零电机正反允转指令；报警模块：判断位移值信号是否位于位移设定值范围之内，若是，则返回执行温度判断模块，直至接收到中止指令；若否，则生成报警信号。优选地，所述位置设定值包含第一位置设定值与第二位置设定值；所述单向允转指令包含正向允转指令与反向允转指令；所述位置判断指令包含以下模块：第一位置判断模块：根据第一电机正反允转指令，判断位置探测信号是否位于第一位置设定值范围之外，若是，则生成反向允转指令；若否，则继续第二位置判断模块；第二位置判断模块：判断位置探测信号是否位于第二位置设定值范围之外，若是，则生成正向允转指令；若否，则生成第二电机正反允转指令。优选地，当温度判断模块中生成电机正反禁转指令后，再次获取温度探测信号，直至温度探测信号位于温度设定值范围之内或收到中止指令。优选地，当生成反向允转指令或正向允转指令后，再次获取位置探测信号，直至位置探测信号同时位于第一位置设定值范围之内与第二位置设定值范围之内，或者收到中止指令。

优选地，电机运行监控系统还包含信号灯控制指令生成模块：在以下任一个时刻或任多个时刻生成信号灯控制指令：初始化模块中，生成第零电机正反允转指令时；温度判断模块中，当判定温度探测信号位于温度设定值范围之外时；第一位置判断模块中，当判定位置探测信号位于第一位置设定值范围之外时；第二位置判断模块中，当判定位置探测信号位于第二位置设定值范围之外时；第二位置判断模块中，当判定位置探测信号位于第二位置设定值范围之内时；报警模块中，当判定位移值信号位于位移设定值范围之外时。

优选实施方式：

如图1所示，电机运行监控系统应用在健身车阻力调节马达及相应减速机构和目标滑块在异常情况下的保护，包括：温度探测、位置探测、电气参数、电机正反转输入电压探测、mcu模块、隔离模块、隔离模块、电机正向旋转控制、电机反向旋转控制、状态显示等组成。微电脑控制器根据温度探测获得的电机金属表面温度值、位置探测获得的目标滑块实时位置信息、以及实时来自外部的电机正反转电压输入方向值来判断当前电机的运行状况和运行环境，根据预先设定的判定逻辑来选择控制逻辑，通过光电隔离模块对电机实施实时控制，可以实时禁止和允许电机的正向和反向旋转，从而禁止和允许滑块的移动方向，避免其移动进入超越极限的区域，保护滑块、减速机构、电机等部件的损坏。

如图3所示，本发明还提供了一种电机运行监控装置，包含温度传感器、位置传感器、电参数测量仪以及mcu件；温度传感器、位置传感器、电参数测量仪均连接至mcu件；所述mcu件包含上述的电机运行监控系统。电机运行监控装置还包含电机启停电路与状态显示电路；电机启停电路与状态显示电路均连接至mcu件。优选地，还设置有连接至mcu件的外部接口电路。温度传感器、位置传感器以及mcu件共同构成mcu控制电路的一部分。

具体地，电机运行监控装置包含mcu控制电路、电机启停电路、外部接口电路以及状态显示电路；所述mcu控制电路的控制信号输出端口连接至电机启停电路的控制信号输入端口；mcu控制电路的显示输出端口连接至状态显示电路的显示输入端口；所述外部接口电路的外部信号输出端口分别连接至mcu控制电路的第一外部信号输入端口、电机启动电路的第二外部信号输入端口。

所述mcu控制电路包含mcu件；muc件包含的up端口与down端口均形成所述控制信号输出端口；mcu件包含的led端口形成所述显示输出端口；mcu件包含的vcc端口与gnd端口均形成所述第一外部信号输入端口。

所述mcu控制电路还包含位置传感器rw1、温度传感器rt1、温度传感器rt2、电容c1以及电阻r9；所述位置传感器rw1包含滑动变阻器tap；所述mcu件还包含a1端口与temp端口；多个外部信号输出端口中包含有第五端口、第四端口以及第三端口；所述vcc端口分别连接至电容c1的一端、滑动变阻器tap的固定电阻的一端、第五端口、温度传感器rt1的一端、温度传感器rt2的一端；a1端口分别连接至滑动变阻器tap的滑动端、第四端口；gnd端口分别连接至电容c1的另一端、滑动变阻器tap的固定电阻的另一端、第三端口且gnd端口接地；所述temp端口分别连接至温度传感器rt1的另一端、温度传感器rt2的另一端、电阻r9的一端；电阻r9的另一端接地。实际应用中，温度传感器rt2可直接黏贴在电机金属体表面。也就是说，a1端口也形成了所述第一外部信号输入端口。

所述状态显示电路包含电阻r7、电阻r8、发光二极管led1以及发光二极管led2；多个led端口中包含有led1端口与led2端口；led1端口、电阻r7、发光二极管led1的正极依次连接，发光二极管led1的负极接地；led2端口、电阻r8、发光二极管led2的正极依次连接，发光二极管led2的负极接地。优选地，发光二极管led1包含红色色彩标记部，发光二极管led2包含绿色色彩标记部。

所述电机启停电路包含电机m1、光耦pc1、光耦pc2、开关管q1、开关管q2、二极管d1、二极管d2、电容c2、压敏电阻rv1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5以及电阻r6；多个外部信号输出端口中还包含有第二端口、第一端口；up端口、电阻r5、光耦pc1的发光器pc1a依次连接后接地；down端口、电阻r6、光耦pc2的发光器pc2a依次连接后接地；电机m1的一端分别连接至电阻r3的一端、压敏电阻rv1的一端、电容c2的一端、电阻r4的一端、第二端口；电机m1的另一端分别连接至压敏电阻rv1的另一端、电容c2的另一端、开关管q1的集电极、开关管q1的发射极；电阻r3的另一端连接光耦pc1的受光器pc1b的一端，受光器pc1b的另一端分别连接至电阻r1的一端、开关管q1的基极；电阻r1的另一端分别连接至开关管q1的发射极、二极管d1的正极；二极管d1的负极分别连接至二极管d2的正极、第一端口；电阻r4的另一端连接光耦pc2的受光器pc2b的一端，受光器pc2b的另一端分别连接至开关管q2的基极、电阻r2的一端；电阻r2的另一端分别连接至开关管q2的集电极、二极管d2的负极。电机m1的转子通过减速机构控制目标滑块的移动，位置传感器即滑动变阻器的动臂和目标滑块物理相连，当目标滑块移动时，跟随滑块一起移动，精确指示滑块即时位置信息，同时目标滑块带动磁性环产生位移，调节与外轮的磁空隙，这个空隙的变化实现健身车阻力的调节。也就是说，所述电阻r5的一端与电阻r6的一端构成了控制信号输入端口；电机m1的一端与二极管d1的负极均构成了第二外部信号输入端口。

外部接口电路包含接插件。该接插件cn1和健身器材的外部控制面板相连，其中引脚(端口)5、4、3连接位置传感器，位置传感器rw1既通过接插件的机械连接和外部导线给外部控制面板提供位置信号，又同时给本地mcu提供位置信号。外部控制面板驱动连接在2、1引脚上的电机m1。

本发明还提供了一种电机运行监控方法，包含以下步骤：信号获取步骤：获取探测信号，所述探测信号包含温度探测信号、位置探测信号以及电参数探测信号；温度判断步骤：判断温度探测信号是否位于温度设定值范围之外，若是，则生成电机正反禁转指令；若否，则生成第一电机正反允转指令；位置判断步骤：根据第一电机正反允转指令，判断位置探测信号是否位于位置设定值范围之外，若是，则生成单向允转指令；若否，则生成第二电机正反允转指令；电参数判断步骤：根据第二电机正反允转指令，判断是否获取到电参数探测信号，若否，则返回执行温度判断步骤；若是，则继续执行位移判断步骤；位移判断步骤：根据位置探测信号获取位移值信号。

优选地，电机运行监控方法还包含以下步骤：初始化步骤：生成第零电机正反允转指令；报警步骤：判断位移值信号是否位于位移设定值范围之内，若是，则返回执行温度判断步骤，直至接收到中止指令；若否，则生成报警信号。优选地，所述位置设定值包含第一位置设定值与第二位置设定值；所述单向允转指令包含正向允转指令与反向允转指令；所述位置判断指令包含以下步骤：第一位置判断步骤：根据第一电机正反允转指令，判断位置探测信号是否位于第一位置设定值范围之外，若是，则生成反向允转指令；若否，则继续第二位置判断步骤；第二位置判断步骤：判断位置探测信号是否位于第二位置设定值范围之外，若是，则生成正向允转指令；若否，则生成第二电机正反允转指令。优选地，当温度判断步骤中生成电机正反禁转指令后，再次获取温度探测信号，直至温度探测信号位于温度设定值范围之内或收到中止指令。优选地，当生成反向允转指令或正向允转指令后，再次获取位置探测信号，直至位置探测信号同时位于第一位置设定值范围之内与第二位置设定值范围之内，或者收到中止指令。

优选地，电机运行监控方法还包含信号灯控制指令生成步骤：在以下任一个时刻或任多个时刻生成信号灯控制指令：初始化步骤中，生成第零电机正反允转指令时；温度判断步骤中，当判定温度探测信号位于温度设定值范围之外时；第一位置判断步骤中，当判定位置探测信号位于第一位置设定值范围之外时；第二位置判断步骤中，当判定位置探测信号位于第二位置设定值范围之外时；第二位置判断步骤中，当判定位置探测信号位于第二位置设定值范围之内时；报警步骤中，当判定位移值信号位于位移设定值范围之外时。

优选实施方式：

如图2所示，微电脑mcu模块上电后先进行初始化，初始化默认电机正向和反向的旋转为允许，并预设温度temp最大值、目标滑块位置最高值(95％)和最低值(5％)、以及位移测量间隔时间(100ms)等。完成后，通过温度模块读取电机表面的即时温度值，如果该值超过设定的最大值，就认为该电机处于危险的状态，mcu将立即禁止电机运行，不管是在正向还是反向运行状态，都将禁止运行，切断正向和反向的电机回路，绿灯led2闪烁。然后重新读取该温度值，等待危险状态的排除，直到温度回落到正常值，即<maxt；

当温度在允许范围内时，mcu通过目标滑块位置探测传感器获得位置值，mcu将该值和预设的位置最高值(95％)进行比较，若超过该值，表明目标滑块即将进入危险区，必须立即禁止该方向的进一步运行，只允许往反方向移动，并使红灯常亮，并继续读取该位置值，等待异常排除，回到<95％的范围内；

若该目标滑块的位置值在<95％范围里，则进一步检查该值是否过小，以至于<5％，若真的<5％，表明该滑块已经进入另一侧的危险区，必须立即禁止该方向的进一步运行，只允许往另外一侧移动，并使红灯亮，并继续读取该位置值，等待异常排除，回到>5％的范围内

若该目标滑块的位置值既<95％，又>5％,说明在正常范围内，允许电机正反两个方向的旋转。

此时，可以读取电机是否有电压输入，如果有，正常情况下滑块应该有向上或者向下的移动，如果有电压，但是100ms没有位移，表明已经被卡死，这是非常严重的异常情况，应该立即切断电机回路，同时，红灯闪烁。这种情况发生时，程序将中止，需要在排除异常后，重新复位，或者关机重启。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。