具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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保护范围的限制。

实施例一

本实施例公开了一种阀门开度测量装置，如图1所示，包括M个传感器开关与N个磁性件3，M>＝3，N>＝1，N个所述磁性件3均匀的设置在阀门的转轴套圈4上，且将所述转轴套圈4均分为N个第一区域；M个所述传感器开关设置在电路板1上，且分布在以转轴套圈4中心为圆心的同心圆上；M个所述传感器开关形成的圆弧角度小于第一区域的圆心角度，任意相邻两个传感器开关之间的夹角θ相同；在本实施例中，以M＝3，N＝4为例，举例说明本实施例中的具体装置，由M(≥3)个传感器开关2，本实施例采用的传感器开关2优选为隧道磁阻TMR，使用隧道磁阻传感器，占用空间更小，灵敏度更高，同时具有良好的温度稳定性和低功耗特性，MCU处理器，N(≥1)个磁性件3及放置磁性件3的转轴套圈4构成，同时需要承载传感器开关2和MCU的电路板1，放置电路板1的阀门端盖，安装在消火栓顶部，安装磁性件3的转轴套圈4适配消火栓阀门转轴。

在本实施例中，磁性件3N个，此处为4个，在圆形套圈上均匀间隔放置，相邻角度θ为360°/N＝90°，位于以消火栓阀门转轴中心轴为圆心的同心圆上，随着消火栓阀门转轴套圈4转动，作为磁力源。

所述传感器开关检测到有磁性件靠近时两者以转轴中心为圆心的进入角α小于传感器开关检测到有磁性件远离时的离去角β，即α<β，且θ＜α+β，根据传感器开关2工作点感应磁力大于释放点感应磁力的基本原理：α＜β一定成立。磁性件3随阀门转动靠近传感器开关2，当角度小于进入角α时，传感器开关2感应到磁性件3靠近，输出一种信号沿，此处以下降沿为例；此后磁性件3继续转动，当磁性件3逐渐远离传感器开关2，角度大于离去角β时，传感器开关2感应到磁性件3离去，输出另一种信号沿，此处以上升沿为例。

所述传感器开关2用于检测磁性件3的靠近或远离的磁场强度，并将磁场强度转换为数字电压信号输入到处理器中，所述数字电压信号即为磁感应信号；所述处理器用于对所述磁感应信号做处理，并基于所述磁感应信号，判断阀门开关方向以及测量阀门开度。

传感器开关2M个，此处为3个，按顺时针分别为ABC，相邻角度相同均为θ，传感器开关2放置在电路板1上，以消火栓阀门转轴套圈4中心轴为圆心的同心圆上，磁性件3到转轴套圈4中心的半径r和传感器开关2到转轴套圈4中心的半径R,调整r和R，可调整磁性件3和传感器开关2的最小距离，进而调整进入角α和离去角β，避免出现旋转过程中感应不到磁性件3靠近，或感应不到磁性件3离去的情况；

在本实施例中，根据MCU统计传感器开关2输出的两种磁感应信号(下降沿和上升沿)还是只统计一种磁感应信号(下降沿或上升沿)，可以实现两种步进精度的测量：

步进精度一：当MCU处理器统计磁性件3靠近和远离传感器开关2产生的两种磁感应信号，此处以磁性件3靠近传感器开关2产生下降沿信号，远离传感器开关2产生上升沿信号为例。当所述θ的具体表达式为：θ＝360°/(2*M*N)，所述进入角α与所述离去角β满足α+β＝360°/(2*N)时；360°/(2*M*N)为最高步进精度，与θ值相等，为达到最高精度，需要所有有效沿一起均分同一个磁铁转动周期的覆盖角度。为此分析转轴套圈4转动过程，首先圆周360°被等分为N大份(一个磁铁的转动周期)。

然后M个传感器开关2逐个输出一种沿(如下降沿)，再逐个输出另一种沿(上升沿),此时每一大份在被M个传感器开关2划分时，需要等分为两部分(除以2)，一部分包含M个传感器开关2的一种沿如下降沿，另一部分包含M个传感器开关2的另一种信号沿如上升沿，以转轴逆时针旋转为例，设0°角时，第一个传感器开关C感应到有磁性件2靠近，输出下降沿，那么α+β角正是第一个传感器开关C产生上升沿的起点，根据几何分析为达成此划分，需要α+β＝360°/(2*N)。此时每两个有效沿之间对应的夹角为360°/(2*N*M)即为最高精度，在采用本实施例的时候，初始误差可缩小到360°/(2*M*N)左右，步进精度可达360°/(2*M*N)左右。

步进精度二：当MCU处理器只统计磁性件3靠近或远离传感器开关2产生的一种磁感应信号，此处以检测磁性件3靠近传感器开关2产生的下降沿信号为例。当所述θ的具体表达式为：θ＝360°/(M*N)，所述进入角α与所述离去角β满足α+β＜(360/N)°优选α+β＝360°/(2*N)；为保证传感器开关2能感应到磁性件3靠近，需要磁性开关也能感应到磁性件3离开，否则传感器开关2会一直留在磁性件3靠近的状态，不会产生信号沿，而要满足此条件，根据几何图形分析，需要α+β不能超过圆周360°按N等分后的扇形角度即α+β＜360°/N；而且α+β越接近360°/N，同一传感器开关2在磁性件3靠近再远离的循环周期内，处于远离磁性件3的时间越短，处于靠近磁性件3的时间越长，即磁感应信号地电平占空比越高，高电平占空比越低；α+β越接近0°则处于远离磁性件3的时间越长，处于靠近磁性件3的时间越短，即磁感应信号地电平占空比越低，高电平占空比越高。考虑到器件一致性波动的影响，取中间值360°/(2*N)，系统最为健壮，在本实施例中，初始误差可缩小到360°/(M*N)左右，步进精度可达360°/(M*N)左右。

因为个体差异，不同阀门转轴4的初始状态不同，对应磁性体3相对传感器开关2的初始位置也不确定，而计算阀门开度都是以第一个有效沿作为0角度位，再叠加后续感应到的转动角度获得。所以从初始状态到传感器开关2产生第一个有效沿信号，之间阀门的转动是感应不到的，这个感应不到的角度范围即为初始位置误差。分析可得最大初始误差，其实就是产生两次有效沿之间，阀门的最大转动角度，也即是步进精度：步进精度一方案：最大初始误差＝360°/(2*M*N)，步进精度二方案:最大初始误差＝360°/(M*N)。

因此，采用本实施例提供的一种阀门开度测量装置，实现了在进行开度测量的时候，对初始态磁铁相对转轴中心的角度位置没有要求，不需要技术安装人员对消火栓阀门转轴套圈4的角度位置进行控制且大幅提高了对阀门开度测量的精度。

实施例二

本实施例公开了一种阀门开关方向判断方法，本实施例是为了实现如实施例一所述的装置的方法：

检测M个所述传感器开关2感应到的同性质磁感应信号的顺序，比如下降沿的顺序或上升沿的顺序，若M个所述传感器开关2是通过逆时针方向感应输出所述磁感应信号，则阀门为逆时针旋转；若M个所述传感器开关2是通过顺时针方向感应输出所述磁感应信号，则阀门为顺时针旋转，检测有效沿的顺序，以M＝3为例，检测到上升沿或下降沿顺序如果为CB,BA，AC即为逆时针(开)；AB,BC,CA即为顺时针(关)；M更大时以此类推。

针对阀门开关进行小于θ角角度范围的来回开关动作导致同一个传感器开关2反复产生有效信号沿时，需要单独识别和处理，此时根据实现方案为实施例一中的步进精度方案一还是步进精度方案二分两种情况：

步进精度一方案时：

当MCU处理器统计磁性件3靠近和远离传感器开关2产生的两种磁感应信号时，在同时监控M个传感器开关2的输出时，出现同一个传感器开关2先输出一种沿(如下降沿)，接着又输出另一种沿(上升沿)，而其他传感器开关2无动作时，表明阀门在小范围有先开后关或先关后开的小动作，此小范围即相邻传感器开关2的夹角θ＝360°/(2*M*N)，此时在计算阀门开度时，认为两种沿可相互抵消，不计入开度变化。靠近再离开，等于没靠近。

步进精度二方案时：

当MCU处理器只统计磁性件3靠近或远离传感器开关2产生的一种磁感应信号，在同时监控M个传感器开关2的输出时，出现同一个传感器开关2连续出现有效沿，而其他传感器开关2无有效沿时，表明阀门在小范围有先开后关再开，或先关后开再关的动作，此小范围即相邻传感器开关2的夹角θ＝360°/(M*N)，在计算阀门开度时，认为此类沿为重复动作，同一传感器开关2连续输出大于1次的有效沿时，均按1次统计。

实施例三

本实施例公开了一种阀门开关方向判断方法，本实施例是为了实现如实施例一中步进精度二方案的方法：

步进精度二方案时，MCU处理器只统计磁性件3靠近或远离传感器开关2产生的一种磁感应信号，此处以检测磁性件3靠近传感器开关2产生的下降沿信号为例；检测M个所述传感器开关2输出的电平状态，并基于同一时刻的M个传感器开关2的M个电频状态进行判断，具体方式为，当检测到一个传感器开关2输出有效沿时，检测其他传感器开关2输出的电平状态，以M＝3为例，分析消火栓阀门转轴套圈4顺时针和逆时针转动的各个状态，获取在所有有效沿产生时，3个磁控开关输出电平的状态列表，根据状态列表可知，在一定的限制条件下，三个磁控开关中任一个输出电平翻转时，另两个磁控开关输出的电平值，在顺时针和逆时针时都是确定且相反的。故MCU可在检测到任一有效沿来到时，检测另两个磁控开关输出的电平状态，即可确定方向。

此方法需要的限制条件为:要求磁性件3按一个方向靠近/远离一个传感器开关2触发其输出有效沿时，此方向上的上一个传感器开关2状态为已经靠近/远离，下一个传感器开关2为尚未靠近/远离，这样某一传感器开关2触发有效沿时，其左和右两个传感器开关2的状态电平才会根据是逆时针还是顺时针触发而相反。如图1所示，阀门转轴套圈4逆时针转动为例，要求C触发下降沿时，B为高电平(尚未靠近)，A为低电平(已经靠近)，顺时针触发C的下降沿时，B为低电平(已经靠近)，A为高电平(尚未靠近)。而根据几何分析，列出触发传感器开关2取最左边(如图一A)，最右边(如图一C)，和中间(如图一B)的3种场景下，下一个开关为尚未靠近/远离，上一个开关为已经靠近/远离，需要的数学条件取交集，即为：当α＞θ时，α+β＜(360°/N)-θ，当α＜θ时，θ＜α+β＜(360°/N)-θ，必须满足此限制条件，此方法才可以使用。

M＝3时，转轴转动方向和传感器开关输出电平关系如下表所示，1代表高电平，0代表低电平：

实施例四

本实施例公开了一种阀门开度测量方法，本实施例是在实施例一的装置基础上，以及实施例二的判断开关方向结果下，当MCU处理器统计磁性件3靠近和远离传感器开关2产生的两种磁感应信号时，实现的一种阀门开度测量方法，此处以磁性件3靠近传感器开关2产生下降沿信号，远离传感器开关2产生上升沿信号为例,按照图1，M＝3,N＝4.

测量的具体方法步骤包括：

S1：调整θ的角度，使得θ＝360°/(2*M*N)；调整R与r长度，使得α+β＝360°/(2*N)；如图1所示的装置中，θ＝15°,α+β＝360°/(2*N)＝45°；

S2：消火栓安装完成，阀门关闭好后，置初始态，处理器记录旋转角度归0；

S3：通过转动阀门带动磁性件同角度转动，当传感器开关与磁性件关于转轴圆心的夹角由大变小到小于α时输出下降沿，夹角由小变大到大于β时，传感器开关输出上升沿，记录有效沿个数为a；

S4：每一个有效沿，代表了360°/(2*M*N)＝15°的阀门转动，根据判断的阀门开关方向加或减检测到的所有信号沿次数*15°，即可获得阀门开度。

实施例五

本实施例公开了一种阀门开度测量方法，本实施例是在实施例一的装置基础上，以及实施例二或实施例三的判断开关方向结果下，当MCU处理器只统计磁性件3靠近或远离传感器开关2产生的一种磁感应信号时，实现的一种阀门开度测量方法，此处以只统计磁性件3靠近传感器开关2产生的下降沿信号为例，按照图1，M＝3,N＝4.

测量的具体方法步骤包括：

S1：调整θ的角度，使得θ＝360°/(M*N)，如图1所示，θ＝360°/(M*N)＝30°；调整R与r长度，使得α+β＝360°/(2*N)，α+β＝360°/(2*N)＝45°；

S2：消火栓安装完成，阀门关闭好后，置初始态，处理器记录旋转角度归0；

S3：通过转动阀门带动磁性件同角度转动，当传感器开关与磁性件关于转轴圆心的夹角由大变小到小于α时输出下降沿，记录下降沿个数为b；

S4：每一个下降沿，代表了360°/(M*N)＝30°的阀门转动，根据判断的阀门开关方向加或减检测到的所有下降沿次数*30°，即可获得阀门开度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。