全文摘要
本公开提出一种阀门位置传感器及阀门，涉及流体控制技术领域。所述阀门位置传感器包括测量电路板，所述测量电路板设置有惯性测量单元IMU、处理器、无线通信模块和电源模块，所述处理器分别与所述IMU和所述无线通信模块通信连接，所述电源模块分别与所述IMU、所述处理器和所述无线通信模块电连接，其中，所述IMU用于测量阀门的运动状态数据，所述处理器用于获取所述IMU传输的所述运动状态数据，并根据所述运动状态数据确定所述阀门的当前位置状态数据，所述无线通信模块用于获取所述处理器传输的所述当前位置状态数据，并将所述当前位置状态数据发送给服务器。本公开能够降低检测阀门状态的难度和成本。
主设计要求
1.一种阀门位置传感器，其特征在于，所述阀门位置传感器包括测量电路板，所述测量电路板设置有惯性测量单元IMU、处理器、无线通信模块和电源模块；所述处理器分别与所述IMU和所述无线通信模块通信连接；所述电源模块分别与所述IMU、所述处理器和所述无线通信模块电连接；其中，所述IMU用于测量阀门的运动状态数据；所述处理器用于获取所述IMU传输的所述运动状态数据，并根据所述运动状态数据确定所述阀门的当前位置状态数据；所述无线通信模块用于获取所述处理器传输的所述当前位置状态数据，并将所述当前位置状态数据发送给服务器。
设计方案
1.一种阀门位置传感器，其特征在于，所述阀门位置传感器包括测量电路板，所述测量电路板设置有惯性测量单元IMU、处理器、无线通信模块和电源模块；
所述处理器分别与所述IMU和所述无线通信模块通信连接；
所述电源模块分别与所述IMU、所述处理器和所述无线通信模块电连接；
其中，所述IMU用于测量阀门的运动状态数据；所述处理器用于获取所述IMU传输的所述运动状态数据，并根据所述运动状态数据确定所述阀门的当前位置状态数据；所述无线通信模块用于获取所述处理器传输的所述当前位置状态数据，并将所述当前位置状态数据发送给服务器。
2.如权利要求1所述的阀门位置传感器，其特征在于，所述阀门位置传感器还包括电子标签，所述电子标签承载有阀门位置传感器的属性信息。
3.如权利要求2所述的阀门位置传感器，其特征在于，所述电子标签还承载有所述阀门的属性信息。
4.如权利要求1所述的阀门位置传感器，其特征在于，所述无线通信模块包括基于紫蜂协议ZigBee、低功耗无线标准LoRa、窄带物联网NB-IoT或第五代移动通信网络5G的无线通信模块。
5.如权利要求1所述的阀门位置传感器，其特征在于，所述电源模块包括干电池或锂电池。
6.如权利要求1-5任一所述的阀门位置传感器，其特征在于，所述阀门位置传感器还包括底座和壳体；
所述测量电路板设置在所述底座的一侧；
所述壳体覆盖所述底座设置有所述测量电路板的一侧。
7.一种阀门，其特征在于，所述阀门的手轮或手柄上固定设置有如权利要求1-6任一所述的阀门位置传感器。
设计说明书
技术领域
本公开涉及流体控制技术领域，具体而言，涉及一种阀门位置传感器及阀门。
背景技术
阀门是在流体系统中，用来控制流体的方向、压力、流量的装置，是使管路和设备内的介质(液体、气体、粉末)流动或停止并能控制其流量的装置。阀门状态对流体的传输与控制至关重要。
现有技术中，可以通过包括机械接触开关或电磁接近开关的阀门位置传感器来检测阀门状态，但这种阀门位置传感器需要针对阀门的具体结构进行定制，且需要特定的安装位置和安装空间，难以适应结构多样的阀门(特别是各种各样的手动阀门)，导致检测阀门状态的难度和成本较高。
实用新型内容
本公开的目的在于提供一种阀门位置传感器及阀门，以降低检测阀门状态的难度和成本。
为了实现上述目的，本公开采用的技术方案如下：
第一方面，本公开提出一种阀门位置传感器，所述阀门位置传感器包括测量电路板，所述测量电路板设置有IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)、处理器、无线通信模块和电源模块；
所述处理器分别与所述IMU和所述无线通信模块通信连接；
所述电源模块分别与所述IMU、所述处理器和所述无线通信模块电连接；
其中，所述IMU用于测量阀门的运动状态数据；所述处理器用于获取所述IMU传输的所述运动状态数据，并根据所述运动状态数据确定所述阀门的当前位置状态数据；所述无线通信模块用于获取所述处理器传输的所述当前位置状态数据，并将所述当前位置状态数据发送给服务器。
第二方面，本公开还提出一种阀门，所述阀门的手轮或手柄上固定设置有如前述的阀门位置传感器。
在本公开实施例中，首先，阀门位置传感器中的电源模块分别与IMU、该处理器和该无线通信模块电连接，从而向IMU、该处理器和该无线通信模块提供电能；其次，处理器分别和IMU与无线通信模块通信连接，因此，IMU可以测量阀门的运动状态数据，处理器可以通过与IMU之间的通信连接获取得到运动状态数据，并根据该运动状态数据确定得到阀门的当前位置状态数据，无线通信模块可以通过与处理器之间的通信连接，将阀门的当前位置状态数据发送给服务器，从而便于服务器及时确定得到阀门的当前状态。由于该阀门位置传感器不需要事先针对阀门的具体结构进行定制，以及不需要对阀门机械部件进行改造，因而能够适应多种多样的带有手轮或手柄的阀门，大幅降低了检测阀门状态的难度和成本。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开了解。本公开的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本公开的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本公开所提供的一种阀门位置传感器的结构示意图；
图2示出了本公开所提供的另一种阀门位置传感器的结构示意图；
图3示出了本公开所提供的另一种阀门位置传感器的结构示意图；
图4示出了本公开所提供的一种阀门的结构示意图；
附图标记：
100-阀门位置传感器；101-IMU；102-处理器；103-无线通信模块；104-电源模块；105-电子标签；106-底座；107-壳体；200-阀门。
具体实施方式
下面将结合本公开中附图，对本公开中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，为本公开所提供的一种阀门位置传感器100的结构示意图。如图1所示，阀门位置传感器100包括测量电路板，该测量电路板设置有IMU101、处理器102、无线通信模块103和电源模块104，该处理器102分别与该IMU101和无线通信模块103通信连接(通过实线连接表示)，该电源模块104分别与该IMU101、该处理器102和该无线通信模块103电连接(通过虚线连接表示)。
其中，IMU101用于测量阀门200的运动状态数据，处理器102用于获取IMU101传输的运动状态数据，并根据该运动状态数据确定该阀门200的当前位置状态数据，无线通信模块103用于获取处理器102传输的当前位置状态数据，并将当前位置状态数据发送给服务器。
测量电路板可以包括集成电路板，从而承载阀门位置传感器100所包括的多个组件，比如IMU101、处理器102、无线通信模块103和电源模块104等。
需要说明的是，该测量电路板上还可以包括外设电路，该外设电路可以通过对集成电路板上的铜膜进行处理构成，且用于按照本公开实施例所提供的方式，将该阀门位置传感器100所包括的多个组件进行连接。
IMU101是测量物体三轴加速度、三轴角速度和三轴磁力值等数据的装置。该IMU101主要由MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)传感器构成，包括加速度计、陀螺仪和磁力计，加速度计检测物体在载体坐标系统下三轴加速度值，陀螺仪检测物体在载体坐标系下三轴角速度值，磁力计检测物体在导航坐标系下三轴磁力值，运动数据融合计算得到物体在导航坐标系下的欧拉角。
运动状态数据为说明阀门位置传感器100的运动相关的数据，当将阀门位置传感器100固定设置在阀门200的手轮或手柄时，阀门位置传感器100与阀门200形成捷联运动，所以该运动状态数据可以作为阀门200的运动状态数据。
需要说明的是，可以通过粘接、捆扎或铆接等方式，将阀门位置传感器100固定设置在阀门200的手轮或手柄上，当然，在实际应用中，可以通过其它方式来将阀门位置传感器100固定设置在阀门200的手轮或手柄上，比如可以在阀门200的手轮或手柄上设置与该阀门位置传感器100形状对应的腔体，从而将该阀门位置传感器100固定填充在该腔体中。
处理器102，可以包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器)。处理器102为阀门位置传感器100的运算核心和控制核心，能够用于解释阀门位置传感器100的计算机指令或者处理阀门位置传感器100的数据。
其中，由前述可知，阀门位置传感器100与阀门200为捷联运动，因此，处理器102可以通过与IMU101之间的通信连接，获取IMU101测量得到的运动状态数据，并根据该运动状态数据确定阀门位置传感器100的运动过程，也即是阀门200的运动过程，从而根据该运动过程确定该阀门200的当前位置状态。
无线通信模块103用于阀门位置传感器100与其它设备进行通信。
其中，无线通信模块103可以通过与服务器之间的通信连接，将所确定的阀门200的当前位置状态发送给服务器。且无线通信模块103能够避免在阀门200设置阀门位置传感器100可能导致的需要额外布线问题，进一步减少安装难度，节省成本。
需要说明的是，服务器用于对阀门200的状态进行管理，或者基于该阀门200的状态，对阀门200进行其它处理。
电源模块104用于对阀门位置传感器100中的有源组件(比如前述中的IMU101、处理器102和无线通信模块103)提供电能。
在本公开实施例中，首先，阀门位置传感器100中的电源模块104分别与IMU101、该处理器102和该无线通信模块103电连接，从而向IMU101、该处理器102和该无线通信模块103提供电能；其次，处理器102分别和IMU101与无线通信模块103通信连接，因此，IMU101可以测量阀门200的运动状态数据，处理器102可以通过与IMU101之间的通信连接获取得到运动状态数据，并根据该运动状态数据确定得到阀门200的当前位置状态数据，无线通信模块103可以通过与处理器102之间的通信连接，将阀门200的当前位置状态数据发送给服务器，从而便于服务器及时确定得到阀门200的当前状态。由于该阀门位置传感器100不需要事先针对阀门200的具体结构进行定制，以及不需要对阀门机械部件进行改造，因而能够适应多种多样的带有手轮或手柄的阀门200，大幅降低了检测阀门状态的难度和成本。
可选地，请参照图2，阀门位置传感器100还包括电子标签105，该电子标签105承载有阀门位置传感器100的属性信息。
为了便于对阀门200或阀门位置传感器100进行管理和维护，进行设备全生命周期管理，提高阀门200或阀门位置传感器100的可靠性，可以包括承载有阀门位置传感器100的属性信息的电子标签105。
电子标签105，又称射频标签，是RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术的载体，能够与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。
阀门位置传感器100的属性信息用于说明阀门位置传感器100所具有的特征，比如，阀门位置传感器100的UID(User Identification，用户身份证明)。
可选地，电子标签105还可以承载有阀门200的属性信息，比如阀门位置或阀门类型等。
阅读器为能够与电子标签105进行数据交换的设备，比如可以包括手机、PDA(PersonalDigital Assistant，个人数字助理)等移动终端。
需要说明的是，在实际应用中，阀门位置传感器100也可以设置有其它类型能够承载阀门位置传感器100的属性信息的标签，比如二维码。
可选地，无线通信模块103包括基于ZigBee、LoRa(低功耗无线标准)、NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄带物联网)或5G(Fifth-generation，第五代移动通信网络)的无线通信模块103。
ZigBee是一种短距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率的无线通信技术。
LoRa是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，属于LPWAN(Low-Power Wide-Area Network，低功耗广域物联网)通信技术中的一种，是一种可实现远距离、低功耗的无线通信技术。
NB-IoT是IoT(Internet of Things，物联网)领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，具有低功耗、广覆盖、大连接等特点。
5G的峰值理论传输速度可以达到数十Gbps(千兆位每秒)。
当然，在实际应用中，无线通信模块103也可以包括其它类型的无线通信模块103，比如基于WIFI(Wireless-Fidelity，无线保真)的无线通信模块103。
可选地，电源模块104包括干电池或锂电池。
为了避免在阀门设置阀门位置传感器100可能导致的需要额外布线问题，进一步减少安装难度，节省成本，可以阀门位置传感器100通过干电池或锂电池供电。
其中，电池可以包括3V(伏)的干电池或锂电池。
可选地，请参照图3，阀门位置传感器100还包括底座106和壳体107，该测量电路板设置在该底座106的一侧，该壳体107覆盖该底座106设置有该测量电路板的一侧。
为了对阀门位置传感器100提供支撑和保护，也便于将阀门位置传感器100安装至阀门200，该阀门位置传感器100可以包括底座106和壳体107。
其中，底座106和壳体107可以通过螺钉固定连接，或者，也可以通过粘接、融接等方式进行固定连接。
例如，该底座106和壳体107闭合之后，可以为一个20mm(毫米)*20mm*40mm的长方体。
请参照图4，为本公开所提供的一种阀门200的结构示意图。该阀门200的手轮或手柄上固定设置有如前述任一种阀门位置传感器100。
其中，将阀门位置传感器100设置在阀门200方式，可以参见前述中的相关描述，此处不再一一赘述。
在本公开实施例中，首先，阀门200的手轮或手柄上固定设置阀门位置传感器100，且阀门位置传感器100中的电源模块104分别与IMU101、该处理器102和该无线通信模块103电连接，从而向IMU101、该处理器102和该无线通信模块103提供电能；其次，处理器102分别和IMU101与无线通信模块103通信连接，因此，IMU101可以测量阀门200的运动状态数据，处理器102可以通过与IMU101之间的通信连接获取得到运动状态数据，并根据该运动状态数据确定得到阀门200的当前位置状态数据，无线通信模块103可以通过与处理器102之间的通信连接，将阀门200的当前位置状态数据发送给服务器，从而便于服务器及时确定得到阀门200的当前状态。由于该阀门位置传感器100不需要事先针对阀门200的具体结构进行定制，以及不需要对阀门机械部件进行改造，因而能够适应多种多样的带有手轮或手柄的阀门200，大幅降低了检测阀门状态的难度和成本。
以下将对本公开所提供的阀门位置传感器100的应用方式予以介绍。
步骤1，移动终端对阀门位置传感器100进行通信连接。
移动终端可以从阀门位置传感器100包括的电子标签105中，获取得到阀门位置传感器100的属性信息，该属性信息包括UID或其它信息，基于该UID，对该阀门位置传感器100进行验证。当验证成功时与阀门位置传感器100建立通信连接。
另外，在本公开的另一可选实施例中，若阀门位置传感器100未设置有电子标签105，移动终端也可以对阀门位置传感器100进行直接连接。
步骤2，移动终端对阀门位置传感器100进行初始化。
为了确保阀门位置传感器100能够满足不同场景下对阀门200的检测需求，提高检测阀门位置的可靠性，移动终端可以对阀门位置传感器100进行初始化。
其中，移动终端可以通过下述至少一种方式对阀门位置传感器100进行初始化。
方式一：移动终端向阀门位置传感器100发送位置状态数据，相应的，阀门位置传感器100接收移动终端在对位置传感器验证成功后提交的位置状态数据，将接收到的位置状态数据确定为初始位置状态数据。
由于对于不同类型或不同安装位置的阀门200，阀门位置传感器100所设置的位置数据均是不同的，即具有不同的初始位置状态数据，因此，为了便于后续能够准确地确定阀门200移动之后的位置，可以针对阀门200的位置数据进行初始化。
移动终端接收阀门位置传感器100发送的运动状态数据，计算得到对应阀门200的初始位置状态数据和全程运动(0～100％)位置数据，阀门位置传感器100接收移动终端提交的位置状态数据。
阀门位置传感器100进行初始化时，测得运动角速度ωe<\/sub>＝[ωex<\/sub>ωey<\/sub>ωez<\/sub>]T<\/sup>和初始位置欧拉角 申请码:申请号:CN201920089558.X 申请日:2019-01-18 公开号:公开日:国家:CN 国家/省市:90(成都) 授权编号:CN209569401U 授权时间:20191101 主分类号:F16K 37/00 专利分类号:F16K37/00;G01D21/02 范畴分类:27F; 申请人:黄强 第一申请人:黄强 申请人地址:610000 四川省成都市青羊区小南街99号附1号 发明人:黄强 第一发明人:黄强 当前权利人:黄强 代理人:范彦扬 代理机构:11371 代理机构编号:北京超凡志成知识产权代理事务所（普通合伙） 优先权:关键词:当前状态:审核中 类型名称:外观设计设计图
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