CN103400473A

CN103400473A - 一种电动执行器密封性监控报警电路

Info

Publication number: CN103400473A
Application number: CN2013103483822A
Authority: CN
Inventors: 李伟刚; 刘璘; 贾福民; 孟丽丽
Original assignee: TIANJIN JINBO INSTRUMENT TECHNIQUE CO Ltd
Current assignee: TIANJIN JINBO INSTRUMENT TECHNIQUE CO Ltd
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-12
Also published as: CN103400473B

Abstract

本发明涉及一种电动执行器密封性监控报警电路。包括低通滤波电路、信号放大调理电路、A/D转换与中枢处理电路、液晶显示电路、串口通信电路和电压比较报警电路，低通滤波电路通过信号放大调理电路分别与A/D转换与中枢处理电路和电压比较报警电路连接，A/D转换与中枢处理电路分别与液晶显示电路和串口通信电路连接。有益效果：使电动执行器在监控点处出现极少量的渗漏，也完全可以在第一时间做出报警提示，并通过数字显示渗漏的水量，直接避免了因密封失效或者少量渗漏而导致的电动执行器各个部分的损坏，从而大大增强了电动执行器自身对环境的适应能力。

Description

一种电动执行器密封性监控报警电路

技术领域

本发明涉及一种报警监控电路，特别涉及一种电动执行器密封性监控报警电路。

背景技术

电动执行器广泛使用在各个各样的环境中，其中不乏露天、多雨、水下等环境。电动执行器在这样的环境中使用，其密封性就起到了至关重要的作用，仅仅众多电动执行器的制造商一再改进和提高电动执行器的密封性，目前防护等级IP67已经非常普及，有些先进企业已经达到了IP68，甚至更高，但提高电动执行器密封性的同时却一直无法对电动执行器的密封性进行监控，也就是说电动执行器在使用中什么时候发生水渗漏，或者其他液体的渗漏，使用者和制造商都无法得知，一味地提高密封性，却忽视了对密封性渗漏的监测和监控。电动执行器一旦密封性起不到作用，很有可能在很短的时间造成电气控制部分和电机的损坏，减速器等机械部分由于漏水渗水而加速锈蚀。而仅仅在电动执行器的箱体内安装加热器是远远不够的，同时也不可能一直使用。所以密封性已经成为电动执行器的使用可靠性的巨大障碍。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的问题和缺陷，本发明研发一种电动执行器密封性监控报警电路。本电路立足于电动执行器的实际使用环境，利用水分传感器配合吸水树脂，通过监测吸水树脂的含水量，通过水分传感器将含水量转变为电压信号，实现对电动执行器箱体内密封性的监控，通过低通滤波电路和信号放大调理电路，进而通过A/D转换与中枢处理电路、液晶显示电路、通信串口电路和电压比较报警电路实现对电动执行器箱体内密封性的监控、显示、报警等功能。

本发明所采取的技术方案是：一种电动执行器密封性监控报警电路，其特征在于：包括低通滤波电路、信号放大调理电路、A/D转换与中枢处理电路、液晶显示电路、串口通信电路和电压比较报警电路，所述低通滤波电路通过信号放大调理电路分别与A/D转换与中枢处理电路和电压比较报警电路连接，所述A/D转换与中枢处理电路分别与液晶显示电路和串口通信电路连接。

本发明所产生的有益效果：通过将水分传感器和吸水树脂结合使用实现了对电动执行器密封性的实时监控，即吸水树脂在开始渗漏的第一时间将渗漏的水吸收，水分传感器便将含水量的变化量转换为电压信号，通过对电压信号进行滤波、放大、运算等电路的结合使用，通过A/D转换，利用单片机的运算能力和反应速度，既可以直观的通过数值显示来对电动执行器箱体密封情况进行实时监控，同时也可以通过通信电路输入到电脑中进行存储数据、实现等多方面的功能，本电路也具有很高的精确度，就目前的实验数据统计来看精确度基本控制在5%以内，并且在渗漏的水超过一定限额之后可以通过报警电路实现报警功能。它的灵敏性也体现在即使电动执行器在监控点处出现极少量的渗漏，也完全可以在第一时间做出报警提示，并通过数字显示渗漏的水量（可以是各种密封的液体，这里目前只是暂时用水来表示）。从而很大程度上解决了用户和制造商一直都无法判断电动执行器在使用过程中什么时候出现漏水，什么时候密封性失效的难题，直接避免了因密封失效或者少量渗漏而导致的电动执行器各个部分的损坏，从而大大增强了电动执行器自身对环境的适应能力，也为电动执行器将来有可能在更加恶劣的环境中的使用奠定了基础，同时也为电动执行器在智能化和自身对环境的应变能力的提高指出了方向。

附图说明

图1是本发明的电路连接框图；

图2是本发明的低通滤波电路原理图；

图3是本发明的信号放大调理电路原理图；

图4是本发明的A/D转换与中枢处理电路原理图；

图5是本发明的液晶显示电路原理图；

图6是本发明的串口通信电路原理图；

图7是本发明的电压比较报警电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1，一种电动执行器密封性监控报警电路，包括低通滤波电路、信号放大调理电路、A/D转换与中枢处理电路、液晶显示电路、串口通信电路和电压比较报警电路，水分传感器通过所述低通滤波电路、信号放大调理电路分别与A/D转换与中枢处理电路和电压比较报警电路连接，所述A/D转换与中枢处理电路分别与液晶显示电路和串口通信电路连接。

参照图2，低通滤波电路连接为，运算放大器芯片U1的引脚3接电容C1、电阻R2的一端，电容C1的另一端接地，电阻R2的另一端一路通过电容C2接放大器芯片U1的引脚6和引脚2，另一路通过电阻R1接水分传感器的正极，运算放大器芯片U1的引脚7接+12V的电源，引脚4接地，运算放大器芯片U1的型号为LF356芯片。

参照图3，信号调理放大电路连接为，放大器芯片U2的引脚1通过可变阻器R3与引脚5连接，引脚2和引脚8接地，引脚3与低通滤波电路运算放大器芯片U1的引脚6连接，电容C4一端接地，另一端接放大器芯片U2的引脚6，电容C3的一端接地，另一端接+12V电源并接放大器芯片U2的引脚4，所述放大器芯片U2的型号为INA128PA芯片。

参照图4，A/D转换与中枢处理电路连接为，运算放大器芯片U3的正极输入端接信号调理放大电路放大器芯片U2的引脚7，运算放大器芯片U3的负极输入端与输出端连接并接A/D转换芯片U6的引脚6，A/D转换芯片U6的引脚13、16、17、18、28接+5V电源，引脚1、7、12、14接地，引脚8通过可变阻器R7与引脚9连接，引脚5接-12V电源，引脚10一路通过电阻R10的一端接地，另一路通过可变阻器R5接电阻R8、电阻R9的一端，电阻R8的另一端接-12V电源，电阻R9的另一端接+12V电源，A/D转换芯片U6的引脚19、引脚20、引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27、引脚2分别依次对应于单片机U4的引脚39、引脚38、引脚37、引脚36、引脚35、引脚34、引脚33、引脚32、引脚25、引脚24相接，单片机U4的引脚18和引脚19之间并接晶振Y1，引脚18通过电容C5接地，引脚19通过电容C6接地，单片机U4的引脚31和引脚40接+5V电源，引脚8接微处理器监控芯片 U5的引脚6，引脚9一路通过电阻R6接+5V电源，另一路接微处理器监控芯片 U5的引脚7，单片机U4的引脚12接微处理器监控芯片 U5的引脚5，开关S1一端接地，另一端接微处理器监控芯片 U5的引脚8，当电路处于正常状态时，微处理器监控芯片 U5的引脚1通过开关S1与微处理器监控芯片 U5的引脚8连接，当单片机U4需手动复位时，微处理器监控芯片 U5的引脚1通过开关S1接地，微处理器监控芯片 U5的引脚4通过电阻R4和电容C13接地，微处理器监控芯片 U5的引脚3接地，引脚2接+5V电源；运算放大器芯片U3的型号为：LM358芯片，单片机U4的型号为：AT89S8252，微处理器监控芯片 U5的型号为：MAX813L芯片，A/D转换芯片U6的型号为：AD678芯片。

参照图5，液晶显示电路连接为，液晶模块U7的引脚17接+5V电源，引脚4一路通过电容C7接地，另一路通过电阻R13接+5V电源，引脚2接地的同时通过电阻R11和R12后分别与+5V电源和液晶模块U7的引脚1连接，引脚3跨接在电阻R11和R12之间，三极管Q1的集电极引脚3与液晶模块U7的引脚18连接，三极管Q1的发射极引脚2接地，三极管Q1的基极引脚1一路通过电阻R14接+5V，另一路接A/D转换与中枢处理电路单片机芯片U4的引脚14，液晶模块U7的引脚5、引脚6、引脚7、引脚8、引脚9、引脚10、引脚11、引脚12、引脚13、引脚14、引脚15、引脚16分别依次对应于A/D转换与中枢处理电路单片机芯片U4的引脚28、引脚23、引脚22、引脚21、引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚8相接；液晶模块U7的型号为：LCD12232，三极管Q1的型号为：2N3906。

参照图6，串口通信电路连接为，收发器芯片U8的引脚1通过电容C9与引脚3连接，引脚2通过电容C8接+5V电源，引脚4通过电容C11与引脚5连接，引脚6通过电容12接地，引脚16一路接+5V电源，另一路通过电容C10分别接收发器芯片U8的引脚15及地，

收发器芯片U8的引脚11接光耦U9的引脚3及电阻R16的一端，电阻R16的另一端一路接+5V电源，另一路通过电阻R17接光耦U10的引脚1，光耦U9的引脚1通过电阻R15接+5V电源，光耦U9的引脚4接地，光耦U9的引脚2接A/D转换与中枢处理电路单片机U4的引脚11，光耦U10的引脚2接收发器芯片U8的引脚12，光耦U10的引脚4接地，光耦U10的引脚3一路通过电阻R18接+5V电源，另一路接A/D转换与中枢处理电路单片机U4的引脚10，收发器芯片U8的引脚14接通信接口U11的接口2，收发器芯片U8的引脚13接通信接口U11的接口3，通信接口U11的接口1、接口7、接口8连接在一起，通信接口U11的接口5接地，通信接口U11的接口4和接口6连接在一起；收发器芯片U8的型号为：MAX232A芯片，光耦U9、光耦U10的型号为：AQY214，通信接口U11的型号为：RS232。

参照图7，电压比较报警电路连接为，运算放大器芯片U12的引脚1通过变阻器R21接+12V电源，引脚3接+12V电源，引脚4接地，引脚5通过电阻R19、发光二极管LED1接发光二极管LED2的负极及地，发光二极管LED2的正极通过电阻R20接运算放大器芯片U13的引脚5，运算放大器芯片U12的引脚2与运算放大器芯片U13的引脚1相接并接信号调理放大电路放大器芯片U2的引脚7，运算放大器芯片U13的引脚2通过可变阻器R22接+12V电源；运算放大器芯片U12、运算放大器芯片U13的型号为：LM324AN芯片。

本发明的设计原理：将水分传感器和吸水树脂安装在电动执行器需要对密封性进行监控的位置（例如控制箱、减速器箱体），密封性失效或者密封点处出现渗漏时，渗漏的水（这里暂时用水来代替）被吸水树脂吸收，水分传感器便可以检测到吸水树脂中含水量的变化，吸水树脂中含水量会变大，水分传感器便将含水量的变化量转换为电压信号，通过对电压信号进行滤波、放大、A/D转换以及单片机等电路的处理对电动执行器箱体密封情况进行实时监控，并通过报警电路实现报警提示功能。

水分传感器检测到水分变化输出电压信号，将水分传感器输出端的正极通过电阻R1、电阻R2接入运算放大器芯片U1的正极输入端引脚3，由输出端引脚6输出，由运算放大器芯片U1连接成的低通滤波电路增益为1，保证了输出电压信号的完整性和精度性。

为了提高转换和检测的精度，必须将输出的电压信号进行放大处理，将运算放大器芯片U1的输出端引脚6与低功耗差动放大器芯片U2的引脚3连接，使引脚2的输入为0，调节可变阻器R3，就可以使从放大器芯片U2的引脚3输入的电压信号准确放大，之后从引脚7输出。

将从低功耗差动放大器芯片U2的引脚7输出的信号接入运算放大器芯片U3的正极输入端，之后由输出端接入A/D转换芯片U6的输入端引脚6。经过A/D转换芯片U6的A/D转换，由引脚19、20、21、22、23、24、25、26输出，输入至单片机U4的引脚39、38、37、36、35、34、33、32，并由A/D转换芯片U6的辅助输出引脚27和2输入至单片机U4的引脚25和24。由于单片机U4没有看门狗电路，微处理器监控芯片 U5选取MAX813L芯片，将微处理器监控芯片 U5引脚1和8通过一个按键开关S1连接，来控制看门狗电路的运行。引脚7与单片机U4的复位脚引脚9连接，引脚6与单片机U4的引脚8连接。在单片机U4运行过程中，引脚8不断输出脉冲信号。如果一旦出现CPU进入死循环，则引脚8无脉冲信号输出，于是在微处理器监控芯片 U5的引脚8输出低电平，微处理器监控芯片 U5的引脚1通过开关S1的接入点和输出点1与微处理器监控芯片 U5的引脚8连接，该低电平通过输入到引脚1进行复位，使CPU有效复位，从而摆脱死循环。当单片机U4需手动复位时，可以操作S1，微处理器监控芯片 U5的引脚1通过开关S1的输出点2接地即可完成控制看门狗电路。水分传感器输出的模拟信号经过A/D转换芯片U6的数模转换，变成数字信号，输入单片机U4，由单片机U4引脚1、2、3、4、5、6、7、8输出数据。

液晶模块U7与单片机U4之间通过8条数据线和5条控制线连接，液晶模块U7的引脚9、10、11、12、13、14、15、16与单片机U4的引脚1、2、3、4、5、6、7、8连接，液晶模块U7的引脚5、6、7、8、18与单片机U4的引脚28、23、22、21、14连接，其中单片机U4的引脚14控制液晶模块U7的液晶背景灯开关，单片机U4的引脚14通过三极管Q1与液晶模块U7的引脚18连接，当单片机U4的引脚14输出高电平，三极管Q1导通，发射极引脚2接地，液晶模块U7的背光灯打开。

考虑到电动执行器的智能化和总线等控制方式，用RS232通信接口U11发送到电脑中。第一，方便制造商对所产的电动执行器的密封性质量的把握；第二，也方便用户对电动执行器的监控和操作，利用收发器芯片U8和通信接口U11即可，其中增加光耦U9、光耦U10主要为了光电隔离，增加抗干扰能力。

电压比较报警电路通过可变阻器R21、可变阻器R22界定电压值的上限和下限，也就是限定了水分传感器输出含水量电压信号的上限和下限值，利用运算放大器芯片U12、运算放大器芯片U13两个芯片通过电压比较进行报警提示，也就是发光二极管LED1和LED2的亮灭。（这里暂时使用二极管，可根据实际情况使用喇叭报警，或者输出低电平信号报警等方式）。

Claims

1.一种电动执行器密封性监控报警电路，其特征在于：包括低通滤波电路、信号放大调理电路、A/D转换与中枢处理电路、液晶显示电路、串口通信电路和电压比较报警电路，所述低通滤波电路通过信号放大调理电路分别与A/D转换与中枢处理电路和电压比较报警电路连接，所述A/D转换与中枢处理电路分别与液晶显示电路和串口通信电路连接。

2.根据要求权利1所述的一种电动执行器密封性监控报警电路，其特征在于：所述的低通滤波电路连接为，运算放大器芯片U1的引脚3接电容C1、电阻R2的一端，电容C1的另一端接地，电阻R2的另一端一路通过电容C2接放大器芯片U1的引脚6和引脚2，另一路通过电阻R1接水分传感器的正极，运算放大器芯片U1的引脚7接+12V的电源，引脚4接地，所述运算放大器芯片U1的型号为LF356芯片。

3.根据要求权利1所述的一种电动执行器密封性监控报警电路，其特征在于：所述的信号调理放大电路连接为，放大器芯片U2的引脚1通过可变阻器R3与引脚5连接，引脚2和引脚8接地，引脚3与低通滤波电路运算放大器芯片U1的引脚6连接，电容C4一端接地，另一端接放大器芯片U2的引脚6，电容C3的一端接地，另一端接+12V电源并接放大器芯片U2的引脚4，所述放大器芯片U2的型号为INA128PA芯片。

4.根据要求权利1所述的一种电动执行器密封性监控报警电路，其特征在于：所述的A/D转换与中枢处理电路连接为，运算放大器芯片U3的正极输入端接信号调理放大电路放大器芯片U2的引脚7，运算放大器芯片U3的负极输入端与输出端连接并接A/D转换芯片U6的引脚6，A/D转换芯片U6的引脚13、16、17、18、28接+5V电源，引脚1、7、12、14接地，引脚8通过可变阻器R7与引脚9连接，引脚5接-12V电源，引脚10一路通过电阻R10的一端接地，另一路通过可变阻器R5接电阻R8、电阻R9的一端，电阻R8的另一端接-12V电源，电阻R9的另一端接+12V电源，A/D转换芯片U6的引脚19、引脚20、引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27、引脚2分别依次对应于单片机U4的引脚39、引脚38、引脚37、引脚36、引脚35、引脚34、引脚33、引脚32、引脚25、引脚24相接，单片机U4的引脚18和引脚19之间并接晶振Y1，引脚18通过电容C5接地，引脚19通过电容C6接地，单片机U4的引脚31和引脚40接+5V电源，引脚8接微处理器监控芯片 U5的引脚6，引脚9一路通过电阻R6接+5V电源，另一路接微处理器监控芯片 U5的引脚7，单片机U4的引脚12接微处理器监控芯片 U5的引脚5，开关S1一端接地，另一端接微处理器监控芯片 U5的引脚8，当电路处于正常状态时，微处理器监控芯片 U5的引脚1通过开关S1与微处理器监控芯片 U5的引脚8连接，当单片机U4需手动复位时，微处理器监控芯片 U5的引脚1通过开关S1接地，微处理器监控芯片监控芯片U5的引脚4通过电阻R4和电容C13接地，微处理器监控芯片 U5的引脚3接地，引脚2接+5V电源；运算放大器芯片U3的型号为：LM358芯片，单片机U4的型号为：AT89S8252，微处理器监控芯片 U5的型号为：MAX813L芯片，A/D转换芯片U6的型号为：AD678芯片。

5.根据要求权利1所述的一种电动执行器密封性监控报警电路，其特征在于：所述的液晶显示电路连接为，液晶模块U7的引脚17接+5V电源，引脚4一路通过电容C7接地，另一路通过电阻R13接+5V电源，引脚2接地的同时通过电阻R11和R12后分别与+5V电源和液晶模块U7的引脚1连接，引脚3跨接在电阻R11和R12之间，三极管Q1的集电极引脚3与液晶模块U7的引脚18连接，三极管Q1的发射极引脚2接地，三极管Q1的基极引脚1一路通过电阻R14接+5V，另一路接A/D转换与中枢处理电路单片机芯片U4的引脚14，液晶模块U7的引脚5、引脚6、引脚7、引脚8、引脚9、引脚10、引脚11、引脚12、引脚13、引脚14、引脚15、引脚16分别依次对应于A/D转换与中枢处理电路单片机芯片U4的引脚28、引脚23、引脚22、引脚21、引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚8相接；液晶模块U7的型号为：LCD12232，三极管Q1的型号为：2N3906。

6.根据要求权利1所述的一种电动执行器密封性监控报警电路，其特征在于：所述的串口通信电路连接为，收发器芯片U8的引脚1通过电容C9与引脚3连接，引脚2通过电容C8接+5V电源，引脚4通过电容C11与引脚5连接，引脚6通过电容12接地，引脚16一路接+5V电源，另一路通过电容C10分别接收发器芯片U8的引脚15及地，

7.根据要求权利1所述的一种电动执行器密封性监控报警电路，其特征在于：所述的电压比较报警电路连接为，运算放大器芯片U12的引脚1通过变阻器R21接+12V电源，引脚3接+12V电源，引脚4接地，引脚5通过电阻R19、发光二极管LED1接发光二极管LED2的负极及地，发光二极管LED2的正极通过电阻R20接运算放大器芯片U13的引脚5，运算放大器芯片U12的引脚2与运算放大器芯片U13的引脚1相接并接信号调理放大电路放大器芯片U2的引脚7，运算放大器芯片U13的引脚2通过可变阻器R22接+12V电源；运算放大器芯片U12、运算放大器芯片U13的型号为：LM324AN芯片。