CN103935898B - 一种耐超低温的起重机力矩限制器 - Google Patents
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Abstract
本发明专利提供了一种耐超低温的起重机力矩限制器，该力矩限制器由主控制器、长角度传感器、销轴力传感器、显示屏、报警装置组成。主控制器包括单片机处理器、A/D转换电路、模拟量输入电路、R232串口通讯电路、CAN通讯接口、开关量输出模块。长角度传感器包括由MEMS芯片组成的角度测量模块、由电位器和将电阻转换为模拟信号的电路组成的长度测量模块。销轴力传感器采用销轴外形双剪切梁结构，具有抗偏载、抗扭曲、精度高等特点。报警装置包括由继电器、蜂鸣器、24伏直流电源组成的报警电路。显示屏包括R232串口通信模块。相比于目前市场上的力矩限制器，本发明专利提供的一种耐超低温的起重机力矩限制器具有耐超低温、主控制器结构紧凑、抗振动冲击能力强、可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐超低温的起重机力矩限制器，属于起重机重工业应用领域。
背景技术
起重机械是工业生产及建筑施工中不可缺少的重要设备，同时也是施工现场危险性较大、容易发生事故的设备，一旦发生事故，往往造成重大的经济损失甚至人员伤亡。力矩限制器是起重机重要的安全保护装置，要求应该具有很强的环境适应性和很高的可靠性。
力矩限制器根据实际的作业状态，采集起重机的载荷，起重机臂长以及角度，计算出起重机所受的力矩载荷，根据许可力矩载荷判断起重机是否超载，最后发出报警信号并且阻止起重机沿着危险的动作运行。国内研制的起重机力矩限制器能够动态显示数据和自动声光报警并阻止起重机向危险性方向运动，但是由于操作人员既要进行繁忙的起重作业，同时又要时刻观察大量不断变化的数据来判断起重机是否超载，造成操作难度大，安全性大大降低。而且目前国内的力矩限制器受硬件的约束而不能耐低温、可靠性不高、抗冲击能力不强、功能单一。
因此设计出耐低温、高可靠性、抗高冲击的力矩限制器是迫在眉睫的事情。
发明内容
针对起重机力矩限制器的现有问题，本发明的目的在于提供耐超低温、高可靠性、抗高冲击的起重机力矩限制器。
为此，本发明提供了一种耐超低温的起重机力矩限制器，其包括包括主控制器、长角度传感器、销轴力传感器、显示屏、报警装置，所述主控制器连接所述长角度传感器和销轴力传感器而用于采集长角度传感器和销轴力传感器的电流信号，主控制器对采集的所述电流信号进行计算与判断，然后给显示屏或其它通讯设备发送信号使显示屏或其它通讯设备显示起重机当前的状态，主控制器还连接所述报警装置而能够给报警装置发送开关量信号，当起重机超载处于危险状态的时候报警装置发出报警信号。
优选地，所述的主控制器包括单片机模块、模拟信号采集接口、模拟信号采集模块、A/D转换模块、R232通讯模块、CAN总线模块、开关量输出模量、实时时钟模块、FLASH外部存储模块、复位电路模块、DC电压转换电路，所述模拟信号采集接口、模拟信号采集模块和A/D转换模块构成信号采集单元，所述单片机模块连接所述信号采集单元、R232通讯模块、CAN总线模块、开关量输出模量、实时时钟模块、FLASH外部存储模块和复位电路模块，主控制器通过模拟信号采集接口、A/D转换模块、模拟信号采集模块采集传感器的电流信号；主控制器通过CAN总线模块或者R232通讯模块给显示屏发送数据。
优选地，所述的主控制器包括单片机模块、A/D转换模块、R232通讯模块、CAN总线模块、开关量输出模量、实时时钟模块、2M的FLASH外部存储模块、复位电路模块、DC24V转DC5V电路、DC5V转DC3V电路，主控制器由DC24V电源供电，单片机模块、CAN总线模块、复位电路模块由DC5V供电，电源先经过DC24V转DC5V电路，R232模块、FLASH模块、实时时钟模块由DC3V供电，电源经过DC24V转DC5V电路，再经过DC5V转DC3V电路，长角度传感器采集发出4-20mA的电流信号，电路信号先经过A/D转换模块，将电流信号转换为数字信号，数字信号通过SPI串口通讯传输给单片机模块，单片机模块处理数字信号，单片机将处理后的信息按通讯协议编成二进制数据，通过R232或者CAN总线发送给外部显示屏或者其它的设备，单片机通过采集的数据可以判断起重机是否处于危险状态，当起重机处于危险状态时单片机发出信号控制开关量输出模块，开关量输出模块直接控制报警装置，即危险情况下实现报警。
优选地，所述的长角度传感器包括长度测量模块和角度测量模块，角度测量模块基于MEMS电容式加速度传感器，MEMS芯片输出电压信号，经过电压转电流模块将MEMS芯片输出的电压信号转换为电流信号，最终传送给主控制器，长度测量模块包括电位器和电阻转电流模块，电位器测得起重机臂的伸长量，输出电阻信号，电阻信号通过电阻转电流模块转换为电流信号，最终传送给主控制器。
优选地，所述的报警装置包括继电器、蜂鸣器、旋钮开关组成的报警电路，当主控制器给报警装置发出开关量信号后报警装置通过蜂鸣器发出声音和光作为报警信号。
优选地，所述的显示屏包括R232通讯串口。
优选地，所述的销轴力传感器采用轴销外形双剪切梁结构，既能起到代替原有轴的功能，又能起到称重测力传感器的作用。
下面对以上提及的元器件做进一步说明。
优选地，所述单片机为16位单片机。
优选地，所述A/D转换电路为12位A/D转换。
优选地，所述MEMS电容式加速度传感器精度是0.1°。
优选地，所述报警装置的继电器为一开一闭的继电器，蜂鸣器报警由DC24V供电。
所述的销轴力传感器采用轴销外形双剪切梁结构，具有抗偏载、抗扭曲、高精度等特点。既能起到代替原有轴的功能，又能起到称重测力传感器的作用，从而使整个称重测力系统的机械部件大大简化。
优选地，所述力矩限制器系统电子元器件均为耐低温电子元器件。
与现有的起重机力矩限制器相比，本发明提供的一种耐超低温的起重机力矩限制器具有以下突出的优点：
（1）耐低温，现有的力矩限制器工作温度低温最低达到-40℃，在我国的某些地区不适用，也不能作为军工产品使用。本发明专利提供的力矩限制器最低工作温度达到-60℃，能达到所有民用使用要求，也可以作为军工产品使用。
（2）抗振动冲击能力强，角度传感器由MEMS芯片和外加电路组成，MEMS芯片抗振动冲击能力强，克服了传统机械式的角度传感器抗冲击能力差的缺点。主控制器由嵌入式系统组成，嵌入式系统具有体积小重量轻等优点，因此嵌入式系统的抗冲击能力强。
（3）抗电磁干扰能力强，力矩限制器内部系统中信号线是电磁屏蔽线，长角度、销轴力采集模块都有金属屏蔽，因此抗电磁干扰能力强。
（4）体积小、重量轻，主控制器由单片机组成的嵌入式系统构成，具有体积小重量轻等优点，角度传感器由MEMS系统组成，也具有体积小重量轻等优点。
（5）测量偏差小，主控制器中的A/D转换电路是12位的转换电路，能将模拟量信号转换为12位精确的数字信号，因此主控制器采集的信号偏差小。
附图说明
图1为本发明一种耐超低温的起重机力矩限制器系统组成图；
图2为本发明一种耐超低温的起重机力矩限制器主控制器电路组成图；
图3为本发明一种耐超低温的起重机力矩限制器长度传感器模块电路组成图；
图4为本发明一种耐超低温的起重机力矩限制器角度传感器模块电路组成图；
图5为本发明一种耐超低温的起重机力矩限制器报警装置电路组成图。
图中：1-主控制器；2-长角度传感器；3-销轴力传感器；4-显示屏或其它通讯设备；5-报警装置；6-温度采集模块；7-实时时钟模块；8-模拟信号采集接口；9-A/D转换模块；10-模拟信号采集模块；11-FLASH存储模块；12-CAN总线模块；13-R232通讯模块；14-复位模块；15-开关量控制模块；16-DC24转DC5模块；17-DC5转DC3.3模块；18-电位器；19-电阻转电流模块；20-MEMS芯片；21-电流放大电路；22-旋钮开关；23-继电器；24-报警蜂鸣器；100-单片机模块。
具体实施方式
下面结合附图和一个具体实施例对本发明的一种耐超低温的起重机力矩限制器作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
如图1所示，该力矩限制器包括：主控制器1；长角度传感器2；销轴力传感器3；显示屏或其它通讯设备4；报警装置5；主控制器1采集长角度传感器2和销轴力传感器3的电流信号，主控制器1对采集的信号进行计算与判断，然后给显示屏或其它通讯设备4发送信号，显示屏或其它通讯设备4即可显示起重机当前的状态（包括起重机的载荷、起重机臂的角度和起重机臂的长度），主控制器1还可以给报警装置5发送开关量信号，当起重机超载处于危险状态的时候报警装置发出报警信号。主控制器1的电路图如图2所示，主控制器1包括单片机模块100；温度采集模块6；实时时钟模块7；模拟信号采集接口8；A/D转换模块9；模拟信号采集模块10；FLASH存储模块11；CAN总线模块12；R232通讯模块13；复位模块14；电路保险模块15；DC24转DC5模块16；DC5转DC3.3模块17；主控制器1通过模拟信号采集接口8、A/D转换模块9、模拟信号采集模块10采集传感器的电流信号；主控制器1通过CAN总线模块12或者R232通讯模块13给显示屏发送数据。长度传感器的电路图如图3所示，长度传感器的机构部分带动电位器18转动，电位器的转动引起电位器输出的电阻变化，电阻转电路模块19将电位器的电阻转换为电流信号，电流信号传输给主控制器1实现长度信号的采集。角度传感器电路图如图4所示，MEMS芯片20根据起重机臂的角度改变发出电流信号，通过电流放大电路21放大电流，最终传输给主控制器1实现起重机臂角度状态的采集。报警装置5的电路图如图5所示，打开旋钮开关22给整个报警装置供电，主控制器1给继电器23发出信号，继电器控制报警蜂鸣器24发出报警信号。
使用时将主控制器1、长角度传感器2、销轴力传感器3、显示屏4、报警装置5通电；将长角度传感器2和销轴力传感器3输出信号端口接上主控制器1的模拟信号采集接口8；将主控制器1的R232通讯模块13或者CAN总线12接上显示屏或其它通讯设备4；将主控制器1的开关量控制模块15接上报警装置5的继电器23。
Claims (5)
1.一种耐超低温的起重机力矩限制器，其特征在于：包括主控制器、长角度传感器、销轴力传感器、显示屏、报警装置，所述主控制器连接所述长角度传感器和销轴力传感器而用于采集长角度传感器和销轴力传感器的电流信号，主控制器对采集的所述电流信号进行计算与判断，然后给显示屏或其它通讯设备发送信号使显示屏或其它通讯设备显示起重机当前的状态，主控制器还连接所述报警装置而能够给报警装置发送开关量信号，当起重机超载处于危险状态的时候报警装置发出报警信号，
所述的主控制器包括单片机模块、模拟信号采集接口、模拟信号采集模块、A/D转换模块、R232通讯模块、CAN总线模块、开关量输出模量、实时时钟模块、FLASH外部存储模块、复位电路模块、DC24V转DC5V电路、DC5V转DC3V电路，所述模拟信号采集接口、模拟信号采集模块和A/D转换模块构成信号采集单元，所述单片机模块连接所述信号采集单元、R232通讯模块、CAN总线模块、开关量输出模量、实时时钟模块、FLASH外部存储模块和复位电路模块，主控制器通过模拟信号采集接口、A/D转换模块、模拟信号采集模块采集传感器的电流信号；主控制器通过CAN总线模块或者R232通讯模块给显示屏发送数据，
主控制器由DC24V电源供电，单片机模块、CAN总线模块、复位电路模块由DC5V供电，电源先经过DC24V转DC5V电路，R232模块、FLASH模块、实时时钟模块由DC3V供电，电源经过DC24V转DC5V电路，再经过DC5V转DC3V电路，长角度传感器采集发出4-20mA的电流信号，电路信号先经过A/D转换模块，将电流信号转换为数字信号，数字信号通过SPI串口通讯传输给单片机模块，单片机模块处理数字信号，单片机将处理后的信息按通讯协议编成二进制数据，通过R232或者CAN总线发送给外部显示屏或者其它的设备，单片机通过采集的数据可以判断起重机是否处于危险状态，当起重机处于危险状态时单片机发出信号控制开关量输出模块，开关量输出模块直接控制报警装置，即危险情况下实现报警。
2.根据权利要求1所述的一种耐超低温的起重机力矩限制器，其特征在于：所述的长角度传感器包括长度测量模块和角度测量模块，角度测量模块基于MEMS电容式加速度传感器，MEMS芯片输出电压信号，经过电压转电流模块将MEMS芯片输出的电压信号转换为电流信号，最终传送给主控制器，长度测量模块包括电位器和电阻转电流模块，电位器测得起重机臂的伸长量，输出电阻信号，电阻信号通过电阻转电流模块转换为电流信号，最终传送给主控制器。
3.根据权利要求1所述的一种耐超低温的起重机力矩限制器，其特征在于：所述的报警装置包括继电器、蜂鸣器、旋钮开关组成的报警电路，当主控制器给报警装置发出开关量信号后报警装置通过蜂鸣器发出声音和光作为报警信号。
4.根据权利要求1所述的一种耐超低温的起重机力矩限制器，其特征在于：所述的显示屏包括R232通讯串口。
5.根据权利要求1所述的一种耐超低温的起重机力矩限制器，其特征在于：所述的销轴力传感器采用轴销外形双剪切梁结构，既能起到代替原有轴的功能，又能起到称重测力传感器的作用。
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