CN104820389B - 一种基于重力变化的控制装置及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重力变化的控制装置及控制系统，属于自动控制技术领域。该控制装置包括印制电路板、单片机、传感器接入接口、用于与上位机无线连接的第一无线通信模块、串口以及第一继电器，单片机、传感器接入接口、串口以及第一继电器均设置在印制电路板上，单片机分别与传感器接入接口、串口以及第一继电器电连接，传感器接入接口与重力传感器电连接，第一无线通信模块与串口电连接；重力传感器处获取的重力信号可以经与第一无线通信模块电连接的上位机收集或显示，第一继电器的工作参数则可以由上位机远程设置，在节省场地的同时降低了工作环境要求。

Description

一种基于重力变化的控制装置及控制系统

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种基于重力变化的控制装置及控制系统。

背景技术

目前，基于重力变化的控制装置广泛应用于工业控制、计量、分装、安全检测、防护装置以及舞台控制等领域，通常这些控制装置会安装在被控设备上，通过控制装置自带的设置模块和显示模块，来进行执行控制动作时的重力参数设置或相关的数据显示，或者，使用电缆及RS232通讯技术将控制装置与上位机连接，通过上位机对控制装置进行设置或数据显示。

然而，现有的这些基于重力变化的控制装置一般体积较小，安装环境较为复杂，在被控设备附近对控制装置进行参数设置和数据记录极为不便，也存在一些危险；另外，在特殊作业环境中，由于一些物理条件的限制，无法自由布置线缆，导致上位机的使用也受到限制。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种基于重力变化的控制装置和控制系统，技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种基于重力变化的控制装置，所述控制装置包括印制电路板、单片机、传感器接入接口、用于与上位机无线连接的第一无线通信模块、串口以及第一继电器，

所述单片机、所述传感器接入接口、所述串口以及所述第一继电器均设置在所述印制电路板上，所述单片机分别与所述传感器接入接口、所述串口以及所述第一继电器电连接，所述传感器接入接口与重力传感器电连接，所述第一无线通信模块与所述串口电连接；

其中，所述第一无线通信模块接收所述上位机发送的控制指令，所述控制指令是对所述第一电磁继电器的工作参数进行设置的指令；

所述第一无线通信模块采用的通信技术为蓝牙、ZigBee、Wi-Fi或红外数据传输中的一种；

所述控制装置还包括用于检测所述第一继电器吸合断开次数的计数模块，所述计数模块分别与所述第一继电器以及所述单片机电连接，所述计数模块还用于记录所述第一继电器的吸合断开次数并反馈给所述单片机，所述单片机将所述计数模块的计数值以及指示信息发送给所述上位机，所述指示信息用于指示所述上位机提示用户更换所述第一继电器；

所述控制装置还包括与所述第一继电器相同的第二继电器，所述第二继电器与所述单片机电连接，所述单片机用于当所述第一继电器没有按照控制指令工作，或者所述第一继电器的动作次数达到预设的阈值次数时，控制切换所述第二继电器工作；

所述控制装置还包括电源插座和继电器输出插座，所述电源插座和所述继电器输出插座设置在所述印制电路板上，所述电源插座与所述单片机连接，所述继电器输出插座上分别设置有与所述第一继电器和所述第二继电器对应连接的公共触点、工作触点，所述公共触点、电源、被控对象和所述工作触点循环相接构成回路；

所述公共触点和工作触点分别包括和所述第一继电器对应设置的第一公共触点、第一常开触点、第一常闭触点，以及和所述第二继电器对应设置的第二公共触点、第二常开触点、第二常闭触点，当所述被控对象为灌装阀门时，相接的所述第一公共触点、所述第一常开触点和相接的所述第二常闭触点、所述第二公共触点串联后再与所述电源、所述被控对象串联；

或者，当所述被控对象为分拣气缸时，相接的所述第一公共触点、所述第一常开触点和相接的所述第二公共触点、所述第二常开触点并联后再与所述电源、所述被控对象串联；

或者，当所述被控对象为配料电磁阀时，所述配料电磁阀包括小料口电磁阀和大料口电磁阀，所述第一公共触点、所述第一常开触点、所述小料口电磁阀以及所述电源串联，所述第二公共触点、所述第二常开触点、所述大料口电磁阀以及所述电源串联。

进一步地，所述控制装置还包括电源稳压电路，所述电源稳压电路设置在所述印制电路板上，所述电源稳压电路串联在所述电源插座和所述单片机之间。

进一步地，所述传感器接入接口包括重力传感器接入插座和模数转换芯片，所述重力传感器接入插座、所述模数转换芯片以及所述单片机依次电连接。

进一步地，所述控制装置还包括继电器驱动电路，所述继电器驱动电路设置在所述印制电路板上，所述继电器驱动电路串联在所述单片机和所述第一继电器之间。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基于重力变化的控制系统，包括上述控制装置，还包括与所述控制装置无线连接的上位机。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

通过设置单片机分别与传感器接入接口、串口以及第一继电器电连接，传感器接入接口外接重力传感器，第一无线通信模块则与串口电连接后又与上位机的第二无线通信模块无线连接，使得重力传感器处获取的重力信号经单片机处理后，单片机可直接控制第一继电器动作，同时重力信号也可以经与第一无线通信模块电连接的上位机收集或显示，第一继电器的工作参数则可以由上位机远程设置，在节省场地的同时降低了工作环境要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例1提供的一种基于重力变化的控制装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的公共触点和工作触点结构图；

图3是本发明实施例1提供的被控对象为灌装阀门时的控制装置的结构图；

图4是本发明实施例1提供的被控对象为分拣气缸时的控制装置的结构图；

图5是本发明实施例1提供的被控对象为配料电磁阀时的控制装置的结构图；

图6是本发明实施例1提供的料斗秤的结构图；

图7是本发明实施例1提供的继电器驱动电路的电路图；

图8是本发明实施例1提供的电源驱动电路的电路图；

图9是本发明实施例1提供的一种基于重力变化的控制装置的工作流程图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

下面首先对本实用新型实施例提供的基于重力变化的控制装置的应用场景进行简单的介绍。

一方面，该控制装置可以应用于物品的自动封装，如茶叶的自动封装。当应用于茶叶的自动封装时，控制装置中的继电器与茶叶放料的电控阀门连接，继电器的阈值设定为需要包装的茶叶重量，若秤盘(相当于重力传感器)上茶叶的重量达到设定值，则继电器切断茶叶放料的电控阀门，停止放料；其中，继电器的阀值可以由与控制装置无线连接的上位机来设置，茶叶的封装次数(也即继电器的吸合断开次数)也可以由控制装置计数，相当于对茶叶进行计件，计件数据经控制装置无线发送与上位机保存。

另一方面，该控制装置也可以用于产品的分拣，如油漆桶的分拣。当应用于物品的分拣时，控制装置中的继电器与执行部件连接，产品的重量由传感器获取并发送给控制装置，继电器的阈值设定为不合格品的重量(小于200克或大于300克)，若产品的重量在200克以下或300克以上，则继电器驱动执行部件将不合格品取走；如果产品的重量在200克至300克之间，则继电器不动作，保留合格品；其中，继电器的阀值可以由与控制装置无线连接的上位机来设置，不合格品数量(也即继电器动作次数)可以由控制装置计数，并将数据无线发送给上位机。

又一方面，该控制装置还可以用于保证设备的安全作业，如吊车作业。当应用于吊车的安全作业时，控制装置中的继电器与报警设备连接，继电器的阈值设定为吊车钢丝绳拉力的允许值，若吊车钢丝绳的实际拉力值超过设定值时，继电器驱动报警设备报警；其中，继电器的阀值可以由与控制装置无线连接的上位机来设置。

需要说明的是，上述控制装置的应用场景仅为示例，本发明并不限制于此。

实施例1

本发明实施例提供了一种基于重力变化的控制装置，如图1所示，该控制装置包括印制电路板1、单片机2、传感器接入接口3、用于与上位机8无线连接的第一无线通信模块4、串口5以及第一继电器6，其中，单片机2、传感器接入接口3、串口5以及第一继电器6均设置在印制电路板1上，单片机2分别与传感器接入接口3、串口5以及第一继电器6电连接，传感器接入接口3与重力传感器7电连接，第一无线通信模块4与串口5电连接；

本实施例中，上位机8可以包括控制器9以及与控制器9电连接的第二无线通信模块10，上位机8通过第二无线通信模块10与第一无线通信模块4无线连接。

具体地，重力传感器7安装在被控对象上用于收集被控对象的重力信号，重力信号经传感器接入接口3输入并发送给单片机2处理，单片机2根据重力信号以及预设的控制逻辑向第一继电器6输出控制信号，第一继电器6根据控制信号动作；第一无线通信模块4通过串口5与单片机2连接，用于无线接收上位机8发送的控制指令，该控制指令可以是对第一继电器6的工作参数进行设置的指令，该工作参数可以包括继电器的吸合重量、继电器的断开重量，第一无线通信模块4也用于将单片机2收集的重力信号以及其他相关控制数据无线发送给上位机8；

关于继电器的吸合重量和继电器的断开重量，第一继电器6可以设置多个，由实际需要确定分别对应不同的控制需求，因此继电器的吸合重量和继电器的断开重量也可以存在多个，分别匹配对应不同的第一继电器6。

吸合重量是继电器闭合的阈值，断开重量是继电器断开的阈值，以常闭型继电器为例，当实际重量大于或等于断开重量且小于吸合重量时，继电器闭合；当实际重量大于断开重量时，继电器断开。

其中，上位机8可以是工控机、PC(Personal Computer，个人计算机)、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)以及手机等，上位机8中还可以包括输入设备(如键盘)以及输出设备(如显示屏)，通过输入设备向控制器9输入控制指令，通过输出设备输出显示数据，第二无线通信模块10用于和控制装置的第一无线通信模块4进行无线通信，使用的无线通信技术可以是蓝牙、ZigBee、Wi-Fi或红外数据传输中的一种。

进一步地，该控制装置还包括用于检测第一继电器6吸合断开次数的计数模块11，该计数模块11分别与第一继电器6以及单片机2电连接。当计数模块11的计数值达到单片机2预设的阀值次数时，单片机2向上位机8发送指示信息，该指示信息用于指示上位机8提示用户更换第一继电器6。

具体地，在一些高强度作业条件下，继电器的使用频次很高，计数模块11用于记录第一继电器6的吸合断开次数并反馈给单片机2，当计数模块11的计数值达到单片机2预设的阈值次数时，说明第一继电器6达到工作寿命，继续使用可能会影响重力控制的准确性，单片机2可以将计数模块11的计数值以及指示信息发送给上位机8，由上位机8对用户进行提示，以方便尽快对第一继电器6进行更换。

进一步地，该控制装置还包括与第一继电器6相同的第二继电器12，第二继电器12与单片机2电连接。

具体地，第二继电器12可以与第一继电器6并行设置，在需要持续作业的情况下，第一继电器6的损坏容易造成一定损失，第一继电器6与单片机2电连接，第一继电器6吸合断开时，第一继电器6两端的电压发生变化，单片机2可以实时检测第一继电器6的两端的电压的变化，来确定第一继电器6是否正常工作，第二继电器12与第一继电器6并行工作，当单片机2检测到第一继电器6没有按照控制指令工作时，控制切换第二继电器12继续作业，并将第一继电器6的故障情况无线发送给上位机8，由上位机8提示用户进行更换；或者，当单片机2检测到第一继电器6的动作次数达到预设的阀值次数时，控制切换第二继电器12进行作业，以达到完成持续重力控制的目的。

进一步地，该控制装置还包括电源插座14和继电器输出插座15，电源插座14和继电器输出插座15设置在印制电路板上，电源插座14与单片机2连接，继电器输出插座15上分别设置有与第一继电器6和第二继电器12对应连接的公共触点19、工作触点20，公共触点19、电源18、被控对象17和工作触点20循环相接构成回路。

具体地，电源插座14和继电器输出插座15可以采用一个KF128-8P型号的接线端子，KF128-8P型号的接线端子有8芯，可以将其中2芯作为电源插座14，另外6芯作为继电器输出插座15，其中，电源插座14连接电源，为单片机2和第一继电器6、第二继电器12供电，继电器输出插座15与被控对象17的执行部件连接，当第一继电器6或第二继电器12的状态改变时，被控对象17的执行部件作出相应的动作。

进一步地，如图2所示，公共触点19和工作触点20分别包括和第一继电器6对应设置的第一公共触点COM1、第一常开触点NO1、第一常闭触点NC1，以及和第二继电器12对应设置的第二公共触点COM2、第二常开触点NO2、第二常闭触点NC2。

如图3所示，当被控对象17为灌装阀门时，相接的第一公共触点COM1、第一常开触点NO1和相接的第二常闭触点NC2、第二公共触点COM2串联后再与电源18、被控对象17串联。

具体地，此时控制装置用于控制液体的灌装，对罐体进行重量感应，罐体中不断灌装液体时，重力传感器7处感应重量不断增加；假设罐体重量为200g，设置第一常开触点NO1的吸合重量为200g，第二常闭触点NC2的断开重量为800g，当罐体放置好后，单片机2控制第一常开触点NO1吸合，灌装阀门打开开始灌液，当罐体整体重量达到800g时，单片机2控制第二常闭触点COM2断开，灌装阀门关闭停止灌液，液体灌装作业完成，移开罐体后，单片机2控制第一常开触点NO1断开同时第二常闭触点COM2吸合，进入下一个循环。

如图4所示，当被控对象17为分拣气缸时，相接的第一公共触点COM1、第一常开触点NO1和相接的第二公共触点COM2、第二常开触点NO2并联后再与电源18、被控对象17串联。

具体地，此时控制装置用于控制产品的分拣，例如，产品质量在200g到300g之间的是合格品，在此区间范围之外的需要由分拣气缸推入回收站，设置第一常开触点NO1的吸合重量为200g，当重力传感器7感应到产品重量低于200g时，单片机2控制第一常开触点NO1吸合，由分拣气缸推走不合格产品；设置第二常开触点NO2的吸合重量为300g，当重力传感器7感应到产品重量高于300g时，单片机2控制第二常开触点NO2吸合，由分拣气缸推走不合格产品；第一常开触点NO1和第二常开触点NO2的断开重量分别为198g和298g，均略低于各自的吸合重量，主要防止触点在动作点附近抖动。

如图5所示，当被控对象17为配料电磁阀时，配料电磁阀包括小料口电磁阀17a和大料口电磁阀17b，第一公共触点COM1、第一常开触点NO1、小料口电磁阀17a以及电源18串联，第二公共触点COM2、第二常开触点NO2、大料口电磁阀17b以及电源18串联。

具体地，此时控制装置用于控制料斗秤的精确配料，大料口电磁阀17b控制快速出料，达到料重临界值时，由小料口电磁阀17a控制精确出料，如图6所示，料斗秤包括一料罐21，料罐21的下方分别设置有大料口导管21a和小料口导管21b，大料口导管21a和小料口导管21b上分别设置有大料口电磁阀17b和小料口电磁阀17a，大料口导管21a和小料口导管21b的正下方设置有接料斗22，重力传感器7设置在接料斗22的下方，用于检测接料斗22的重量，接料斗22上连接有出料管23；

假设需要配料1000kg，可以设置第一常开触点NO1和第二常开触点NO2的吸合重量均为0kg，第一常开触点NO1的断开重量为1000kg，第二常开触点NO2的断开重量为950kg；刚开始放料时重量为0kg，单片机2控制第一常开触点NO1和第二常开触点NO2同时吸合，小料口电磁阀17a和大料口电磁阀17b同时被打开放料，当重力传感器7感应到重量达到950kg时，单片机2控制第二常开触点NO2断开，大料口电磁阀17b关闭停止放料，小料口电磁阀17a处继续放料，当料重达到1000kg时，单片机2控制第一常开触点NO1断开，小料口电磁阀17a处停止放料，完成一次配料。

进一步地，传感器接入接口3包括重力传感器接入插座3a和模数转换芯片3b，重力传感器接入插座3a、模数转换芯片3b以及单片机2依次电连接。

具体地，重力传感器接入插座3a可以采用KF128-4P型号的接线端子；模数转换芯片3b可以采用HX711，HX711为24位高精度、低功耗、低成本的称重专用芯片，可以确保测量到万分之一的精度。

本实施例中，该控制装置还包括继电器驱动电路13，继电器驱动电路13设置在印制电路板1上，继电器驱动电路13串联在单片机2和第一继电器6之间。

具体地，继电器驱动电路13可以采用三极管功率放大电路，如图7所示，三极管功率放大电路可以包括三极管Q、第一二极管D1、发光二极管LED、第一电阻R1和第二电阻R2；三极管Q的基极与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与单片机2连接；三极管Q的集电极分别与发光二极管LED的负极、第一二极管D1的正极、第一继电器6(线圈)的一端连接，发光二极管LED的正极与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端、第一二极管D1的负极、第一继电器6(线圈)的另一端分别接电源，三极管Q的发射集接地。

进一步地，该控制装置还包括电源稳压电路16，电源稳压电路16设置在印制电路板1上，电源稳压电路16串联在电源插座14和单片机2之间。

具体地，如图8所示，电源稳压电路16可以包括稳压芯片IC、第二二极管D2、第一电解电容E1、第二电解电容E2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3。稳压芯片IC的输入端分别与第二二极管D2的负极，第一电解电容E1的正极、第一电容C1的一端连接，第二二极管D2的正极接电源。第一电解电容E1的负极、第一电容C1的另一端、稳压芯片IC的接地端、第二电容C2的一端、第二电解电容E2的负极、第三电容C3的一端分别接地。稳压芯片IC的输出端分别与第二电容C2的另一端、第二电解电容E2的正极、第三电容C3的另一端连接。其中，稳压芯片IC可以采用LM117-5三端稳压芯片。

本实施例中，单片机2可以采用STC12C5628。STC12C5628为增强型8位通用低功耗单片机，运算速度高、功耗低，可以完全满足测量和控制的要求。

本实施例中，第一继电器6可以采用220V/10A的单刀双掷继电器。选用能承受最大电流为10A的继电器，可以直接控制2KW以内的设备，满足大部分场合的重力控制要求。若被控设备的功率大于2KW，还可以采用增加中间继电器等方式实现继电器的控制功能。

如图9所示，开机自检后，该控制装置的工作流程如下：

S1：通过第一无线通信模块4接收上位机8的校准、设置命令，单片机2完成控制参数预设置；

S2：传感器接入接口3接收重力传感器7处采样到的重力信号，经放大及模数转换后发送给单片机2处理；

S3：单片机2对重力信号进行运算、校准后得到重力数据，经比对单片机2的控制参数后，发送控制信号给继电器驱动电路13；

S4：继电器驱动电路13按照控制信号驱动第一继电器6改变状态；

S5：第一继电器6的状态改变经继电器触点输出插座15输出，被控对象17的执行部件作出相应动作；

S6：单片机2将重力数据经第一无线通信模块4发送给上位机8进行保存。

本发明实施例提供的一种基于重力变化的控制装置，通过设置单片机分别与传感器接入接口、串口以及第一继电器电连接，传感器接入接口外接重力传感器，第一无线通信模块则与串口电连接后又与上位机的第二无线通信模块无线连接，使得重力传感器处获取的重力信号经单片机处理后，单片机可直接控制第一继电器动作，同时重力信号也可以经与第一无线通信模块电连接的上位机收集或显示，第一继电器的工作参数则可以由上位机远程设置，在节省场地的同时降低了工作环境要求。

实施例2

本发明实施例还提供了一种基于重力变化的控制系统，包括如实施例1中所述的控制装置，还包括与该控制装置无线连接的上位机。

本发明实施例提供的一种基于重力变化的控制系统，包括基于重力变化的控制装置，该控制装置中通过设置单片机分别与传感器接入接口、串口以及第一继电器电连接，传感器接入接口外接重力传感器，第一无线通信模块则与串口电连接后又与上位机的第二无线通信模块无线连接，使得重力传感器处获取的重力信号经单片机处理后，单片机可直接控制第一继电器动作，同时重力信号也可以经与第一无线通信模块电连接的上位机收集或显示，第一继电器的工作参数则可以由上位机远程设置，在节省场地的同时降低了工作环境要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于重力变化的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括印制电路板、单片机、传感器接入接口、用于与上位机无线连接的第一无线通信模块、串口以及第一继电器，

所述单片机、所述传感器接入接口、所述串口以及所述第一继电器均设置在所述印制电路板上，所述单片机分别与所述传感器接入接口、所述串口以及所述第一继电器电连接，所述传感器接入接口与重力传感器电连接，所述第一无线通信模块与所述串口电连接；

其中，所述第一无线通信模块接收所述上位机发送的控制指令，所述控制指令是对所述第一继电器的工作参数进行设置的指令；

所述第一无线通信模块采用的通信技术为蓝牙、ZigBee、Wi-Fi或红外数据传输中的一种；

所述控制装置还包括用于检测所述第一继电器吸合断开次数的计数模块，所述计数模块分别与所述第一继电器以及所述单片机电连接，所述计数模块还用于记录所述第一继电器的吸合断开次数并反馈给所述单片机，所述单片机将所述计数模块的计数值以及指示信息发送给所述上位机，所述指示信息用于指示所述上位机提示用户更换所述第一继电器；

所述控制装置还包括与所述第一继电器相同的第二继电器，所述第二继电器与所述单片机电连接，所述单片机用于当所述第一继电器没有按照控制指令工作，或者所述第一继电器的动作次数达到预设的阈值次数时，控制切换所述第二继电器工作；

所述控制装置还包括电源插座和继电器输出插座，所述电源插座和所述继电器输出插座设置在所述印制电路板上，所述电源插座与所述单片机连接，所述继电器输出插座上分别设置有与所述第一继电器和所述第二继电器对应连接的公共触点、工作触点，所述公共触点、电源、被控对象和所述工作触点循环相接构成回路；

所述公共触点和工作触点分别包括和所述第一继电器对应设置的第一公共触点、第一常开触点、第一常闭触点，以及和所述第二继电器对应设置的第二公共触点、第二常开触点、第二常闭触点，当所述被控对象为灌装阀门时，相接的所述第一公共触点、所述第一常开触点和相接的所述第二常闭触点、所述第二公共触点串联后再与所述电源、所述被控对象串联；

或者，当所述被控对象为分拣气缸时，相接的所述第一公共触点、所述第一常开触点和相接的所述第二公共触点、所述第二常开触点并联后再与所述电源、所述被控对象串联；

或者，当所述被控对象为配料电磁阀时，所述配料电磁阀包括小料口电磁阀和大料口电磁阀，所述第一公共触点、所述第一常开触点、所述小料口电磁阀以及所述电源串联，所述第二公共触点、所述第二常开触点、所述大料口电磁阀以及所述电源串联。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括电源稳压电路，所述电源稳压电路设置在所述印制电路板上，所述电源稳压电路串联在所述电源插座和所述单片机之间。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述传感器接入接口包括重力传感器接入插座和模数转换芯片，所述重力传感器接入插座、所述模数转换芯片以及所述单片机依次电连接。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括继电器驱动电路，所述继电器驱动电路设置在所述印制电路板上，所述继电器驱动电路串联在所述单片机和所述第一继电器之间。

5.一种基于重力变化的控制系统，其特征在于，包括如上述任一权利要求所述的控制装置，还包括与所述控制装置无线连接的上位机。