CN105253781A - 适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器，包括传感器单元，主控板，显示器；主控板包括电源芯片、I/V转换电路和单片机；电源模块用于给单片机输出直流稳压电流；传感器单元的信号输出端与I/V转换电路的输入端相连，I/V转换电路的输出端与单片机的A/D模块的信号输入端相连；单片机用于采集I/V转换电路的输出信号，通过A/D转换后，进行数据处理并输出给显示器显示；主控板还包括连接器、I/O驱动器，连接器紧靠I/O驱动器。本发明的力矩限制器通过主控板一系列的抗电磁兼容设计，使其可以在复杂电磁兼容的环境下工作，有效隔离了信号干扰，使起重设备可以在复杂电磁兼容环境下正常工作。可逐步推向市场，具有良好的应用前景。

Description

适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器

技术领域

本发明涉及工程技术领域，具体涉及一种适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器。

背景技术

随着经济的发展，起重机械以广泛应用到国防、矿山、公路建设、铁路建设、冶炼、化工等行业得到广泛应用，在使用起重机进行起重作业时，需要根据现场情况而经常改变工况进行起重作业，如改变吊载角度等，而不同工况下起吊的工作变幅及最大额定载荷是不同的，因此需要一套安全装置对以上参数进行综合监测判断，实时显示起重机正常工作、满载、超载、变幅超上限、变幅超下限等工作状态，并进行相应报警、提示、控制，以保证起重机安全工作。为此，起重机上都配有力矩限制器作为安全保护装置，根据起重机实际的工作状态，按照特定的载荷曲线，自动对起重机进行力矩限制，防止起重机的危险动作。因此，力矩限制器产品是起重机械设备上的一种必不可少的安全保护装置。

随着社会的不断发展，技术不断完善，安全意识的提高，国内对起重机的力矩限制器要求也在不断提高。起重设备工作状态安全检测主要依靠超载报警保护装置即力矩限制器完成。当起重设备工作时，超载报警保护装置长度传感器、角度传感器、起重重量检测传感器实时检测起重装置设备作业相关信号信息，并将信号发送到主控制器进行数据处理，当起重设备在复杂电磁兼容的环境下工作时，信号的干扰会影响主控器的数据准确性，减低起重设备的安全性和可靠性。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器，包括传感器单元，主控板，显示器；所述主控板包括电源芯片、I/V转换电路和单片机；所述电源模块用于给所述单片机输出直流稳压电流；所述传感器单元的信号输出端与所述I/V转换电路的输入端相连，所述I/V转换电路的输出端与所述单片机的A/D模块信号输入端相连，所述单片机用于采集所述I/V转换电路的输出信号，通过A/D转换后，进行数据处理并输出给所述显示器显示；所述主控板还包括连接器、I/O驱动器，所述连接器紧靠所述I/O驱动器；所述电源芯片的型号为LTM8032，所述单片机的型号为Atmega128。

所述传感器单元包括长度传感器、角度传感器和起重重量检测传感器。

所述主控板的PCB板地面靠近接口部分通过至少两个固定螺钉和机壳相连形成EMC地，所述连接器的各条I/O线通过去耦电容与所述EMC地连接。

所述的适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器，还包括R/C滤波电路，所述R/C滤波电路设置在所述I/V转换电路和所述单片机之间。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：力矩限制器的通过主控板一系列的抗电磁兼容设计，使其可以在复杂电磁兼容的环境下工作，有效隔离了信号干扰，确保相关数据传输与处理的可靠性和稳定性，确保起重设备可以在复杂电磁兼容环境下正常工作。

附图说明

图1为本发明的实施例的力矩限制器的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步的说明。如图1为本发明实施例的力矩限制器的结构框图，包括传感器单元，主控板，显示器；主控板包括电源芯片、I/V转换电路和单片机；电源模块的电源输出端与单片机连接，用于给单片机输出直流稳压电流；传感器单元的信号输出端与I/V转换电路（电流/电压转换电路）的输入端相连，I/V转换电路的输出端与单片机的A/D转换（直流/交流转换）模块信号输入端相连，传感器单元的输出信号都是标准的4~20mA电流信号，所以通过I/V转换电路即可转换为适合单片机处理的0~2.5V电压信号，最后将电压信号送入单片机的A/D模块进行转换，将模拟量转换成相应的数字量，单片机内的数据处理单元再对该数字信号进行计算与处理，计算与处理的结果输出到显示器显示。

本发明实施例的力矩限制器的主控板采用的是型号为Atmega128的单片机，该单片机内部集成了8通道10位的A/D转换模块，本实施例的力矩限制器中，传感器单元包括长度传感器、角度传感器和起重重量检测传感器。各传感器信号通过I/V转换电路后，分别送入I/V转换电路的IN1、IN2和IN3端口，经I/V转换电路转换成适合Atmega128单片机的0~2.5V电压信号后，再送入Atmega128的单片机的A/D转换模块的AIN0.0、AIN0.1和AIN0.2，将模拟量转换成相应的数字量，再进行数据处理。所述单片机用于采集所述I/V转换电路的输出信号，通过A/D转换后，进行数据处理并输出给所述显示器显示，当起重设备出现超载报警时，力矩限制器的主控板装置会发出报警信息，确保起重设备超载保护装置可以稳定可靠地运行。

如图1所示，本发明实施例的力矩限制器的主控板还包括R/C滤波电路，所述R/C滤波电路设置在所述I/V转换电路和所述单片机之间，经I/V转换电路转换成的电压信号经R/C滤波电路后，再送入Atmega128的单片机的A/D转换模块的AIN0.0、AIN0.1和AIN0.2，从而可以降低电路的电磁噪声。

本发明实施例的力矩限制器的电源模块采用型号为LTM8032DC/DC电源芯片，是一款电磁兼容(EMC)36V、2ADC/DC降压型转换器，专为符合EN55022标准的辐射发射要求而设计。封装中内置了开关控制器、电源开关、电感器、滤波器以及所有的支持元件。该电源模块可在3.6V至36V的输入电压范围内运作，支持0.8V至10V的输出电压范围、以及200kHz至2.4MHz的开关频率范围(均由单个电阻器来设定)。采用大容量的输入和输出滤波电容器便可实现完整的设计。由于采用了扁平的封装，利用PCB板底部的未用空间以实现高密度负载点调节。LTM8032采用耐热性能增强型紧凑和扁平的模压树脂焊盘网格阵列(LGA)封装和球式网格阵列(BGA)封装，适合采用标准表面贴装设备来进行自动化装配，符合RoHS标准。

为了减少主控板上的高频元器件之间的分布参数和相互之间的电磁干扰，本实施例的力矩限制器中，主控板设计时尽量缩短高频元器件之间的连线；之间可能有较高的电压的元器件或导线，加大他们之间的距离，以免放电引出意外短路；I/O（输入/输出）驱动器紧靠连接器，使I/O信号从连接器进入后，可以马上进入I/O驱动器，而不会在PCB板上走较长距离，以免耦合上干扰信号。而与连接器没有信号交换的高速数字芯片，放在远离连接器处，从而避免高速数字信号通过电场、磁场耦合，产生干扰，并通过电缆向外发射；发热量大的器件应为散热片留出空间，甚至应将其装在整机的底版上，以利于散热。热敏元件应远离发热元件。对于主控板而言，发热量最大的就是电源芯片了，本发明采用的LTM8032DC/DC电源芯片，不仅散热较好，并且电磁兼容符合EN55022标准的芯片，采用LGA封装，兼顾了散热和电磁兼容；本实施例的主控板各部分功能之间没有明显的流程，它们之间更多的是并行，所以在布板时，按照各部分功能进行布局的；以每个功能模块的核心元件为中心，围绕它进行布局，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接长度；综合考虑各元件之间的分布参数。尽可能使元器件平行排列，这样不仅有利于增强抗干扰能力，而且外观美观，易于批量生产。

本发明实施例的力矩限制器的主控板中，加粗了电源线和地线的宽度使它们的走线都达到了20mil，减少了环路电阻，同时，使电源线地线的走向和数据传递方向一致，有助于增强抗噪声能力。为减少供电用导线对的特性阻抗，电源线与地线应尽可能的粗，电源线与地线在板两侧重叠走线，形成一对导线对，使供电环路面积减小到最低程度。同一芯片的电源与地管脚，连接到同一导线对；为了减少地环路干扰，消除环路电流的形成，电路中采用隔离变压器、光耦隔离等切断地环路电流的形成；此外，主控板的PCB板地面靠近接口部分通过至少两个固定螺钉和机壳相连形成EMC地，也称为机壳地，可以保证EMC地与机壳相同电位，至少两个连接的多点搭接方式可以使搭接阻抗尽可能小；EMC地与数字地保持单点连接。连接器处的每条I/O线分别并联去耦电容到EMC地，使去耦电路的电感越小越好。外部干扰如果通过接口侵入，则在EMC地区域就被去耦电容旁路到了机壳上，从而保护了内部电路正常安全工作。

本发明实施例的力矩限制器中，主控板的布线设计采用以下方案，在多层板布线设计中，相邻层之间采用了“井”字形网状结构;电路板中所有的走线都是45度或者135度角，减少了导线弯折，避免导线宽度突变，防止特性阻抗变化；最外层导线或元器件离印制板边缘距离不小于2mm，可防止特性阻抗变化，还有利于PCB装夹；对于需要铺设大面积铜箔的器件如电源芯片，用栅格状，并且通过过孔与地层相连设计。

本发明的力矩限制器的通过主控板一系列的抗电磁兼容设计，使其可以在复杂电磁兼容的环境下工作，有效隔离了信号干扰，确保相关数据传输与处理的可靠性和稳定性，确保起重设备可以在复杂电磁兼容环境下正常工作。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器，其特征在于，包括传感器单元，主控板，显示器；所述主控板包括电源芯片、I/V转换电路和单片机；

所述电源模块用于给所述单片机输出直流稳压电流；

所述传感器单元的信号输出端与所述I/V转换电路的输入端相连，所述I/V转换电路的输出端与所述单片机的A/D模块的信号输入端相连，所述单片机用于采集所述I/V转换电路的输出信号，通过A/D转换后，进行数据处理并输出给所述显示器显示；

所述主控板还包括连接器、I/O驱动器，所述连接器紧靠所述I/O驱动器；

所述电源芯片的型号为LTM8032，所述单片机的型号为Atmega128。

2.根据权利要求1所述的适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器，其特征在于，所述传感器单元包括长度传感器、角度传感器和起重重量检测传感器。

3.根据权利要求1所述的适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器，其特征在于，所述主控板的PCB板地面靠近接口部分通过至少两个固定螺钉和机壳相连形成EMC地，所述连接器的各条I/O线通过去耦电容与所述EMC地连接。

4.根据权利要求1所述的适应复杂电磁兼容环境的力矩限制器，其特征在于，还包括R/C滤波电路，所述R/C滤波电路设置在所述I/V转换电路和所述单片机之间。