CN109724737A - 一种智能紧固器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能紧固器。智能紧固器包括：挂钩、拉力传感器、通讯模块、螺杆和钩锁件，所述挂钩的下方设置所述拉力传感器，所述拉力传感器的下方设置所述通讯模块；所述通讯模块采用电路板，所述电路板上设置有CPU、电池、天线和指示灯，所述拉力传感器与所述CPU连接，所述电池分别与所述CPU和所述拉力传感器连接，所述天线与所述CPU连接，所述指示灯与所述CPU连接，所述指示灯用于在所述拉力传感器采集的拉力大于设定阈值时进行闪烁报警；所述通讯模块的下端设置有所述螺杆，所述螺杆上设置所述钩锁件。本发明能够实现后台对紧固器的全方位、实时、智能化的监控。
Description
技术领域
本发明涉及车辆防溜领域，特别是涉及一种智能紧固器。
背景技术
进入21世纪以来，随着铁路交通向着高效、便捷和安全的方向高速发展，对铁路交通工作环境的安全性提出了更高的要求，其中，中间站车辆防溜工作是铁路交通安全工作中至关重要的环节，传统紧固器作为主要的防溜方式，目前只能依靠工作人员通过现场巡检的方式才能判断出车辆是否处于防溜状态，但是原铁道部TB/T 3095-2004文件规定：紧固器对手动制动机产生的轴线拉力要应为10-14.7KN，由于涉及到具体数值范围的拉力，巡检人员也很难确定紧固器的拉力值是否达标，并且中间站停留车辆过多或受恶劣天气影响时，仅仅依靠工作人员巡检很难做到对紧固器紧固状态的全方位、实时监控。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能紧固器，能够实现后台对紧固器的全方位、实时、智能化的监控。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种智能紧固器，包括：挂钩、拉力传感器、通讯模块、螺杆和钩锁件，所述挂钩的下方设置所述拉力传感器，所述拉力传感器的下方设置所述通讯模块；所述通讯模块采用电路板，所述电路板上设置有CPU、电池、天线和指示灯，所述拉力传感器与所述CPU连接，所述电池分别与所述CPU和所述拉力传感器连接，所述天线与所述CPU连接，所述指示灯与所述CPU连接，所述指示灯用于在所述拉力传感器采集的拉力大于设定阈值时进行闪烁报警；所述通讯模块的下端设置有所述螺杆，所述螺杆上设置所述钩锁件。
可选的，还包括：
三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器与所述CPU连接，所述CPU用于接收所述三轴加速度传感器发送的加速度信号，并根据所述加速度信号判断所述智能紧固器的运动状态。
可选的，所述拉力传感器采用全桥式拉力传感器。
可选的，所述电池采用可充电锂电池。
可选的，还包括：
金属壳体，所述通讯模块设置在所述金属壳体内部，所述金属壳体表面设置透明窗口。
可选的，所述拉力传感器的结构为内设有应变片的合金钢结构。
可选的，所述挂钩通过所述挂钩端帽与所述拉力传感器活性连接。
可选的，还包括：
游母，所述游母与所述钩锁件铆接。
可选的，所述CPU采用STM32L073VZ。
可选的，所述指示灯采用LED。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种智能紧固器。智能紧固器包括：挂钩、拉力传感器、通讯模块、螺杆和钩锁件，所述挂钩的下方设置所述拉力传感器，所述拉力传感器的下方设置所述通讯模块；所述通讯模块采用电路板，所述电路板上设置有CPU、电池、天线和指示灯，所述拉力传感器与所述CPU连接，所述电池分别与所述CPU和所述拉力传感器连接，所述天线与所述CPU连接，所述指示灯与所述CPU连接，所述指示灯用于在所述拉力传感器采集的拉力大于设定阈值时进行闪烁报警；所述通讯模块的下端设置有所述螺杆，所述螺杆上设置所述钩锁件。本发明能够实现后台对紧固器的全方位、实时、智能化的监控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明智能紧固器结构图；
图2为本发明传感器结构图；
图3为本发明金属壳体结构图；
图4为本发明电路板功能框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种智能紧固器，能够实现后台对紧固器的全方位、实时、智能化的监控。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明智能紧固器结构图。如图1所示，一种智能紧固器，包括：挂钩1、拉力传感器2、通讯模块3、螺杆4和钩锁件5，所述挂钩1的下方设置所述拉力传感器2，所述拉力传感器2的下方设置所述通讯模块3；所述通讯模块3采用电路板，所述电路板上设置有CPU、电池、天线和指示灯，所述拉力传感器2与所述CPU连接，所述电池分别与所述CPU和所述拉力传感器2连接，所述天线与所述CPU连接，所述指示灯与所述CPU连接，所述指示灯用于在所述拉力传感器2采集的拉力大于设定阈值时进行闪烁报警；所述通讯模块3的下端设置有所述螺杆4，所述螺杆4上设置所述钩锁件5，所述螺杆4采用梯形螺纹丝杆，所述指示灯采用LED。
智能紧固器还包括三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器与所述CPU连接，所述CPU用于接收所述三轴加速度传感器发送的加速度信号，并根据所述加速度信号判断所述智能紧固器的运动状态。
所述拉力传感器2采用全桥式拉力传感器。全桥式构造可以提高传感器精度，减小因温度、湿度等引起的传感器信号误差；传感器信号通过通讯金属盒内部的连接孔连接到CPU。
所述电池采用可充电锂电池，不充电状态时给整个装置供电，充电状态时由充电设备给整个装置供电。
图2为本发明传感器结构图。如图2所示，所述拉力传感器的结构为内设有应变片21的合金钢结构。
所述挂钩1通过所述挂钩端帽6与所述拉力传感器2活性连接，即所述挂钩1与所述拉力传感器2的连接方式为自由转动的连接方式。挂钩1与拉力传感器2螺纹连接，使用销钉进行止转固定。所述挂钩1本身属于自由体，可以在挂钩端帽6上自行转动。
图3为本发明金属壳体结构图。智能紧固器还包括金属壳体，所述通讯模块设置在所述金属壳体内部，所述金属壳体表面设置透明窗口。如图3所示，所述金属壳体包括金属壳体本体7和金属端盖8，通讯模块是直接装入金属壳体本体7中，并使用金属端盖8进行装配保护，具体使用M3x10不锈钢螺钉进行金属端盖8与金属壳体本体7的连接固定。所述金属壳体本体7与所述拉力传感器2为螺纹加销柱连接。所述金属壳体本体7与所述螺杆4采用螺纹加销柱结构进行装配。所述智能紧固器还包括：游母9，所述游母9直接与所述钩锁件5进行铆接后，装配到所述螺杆4上。
图4为本发明电路板功能框图。所述电路板上还设置有无线模块、电池充电管理芯片、FRAM存储芯片放大电路芯片和AD转换电路。无线模块位于所述CPU上，所述CPU采用低功耗芯片STM32L073VZ；天线使用LoRa模块进行无线数据传输，无线模块通过串口和CPU通信；电池充电管理芯片采用BQ24075RGTT，实现电池充电控制和电源路径管理；FRAM存储芯片采用FM25V05，通过SPI1总线和CPU通信，进行数据存储；三轴加速度传感器通过SPI2总线和CPU通信；指示灯选用高亮度LED，起到很好的提示作用；拉力传感器2采用全桥式传感器；放大电路芯片使用超低失调电压运算放大器OP07C，使用双电压供电，有效减小电源噪声带来的影响；电池使用大容量可充电的锂电池，增加锂电池的使用周期，节约成本。
本发明的智能紧固器采用全桥式拉力传感器，将其嵌入智能紧固器中，和紧固器合为一体。智能紧固器通过采集紧固器中拉力传感器产生的信号，实时检测出当前紧固器所承受的拉力，并判断当前拉力是否满足国家规定的10-14.7KN的拉力范围，并通过红绿灯显示出当前拉力是否达标，同时，紧固器通过无线模块，把实时信息发送到后台，当智能紧固器采集的拉力超出国家规定的拉力范围时，会自动进行报警，提示工作人员进行现场维护工作，这样，智能紧固器实现了后台对紧固器的全方位、实时、智能化的监控。
具体实施例1：
当工作人员在现场操作智能紧固器时，拉力传感器的拉力值发生变化，产生拉力信号，信号经过放大电路放大后，进行AD转换，CPU通过AD转换后的信号值检测出当前拉力值，并判断当前拉力值是否超出规定的拉力范围，通过无线模块将拉力值发送到后台服务器，通知后台工作人员紧固器是否处于防溜状态，后台工作人员根据紧固器标签确定当前紧固器的位置，同时CPU控制通讯金属壳体本体两侧看到的指示灯显示对应的状态：红灯1Hz频率闪烁；安装时达到阈值范围：绿灯1Hz频率闪烁，20s后熄灭；处于防溜状态时，红灯和绿灯都处于熄灭状态；不处于防溜状态时红灯5Hz频率闪烁；；在操作紧固器时，MEMS三轴加速度计将当前加速信号传给CPU，CPU判断紧固器是否处于移动状态，协助判断当期紧固器的状态(静止和移动状态)，避免运输过程中的误报警；在每次检测(每隔10s进行一次检测)紧固器拉力值前，CPU会通过图4中电量监控电路检测电池状态，检测到电池电压在3.4V以上时，再进行紧固器拉力值检测，当电池电量不高于3.45V时，CPU控制模块通过无线模块，发送紧固器充电信号到后台，提示后台工作人员给电池充电，当电池电压高于3.2V时电路仍可正常工作，在3.45V发出充电提示，为工作人员更换紧固器装置，给电池充电预留出充足的时间。
当工作人员在安装紧固器时，通讯金属盒两侧的红色灯闪烁，闪烁频率1Hz；当紧固器拉力值到10-14.7KN的阈值范围时，信号处理盒两侧的红色灯熄灭，绿色灯闪烁，闪烁频率1Hz；提示工作人员，紧固器拉力值已经达到防溜状态的拉力范围，并通过无线模块将信号传送到后台，过20s后绿色灯熄灭；当紧固器拉力值小于10kN时，紧固器拉力值逐渐减小并且经加速度计测出紧固器在移动时，金属壳体两侧的红色灯点闪烁，闪烁频率5Hz；同时CPU通过无线模块发出报警信号，提示后台紧固器拉力值超出拉力范围，方便工作人员现场确认紧固器的工作状态；每个紧固器都有自己的电子标签，电子标签由LoRa模块自带的电子标签决定；根据标签工作人员可以迅速判断出紧固器位置；无线模块在不工作时处于休眠状态，一旦有紧固器拉力值超出拉力阈值时，CPU唤醒无线模块，发送当前紧固器的状态到后台，另外，后台可以远程唤醒无线模块，通过无线传输的方式对紧固器中图4的电路板进行程序升级。
在给电池充电时，电源路径管理电路切断电池供电，切换为充电装置给紧固器充电，充电电流300mA，紧固器处于充电状态时，红色灯处于常亮状态；CPU通过无线模块将紧固器充电状态传到后台，当电池充满电后，红色灯熄灭，绿色灯变为常亮状态，提示工作人员紧固器已完成充电，当不再充电时，红色灯和绿色灯都熄灭，紧固器装置变为使用电池供电。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种智能紧固器，其特征在于，包括：挂钩、拉力传感器、通讯模块、螺杆和钩锁件，所述挂钩的下方设置所述拉力传感器，所述拉力传感器的下方设置所述通讯模块；所述通讯模块采用电路板，所述电路板上设置有CPU、电池、天线和指示灯，所述拉力传感器与所述CPU连接，所述电池分别与所述CPU和所述拉力传感器连接，所述天线与所述CPU连接，所述指示灯与所述CPU连接，所述指示灯用于在所述拉力传感器采集的拉力大于设定阈值时进行闪烁报警；所述通讯模块的下端设置有所述螺杆，所述螺杆上设置所述钩锁件。
2.根据权利要求1所述的智能紧固器，其特征在于，还包括：
三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器与所述CPU连接，所述CPU用于接收所述三轴加速度传感器发送的加速度信号，并根据所述加速度信号判断所述智能紧固器的运动状态。
3.根据权利要求1所述的智能紧固器，其特征在于，所述拉力传感器采用全桥式拉力传感器。
4.根据权利要求1所述的智能紧固器，其特征在于，所述电池采用可充电锂电池。
5.根据权利要求1所述的智能紧固器，其特征在于，还包括：
金属壳体，所述通讯模块设置在所述金属壳体内部，所述金属壳体表面设置透明窗口。
6.根据权利要求1所述的智能紧固器，其特征在于，所述拉力传感器的结构为内设有应变片的合金钢结构。
7.根据权利要求1所述的智能紧固器，其特征在于，所述挂钩通过所述挂钩端帽与所述拉力传感器活性连接。
8.根据权利要求1所述的智能紧固器，其特征在于，还包括：
游母，所述游母与所述钩锁件铆接。
9.根据权利要求1所述的智能紧固器，其特征在于，所述CPU采用STM32L073VZ。
10.根据权利要求1所述的智能紧固器，其特征在于，所述指示灯采用LED。
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