CN207487727U - 电动葫芦能效远程采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动葫芦能效远程采集系统，属于电气和自动化领域。该系统包括电能采集模块、无线通信模块、无线协调模块、GSM通信模块、高度测量模块、接口转换模块、主控模块、供电模块、外部存储模块、人机交互模块、驱动控制模块、载荷测量模块；控制芯片与无线协调模块连接；无线通信模块与高度测量模块连接；主控模块与接口转换模块、供电模块、外部存储模块、人机交互模块、驱动控制模块分别连接；驱动控制模块与电动葫芦连接；电能采集模块与接口转换模块连接；解决了需要现场检测电动葫芦的能效值，测试效率不高的问题；达到了增加同一时间的电动葫芦的检测数量，提高能效采集的自动化程度和效率的效果。

Description

电动葫芦能效远程采集系统

技术领域

本实用新型实施例涉及电气和自动化领域，特别涉及一种电动葫芦能效远程采集系统。

背景技术

电动葫芦作为起重机械类特种设备，因其制造方便、安装简易、维修简单、价格低廉以及操作灵活等特点，被广泛应用于物料搬运行业。据不完全统计，2016年底我国有电动葫芦生产企业450余家，年产量100余万台，且我国电动葫芦市场仍保持着较高的平均增速。由于我国电动葫芦用户众多，在电动葫芦这一类起重机械上的年能源消耗量巨大，目前我国电动葫芦总装机容量约为5.8亿千瓦，可见做好电动葫芦行业的节能工作具有重要的经济效益。

针对电动葫芦的能效测试和能效评价的研究和应用在我国刚刚起步，2013年中国国家标准化管理委员会首次发布了GB/T 30028-2013《电动葫芦能效测试方法》，以规范该类特种设备的能效测试，2016年首次发布了JB/T12745-2016《电动葫芦能效限额》。

目前在实际使用中，电动葫芦每次起吊的载荷和起升高度都会有变化，在实际工况下测试电动葫芦的能效值需要在更换载荷后人工手动测量载荷重量、标定测试系统，导致测试繁琐、测试流程的自动化程度不高。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种电动葫芦能效远程采集系统。该技术方案如下：

第一方面，提供了一种电动葫芦能效远程采集系统，该系统包括电能采集模块、无线通信模块、无线协调模块、GSM通信模块、高度测量模块、接口转换模块、主控模块、供电模块、外部存储模块、人机交互模块、驱动控制模块、载荷测量模块；

所述主控模块包括控制芯片，所述无线通信模块和所述无线协调模块包括Zigbee通信芯片，所述GSM通信模块包括GSM通信芯片；

所述无线通信模块与所述无线协调模块建立无线连接；

所述控制芯片与所述无线协调模块中的所述Zigbee通信芯片连接；

所述无线通信模块中的所述Zigbee通信芯片与所述高度测量模块连接；

所述控制芯片与所述GSM通信芯片连接；

所述主控模块与所述接口转换模块、所述供电模块、所述外部存储模块、所述人机交互模块、所述驱动控制模块分别连接；

所述驱动控制块包括电压转换芯片和固态继电器，所述驱动控制模块与电动葫芦的自动控制端口连接；

所述电能采集模块包括三相智能电表，所述三相智能电表与所述接口转换模块连接。

可选的，所述供电模块至少包括锂电池和电池充放电保护电路，所述电池充放电保护电路包括电池保护芯片；

所述电池保护芯片的第一输出端与第一NMOS管的栅极连接，所述电池保护芯片的第二输出端与第二NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第一NMOS管的源极和第二NMOS管的源极之间连接有指示灯电路，所述指示灯电路包括发光二极管；

所述电池保护芯片与所述锂电池连接。

可选的，，所述电池供电模块还包括稳压电路；

所述稳压电路，用于对所述锂电池的输出电压进行整形稳压。

可选的，所述高度测量模块包括激光测距传感器；

所述三相智能电表通过RS485总线与所述接口转换模块连接；

所述无线协调模块中的所述Zigbee通信芯片通过UATR口与所述控制芯片连接，所述无线通信模块中的所述Zigbee通信芯片与所述激光测距传感器连接；

所述GSM通信芯片通过URAT口与GPIO口与所述控制芯片连接；

所述外部存储模块包括SD卡和卡槽，所述SD卡放置在所述卡槽中，所述卡槽与所述控制芯片连接；

所述载荷测量模块包括电流互感器，所述电流互感器与所述控制芯片连接；

所述控制芯片的输出端与所述电压转换芯片连接，所述电压转换芯片的输出端与所述固态继电器的驱动端连接，所述固态继电器与所述电动葫芦的自动控制端口连接。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

该电动葫芦能效远程采集系统包括电能采集模块、无线通信模块、无线协调模块、GSM通信模块、高度测量模块、接口转换模块、主控模块、供电模块、外部存储模块、人机交互模块、驱动控制模块、载荷测量模块；主控模块包括控制芯片，无线通信模块和无线协调模块包括Zigbee通信芯片，GSM通信模块包括GSM通信芯片；无线通信模块与无线协调模块建立无线连接；控制芯片与无线协调模块中的Zigbee通信芯片连接；无线通信模块中的Zigbee通信芯片与高度测量模块连接；控制芯片与GSM通信芯片连接；主控模块与接口转换模块、供电模块、外部存储模块、人机交互模块、驱动控制模块分别连接；驱动控制块包括电压转换芯片和固态继电器，驱动控制模块与电动葫芦的自动控制端口连接；电能采集模块包括三相智能电表，三相智能电表与接口转换模块连接；解决了需要到现场测试来获取电动葫芦的能效值，测试效率不高的问题；达到了增加同一时间的电动葫芦的检测数量，提高能效采集的自动化程度和效率的效果。

利用载荷测量模块测量载荷重量，每次更换负载都不需要人工测量载荷重量，无需检测人员到现场测试，利用GSM通信模块与服务器建立连接，使得同时测量电动葫芦能效值的设备数量不受限制，可以远程获取检测数据和检测结果，提高了测试效率的计算精度、降低了劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是根据一示例性实施例示出的一种电动葫芦能效远程采集系统的结构框图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种电池充放电保护电路的电路示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种电动葫芦能效远程采集系统的局部电路示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种电动葫芦能效远程采集系统的局部电路示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种电动葫芦能效远程采集系统的局部电路示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种电动葫芦能效远程采集系统的局部电路示意图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种电动葫芦能效远程采集系统的局部电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，其示出了本实用新型一个实施例提供的电动葫芦能效远程采集系统的结构框图。如图1所示，该电动葫芦能效远程采集系统包括：主控模块101、接口转换模块102、电能采集模块103、载荷测量模块104、高度测量模块107、无线通信模块106、无线协调模块105、人机交互模块111、GSM通信模块112、外部存储模块110、驱动控制模块109、供电模块108。

主控模块101与无线协调模块105、GSM通信模块112、接口转换模块102、供电模块108、外部存储模块110、人机交互模块111、驱动控制模块109分别连接。

驱动控制模块109与电动葫芦的自动控制端口连接。

高度测量模块107与无线通信模块106连接。

无线通信模块106与无线协调模块105建立无线连接。

电能采集模块103与接口转换模块102连接。

电能采集模块103通过接口模块102与主控模块101进行通信。

人机交互模块111用于输入参数，响应用户操作，向主控模块101发送控制命令，显示测试数据以及实时显示测试过程中各种物理量变化及测试流程走向。

当用户在人机交互模块内的触摸设备上操作时，人机交互模块响应用户操作，向主控模块发送与操作对应的控制命令。

载荷测量模块104用于测量电动葫芦的载荷重量。

高度测量模块107用于测量电动葫芦载荷的起升高度。

电能采集模块103用于采集电动葫芦的耗电量、电压、电流。

高度测量模块104测量得到的起升距离通过无线通信模块106发送至无线协调模块105，无线协调模块105再将接收到的起升距离发送至主控模块101。

通过无线通信模块106和无线协调模块105实现数据传输，避免在测试现场部署总线。

需要说明的是，高度测量模块107的数量不唯一，高度测量模块107的数量根据实际测试的电动葫芦的数量确定；与高度测量模块107连接的无线通信模块的数量不唯一，与主控模块101连接的无线协调模块可与多个无线通信模块建立无线通信。

主控模块101用于根据控制命令生成电动葫芦控制指令并发送至驱动控制模块。

主控模块101用于通过接口转换模块102向电能采集模块103发送电能数据获取命令，接收接口转换模块发送的电能数据。

主控模块101。用于通过无线协调模块105和无线通信模块106向高度测量模块107发送电动葫芦负载的起升高度获取命令，接收无线协调模块105发送的起升高度；

主控模块101用于向载荷测量模块104发送载荷重量获取命令，接收载荷测量模块104发送的载荷重量。

需要说明的是，在每个测试周期开始前，需要输入电动葫芦的起升电机的定子阻值，以及针对不同的负载，需要电动葫芦做一次空载起升，电能采集模块测量空载时系统输入的电能，载荷测量模块中的电流互感器测量空载电流，高度测量模块测量空载时的起升高度。

其中，起升电机的定子阻值为型式试验数据或仪表测量获得，由人机交互模块输入。

在电动葫芦的载荷更换后，在载荷第一次起升式获取电动葫芦的负载电流、负载电能。

主控模块通过起升高度和起升时间，确定出空载时的起升速度，再根据起升电机的定子阻值、空载电能、负载电能、空载电流和负载电流、起升速度，计算出载荷重量。

避免每次更换载荷后，需要操作人员现场测量载荷的重量，减少操作流程，有利于远程采集电动葫芦的能效值。

主控模块101用于计算电动葫芦起升机构完成起升动作的供给能；获取电动葫芦的载荷重量；根据起升高度和载荷重量，计算电动葫芦完成升降动作所产生的有效能；根据供给能和有效能，计算出电动葫芦的能效值。

一个测试周期包括若干个运转周期，通过主控模块计算每个运转周期的能效值，或者，通过主控模块计算每个运转周期的能效值并计算一个测试周期的能效平均值。

驱动控制模块109用于放大主控模块101的IO口弱电信号，并将电动葫芦控制指令发送至电动葫芦的自动控制端口，电动葫芦控制指令用于控制电动葫芦运行的循环次数和接电持续率中的至少一种。

可选的，电动葫芦控制指令用于根据流程和工况控制电动葫芦运行的循环次数和接电持续率。

电动葫芦的工况包括上升、悬停、下降、悬停。

GSM通信模块112用于与服务器连接。

通过GSM通信模块112将能效值发送至服务器。

可选的，通过GSM通信模块将每个运转周期的能效值发送至服务器，再由服务器计算一个测试周期的能效平均值。

可选的，通过GSM通信模块将一个测试周期的能效平均值发送至服务器。

通过GSM通信模块将能效值和测试过程中产生的过程数据，比如电流、电压、电能发送至服务器。

相应地，服务器通过GSM通信模块控制主控模块的运行。

服务器对GSM通信模块发送的能效值和过程数据进行分析。

外部存储模块110用于存储测试数据和计算结果。

供电模块108，用于为电能采集模块103、无线协调模块105、GSM通信模块112、高度测量模块107、接口转换模块102、主控模块101、外部存储模块110、人机交互模块111、驱动控制模块109供电。

可选的，供电模块至少包括锂电池和电池充放电保护电路；

锂电池与电池充放电保护电路连接；

锂电池，用于为电池充放电保护电路提供电源；

电池充放电保护电路，用于在锂电池发生过充放电时自动切断外部充放电回路。

当锂电池发生过充时，电池充放电保护电路自动切断充电回路，阻止继续充电；发生过放时，电池充放电保护电路自动切断放电回路，阻止继续放电。

可选的，电池供电模块还包括稳压电路；

稳压电路，用于对锂电池的输出电压进行整形稳压。

稳压电路将锂电池提供的电压进行稳压和滤波，输出稳定的5V和3.3V工作电压。

可选的，电池充放电保护电路包括电池保护芯片。电池保护芯片与锂电池连接。

图2示例性地示出了一种电池充放电保护电路的电路示意图，如图2所示，电池保护芯片S-8262A的第一输出端CO与第一NMOS管Q3的栅极连接，电池保护芯片的第二输出端DO与第二NMOS管Q2的栅极连接，第一NMOS管Q3的漏极与第二NMOS管Q2的漏极连接，第一NMOS管Q3的源极和第二NMOS管Q2的源极之间连接有指示灯电路，指示灯电路包括发光二极管。

锂电池Battery与电池保护芯片S-8262A连接。正常充电时，电池保护芯片S-8262A的第一输出端CO输出高电平，第一NMOS管Q3导通，正常充电指示灯D4亮；过充时，电池保护芯片S-8262A的第一输出端CO输出低电平，第一NMOS管Q3截止，停止充电，正常充电指示灯D4灭，电池保护芯片S-8262A的第三输出端AO输出低电平，过充指示灯D1亮；正常放电时，电池保护芯片S-8262A的第二输出端DO输出高电平，第二NMOS管Q2导通，指示灯D5亮；过放时，电池保护芯片S-8262A的第二输出端DO输出低电平，第二NMOS管Q2截止，停止放电。

端EB+和端EB-构成锂电池的充电端口和输出端口。

通过三个指示灯D1、D4和D5可清楚的知道锂电池的工作状态。而且在放电过程中电池电压会逐渐下降至终止电压，终止电压一般为2.5V～3.0V。

可选的，主控模块包括控制芯片；电能采集模块包括三相智能电表，三相智能电表通过RS485总线与接口转换模块连接，控制芯片通过UART口与接口转换模块连接。

接口转换模块实现RS485信号和TTL信号的转换。

主控模块中的控制芯片通过UART串口向接口转换模块发送协议帧，接口转换模块将协议帧转发给电能采集模块，电能采集模块根据协议帧通过接口转换模块将电能数据发送回主控模块中的控制芯片。

高度测量模块包括激光测距传感器，载荷测量模块包括电流互感器。

无线通信模块和无线协调模块包括Zigbee通信芯片，无线通信模块中的Zigbee通信芯片与高度测量模块中的激光测距传感器连接，无线协调模块中的Zigbee通信芯片通过UATR口与控制芯片连接。

电流互感器与控制芯片连接。

电流互感器获取电动葫芦的空载电流和负载电流，并将空载电流和负载电流发送至主控模块的控制芯片。

GSM通信模块包括GSM通信芯片，GSM通信芯片通过URAT口与GPIO口与控制芯片连接。

外部存储模块包括SD卡和卡槽，SD卡放置在卡槽中，卡槽与控制芯片连接

驱动模块控制包括电压转换芯片和固态继电器，控制芯片的输出端与电压转换芯片连接，电压转换芯片的输出端与固态继电器的驱动端连接，固态继电器与电动葫芦的自动控制端口连接。

固态继电器控制电动葫芦的起升/下降接触器，来控制电动葫芦升降、下降和悬停。

其中，SD卡可拔插，支持不同容量的SD卡。

通过固态继电器控制电动葫芦的起升/下降接触器，控制电动葫芦升降、悬停。

以控制芯片的型号为STM32F407VET6，Zigbee通信芯片的型号为CC25302.4GHz，GSM通信芯片的型号为Risym A6，电压转换芯片的型号为SN74LVC4245，固态继电器的型号为G3MB-202P，三相智能电表的型号为DSSX/DTSX838，人机交互模块的型号为DMT80480T050_02W为例，图3至图7示例性地示出了本实用新型实施例所提供的电动葫芦能效远程采集系统的电路示意图。

图4中的+3.3V电源由供电模块提供，晶振Y1为RF收发器时钟源和系统时钟源，晶振Y2用于驱动休眠时钟和看门狗时钟，RF_P和RF_N引脚外接巴伦匹配电路，SMA接口外接单极子天线；Zigbee无线通信芯片CC2530的P2_2和P2_3引脚为UART通信接口，与控制芯片STM32F407VET6的UART接口相连，组成全双工通道。

图5中外部存储模块中的卡槽通过SDIO接口与控制芯片STM32F407VET6连接，实现卡槽中SD卡数据的读取和写入。图5中卡槽的SD_DT0、SD_DT1、SD_DT2、SD_DT3、SD_CLK、SD_CMD引脚分别与控制芯片STM32F407VET6的SDIO_D0、SDIO_D1、SDIO_D2、SDIO_D3、SDIO_CK、SDIO_CMD引脚相连，且均使用10K电阻上拉至3.3V。

其中，图5中的SD_DT0、SD_DT1、SD_DT2、SD_DT3为数据传输引脚，SD_CLK为时钟信号引脚，SD_CMD为控制信号引脚。

图6中GSM通信芯片Risym A6的UART3_RX、UART3_TX引脚分别与控制芯片STM32F407VET6的UART3_RX、UART3_TX引脚连接，完成数据交互；图6中GSM通信芯片RisymA6的INT、EN引脚分别与控制芯片STM32F407VET6的GPIO引脚PB0、PB1相连。

其中，INT为低功耗使能引脚，EN为模块使能引脚，控制芯片STM32F407VET6通过在程序中控制这引脚INT、EN的电平高低，控制工作耗能。

图7中3.3V和5V电源由供电模块提供，由于G3MB-202P型固态继电器的驱动电压为5V，控制芯片STM32F407VET6的GPIO口电压为3.3V，所以使用电压转换芯片SN74LVC4245将3.3V电压转换为5V电压。

电压转换芯片的IO1至IO8引脚与控制芯片的GPIO口IO1至IO8连接，每个固态继电器的驱动端IN-与电压转换芯片的输出端连接，以固态继电器O8为例，固态继电器O8的IN-端与电压转换芯片的输出端IN8连接，当控制芯片的IO8输出低电平时，电压转换芯片的IO8口输出低电平，固态继电器闭合，与固态继电器连接的电动葫芦的自动控制端口接通。

可选的，固态继电器的接入数量可根据实际需要确定，最多接入8个固态继电器。

综上所述，本实用新型实施例提供的电动葫芦能效远程采集系统，包括电能采集模块、无线通信模块、无线协调模块、GSM通信模块、高度测量模块、接口转换模块、主控模块、供电模块、外部存储模块、人机交互模块、驱动控制模块、载荷测量模块；主控模块包括控制芯片，无线通信模块和无线协调模块包括Zigbee通信芯片，GSM通信模块包括GSM通信芯片；无线通信模块与无线协调模块建立无线连接；控制芯片与无线协调模块中的Zigbee通信芯片连接；无线通信模块中的Zigbee通信芯片与高度测量模块连接；控制芯片与GSM通信芯片连接；主控模块与接口转换模块、供电模块、外部存储模块、人机交互模块、驱动控制模块分别连接；驱动控制块包括电压转换芯片和固态继电器，驱动控制模块与电动葫芦的自动控制端口连接；电能采集模块包括三相智能电表，三相智能电表与接口转换模块连接；解决了需要到现场测试来获取电动葫芦的能效值，测试效率不高的问题；达到了增加同一时间的电动葫芦的检测数量，提高能效采集的自动化程度和效率的效果。

利用载荷测量模块测量载荷重量，每次更换负载都不需要人工测量载荷重量，无需检测人员到现场测试，利用GSM通信模块与服务器建立连接，使得同时测量电动葫芦能效值的设备数量不受限制，可以远程获取检测数据和检测结果，提高了测试效率的计算精度、降低了劳动强度。

需要说明的是：上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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

Claims (4)

1.一种电动葫芦能效远程采集系统，其特征在于，所述系统包括电能采集模块、无线通信模块、无线协调模块、GSM通信模块、高度测量模块、接口转换模块、主控模块、供电模块、外部存储模块、人机交互模块、驱动控制模块、载荷测量模块；

所述主控模块包括控制芯片，所述无线通信模块和所述无线协调模块包括Zigbee通信芯片，所述GSM通信模块包括GSM通信芯片；

所述无线通信模块与所述无线协调模块建立无线连接；

所述控制芯片与所述无线协调模块中的所述Zigbee通信芯片连接；

所述无线通信模块中的所述Zigbee通信芯片与所述高度测量模块连接；

所述控制芯片与所述GSM通信芯片连接；

所述主控模块与所述接口转换模块、所述供电模块、所述外部存储模块、所述人机交互模块、所述驱动控制模块分别连接；

所述驱动控制块包括电压转换芯片和固态继电器，所述驱动控制模块与电动葫芦的自动控制端口连接；

所述电能采集模块包括三相智能电表，所述三相智能电表与所述接口转换模块连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供电模块至少包括锂电池和电池充放电保护电路，所述电池充放电保护电路包括电池保护芯片；

所述电池保护芯片的第一输出端与第一NMOS管的栅极连接，所述电池保护芯片的第二输出端与第二NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第一NMOS管的源极和第二NMOS管的源极之间连接有指示灯电路，所述指示灯电路包括发光二极管；

所述电池保护芯片与所述锂电池连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电池供电模块还包括稳压电路；

所述稳压电路，用于对所述锂电池的输出电压进行整形稳压。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高度测量模块包括激光测距传感器；

所述三相智能电表通过RS485总线与所述接口转换模块连接；

所述无线协调模块中的所述Zigbee通信芯片通过UATR口与所述控制芯片连接，所述无线通信模块中的所述Zigbee通信芯片与所述激光测距传感器连接；

所述GSM通信芯片通过URAT口与GPIO口与所述控制芯片连接；

所述外部存储模块包括SD卡和卡槽，所述SD卡放置在所述卡槽中，所述卡槽与所述控制芯片连接；

所述载荷测量模块包括电流互感器，所述电流互感器与所述控制芯片连接；

所述控制芯片的输出端与所述电压转换芯片连接，所述电压转换芯片的输出端与所述固态继电器的驱动端连接，所述固态继电器与所述电动葫芦的自动控制端口连接。