CN207488382U - 电动葫芦能效自动测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动葫芦能效自动测试系统，属于电气和自动化领域。该系统包括电能采集模块、Zigbee无线通信模块、GSM无线通信模块、负载高度测量模块、RS485转TTL模块、微处理器主控模块、电池供电模块、IO驱动模块、I/O输入输出模块；微处理器主控模块与Zigbee无线通信模块、GSM无线通信模块、RS475转TTL模块、电池供电模块、SD卡存储模块、触摸屏交互模块、IO驱动模块、I/O输入输出模块分别连接；解决了现有的电动葫芦能效测试时自动化程度不高，测试流程不符合要求的问题；达到了提高电动葫芦能效测试的自动化程度和测试结果的准确性和精确度、简化测试流程的效果。

Description

电动葫芦能效自动测试系统

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自动测试系统。

背景技术

电动葫芦作为起重机械类的一种特种设备，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》。

目前电动葫芦测试只能在电动葫芦试验台进行，但是具备能效测试条件的电动葫芦试验台较少，且测试流程并未遵循上述国家标准；由于电动葫芦能效测试过程中测量点较为分散，需要在不同位置安装传感器和信号采集器，现有的电动葫芦试验台通过现场总线传输测量数据，安装部署的流程繁琐，电动葫芦升降运行手动控制，测试流程的自动化程度不高、测试结果的准确性和精度不高。

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自动测试系统。该技术方案如下：

第一方面，提供了一种电动葫芦能效自动测试系统，该系统包括电能采集模块、Zigbee无线通信模块、GSM无线通信模块、负载高度测量模块、RS485转TTL模块、微处理器主控模块、电池供电模块、SD卡存储模块、触摸屏交互模块、IO驱动模块、I/O输入输出模块；

所述微处理器主控模块包括控制芯片，所述Zigbee无线通信模块包括Zigbee无线通信芯片，所述GSM无线通信模块包括GSM无线通信芯片；

所述控制芯片与所述Zigbee无线通信芯片、所述GSM无线通信芯片分别连接；

所述微处理器主控模块与所述RS485转TTL模块、所述电池供电模块、所述SD卡存储模块、所述触摸屏交互模块、所述IO驱动模块、所述I/O输入输出模块分别连接；

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

所述I/O输入输出模块与计算机连接；

所述负载高度测量模块与所述Zigbee无线通信模块连接；

所述电能采集模块包括三相智能电表，所述三相智能电表通过RS485总线与所述RS485转TTL模块连接。

可选的，所述电池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；

所述稳压电路与所述锂电池连接。

可选的，所述控制芯片通过UART口与所述RS485转TTL模块连接；

所述Zigbee无线通信芯片通过UATR口与所述控制芯片连接；

所述负载高度测量模块包括激光测距传感器，所述激光测距传感器与所述Zigbee无线通信芯片连接；

所述GSM无线通信芯片通过URAT口与GPIO口与所述控制芯片连接；

所述SD卡存储模块包括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：

该电动葫芦能效自动测试系统包括电能采集模块、Zigbee无线通信模块、GSM无线通信模块、负载高度测量模块、RS485转TTL模块、微处理器主控模块、电池供电模块、SD卡存储模块、触摸屏交互模块、IO驱动模块、I/O输入输出模块；微处理器主控模块与Zigbee无线通信模块、GSM无线通信模块、RS475转TTL模块、电池供电模块、SD卡存储模块、触摸屏交互模块、IO驱动模块、I/O输入输出模块分别连接；IO驱动模块与电动葫芦的自动控制端口连接；I/O输入输出模块与计算机连接；负载高度测量模块与Zigbee无线通信模块连接；电能采集模块与RS485转TTL模块连接；解决了现有的电动葫芦能效测试时自动化程度不高，测试流程不符合要求的问题；达到了提高电动葫芦能效测试的自动化程度和测试结果的准确性和精确度、简化测试流程的效果。

利用微控制器技术，严格按照GB/T 30028-2013《电动葫芦能效测试方法》中规定的电动葫芦运行流程(上升、悬停、下降、悬停)进行能效测试，使用定时器外设控制各流程的运行时间，保证测试结果的准确性，测试过程无需人工参与，极大地提高了测试效率；

负载高度测量采用激光测距技术；

由于电动葫芦能效测试时测量的物理量空间位置分散，总耗能在电动葫芦的电控箱进线端测量，有效能在负载侧测量，电动葫芦一般安装在远离地面的横梁上，使用现场总线(如RS485)传输数据，安装部署较为麻烦，本实用新型利用的ZigBee无线通信模块，通过ZigBee通信方式实现负载高度测量模块和微处理器主控模块的无线连接，避免了过多的线路布置和连接工作，部署简单，成本低，很大程度上简化了测试工作；

电动葫芦运行实现自动控制，微控制器通过IO驱动模块，使得电动葫芦按照设定的运行工况和测试流程自动运行；

本实用新型给出的电动葫芦能效测试系统可以充分利用物联网技术，实现便捷的电动葫芦的能效测试及与后台服务器的无线互联，免去了测试人员的数据手工记录工作，规避了因人员记录偏差、遗漏而造成的错误，方便了随时随地方便在线查询；

在能效测试的同时，自动分析电动葫芦能效等级，省去了人工查询和判断，提高了效率。

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自动测试系统的结构框图；

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自动测试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自动测试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自动测试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自动测试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自动测试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自动测试系统的结构框图。如图1所示，该电动葫芦能效自动测试系统包括：电能采集模块101、Zigbee无线通信模块103、GSM无线通信模块107、负载高度测量模块104、RS485转TTL模块102、微处理器主控模块105、电池供电模块110、SD卡存储模块106、触摸屏交互模块108、IO驱动模块109、I/O输入输出模块111。

微处理器主控模块105与Zigbee无线通信模块103、GSM无线通信模块107、RS485转TTL模块102、电池供电模块110、SD卡存储模块106、触摸屏交互模块108、IO驱动模块109、I/O输入输出模块111分别连接。

I/O输入输出模块111与计算机连接。

通过计算机运行测试和控制程序，测试数据可以导入计算机中进行处理，计算机也可以编辑未处理器主控模块105中的数据。

负载高度测量模块104与Zigbee无线通信模块103连接。

负载高度测量模块104用于测量测试过程中电动葫芦负载的起升距离。

负载高度测量模块104获取的起升距离通过Zigbee无线通信模块103发送至微处理器主控模块105。

可选的，Zigbee无线通信模块103的数量为两个，与微处理器主控模块105连接的Zigbee无线通信模块作为Zigbee通信中的协调器，与负载高度测量模块104连接的Zigbee无线通信模块作为Zigbee通信中的终端模块。

通过Zigbee无线通信模块实现数据传输，避免在测试现场部署总线的繁琐。

需要说明的是，负载高度测量模块104的数量不唯一，负载高度测量模块104的数量根据实际测试的电动葫芦的数量确定；与负载高度测量模块104连接的Zigbee无线通信模块不唯一，与微处理器主控模块105连接的Zigbee无线通信模块可与多个和负载高度测量模块104连接的Zigbee无线通信模块建立Zigbee通信。

IO驱动模块109与电动葫芦的自动控制端口连接。

触摸屏交互模块108用于响应用户操作，向微处理器主控模块105发送控制命令，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。当用户在触摸屏交互模块内的触摸设备上操作时，触摸屏交互模块108响应用户操作，向微处理器主控模块105发送与操作对应的控制命令。

微处理器主控模块105，用于根据触摸屏交互模块108发送的控制命令生成电动葫芦控制指令，并发送至IO驱动模块109。

IO驱动模块109用于放大微处理器主控模块105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了。

电动葫芦的工况包括上升、悬停、下降、悬停。

GSM无线通信模块107用于与服务器连接。

通过GSM无线通信模块将数据发送至服务器。

SD卡存储模块106用于存储测试数据和计算结果。

电能采集模块101用于采集电动葫芦的耗电量、电压、电流。

电能采集模块101与RS485转TTL模块102连接。

电能采集模块101通过RS485转TTL模块102与微处理器主控模块105进行通信。

微处理器主控模块还通过RS485转TTL模块向电能采集模块发送电能数据获取命令，接收RS485转TTL模块发送的电能数据，通过Zigbee无线通信模块向负载高度测量模块发送电动葫芦负载的起升距离获取命令，接收Zigbee无线通信模块发送的起升距离，根据电能数据计算电动葫芦起升机构在测试周期内完成起升动作的供给能，根据起升距离和电动葫芦的测试起重载荷重量，计算电动葫芦在测试周期内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。

电池供电模块110，用于为电能采集模块101、Zigbee无线通信模块103、GSM无线通信模块107、负载高度测量模块104、RS485转TTL模块102、微处理器主控模块105、SD卡存储模块106、触摸屏交互模块108、IO驱动模块109、I/O口输入输出模块供电111。

可选的，电池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，电池供电模块还包括稳压电路；稳压电路与锂电池连接。

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RS485转TTL模块连接；

微处理器主控模块包括控制芯片，控制芯片通过UART口与RS485转TTL模块连接；

Zigbee无线通信模块包括Zigbee无线通信芯片，Zigbee无线通信芯片通过UATR口与控制芯片连接；

负载高度测量模块包括激光测距传感器，激光测距传感器与Zigbee无线通信芯片连接；

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

SD卡存储模块包括SD卡和卡槽，SD卡放置在卡槽中，卡槽与控制芯片连接；

IO驱动模块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。

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，控制字电动葫芦升降、悬停。

以控制芯片的型号为STM32F407VET6，Zigbee无线通信芯片的型号为CC25302.4GHz，GSM无线通信芯片的型号为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，触摸屏交互模块的型号为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自动测试系统的电路示意图。

电能采集模块与RS485转TTL模块通过RS485总线连接，微处理器主控模块中的控制芯片通过UART串口向RS485转TTL模块发送协议帧，RS485转TTL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RS485转TTL模块将电能数据发送回微处理器主控模块中的控制芯片。

图4中的+3.3V电源有电池供电模块提供，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SD卡存储模块的卡槽通过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无线通信芯片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无线通信芯片Risym A6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电源由电池供电模块提供，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自动测试系统，包括电能采集模块、Zigbee无线通信模块、GSM无线通信模块、负载高度测量模块、RS485转TTL模块、微处理器主控模块、电池供电模块、SD卡存储模块、触摸屏交互模块、IO驱动模块、I/O输入输出模块；微处理器主控模块与Zigbee无线通信模块、GSM无线通信模块、RS475转TTL模块、电池供电模块、SD卡存储模块、触摸屏交互模块、IO驱动模块、I/O输入输出模块分别连接；IO驱动模块与电动葫芦的自动控制端口连接；I/O输入输出模块与计算机连接；负载高度测量模块与Zigbee无线通信模块连接；电能采集模块与RS485转TTL模块连接；解决了现有的电动葫芦能效测试时自动化程度不高，测试流程不符合要求的问题；达到了提高电动葫芦能效测试的自动化程度和测试结果的准确性和精确度、简化测试流程的效果。

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自动测试系统，其特征在于，所述系统包括电能采集模块、Zigbee无线通信模块、GSM无线通信模块、负载高度测量模块、RS485转TTL模块、微处理器主控模块、电池供电模块、SD卡存储模块、触摸屏交互模块、IO驱动模块、I/O输入输出模块；

所述微处理器主控模块包括控制芯片，所述Zigbee无线通信模块包括Zigbee无线通信芯片，所述GSM无线通信模块包括GSM无线通信芯片；

所述控制芯片与所述Zigbee无线通信芯片、所述GSM无线通信芯片分别连接；

所述微处理器主控模块与所述RS485转TTL模块、所述电池供电模块、所述SD卡存储模块、所述触摸屏交互模块、所述IO驱动模块、所述I/O输入输出模块分别连接；

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

所述I/O输入输出模块与计算机连接；

所述负载高度测量模块与所述Zigbee无线通信模块连接；

所述电能采集模块包括三相智能电表，所述三相智能电表通过RS485总线与所述RS485转TTL模块连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池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；

所述稳压电路与所述锂电池连接。

4.根据权利要求1至3任一所述的系统，其特征在于，

所述控制芯片通过UART口与所述RS485转TTL模块连接；

所述Zigbee无线通信芯片通过UATR口与所述控制芯片连接；

所述负载高度测量模块包括激光测距传感器，所述激光测距传感器与所述Zigbee无线通信芯片连接；

所述GSM无线通信芯片通过URAT口与GPIO口与所述控制芯片连接；

所述SD卡存储模块包括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。