CN212133730U - 基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统，包括计米装置，所述计米装置包括设置于设备轮一侧的支臂和转动装配在所述支臂下端的计米轮，所述计米轮的外周面抵接在设备轮的外周面上且所述计米轮的一侧面上设置有若干个磁体，所述磁体以所述计米轮的中轴线为中心轴均匀排布，所述支臂的下端对应所述磁体设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器的感应面正对所述磁体的运动轨迹；本实用新型采用的霍尔传感器和磁体相比于编码器而言成本更低，且由于计米轮与霍尔传感器之间还有一定的距离，计米轮若被冲击也不会损坏到霍尔传感器，霍尔传感器不易损坏，减少了系统零件的更换频率。

Description

基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统

技术领域

本实用新型属于起重机状态监测技术领域，具体涉及基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统。

背景技术

架桥机、龙门架等在运行过程中，必须对起重机运行的各项参数进行实时监测，如小车位移、小车控制状态、整机位移、整机控制状态，目前架桥机的卷筒、小车或大车的行程测量是通过编码器来测量，具体的是通过设置一个与架桥机的行走轮同步转动的计米轮，编码器与计米轮同轴设置，计米轮转动是带动编码器转动，之后安全监控系统通过数据处理和分析即可得出架桥机的行程距离。但架桥机现场工况复杂，若编码器的转轴收到冲击则易发生损坏，耐久性差，且编码器成本较高，增加了架桥机安全监控系统的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足而提供一结构简单、低成本的基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统。

本实用新型的技术方案如下：

基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统，包括计米装置，所述计米装置包括设置于设备轮一侧的支臂和转动装配在所述支臂下端的计米轮，所述计米轮的外周面抵接在设备轮的外周面上且所述计米轮的一侧面上设置有若干个磁体，所述磁体以所述计米轮的中轴线为中心轴均匀排布，所述支臂的下端对应所述磁体设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器的感应面正对所述磁体的运动轨迹；所述霍尔传感器为开关式霍尔传感器。

进一步的，所述计米轮一侧面上设置有凹陷，所述凹陷的底部以所述计米轮的中轴线为中心轴均匀设置有若干嵌槽，所述磁体设置在所述嵌槽中。

进一步的，所述霍尔传感器的感应面伸入所述凹陷中。

进一步的，所述计米装置还包括拉簧，所述支臂的上端设置有连接座，所述连接座上设置有第一固定件，所述支臂的下部设置有第二固定件，所述拉簧的两端分别连接在所述第一固定件和所述第二固定件上，所述拉簧始终处于拉紧状态。

进一步的，所述计米装置还包括固定座、固定设置在所述固定座下端的夹持件和被夹持在所述夹持件中的调整梁，所述调整梁垂直连接于所述连接座的一竖直面上。

进一步的，所述基于霍尔的位移采集的架桥机安全监控系统还包括用于汇集状态监测信号的综合采集终端，所述综合采集终端包括MCU模块、以及与所述MCU模块电连接的开关量采集模块、通信模块、脉冲量采集模块、模拟量采集模块和继电器控制模块；

所述开关量采集模块包括第一光耦，所述第一光耦内部的发光二极管的阳极连接有第一电源且所述第一光耦与所述第一电源之间设置有第一电阻，所述第一光耦的内部发光二极管的阴极连接掉电检测接口；所述第一光耦内部的光敏三极管的集电极并联有第66电阻、第65电阻和第18电阻，所述第66电阻的另一端与所述MCU模块连接，所述第65电阻和第18电阻的另一端连接有第二电源。

进一步的，所述基于霍尔的位移采集的架桥机安全监控系统还包括与所述综合采集终端有线或无线连接的监控主机和监测器，所述监控主机用于对数据进行分析、实时显示架桥机的工作状态、进行参数设定，所述监测器用于监测架桥机及周围环境的各种参数。

本实用新型的计米轮的工作原理是，开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成开关信号输出的传感器，当计米轮上均匀安装有N个磁体时，计米轮每转一周磁场就变化N次，从而通过记录磁场变化的次数即可计算处计米轮转动的圈数，由于计米轮在设备轮的带动下转动，因而计米轮外周上某点的转动距离即为设备轮的转动距离，进而可进一步计算出设备轮中心的移动距离。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用基于霍尔传感器与磁体的计米装置取代了现有技术基于编码器的计米方式，霍尔传感器和磁体相比于编码器而言成本更低，且由于计米轮与霍尔传感器之间还有一定的距离，计米轮若被冲击也不会损坏到霍尔传感器，霍尔传感器不易损坏，减少了系统零件的更换频率；综合采集终端实现了架桥机运行状态的传感器等器件输出的开关量、脉冲量和模拟量数据的汇总，可以灵活的适应各种传感器或其他仪表，可以减少因信号源种类多而造成的需要多种数据采集模块来实现架桥机安全监控的局面。

附图说明

图1为本实用新型实施例的框图。

图2为本实用新型实施例的计米轮的结构示意图。

图3为本实用新型实施例的计米轮另一视角的结构示意图。

图4为图3中A处的局部放大图。

图5为本实用新型的MCU模块的电路原理图。

图6为本实用新型其中2路开关量输入电路的电路原理图。

图7为本实用新型其中2路脉冲量采集电路的电路原理图。

图8为本实用新型的模拟量采集电路的电路原理图。

图中，耐磨橡胶层1、嵌槽2、凹陷3、连接柱4、固定头5、霍尔传感器6、第二固定件7、第一固定件8、调整梁9、上夹座10、上孔11、固定座12、连接座13、支臂14、计米轮15、下孔16、下夹座17、磁体18；第一光耦U1、第一电源VCC12、第一电阻R1、第66电阻R66、第65电阻R65、第18电阻R18、第二电源VCC3.3。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图4所示，基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统，包括计米装置，计米装置包括设置于设备轮一侧的支臂14和转动装配在支臂14下端的计米轮15，计米轮15的外周面抵接在设备轮的外周面上且计米轮15的一侧面上设置有若干个磁体18，磁体18以计米轮15的中轴线为中心轴均匀排布，支臂14的下端对应磁体18设置有霍尔传感器6，霍尔传感器6的感应面正对磁体18的运动轨迹；霍尔传感器6为开关式霍尔传感器6；在计米轮15转动的同时，霍尔传感器6感应到磁场变化并输出开关量信号，综合采集终端接收该开关量信号并计算为设备轮的位移形成；其中，设备轮指的是架桥机的卷筒、小车或大车，本实用新型的安装位置与常规基于编码器的计米轮15的安装位置相同。

在一个实施例中，支臂14的下端安装有轴承，一般的，轴承通过轴承座固定，计米轮15朝向霍尔传感器6的一侧突出设置有连接柱4，连接柱4固定在轴承的中心孔中，从而将计米轮15转动装配在了支臂14下端。

在一个实施例中，如图2至图3所示，计米轮15朝向霍尔传感器6的一侧突出设置有连接柱4，支臂14的一侧设置有固定头5，固定头5可以位于计米轮15的同侧也可以位于计米轮15的对侧，固定头5内设置有旋转衬套，连接柱4通过连接轴固定在旋转衬套中，从而将计米轮15转动装配在了支臂14下端。

进一步的，计米轮15一侧面上设置有凹陷3，凹陷3的底部以计米轮15的中轴线为中心轴均匀设置有若干嵌槽2，磁体18设置在嵌槽2中，磁体18可采用磁铁片，如铁氧体材质或钕铁硼材质的磁铁。

进一步的，霍尔传感器6的感应面伸入凹陷3中，从而可以在一定程度上避免现场的砂石落在霍尔传感器6的感应面上。

进一步的，设备轮的外周均匀设置有耐磨橡胶层1。

进一步的，如图2至图4所示，计米装置还包括拉簧，拉簧在图中未示出，支臂14的上端设置有连接座13，连接座13上设置有第一固定件8，支臂14的下部设置有第二固定件7，第一固定件8和第二固定件7用于固定拉簧的两端，拉簧的两端分别连接在第一固定件8和第二固定件7上，拉簧始终处于拉紧状态，从而使得计米轮15可靠的贴在设备轮上，避免由于刹车等造成计米轮15与设备轮脱离，造成测量误差；第一固定件8和第二固定件7可以是螺钉等柱体或圆环等环形件，使得拉簧两端的钩子可以钩在第一固定件8或第二固定件7上。

进一步的，计米装置还包括固定座12、固定设置在固定座12下端的夹持件和被夹持在夹持件中的调整梁9，调整梁9垂直连接于连接座13的一竖直面上；固定座12安装在设备轮一侧的挡板上，通过调整夹持件夹持调整梁9的位置实现计米轮15与设备轮表面贴合位置的水平方向上的调整，并尽量使计米轮15抵靠在设备轮的中部位置；夹持件包括固定设置在固定座12上的上夹座10和活动连接于固定座12上的下夹座17，上夹座10远离固定座12的一端设置有上孔11，下夹座17远离固定座12的一端设置有下孔16，上孔11或下孔16中的至少一个具有内螺纹，从而可以通过螺栓将两者夹紧调整梁9后固定。

进一步的，如图1、图5至图8所示，基于霍尔的位移采集的架桥机安全监控系统还包括用于汇集状态监测信号的综合采集终端，综合采集终端包括MCU模块、以及与MCU模块电连接的开关量采集模块、通信模块、脉冲量采集模块、模拟量采集模块、继电器控制模块和供电模块；通信模块采用常规485通信模块或电台数传或WiFi模块中的一种或几种，供电模块和继电器控制模块采用常规模块即可，供电模块起到稳定的供电功能，继电器控制模块用于控制继电器，对于本领域人员来说，均能实施，属于常规技术手段，在此不再赘述；优选的，掉电检测模块包括10路-20路开关量输入电路，优选的选用18路开关量输入电路，脉冲采集模块包括3路脉冲量采集电路，模拟量采集模块包括2路模拟量采集电路，在足够使用的前提下缩减电路的体积，降低成本。

如图6所示，开关量采集模块包括第一光耦U1，第一光耦U1内部的发光二极管的阳极连接有第一电源VCC12且第一光耦U1与第一电源VCC12之间设置有第一电阻R1，第一光耦U1的内部发光二极管的阴极连接掉电检测接口；第一光耦U1内部的光敏三极管的集电极并联有第66电阻R66、第65电阻R65和第18电阻R18，第66电阻R66的另一端与MCU模块1连接，第65电阻R65和第18电阻R18的另一端连接有第二电源VCC3.3；如图5所示，MCU模块包括主控芯片，主控芯片的型号为STM32F103C8T6；第一光耦为FOD817S光耦，模拟量采集模块包括TM7711模数转换芯片，电源模块包括LM2596S-ADJ降压芯片，485通信模块采用TP8485E芯片；主控芯片的PB6、PA6、PA0为脉冲量输入引脚，主控芯片的PBO、PB1、PA7、PA5为模拟量输入引脚，主控芯片的PA2、PA1、PC15、PC14、PC13、PB9、PB8、PB7、PB5、PB4、PB3、PA15、PA12、PA11、PA8、PB15、PB14、SWDIO为开关量输入引脚，其余主控芯片引脚的接线安装常规接法即可，此处不再赘述。

由于每一路的开关量输入电路的结构相同，在图6中仅给出两路开关量输入电路的电路原理图以及与之对应的掉电检测接口，掉电检测接口又可作为开关量输入口；由于每一路的脉冲量采集电路的结构相同，在图7中仅各处两路脉冲量采集电路的电路原理图以及对应的脉冲量串口，两路模拟量采集电路相同，故在图8中仅显示出一路模拟量采集电路的电路原理图；图5为MCU模块的电路原理图。

进一步的，如图1所示，基于霍尔的位移采集的架桥机安全监控系统还包括与综合采集终端有线或无线连接的监控主机和监测器，监控主机用于对数据进行分析、实时显示架桥机的工作状态、进行参数设定，监测器用于监测架桥机及周围环境的各种参数；监测器为常规的架桥机监测装置中的一种或几种，如水平传感器、风速仪、起重量限制器、防撞装置、运行形成限位器、起升高度/下降深度限位检测器、电流传感器、温度传感器中的一种或几种；具体的，监测器采用RS485总线的连接方式，或采用WIFI、蓝牙4.0、315射频连接、ZigBee无线数据传输的方式与综合采集终端连接，其中，RS485总线连接、WIFI连接、蓝牙4.0、315射频连接、ZigBee无线数据传输为现有技术，此处不再赘述。

在使用时，开关量采集模块综合采集起重机运行的各个状态信息、吊钩制动开关信号，脉冲采集模块采集吊钩起升高度、小车运行行程等信息；模拟量采集模块采集吊钩起重重量信息；通信模块实时与监控主机通信，MCU通过输出命令控制继电器动作，进而控制起重机起升、运行等；此外，本系统可进行网络拓展，以便于进行远程管理和维护，网络拓展采用常规当时拓展即可，如在综合采集模块中设置可接入万维网的第二通信模块，第二通信模块通过光纤或4G或5G的形式接入万维网，另设置有云端平台和用户使用终端，云端平台和用户使用终端分别接入万维网以便于用户登录云端平台进行架桥机安全监控系统的使用和维护。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (7)

1.基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统，其特征在于：包括计米装置，所述计米装置包括设置于设备轮一侧的支臂和转动装配在所述支臂下端的计米轮，所述计米轮的外周面抵接在设备轮的外周面上且所述计米轮的一侧面上设置有若干个磁体，所述磁体以所述计米轮的中轴线为中心轴均匀排布，所述支臂的下端对应所述磁体设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器的感应面正对所述磁体的运动轨迹。

2.根据权利要求1所述的基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统，其特征在于：所述计米轮一侧面上设置有凹陷，所述凹陷的底部以所述计米轮的中轴线为中心轴均匀设置有若干嵌槽，所述磁体设置在所述嵌槽中。

3.根据权利要求2所述的基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统，其特征在于：所述霍尔传感器的感应面伸入所述凹陷中。

4.根据权利要求1所述的基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统，其特征在于：所述计米装置还包括拉簧，所述支臂的上端设置有连接座，所述连接座上设置有第一固定件，所述支臂的下部设置有第二固定件，所述拉簧的两端分别连接在所述第一固定件和所述第二固定件上，所述拉簧始终处于拉紧状态。

5.根据权利要求4所述的基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统，其特征在于：所述计米装置还包括固定座、固定设置在所述固定座下端的夹持件和被夹持在所述夹持件中的调整梁，所述调整梁垂直连接于所述连接座的一竖直面上。

6.根据权利要求1所述的基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统，其特征在于：还包括用于汇集状态监测信号的综合采集终端，所述综合采集终端包括MCU模块、以及与所述MCU模块电连接的开关量采集模块、通信模块、脉冲量采集模块、模拟量采集模块和继电器控制模块；

所述开关量采集模块包括第一光耦，所述第一光耦内部的发光二极管的阳极连接有第一电源且所述第一光耦与所述第一电源之间设置有第一电阻，所述第一光耦的内部发光二极管的阴极连接掉电检测接口；所述第一光耦内部的光敏三极管的集电极并联有第66电阻、第65电阻和第18电阻，所述第66电阻的另一端与所述MCU模块连接，所述第65电阻和第18电阻的另一端连接有第二电源。

7.根据权利要求6所述的基于霍尔的速度位移采集的架桥机安全监控系统，其特征在于：还包括与所述综合采集终端有线或无线连接的监控主机和监测器，所述监控主机用于对数据进行分析、实时显示架桥机的工作状态、进行参数设定，所述监测器用于监测架桥机及周围环境的各种参数。

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