CN216155330U

CN216155330U - 基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统

Info

Publication number: CN216155330U
Application number: CN202120790366.9U
Authority: CN
Inventors: 刁寅午; 蔡伦; 沈豪杰; 陈雷
Original assignee: Tianjin Chengjian University
Current assignee: Tianjin Chengjian University
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2031-04-19

Abstract

本实用新型公开了基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统，包括拉力传感器、加速度传感器、采集处理模块、显示报警模块。拉力传感器、加速度传感器、采集处理模块安装在吊钩处，显示报警模块安装在驾驶室，采集处理模块与显示报警模块通过无线连接传输数据。拉力传感器用于检测起吊拉力，加速度传感器用于检测沿拉力方向加速度，采集处理模块还包括三轴加速度与倾角传感器单元，用于加速度补偿和倾角方位检测。通过对采集的起吊拉力、摆动方位和三轴加速度等数据的处理和计算，确定货物重量，实现动态称重；根据起吊拉力确定起重机是否过载。显示报警模块实现过载报警，显示起吊拉力、货物重量和累积值。

Description

基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统

技术领域

本实用新型涉及货物装卸称重技术领域，尤其是基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统。

背景技术

起重机是现代工业生产和交通运输中实现生产过程机械化、自动化的重要工具和设备，广泛应用于工矿企业、钢铁化工、铁路运输、港口码头、物流周转以及城镇基础建设等场所。在一些传送与装卸货物过程中往往需要称重这一重要步骤，传统的方式中，起重机装卸阶段和称重阶段往往是分离的，需要额外增加过磅或其他称重方式等复杂环节，不仅增加成本还效率低下。目前已有起重机及称重一体的系统一般都是静态称重，与之相对应的动态称重是指在装卸货物过程中就能对货物重量进行称量，由于受到起吊加速度及摆动的影响，动态称重比静态称重要困难和复杂。对于动态称重遇到的主要问题是称量精度，达不到一定的称量精度，动态称重就没有实际应用价值。

起重机工作时另一个问题就是超载安全问题，超载作业对起重机结构危害很大，当起重机在超载作业时，可使钢丝绳拉断、传动部件损坏、电动机烧毁，严重时甚至会使起重机倒塌或吊塔坍塌事故的发生，从而造成严重的生命财产损失。因此，当起吊货物超载时必须发出报警，从而及时提醒操作人员停止作业并察看问题所在，保证驾驶员的人身和起重设施的安全。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型目的是提供基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统，通过对采集的起吊货物载荷拉力、摆动方位和三轴加速度等数据的处理和计算，确定货物的重量，根据起吊货物载荷拉力确定起重机是否过载。

本实用新型的技术方案是：基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统包括拉力传感器、加速度传感器、采集处理模块、显示报警模块，采集处理模块与显示报警模块通过无线连接传输数据。系统组成如图1。

进一步的，所述拉力传感器、加速度传感器和采集处理模块安装在起重机吊钩处，显示报警模块安装在驾驶室内。

进一步的，所述拉力传感器用于检测起重机起吊货物荷载拉力，采用应变式力传感器，将拉力转换为应变片电阻的变化；所述加速度传感器用于检测沿起吊拉力方向的Z轴加速度，采用具有中低频特性的无源动圈往复式电磁感应加速度传感器，将加速度转化为电压输出；所述拉力传感器和加速度传感器的输出接入到采集处理模块。

进一步的，所述采集处理模块将采集的数据经处理计算得到起吊货物重量，并将数据通过无线传送到显示报警模块显示，根据起吊拉力确定是否过载报警；所述显示报警模块可以通过USB接口与便携式计算机连接，下载起吊货物重量和累计值。

进一步的，所述采集处理模块组成框图如图2所示，包括变换单元一、变换单元二、三轴加速度与倾角传感器单元、微处理器单元、天线及匹配单元、电源单元、电池；所述变换单元一将拉力传感器输出量变换成标准的电压信号，变换单元二将加速度传感器的输出量变换成标准的电压信号；所述变换单元一、变换单元二输出与微处理器单元连接；所述三轴加速度与倾角传感器单元用于检测吊钩处XYZ三轴加速度及倾角，三轴加速度检测用于补偿上述外接Z轴加速度传感器，输出与微处理器单元通过SPI总线连接；所述微处理器单元采用 CC2530；所述微处理器单元与天线及匹配单元连接，将采集拉力、加速度、三轴加速度与倾角和经过处理计算得到的起吊货物重量无线传送到显示报警模块；所述采集处理模块采用低功耗设计，由电池供电；所述电源单元与电池连接，给采集处理模块各个单元提供稳定的电源电压。

进一步的，所述显示报警模块组成框图如图3所示，包括微处理器单元、天线及匹配单元、TFT彩色显示单元、数据存储单元、声光报警单元、USB接口单元、电源单元；所述微处理器单元采用CC2531；所述微处理器单元与天线及匹配单元连接，无线接收起吊货物重量、起吊拉力等数据；所述TFT彩色显示单元与微处理器单元连接，用于显示起吊货物重量、重量累计值和拉力值；所述微处理器单元与数据存储单元通过SPI总线连接，数据存储单元具有掉电保护功能；所述微处理器单元与声光报警单元连接，当起吊拉力大于设定值时，通过声光报警单元发出声光报警；所述微处理器单元可以通过USB接口单元与便携式计算机连接；所述电源单元将输入的12V车载电源变换为5V和3.3V电压供显示报警模块其他单元使用。

进一步的，所述显示报警模块存储的每次起吊货物重量及重量累计值等数据可以下载至便携式计算机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过采集处理模块采集的起吊载荷拉力、摆动方位和三轴加速度数据经处理计算可得到货物的重量，实现动态称重。

2.数据采集处理模块与显示报警模块之间采用无线连接，没有信号传输线的限制，适合起重机的应用环境。

3.数据采集处理模块采用电池组供电，不需要交流220伏电源。

4.根据检测的起吊载荷拉力确定起重机是否发出过载报警。

5.起吊货物重量及重量累计值可以通过USB接口下载至便携式计算机。

附图说明

图1为本实用新型的系统组成示意图；

图2为本实用新型的采集处理模块组成框图；

图3为本实用新型的显示报警模块组成框图；

图4为本实用新型的采集处理模块电路图；

图5为本实用新型的显示报警模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明。

本实施方式中，起吊载荷拉力检测采用大量程FCM系列力传感器，量程可根据起重机吨位选择10T、20T、30T、50T、100T等，技术参数：灵敏度2.0±0.05mV/V、综合精度0.3％FS、输出电阻355±10Ω、安全过载150％FS、极限过载200％FS；加速度检测采用无源动圈式电磁感应加速度传感器TL891B，技术参数：通频带0.125～80Hz、加速度灵敏度0.3V·s²/m、速度灵敏度38V·s/m、加速度分辨率5×10^-6m/s²、速度分辨率4×10^-7m/s，该传感器不需要供电电源，输出为感应电动势，该传感器可根据开关选择测量位移、速度和加速度。

本实施方式中，采集处理模块电路图如图4所示，拉力传感器的应变片全桥的输出经过变换单元一变换成标准的电压信号，该单元采用的是单电源微功耗精密仪表放大器INA333作为放大变换电路。加速度传感器输出经过变换单元二变换成标准的电压信号，该单元采用单电源集成运算放大器LF358构成的差动放大器作为放大变换电路，在输入端增加了偏移电路。三轴加速度与倾角传感器单元采用的ADXL345是一款小而薄的超低功耗三轴加速度、倾角数字传感器，分辨率可达13位，测量范围达±16g，能够测量小于1.0°的倾斜角度变化。ADXL345主要用作是对上述外接加速度传感器高频特性的补偿和对摆动倾角的测量，通过SPI总线与CC2530相连。作为数据采集和无线通信的核心，微处理器单元采用TI公司开发的ZigBee的专用控制芯片CC2530，该芯片内部集成了改进型8051内核单片机系统和2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee标准的无线射频收发系统。利用CC2530集成的无线射频收发系统，不需要外加无线射频芯片即可实现点对点无线通信，降低了成本并提升了可靠性。天线及匹配单元包括阻抗匹配电路及天线与CC2530连接，将采集和处理的数据无线发送到显示报警模块。采集处理模块采用了低功耗设计，因此使用电池供电，电池通过开关连接到电源单元，电池电量由CC2530检测并无线传输到显示报警模块显示。电源单元采用HT7333-3.3V低压差线性变换电路，将电池电压变换成+3.3V电压供数字电路使用。

本实施方式中，显示报警模块电路图如图5所示，微处理器采用TI公司开发的ZigBee的专用控制芯片CC2531，该芯片相较于CC2530增加了一个内置的 USB控制器。天线及匹配单元包括阻抗匹配电路及天线与CC2531连接，接收采集处理模块发送的起吊拉力和称重数据。TFT彩色显示单元采用8寸显示触摸屏，型号为TJC8060X580_011RN，显示分辨率800×600像素，采用电阻触摸方式。 TFT彩色显示模块通过USART串行异步通信接口与CC2531连接，串行接口参数：最大波特率921600bps，接口为3.3V/5V TTL电平。数据存储单元采用的是64K 位低功耗铁电存储芯片FM25CL64，通过SPI总线与CC2531连接，在85℃时掉电保存数据可达10年。CC2531通过USB接口单元可与计算机连接，可用于下载起吊检测的重量和重量累计值。声光报警单元采用蜂鸣器和LED发光二极管作为报警指示，由CC2531通过三极管9014驱动，当起吊拉力大于设定值时发出过载报警。电源单元包括5V电源电路和3.3V电源电路，5V电源电路采用MC34063 构成的高效开关型DC/DC变换器，将车载12V电压变换为+5V电压供TFT彩色显示单元使用，3.3V电源电路采用低压差线性变换电路HT7333-3.3V，将+5V电压变换成+3.3V电压供数字电路使用。

凡利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，在本实用新型的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖保护范围之内。

Claims

1.基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统，其特征在于，包括拉力传感器、加速度传感器、采集处理模块、显示报警模块；所述拉力传感器用于检测起重机起吊货物荷载拉力，加速度传感器用于检测沿起吊拉力方向Z轴加速度；所述拉力传感器、加速度传感器、采集处理模块安装在吊钩处，显示报警模块安装在驾驶室；所述拉力传感器和加速度传感器的输出接入到采集处理模块；所述采集处理模块与显示报警模块通过无线连接；所述采集处理模块将采集的数据经处理计算得到起吊货物重量，并将数据通过无线传送到显示报警模块显示，根据起吊拉力确定是否发出过载报警；所述显示报警模块可以通过USB接口与便携式计算机连接，下载起吊货物重量和累计值。

2.根据权利要求1所述的基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统，其特征在于，所述采集处理模块包括变换单元一、变换单元二、三轴加速度与倾角传感器单元、微处理器单元、天线及匹配单元、电源单元、电池；所述拉力传感器与变换单元一连接，加速度传感器与变换单元二连接；所述变换单元一、变换单元二输出与微处理器单元连接；所述三轴加速度与倾角传感器单元与微处理器单元连接；所述微处理器单元采用CC2530；所述微处理器单元与天线及匹配单元连接；所述电源单元与电池连接，给各个单元提供电能。

3.根据权利要求1所述的基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统，其特征在于，所述显示报警模块包括微处理器单元、天线及匹配单元、TFT彩色显示单元、数据存储单元、声光报警单元、USB接口单元、电源单元；所述微处理器单元采用CC2531；所述微处理器单元与天线及匹配单元连接；所述微处理器单元与TFT彩色显示单元连接；所述微处理器单元与数据存储单元连接；所述微处理器单元与声光报警单元连接；所述微处理器单元可以通过USB接口单元与便携式计算机连接；所述显示报警模块由12V车载电源供电，经电源单元变换供各单元使用。

4.根据权利要求1所述的基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统，其特征在于，所述拉力传感器采用FCM系列大量程应变式力传感器；所述加速度传感器采用TL891B无源动圈式电磁感应加速度传感器。

5.根据权利要求2所述的基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统，其特征在于，所述三轴加速度与倾角传感器单元采用数字传感器ADXL345。

6.根据权利要求3所述的基于无线传输的起重机动态称重及过载报警系统，其特征在于，所述数据存储单元采用64K位低功耗铁电存储芯片FM25CL64，具有掉电保护功能。