CN219370224U - 一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及起重机运行技术领域，具体涉及一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块，包括供电模块、无线采集及传输模块以及重量传感器，所述供电模块包括电池以及电池壳体；所述电池壳体上设置电池输出端；所述无线采集及传输模块包括壳体；所述壳体上设置有输入端和输出端；所述输入端与所述电池输出端可拆卸连接；所述输出端与所述重量传感器可拆卸连接。即本实用新型的无线重量采集传输模块中的各模块之间能够自由拆卸，安装方便，替换维修方便。

Description

一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块

技术领域

本实用新型涉及起重机运行技术领域，具体涉及一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块。

背景技术

履带吊是一种工地上常见的大型起重机械，便于小范围灵活移动，起重量大，在工地施工领域应用广泛。图1为履带吊的简单示意图，从安全角度看，履带吊的吊装重量非常关键，司机需要快速准确获得实时的重量参数，超标的时候给予预警提醒。

现有常采用旁压型式的重量传感器进行起重量信号的采集，如图2所示，为旁压型式的重量传感器简图，图中的L、H尺寸作为选配重量传感器的重要参数，从图2中可知，旁压型式的重量传感器需要安装在钢丝绳的固定端。

而对于履带吊来说，钢丝绳的固定端在大臂的最前面，如果安装旁压型式的重量传感器，则需要沿大臂敷设一根电缆，但是在履带吊移动工作过程中，电缆容易被扯断，尤其是变工况时，还需要拆掉该电缆，因此无论是安装还是使用，均造成了工作量巨大，且工作效率不高。

而为了解决上述问题，现有的履带吊品牌的重量传感器及采集模块采用集成电路的方式，通过无线代替有线的方式进行重量信号的采集，但是其所配电池一般只能使用1个月左右，当电池电量用完，就需要更换整个重量传感器及采集模块，存在资源浪费，成本较高的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块，用以解决现有的整个重量传感器及采集模块在使用过程中，存在资源浪费，且成本较高的问题。

本实用新型提供的一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块，包括供电模块、无线采集及传输模块以及重量传感器，

所述供电模块包括电池以及电池壳体；所述电池壳体上设置电池输出端；

所述无线采集及传输模块包括壳体；所述壳体上设置有输入端和输出端；所述输入端与所述电池输出端可拆卸连接；所述输出端与所述重量传感器可拆卸连接。

优选地，所述输入端与所述电池输出端通过防水连接器进行可拆卸连接；所述输出端与所述重量传感器通过防水连接器可拆卸连接。

优选地，所述防水连接器为带锁紧功能的四芯接头。

优选地，所述无线采集及传输模块包括稳压电路、采集电路和控制及传输电路，所述稳压电路的输出端连接所述采集电路，所述采集电路的输出端与控制及传输电路连接。

优选地，所述采集电路包括重量传感器的供电及π型抗干扰电路以及采集信号电路，所述重量传感器的供电及π型抗干扰电路包括信号输入端，信号输入端并联设置一条支路，所述支路依次串设有第一电感、第一电阻、第一电容、第二电阻和第二电感，其中所述第一电感与第一电阻的连接端通过第二电容接地，第二电阻与第二电感的连接端通过第三电容接地，第一电容两端为信号输出端；所述信号输出端与采集信号电路的输入引脚连接。

优选地，所述控制及传输电路包括控制器以及功率放大器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的方案通过将供电模块、无线采集及传输模块以及重量传感器分别进行模块化设计，通过可拆卸的方法进行连接，当电池出现问题，能够更换供电模块；当无线采集及传输模块存在故障，仅需要更换无线采集及传输模块即可，简单，安装方便，容易操作，且降低了成本。

2、本实用新型的方案通过采用带锁紧功能的四芯接头，通过配备的防水PG头，既能方便拆卸又能起到防水的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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它附图。

图1为履吊带的简单示意图；

图2为重量传感器的剖面示意图；

图3为本实用新型的一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块的结构框图；

图4为本实用新型的一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块的连接结构示意图；

图5为本实用新型的低功耗电路图；

图6为本实用新型的采集电路中的重量传感器的供电及π型抗干扰电路的电路图；

图7为本实用新型的采集电路中的采集芯片HX710的芯片引脚图；

图8为本实用新型的控制及传输电路的电路图；

图9为本实用新型的无线采集及传输模块数据采集发送流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型的方案的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。

具体地，如图3和图4所示，本实用新型提供的一种用于履带吊的无线重量采集传输模块，包括供电模块、无线采集及传输模块以及重量传感器。

其中供电模块、无线采集及传输模块以及重量传感器之间有线连接；同时还包括监控室，无线采集及传输模块与监控室无线连接。

其中，供电模块包括电池以及电池壳体；电池壳体上设置电池输出端；电池壳体为防水外壳。

其中，无线采集及传输模块包括壳体；该壳体为防水外壳；其壳体上设置有输入端和输出端；输入端与电池输出端可拆卸连接；输出端与重量传感器可拆卸连接。

上述实施例中的防水外壳可采用塑料透明外壳。

上述实施例中的可拆卸连接是在输入端与电池输出端之间设置防水连接器；输出端与重量传感器之间也设置防水连接器，实现可拆卸连接。

本实施例中的防水连接器为带锁紧功能的四芯接头，本实施例中的四芯快速防水接头，带锁紧功能，连接可靠。

由于本实施例中的供电模块自带防水外壳，无线采集及传输模块也自带防水外壳，两者之间用快速接头连接；重量传感器和无线采集及传输模块之间也采用这种四芯接头，方便重量传感器安装后和无线采集及传输模块进行快速连接。

需要说明的是，防水连接器中的PG头用于固定四芯线，其具有密封的作用，防水等级IP65。需要说明的是，凡是有线的入口处都配置防水PG接头，以适应室外长期使用的需求。防水的塑料盒为带透明盖子，便于调试时观测电路板上给出的电源灯和入网指示灯的状态，也便于查找故障。先定好外壳的尺寸，然后设计电路板layout。

其中，本实施例中的供电模块的电池选用锂电池，对于锂电池选型考虑的因素：首先，无线采集及传输模块的功耗；其次是现场需求持续使用1个月；本实用新型经过后期实物测试，无线采集及传输模块的功耗如下表1所示：

表1

根据表1中的数据，计算无线采集及传输模块的功耗如下：

0.95*3.3*2.7/1000+0.05*28*3.3＝0.00846+4.62＝4.628mW；若按照一个月使用期限计算：则31*24*4.628/1000＝3.44Ah；考虑容量富裕度后，本实施例中选择至少为5Ah@7.4V的聚合物锂电池。综合目前市场电池的型号，本实施例中选择的电池的型号为：LY聚合物锂电池，其参数为：10000mAh@7.4V，尺寸为：厚度18mm*宽60*长105mm。

本实施例中的无线采集及传输模块包括稳压电路、采集电路和控制及传输电路，所述稳压电路的输出端连接所述采集电路，所述采集电路的输出端与控制及传输电路连接。

其中稳压电路包括整流器模块和低功耗电路，无线采集及传输模块的电压输入端连接整流器模块的输入端，整流器的输出端与低功耗电路连接；其中整流器模块与低功耗电路之间还并联设置有电容C1；低功耗电路的输出端还并联设置有电容C2。本实施例中的稳压电路，用于调节供电模块的输出电压，并输出3.3V电压。

如图5所示，本实施例中低功耗电路的芯片的输入引脚Vin连接整流器的输出端，输入引脚Vin与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与接地引脚GND连接；输出引脚Vout与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与接地引脚GND连接。

上述中的低功耗电路的芯片采用低功耗的线性稳压器LDO(SSP1117-3.3V)产生CPU(CC2530)所需要的电压3.3V；其中低功耗电路的元器件的参数，见表2所示。

表2

序号	位号	型号	封装
				1	C1	10uF/16V	0603
2	C2	10uF/16V	0603
				3	U1	SSP1117-3.3	SOT-223

本实施例中通过利用线性稳压器LDO将电池输出的电压转换为3.3V，通过采集电路的电压输入端进行电压输入。

其中的采集电路包括重量传感器的供电及π型抗干扰电路以及采集信号电路，如图6所示为重量传感器的供电及π型抗干扰电路，包括信号输入端(S+、S-)，信号输入端并联设置一条支路，所述支路依次串设有第一电感L3、第一电阻R12、第一电容C15、第二电阻R14和第二电感L4，其中所述第一电感L3与第一电阻R12的连接端通过第二电容C15接地，第二电阻R14与第二电感L4的连接端通过第三电容C14接地，第一电容C15两端为信号输出端(INP、INN)；所述信号输出端(INP、INN)与采集信号电路的输入引脚连接。

具体地，重量传感器的供电及π型抗干扰电路的元器件的参数以及作用，见表3所示。

表3

序号	位号	型号	封装	作用
					1	L3，L4	10uH	1206	平滑信号
2	C13，C14	470pF	0603	滤波
					3	R12，R14	200Ω	0603	阻抗匹配
4	C15	100nF	0603	差分信号滤波

其中，重量传感器的供电及π型抗干扰电路的INP是信号正极，INN是信号负极，其直接和采集信号电路中的HX710重量采集芯片的4脚和3脚相连接；重量传感器信号经过调理后进入HX710的4脚和3脚；HX710的5脚和6脚连接CPU芯片cc2530的IO引脚，用于读写HX710的数据。如图7所示，为芯片HX710的引脚图。

需要说明的是，HX710是一款专为高精度电子秤设计的24位A/D转换芯片，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性能强等优点。

其中，如图8所示，控制及传输电路中选用低功耗的zigbee无线芯片cc2530作为cpu控制器，为达到设计目标，选用cc2592功率放大器配合使用，无线距离可以达到300米，能适用于履带吊这种工作场合，具体地，cc2530及功放cc2592电路设计的参数，如表4所示：

表4

序号	位号	功能	型号	封装
					1	L101	PA偏置电感	4.7nH	0402
2	L102	巴伦天线匹配电感	1nH	0402
					3	L103	巴伦天线匹配电感	1.8nH	0402
4	C101	巴伦天线匹配电容	2.2pF	0402
					5	C103	巴伦天线匹配电容	2.2pF	0402
6	C105	巴伦天线匹配电容	2.2pF	0402
					7	C106	退耦	12pF	0402
8	C107	退耦	1nF	0402
					9	C108	退耦	1uF	0402
10	C109	隔直	18pF	0402
					11	C131	退耦	1nF	0402
12	C151	退耦	12pF	0402

需要说明的是，控制器cc2530与功放cc2592之间有三根控制线相连，分别是PA_EN,LNA_EN,HGM；其控制组合时序如下表5所示：

表5

序号	PA_EN	LNA_EN	HGM	模式
					1	0	0	X	睡眠模式
2	X	1	0	低增益接收
					3	X	1	1	高增益接收
4	1	0	X	TX发送模式

本实施例中的zigbee芯片为CC2530F256，此芯片兼具单片机和无线收发器于一体，性价比高，很适合此处应用。另外，芯片CC2530F256具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统；运行模式之间的切换时间短进一步确保了低功耗消耗。

此外，本实施例中还可设计板载拨码开关切换电路，用于识别无线PANID的设置，无线频段的设置等，应用非常方便。见下表6和表7所示：

表6

序号	IO3(P06)	IO4(P12)	PANID定义
				1	0	0	0x1278
2	0	1	0x1279
				3	1	0	0x127A
4	1	1	0x127B

表7

序号	IO5(P13)	IO6(P14)	无线频段
				1	0	0	11
2	0	1	15
				3	1	0	19
4	1	1	26

需要说明的是，无线PANID的设置表明此无线增量编码器可以多套相邻使用而不会相互串扰；无线频段的设置表明此无线重量模块可以多个频段应用，当一个频段在现场受影响无法无线联网时可以设置另外的无线频段来联网，增强了使用方便性。

本实施例中设计板载无线联网指示灯，当无线通信建立后，指示灯会快速闪烁，通过此指示灯的状态可以很方便的判断此无线重量模块是否已经入网。

本实施例的方案通过选用低功耗低时延低成本的短距离无线zigbee技术组网；且芯片采用cc2530(主控)+cc2592(无线功率放大)的方案，设计相关的硬件电路，满足现场的通讯距离需求。同时，设计自组网的程序，能快速组网，且具备现场调频功能。

基于上述中设置的用于履带吊的无线重量采集传输模块，其具有的特点为：

1)体积小，最大不能大于20cm*20cm的范围。

2)信号无线传输，性能稳定，组网快速，传输距离大于150米；

3)结构防水，可室外应用。

4)所配电池满电后至少能应用1个月。

5)电池可拆卸，便于更换电池。

因此，本实用新型提供的一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块，配合旁压式重量传感器，通过无线采集及传输模块，能够准确采集重量信息并将其无线传输到监控室(司机室内)的接收端，由于可拆卸的原因，其适用于后加装重量采集单元的情况，安装方便，成本低廉。

进一步地，为了做到超低功耗应用，本实用新型还包括对无线传输模块的软件进行设计，具体地，如图9所示，先进行程序初始化，其中初始化包括始终初始化，IO初始化，读取PANID和无线频段信息以及无线终端节点配置初始化，设置传送间隔T。在程序初始化后，重量传感器的供电单元定时发送数据，如果发送成功，说明接收端正常，可以按照既定的数据发送频率周期发送，发送完毕后立即休眠；其中无线传输模块还可以定时唤醒采集并再发送，周而复始；如果发送不成功，则下个周期继续进行发送，若仍未成功，则延长定时时间(一般取原发送周期的2倍)，相当于休眠时间延长，定时再唤醒；需要说明的是，上述程序的设计能够兼顾功耗低和提高可靠性，同时，当无线网络恢复后能快速自动入网，恢复正常采集和发送。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块，其特征在于，包括供电模块、无线采集及传输模块以及重量传感器，

所述供电模块包括电池以及电池壳体；所述电池壳体上设置电池输出端；

所述无线采集及传输模块包括壳体；所述壳体上设置有输入端和输出端；所述输入端与所述电池输出端可拆卸连接；所述输出端与所述重量传感器可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块，其特征在于，所述输入端与所述电池输出端通过防水连接器进行可拆卸连接；所述输出端与所述重量传感器通过防水连接器可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块，其特征在于，所述防水连接器为带锁紧功能的四芯接头。

4.根据权利要求1所述的一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块，其特征在于，所述无线采集及传输模块包括稳压电路、采集电路和控制及传输电路，所述稳压电路的输出端连接所述采集电路，所述采集电路的输出端与控制及传输电路连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块，其特征在于，所述采集电路包括重量传感器的供电及π型抗干扰电路以及采集信号电路，所述重量传感器的供电及π型抗干扰电路包括信号输入端，信号输入端并联设置一条支路，所述支路依次串设有第一电感、第一电阻、第一电容、第二电阻和第二电感，其中所述第一电感与第一电阻的连接端通过第二电容接地，第二电阻与第二电感的连接端通过第三电容接地，第一电容两端为信号输出端；所述信号输出端与采集信号电路的输入引脚连接。

6.根据权利要求4所述的一种用于履带吊的无线重量信号采集传输模块，其特征在于，所述控制及传输电路包括控制器以及功率放大器。