本實用新型涉及起重機的安全控制技術領域，尤其是一種無線的太陽能供電的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術：

近年來，起重機作為運輸機械在各種施工現場被廣泛應用，隨著安全意識的提高，為起重機安裝配套的安全保護系統(tǒng)已經成為一種趨勢。在技術不斷發(fā)展的過程中，無線的安全監(jiān)控系統(tǒng)因具有成本低、安裝方便等優(yōu)勢，越來越受到市場的重視。

傳感器節(jié)點作為無線的安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，散布在施工現場的不同環(huán)境中實時檢測采集數據，電源是無線傳感器節(jié)點設計過程中重要的一環(huán)，目前，采用電池供電是比較常見的方式，在實際應用中電池容量有限，無法負擔長時間的工作，需要定期更換電池確保信號采集能順利進行，由于施工現場環(huán)境復雜，安裝好后更換電池十分困難，且一定程度上增加了系統(tǒng)的維護成本。如何能穩(wěn)定有效地為傳感器節(jié)點提供電源保證就成為無線監(jiān)控管理系統(tǒng)設計中的關鍵問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種無線的太陽能供電的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)能在使用過程中采集太陽能，自動管理充電過程并進行有效的能量存儲，使傳感器節(jié)點具有能量補充能力從而有效地延長了節(jié)點的生存周期，同時易安裝、易維護，方便監(jiān)控起重機運行時的各物理參數，可以有效降低起重機運行時事故發(fā)生頻率，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種無線的太陽能供電的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括主控芯片和太陽能電池板，所述主控芯片通過無線通信模塊與信號采集模塊連接，信號采集模塊的信號端連接重量傳感器、角度傳感器、高度傳感器和風速風向傳感器；信號采集模塊和無線通信模塊貼近重量傳感器、角度傳感器、高度傳感器和風速風向傳感器安裝；所述主控芯片的接口連接顯示模塊、觸摸屏模塊和語音模塊，主控芯片的輸入端電性連接電源模塊和控制模塊，電源模塊為系統(tǒng)中主機的各個模塊供電；所述太陽能電池板的輸出端電性連接于充電管理模塊的輸入端，充電管理模塊的輸出端電性連接于放電保護模塊的輸入端，放電保護模塊的輸出端連接無線通信模塊；所述充電管理模塊與放電保護模塊均電性連接于鋰電池上。

上述風速風向傳感器包括風速傳感器和風向傳感器。

上述主控芯片采用STC系列單片機STCFKS。

上述信號采集模塊采用位串行模數轉換器TLC。

上述放電保護模塊采用CN芯片。

上述無線通信模塊采用ZigBee模塊。

上述語音模塊由WTD語音單片機和WQ存儲芯片組成。

與現有技術相比，本實用新型有益效果：

1、本無線的太陽能供電的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，減少現場布線。依靠Zigbee無線傳感網絡技術，將區(qū)域內的所有節(jié)點的傳感器通過無線連接成網絡，與駕駛室或監(jiān)控室主機相互通訊；

2、本無線的太陽能供電的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，利用可再生能源。利用太陽能供電這種已經得到廣泛應用的技術，替代之前用電池為各節(jié)點無線傳感器供電的方式，取材方便，干凈環(huán)保，而且在后續(xù)使用中易維護；

3、本無線的太陽能供電的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控運行狀況。實時采集各傳感器數據，在遠程終端準確反映起重機運行時的參數、起重機運行狀態(tài)、起重機屬性等，方便操作人員及時了解起重機的工作狀態(tài)。

4、本無線的太陽能供電的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，提前預知安全隱患。采集起重機運行時的關鍵參數，進行相關的數據處理和判斷，當起重機臨近危險狀況時能發(fā)出預警信號，提示起重機操作人員作出相應合理的操作，并能夠在危險發(fā)生時阻止后續(xù)的危險操作且發(fā)出報警信號，通知相關安全人員，以便及時處理，確保起重機安全運行。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本實用新型中主機電源模塊的電路圖；

圖3為本實用新型中太陽能充電管理模塊的電路圖；

圖4為本實用新型中太陽能放電保護模塊的電路圖

圖5為本實用新型中信號采集模塊的電路圖；

圖6為本實用新型中通信模塊的電路圖。

具體實施方式

如圖1所示一種無線的太陽能供電的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括主控芯片1和太陽能電池板2，太陽能電池板2為95mm×95mm單晶太陽能電池板，輸出電壓5.5V，輸出電流150mA，正常工作狀態(tài)下的輸出功率可滿足一般無線傳感器網絡節(jié)點的負載要求，主控芯片1通過無線通信模塊11與信號采集模塊10連接，無線通信模塊11采用ZigBee模塊，用于無線傳感器信號采集器發(fā)射模塊與主機接收組匹配并通信；通過無線通信模塊11，區(qū)域內的所有傳感器和主機形成了一個無線網絡，信號采集模塊10采用12位串行模數轉換器TLC2543，信號采集模塊10的信號端連接重量傳感器6、角度傳感器7、高度傳感器8和風速風向傳感器9，重量傳感器6利用測量鋼絲繩和柔性繩索的張力原理，來測量鋼絲繩和柔性繩索所吊物體的重量，即主要用于測量起重機所吊物體的重量，量程隨具體起重機而定；角度傳感器7安裝在起重機的起重臂上，用來計算起重機力矩和防止提升過高而使整個設備發(fā)生傾覆；風速風向傳感器9包括風速傳感器和風向傳感器兩部分，用于測量起重機所處位置的風速和風向。風速傳感器是一種高響應、低門限、三風杯的光電型風速計，轉換器由裝接于風速計轉軸上的齒盤組成，齒盤安置于光電耦合器的發(fā)光管與光電三極管之間并能隨軸轉動，光電耦合器裝于印制電路板上。轉盤有多個齒度，當齒盤隨軸轉動時，發(fā)光管LED發(fā)射的光束被齒盤上的齒度切割，光電三極管即產生脈沖輸出。每個齒遮住光束時表現為低電平，軸轉動一圈，多次切割光束而輸出一高一低的脈沖信號。風向傳感器也是光電型傳感器，由單風標、格雷碼盤、光電組件組成，紅外LED和光電三極管分別安裝于6位格雷碼盤上下兩側的6個窩型孔內。當風標隨風向變化而轉動時，通過其軸帶動軸下端固定著的格雷碼盤，在光電組件的狹縫中轉動，產生的光電信號經放大整形后，輸出對應當時風向的角度為12V的六位格雷碼每位格雷碼只有電平高低的區(qū)別，習慣上高電平為1，低電平為0，轉動時風向信號以516度的分辨率為步進變化。測量范圍為0～360°，64個方位；信號采集模塊10和無線通信模塊11安裝在貼近重量傳感器6、角度傳感器7、高度傳感器8和風速風向傳感器9，采集起重機運行時的傳感器的信號，經過前級放大和模數轉換，處理成主控芯片能直接識別使用的信號；主控芯片1的接口連接顯示模塊12、觸摸屏模塊13和語音模塊14，顯示模塊12用于接收來自主控芯片1的數據，用于顯示起重機的模擬圖、起重機運行的相關參數以及運行狀態(tài)；觸摸屏模塊13用于接收來自主控芯片1的控制命令，用于切斷起重機向危險方向運行的回路，從而起到安全保護的作用，觸摸屏模塊13用于與操作員之間的交互；顯示模塊12和觸摸屏模塊13采用的是由32位的ARM9 S3C2410設計開發(fā)的一款高性能、低功耗、易使用的真彩色智能顯示終端；語音模塊14由WT588D語音單片機和W25Q16存儲芯片組成，語音模塊14接收來自主控芯片的數據，用于進行預警和報警提示；主控芯片1的輸入端電性連接電源模塊15和控制模塊16，電源模塊15為系統(tǒng)中主機的各個模塊供電；控制模塊16接收來自主控芯片1的控制命令，用于切斷起重機向危險方向運行的回路，從而起到安全保護的作用；太陽能電池板2的輸出端電性連接于充電管理模塊3的輸入端，充電管理模塊3的輸出端電性連接于放電保護模塊5的輸入端，放電保護模塊5的輸出端電性連接于無線通信模塊11的輸入端，放電保護模塊5采用CN301芯片；充電管理模塊3與放電保護模塊5均電性連接于鋰電池4上，防止鋰電池過充，保證能量被有效存儲；放電保護模塊5連接鋰電池4和無線通信模塊11，避免鋰電池4過放電；鋰電池4選擇容量為900mAh的充電電池，正常工作電壓范圍3.7-4.2V。

主控芯片1采用STC15系列單片機STC15F2K56S2。

如圖2所示，為本安全監(jiān)控系統(tǒng)的主機電源電路，該電源模塊15由市電供電，市電輸入后經開關、保險管、繞線電阻、TVS管和電源濾波器后進入到AC/DC模塊，保險管、繞線電阻和TVS管用作過流過壓保護，電源濾波器可防浪涌抗跌落，AC/DC模塊輸出±12V和5V三組電壓，為后繼電路供電。

如圖3所示，為本安全監(jiān)控系統(tǒng)的充電管理電路模塊，該充電管理模塊3連接太陽能電池板2和鋰電池4，將采集的能量有效地存儲在鋰電池4中，同時提供對鋰電池4充電過程中的過壓、過流保護，防止過充對鋰電池4造成損害。該電路采用CN3065芯片，該芯片內部的8位模擬-數字轉換電路，能夠根據輸入電壓源的電流輸出能力自動調整充電電流，可最大限度利用輸入電壓源的電流輸出能力。當太陽能電池板2輸入電壓大于低電壓檢測閾值和鋰電池4端電壓時，CN3065開始對鋰電池4進行充電，紅色LED燈亮；當電充滿后，綠色LED燈亮。

如圖4所示，為本安全監(jiān)控系統(tǒng)的放電保護模塊5的電路圖，放電保護模5采用CN301芯片，完全使用硬件電路檢測電池端電壓，不需要軟件監(jiān)測，當電池端電壓下降到過度放電閾值時，LBO引腳輸出低電平，NMOS管截止，PMOS管柵極為高點平，PMOS管截止，自動切斷系統(tǒng)放電電路；當太陽能電池板2自動對鋰電池4充電，充電電壓達到高電壓檢測值，LBO輸出高電平，NMOS管導通，PMOS管柵極為低電平，PMOS管導通，放電回路被打開。

如圖5所示，為本安全監(jiān)控系統(tǒng)的信號采集模塊10的電路圖，信號采集模塊10采用TI公司的12位串行模數轉換器TLC2543，使用開關電容逐次逼近技術完成A/D轉換過程。由于是串行輸入結構，能夠節(jié)省單片機I/O資源，且價格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應用。

如圖6所示，為本安全監(jiān)控系統(tǒng)的無線通信模塊11的電路圖，無線通信模11采用485串行總線標準，使用的是CEL公司的ZigBee模塊連接信號采集器和主控芯片，使起重機上安裝的所有傳感器與主機連成無線網絡，傳輸信號。