塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，包括傳感器組、采樣電路、主控電路、顯示電路、報(bào)警電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路和GPRS無線通信模塊；所述傳感器組中的每一個(gè)傳感器都與所述采樣電路相連接，所述采樣電路和顯示電路均與所述主控電路相連接；所述報(bào)警電路和GPRS無線通信模塊均與所述主控電路相連接；所述傳感器組包括稱重傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、變幅傳感器、高度傳感器、風(fēng)速傳感器、電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器。本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，具有可實(shí)現(xiàn)塔式起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、提高塔式起重機(jī)的運(yùn)行安全性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路。
【背景技術(shù)】
[0002]塔式起重機(jī)(tower crane)簡(jiǎn)稱塔機(jī),亦稱塔吊，由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動(dòng)臂和底座等。工作機(jī)構(gòu)有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走四部分。電氣系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、控制器、配電柜、連接線路、信號(hào)及照明裝置等。隨著近年來建筑行業(yè)塔吊的大量使用，由于塔吊違規(guī)超限作業(yè)和塔吊群干涉碰撞等引發(fā)的各類塔吊運(yùn)行安全事故頻繁發(fā)生，造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。安全事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，必須對(duì)塔吊使用過程和行為及時(shí)進(jìn)行有效的監(jiān)管才能切實(shí)控制設(shè)備運(yùn)行過程中的危險(xiǎn)因素和安全隱患，預(yù)防和減少塔吊安全生產(chǎn)事故發(fā)生。
[0003]目前，大多數(shù)傳統(tǒng)的塔式起重機(jī)安全防護(hù)僅僅做到了三限位，即:幅度、重量、力矩限位，且大多采用的是傳統(tǒng)的機(jī)械式行程限位器，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足在工況條件惡劣的情況下為塔機(jī)安全操作護(hù)航的功能，而且，傳統(tǒng)的機(jī)械式限位器不能與目前十分先進(jìn)的微控制器系統(tǒng)結(jié)合，這遠(yuǎn)不能達(dá)到GB/T5031— 2008所要求的塔式起重機(jī)需配有能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控塔機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)。雖然，目前市場(chǎng)上也有多種塔機(jī)安全監(jiān)控微處理器系統(tǒng)，但大多數(shù)系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)了塔機(jī)工作數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集顯示，沒有實(shí)現(xiàn)工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)或是僅能實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)少量工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，尤其是遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)上，因?yàn)槭艿焦r環(huán)境的限制，僅僅實(shí)現(xiàn)了近距離的數(shù)據(jù)傳輸，而且不能組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，以對(duì)塔式起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的集中遠(yuǎn)程監(jiān)控、提高塔式起重機(jī)的運(yùn)行安全性和可靠性。
[0005]本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案。
[0006]塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括傳感器組、采樣電路、主控電路、顯示電路、報(bào)警電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路和GPRS無線通信模塊；所述傳感器組中的每一個(gè)傳感器都與所述采樣電路相連接，所述采樣電路和顯示電路均與所述主控電路相連接；所述報(bào)警電路和GPRS無線通信模塊均與所述主控電路相連接；所述傳感器組包括稱重傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、變幅傳感器、高度傳感器、風(fēng)速傳感器、電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器。
[0007]本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于:
[0008]所述顯示電路包括IXD顯示屏。
[0009]所述采樣電路包括電壓采樣電路和電流采樣電路；
[0010]如圖3所示，所述電壓采樣電路包括電阻Rl?R3、電容Cl?C3、運(yùn)算放大器U3、二極管Dl和二極管D2 ;所述電壓傳感器與所述運(yùn)算放大器U3的一個(gè)端子相連接，所述電阻R2、R1和R3串聯(lián)連接后由電阻R2與所述所述運(yùn)算放大器U3的另一個(gè)端子相連接，所述電阻Rl為滑線變阻器，所述電阻R3接地；所述二極管Dl和二極管D2串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)與所述電阻Rl相連接，所述二極管Dl和二極管D2串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)還和主控電路相連接；所述電容Cl?C3均與所述運(yùn)算放大器U3相連接；
[0011]如圖4所示，所述電流采樣電路包括電阻R4?R8、電容C4?C6、運(yùn)算放大器U4、二極管D3和二極管D4 ;所述電流傳感器與所述運(yùn)算放大器U4的一個(gè)端子相連接，所述電阻R4、R5和R6串聯(lián)連接后由電阻R4與所述所述運(yùn)算放大器U4的另一個(gè)端子相連接，所述電阻R5為滑線變阻器，所述電阻R6接地；所述二極管D3和二極管D4串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)與所述電阻R5相連接，所述二極管D3和二極管D4串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)還和主控電路相連接；所述電容C4?C6均與所述運(yùn)算放大器U4相連接。
[0012]所述報(bào)警電路包括聲音報(bào)警電路和LED發(fā)光電路；
[0013]如圖5所不,所述聲音報(bào)警電路包括電阻R9?R11、三極管Ql和蜂鳴器U5 ;所述三極管Ql的基極通過所述電阻R9與所述主控電路相連接，所述電阻RlO的兩端分別連接在所述三極管Ql的基極和發(fā)射極上；所述三極管Ql的集電極與所述蜂鳴器U5的一個(gè)端子相連接，所述蜂鳴器U5的另一個(gè)端子通過電阻Rll連接電源VCC ；
[0014]如圖6所示，所述LED發(fā)光電路包括電阻R12?R13、三極管Q2和發(fā)光二極管LEDl ;所述三極管Q2的基極通過所述電阻R13與所述主控電路相連接，所述三極管Q2的發(fā)射極接地，所述三極管Q2的集電極依次通過發(fā)光二極管LEDl和電阻Rl2連接電源VCC。
[0015]所述GPRS無線通信電路包括GSM/GPRS芯片U6、SIM卡芯片U7、電阻R15?R27、電容C7?C9、三極管Q3?Q4和發(fā)光二極管LED_SM。
[0016]所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路包括晶體管輸出光電稱合器U8、電阻R28?R32、達(dá)林頓晶體管陣列U9、二極管D5、繼電器Kl和與所述主控電路相連接的連接端P5 ;所述連接端P5通過晶體管輸出光電耦合器U8與所述達(dá)林頓晶體管陣列U9相連接，所述達(dá)林頓晶體管陣列U9與所述繼電器Kl相連接，由所述達(dá)林頓晶體管陣列U9驅(qū)動(dòng)所述繼電器K1。
[0017]所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路還包括USB接口。
[0018]所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路還包括輸入單元，所述輸入單元為鍵盤或者操作按鈕。
[0019]所述所述溫度傳感器為數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。
[0020]與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在:
[0021]本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，實(shí)現(xiàn)了五限位監(jiān)控，五限位即:幅度、重量、力矩、高度、回轉(zhuǎn)，并且?guī)в酗L(fēng)速報(bào)警、電機(jī)工作溫度測(cè)量及電機(jī)電壓、電流的測(cè)量功能的塔機(jī)安全監(jiān)控黑匣子，該系統(tǒng)可根據(jù)用戶的具體要求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期大量存儲(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)兩年之久，通過GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了廣域的無線IP連接，方便塔機(jī)安全生產(chǎn)監(jiān)管人員對(duì)塔機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)管。
[0022]I)系統(tǒng)選用高速的ARM處理器，實(shí)現(xiàn)了塔機(jī)工作數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、顯示、存儲(chǔ)及傳輸;
[0023]2)選用輸出電信號(hào)的行程限位器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式行程限位器，實(shí)現(xiàn)了與微處理器之間的信號(hào)傳輸；
[0024]3)系統(tǒng)還提供了風(fēng)速預(yù)警功能，當(dāng)工況環(huán)境中的風(fēng)速達(dá)到預(yù)警值時(shí)，黑匣子監(jiān)控電路會(huì)發(fā)出聲、光、短信報(bào)警，并向繼電器發(fā)出信號(hào)，切斷電機(jī)的電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)的保護(hù)；
[0025]4)選用霍爾原理的電流、電壓互感器實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)電機(jī)啟動(dòng)電流和工作電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)這兩項(xiàng)工作參數(shù)任意一項(xiàng)出現(xiàn)異常時(shí)，該系統(tǒng)可以發(fā)出聲、光、短信報(bào)警，同時(shí)，向繼電器發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，切斷塔機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)的過流、過壓及欠壓保護(hù)；
[0026]5)應(yīng)用GPRS無線分組交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了廣域的無線IP連接，該無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大、數(shù)據(jù)傳輸速率高且安全性也比較高，用戶可一直在線且按流量計(jì)費(fèi)，降低了成本；
[0027]6)監(jiān)控管理中心的數(shù)據(jù)接收程序可以自動(dòng)將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，管理人員在登錄安全監(jiān)管網(wǎng)頁時(shí)即可清晰的看到經(jīng)GPRS傳輸來的塔機(jī)的工作數(shù)據(jù)；真正實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)管。
[0028]本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，具有可實(shí)現(xiàn)塔式起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、提高塔式起重機(jī)的運(yùn)行安全性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路的結(jié)構(gòu)框圖。
[0030]圖2為本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路的顯示電路圖。
[0031]圖3為本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路的電壓采樣電路圖。
[0032]圖4為本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路的電流采樣電路圖。
[0033]圖5為本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路的聲音報(bào)警電路圖。
[0034]圖6為本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路的LED發(fā)光電路圖。
[0035]圖7為本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路的GPRS無線通信電路圖。
[0036]圖8為本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路的繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖。
[0037]以下通過【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0038]參見附圖1?附圖8，塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其包括傳感器組、采樣電路、主控電路、顯示電路、報(bào)警電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路和GPRS無線通信模塊；所述傳感器組中的每一個(gè)傳感器都與所述采樣電路相連接，所述采樣電路和顯示電路均與所述主控電路相連接；所述報(bào)警電路和GPRS無線通信模塊均與所述主控電路相連接；所述傳感器組包括稱重傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、變幅傳感器、高度傳感器、風(fēng)速傳感器、電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器。
[0039]如圖1，由稱重傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、變幅傳感器、高度傳感器、風(fēng)速傳感器、電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器等構(gòu)成的傳感器組來采集塔式起重機(jī)的各種設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，并將運(yùn)行參數(shù)通過采樣電路處理后送給主控電路，由主控電路獲取各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行處理，而后在顯示電路的顯示屏上顯示；一旦運(yùn)行參數(shù)超過預(yù)設(shè)值的范圍需要報(bào)警，自診斷電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)給報(bào)警電路，通過報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警；主控電路還通過GPRS無線通信模塊將運(yùn)行參數(shù)傳輸給監(jiān)控中心的上位機(jī)，從而通過遠(yuǎn)端的監(jiān)控電路平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)群的控制和管理，建立不受地域和距離限制的塔機(jī)群控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍工作區(qū)域內(nèi)的塔機(jī)群的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，提高塔機(jī)的工作安全性和可靠性。
[0040]主控電路由中央處理器STM32及其外圍電路構(gòu)成。STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個(gè)不同的系列:STM32F103 “增強(qiáng)型”系列和STM32F101 “基本型”系列。增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時(shí)鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價(jià)格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個(gè)系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時(shí)鐘頻率72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。
[0041 ] 所述顯示電路包括IXD顯示屏。
[0042]顯示部分選用7寸TFTLCD作為顯示器，驅(qū)動(dòng)方案采用FPGA+SDRAM，以FPGA為系統(tǒng)的核心，從硬件上實(shí)現(xiàn)LCD的驅(qū)動(dòng)算法。通過和中央處理器的通信，由中央處理器向該驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出指令和顯示內(nèi)容完成液晶顯示器的顯示過程。
[0043]圖2所示為IXD與中央處理器的接口電路。驅(qū)動(dòng)模塊的LCD_D0至LCD_D15引腳作為數(shù)據(jù)線。LCD_RE和LCD_WE是LCD的讀使能信號(hào)線和寫使能信號(hào)線，低電平有效。CE是控制器的片選信號(hào)，當(dāng)CE被拉低時(shí)表示該控制器被選定。AO是控制器的地址信號(hào)，表示數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)的選擇。RST引腳是驅(qū)動(dòng)模塊的復(fù)位信號(hào)。以上16條數(shù)據(jù)線和5條控制線和處理器的I/O 口相連接配合液晶顯示器的供電系統(tǒng)完成本系統(tǒng)的顯示功能。
[0044]所述采樣電路包括電壓采樣電路和電流采樣電路；
[0045]如圖3所示，所述電壓采樣電路包括電阻Rl?R3、電容Cl?C3、運(yùn)算放大器U3、二極管Dl和二極管D2 ;所述電壓傳感器與所述運(yùn)算放大器U3的一個(gè)端子相連接，所述電阻R2、R1和R3串聯(lián)連接后由電阻R2與所述所述運(yùn)算放大器U3的另一個(gè)端子相連接，所述電阻Rl為滑線變阻器，所述電阻R3接地；所述二極管Dl和二極管D2串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)與所述電阻Rl相連接，所述二極管Dl和二極管D2串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)還和主控電路相連接；所述電容Cl?C3均與所述運(yùn)算放大器U3相連接；
[0046]如圖4所示，所述電流采樣電路包括電阻R4?R8、電容C4?C6、運(yùn)算放大器U4、二極管D3和二極管D4 ;所述電流傳感器與所述運(yùn)算放大器U4的一個(gè)端子相連接，所述電阻R4、R5和R6串聯(lián)連接后由電阻R4與所述所述運(yùn)算放大器U4的另一個(gè)端子相連接，所述電阻R5為滑線變阻器，所述電阻R6接地；所述二極管D3和二極管D4串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)與所述電阻R5相連接，所述二極管D3和二極管D4串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)還和主控電路相連接；所述電容C4?C6均與所述運(yùn)算放大器U4相連接。
[0047]如圖3所示，電壓傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過由運(yùn)算放大器U3 (0P27)構(gòu)成的射極跟隨器輸入至主控電路，電壓采樣電路通過阻抗變換所獲得的電壓信號(hào)經(jīng)過電阻分壓后輸入到主控電路的A/D轉(zhuǎn)換單元，實(shí)現(xiàn)電壓傳感器信號(hào)的采集。所述電容Cl?C3分別連接在所述運(yùn)算放大器U3的其中一個(gè)引腳上。
[0048]如圖4所示，電流傳感器輸出的4?20mA電流信號(hào)首先轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過由運(yùn)算放大器U4 (0P27)構(gòu)成的射極跟隨器實(shí)現(xiàn)阻抗變換，所獲得的電壓信號(hào)經(jīng)過電阻分壓后輸入到A/D轉(zhuǎn)換單元，實(shí)現(xiàn)電流傳感器信號(hào)的采集。所述電容C4?C6分別連接在所述運(yùn)算放大器U4的其中一個(gè)引腳上。所述電阻R7和R8串聯(lián)連接后連接在所述運(yùn)算放大器U4與電流傳感器相連接的引腳上。
[0049]所述報(bào)警電路包括聲音報(bào)警電路和LED發(fā)光電路；
[0050]如圖5所不,所述聲音報(bào)警電路包括電阻R9?R11、三極管Ql和蜂鳴器U5 ;所述三極管Ql的基極通過所述電阻R9與所述主控電路相連接，所述電阻RlO的兩端分別連接在所述三極管Ql的基極和發(fā)射極上；所述三極管Ql的集電極與所述蜂鳴器U5的一個(gè)端子相連接，所述蜂鳴器U5的另一個(gè)端子通過電阻Rll連接電源VCC ；
[0051]如圖6所示，所述LED發(fā)光電路包括電阻R12?R13、三極管Q2和發(fā)光二極管LEDl ;所述三極管Q2的基極通過所述電阻R13與所述主控電路相連接，所述三極管Q2的發(fā)射極接地，所述三極管Q2的集電極依次通過發(fā)光二極管LEDl和電阻Rl2連接電源VCC。
[0052]如圖5所示，主控電路發(fā)出的蜂鳴器控制信號(hào)輸入Ql的基極，通過電阻Rll控制三極管Ql的基極，當(dāng)蜂鳴器控制信號(hào)為高電平的時(shí)候Ql導(dǎo)通，蜂鳴器BUZZER有電流通過開始報(bào)警工作。Rll為限流電阻，防止流經(jīng)Ql的電流超過蜂鳴器的額定電流。RlO為泄流電阻，當(dāng)外部電磁波干擾電路時(shí)，RlO將干擾信號(hào)的電流直接引入DGND防止蜂鳴器誤觸發(fā)。
[0053]圖6中，主控電路發(fā)出的發(fā)光控制信號(hào)輸入Q2的基極，通過基極電阻R13控制三極管Q2的基極，當(dāng)發(fā)光控制信號(hào)為高電平的時(shí)候三極管導(dǎo)通電流流過LED燈，LED燈發(fā)亮，當(dāng)控制信號(hào)為低電平的時(shí)候LED燈熄滅。R12為限流電阻，防止流經(jīng)Q2的電流超過LEDl的額定電流。
[0054]所述GPRS無線通信電路包括GSM/GPRS芯片U6、SIM卡芯片U7、電阻R15?R27、電容C7?C9、三極管Q3?Q4和發(fā)光二極管LED_SM。
[0055]如圖7所示，SIM908模塊的開機(jī)通過直接與主控芯片I/O 口相連接的PWRKEY引腳來控制，當(dāng)PWRKEY引腳被電平拉低時(shí)長(zhǎng)大于Is時(shí)，模塊實(shí)現(xiàn)開機(jī)。模塊經(jīng)過自帶的UART接口與主控板建立串口通信，主控部分通過串口想SM908模塊發(fā)送AT指令實(shí)現(xiàn)模塊的網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)、波特率設(shè)置及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸功能。
[0056]在SM908模塊上電開機(jī)后，模塊自身的NETLIGHT引腳會(huì)輸出一定頻率的高低變換電平，此時(shí)LED_SM指示燈會(huì)以一定頻率閃爍指示SM908模塊的工作狀態(tài)。
[0057]SIM908是一款集成GPS導(dǎo)航技術(shù)的四頻GSM/GPRS模塊。緊湊的模塊尺寸并將GPRS和GPS整合在SMT封裝里，為客戶實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌GPS的應(yīng)用顯著節(jié)省了開發(fā)時(shí)間和費(fèi)用。
[0058]所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路包括晶體管輸出光電稱合器U8、電阻R28?R32、達(dá)林頓晶體管陣列U9、二極管D5、繼電器Kl和與所述主控電路相連接的連接端P5 ;所述連接端P5通過晶體管輸出光電耦合器U8與所述達(dá)林頓晶體管陣列U9相連接，所述達(dá)林頓晶體管陣列U9與所述繼電器Kl相連接，由所述達(dá)林頓晶體管陣列U9驅(qū)動(dòng)所述繼電器K1。
[0059]為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)發(fā)出光、聲之后如果危險(xiǎn)動(dòng)作繼續(xù)進(jìn)行，系統(tǒng)控制繼電器切斷處于危險(xiǎn)狀態(tài)的電機(jī)供電電源，強(qiáng)制電機(jī)停止運(yùn)行，以保證塔機(jī)的安全運(yùn)行。整個(gè)保護(hù)過程通過中央處理器STM32芯片控制繼電器的開合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)工作狀態(tài)的控制。如圖8所示，STM32芯片的IO 口不直接參與繼電器的控制，而是控制晶體管輸出光電耦合器U8 (TLP521)，光耦驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓晶體管陣列U9 (ULN2003)進(jìn)而控制繼電器觸點(diǎn)的開合。
[0060]如圖8電路中光耦TLP521起到隔離作用，將繼電器和STM32隔離開，從根本上排除繼電器通斷瞬間所產(chǎn)生的電磁干擾。ULN2003是高壓達(dá)林頓晶體管陣列，具有電流增益大、工作范圍大、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，內(nèi)部采用集電極開路輸出，能夠承受50V的電壓和600mA的電流，能夠直接驅(qū)動(dòng)24V的繼電器。當(dāng)向光耦TLP521輸入高電平控制信號(hào)時(shí)，ULN2003的輸出端變?yōu)榈碗娖?，圖8中繼電器通電,繼電器開關(guān)閉合。由于繼電器Kl開合時(shí)，其內(nèi)部電磁線圈會(huì)產(chǎn)生較大的電磁波形成較強(qiáng)的電磁干擾，圖8中繼電器中并聯(lián)了一個(gè)二極管D5是續(xù)流二極管，進(jìn)一步減小繼電器的開合對(duì)系統(tǒng)的干擾。
[0061]所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路還包括USB接口。
[0062]通過USB接口，主控電路可連接USB設(shè)備，以將使得本實(shí)用新型的相關(guān)數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入導(dǎo)出，能與其他設(shè)備之間很方便地交換數(shù)據(jù)。
[0063]所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路還包括輸入單元，所述輸入單元為鍵盤或者操作按鈕。
[0064]所述所述溫度傳感器為數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。
[0065]采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，此類傳感器為數(shù)字式傳感器，而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機(jī)連接，可以去除去A/D模塊，降低硬件成本，簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路，測(cè)量溫度精度高。
[0066]SIM908芯片與主控電路通過串口通信，同時(shí)SM908芯片與SM卡連接，提供GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)通信服務(wù)，GPRS與服務(wù)器建立連接遵循TCP協(xié)議。遠(yuǎn)端的監(jiān)控管理中心設(shè)置上位機(jī)，塔機(jī)監(jiān)控電路與上位機(jī)建立通信后，接收GPRS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，上位機(jī)可自動(dòng)將數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的接收和處理。
[0067]圖7表示具有TCP協(xié)議的西姆公司的SM908芯片的電路連接圖，該芯片電源供電為DC4.2V,同時(shí)芯片通過串口與CPU通信，速率很高，外圍必備的有SM卡，可提供GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，SIM908芯片從初始化到成功連接服務(wù)器只需幾秒時(shí)間，方便建立連接，從而實(shí)現(xiàn)快速可靠的傳輸塔機(jī)工作數(shù)據(jù)。
[0068]本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，五限位且?guī)C(jī)電控系統(tǒng)電流、溫度和電壓監(jiān)測(cè)，有違規(guī)操作聲、光、短信報(bào)警功能、隨時(shí)存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)、具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理的塔式起重機(jī)黑匣子，可廣泛應(yīng)用于目前市場(chǎng)上的塔式起重機(jī)。
[0069]黑匣子監(jiān)控電路可以很好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械信號(hào)與電氣信號(hào)的兼容，更好的保障塔機(jī)的安全工作；
[0070]采用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線分組數(shù)據(jù)交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)管人員對(duì)塔機(jī)的遠(yuǎn)程
監(jiān)控管理；
[0071]在出現(xiàn)違規(guī)操作或工況環(huán)境較為惡劣的情況下，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲、光報(bào)警，同時(shí)，系統(tǒng)的顯示屏?xí)?bào)警內(nèi)容加亮，以此警示塔機(jī)操作人員；
[0072]在違章操作或工況環(huán)境較惡劣的情況下，黑匣子監(jiān)控電路會(huì)及時(shí)向塔機(jī)安全生產(chǎn)監(jiān)管人員發(fā)出短信報(bào)警，并說明具體塔機(jī)的報(bào)警內(nèi)容，便于安全監(jiān)管人員的判斷；
[0073]在系統(tǒng)發(fā)出聲、光、短信報(bào)警的同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向報(bào)警內(nèi)容所對(duì)應(yīng)的繼電器發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，及時(shí)切斷相應(yīng)電機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。
[0074]本系統(tǒng)通過8種安裝在不同部位的功能傳感器采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，(即:稱重傳感器安裝在塔機(jī)鋼絲繩主滑輪的銷軸上，回轉(zhuǎn)傳感器安裝在與回轉(zhuǎn)支座同步的行程限位開關(guān)上，變幅傳感器安裝在與變幅滾筒同步的形成限位開關(guān)上，高度傳感器則安裝在起升滾筒的形成限位開關(guān)開關(guān)上，電壓傳感器和電流傳感器則是安裝在各個(gè)運(yùn)行電機(jī)的主回路和控制回路上，溫度傳感器則一個(gè)固定于電控柜內(nèi)檢測(cè)柜內(nèi)溫度一個(gè)安裝與主電機(jī)內(nèi)部檢測(cè)其運(yùn)行溫度)主控部分為ARM處理器，塔機(jī)工作數(shù)據(jù)的采集由左側(cè)9路傳感器(溫度為兩路)及采樣電路協(xié)同完成；采樣經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在IXD上；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和發(fā)送則由U盤和GPRS來完成；用戶可以通過鍵盤完成系統(tǒng)時(shí)間的設(shè)置和歷史工作數(shù)據(jù)的查詢。當(dāng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)，主控電路會(huì)分別給報(bào)警裝置和GSM發(fā)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警和短信報(bào)警。同時(shí)通過驅(qū)動(dòng)電路控制12路繼電器，阻止塔機(jī)繼續(xù)危險(xiǎn)動(dòng)作，保護(hù)塔機(jī)。
[0075]系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采樣、顯示10路監(jiān)測(cè)內(nèi)容的當(dāng)前值，并將工作數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)盤，同時(shí)，將數(shù)據(jù)經(jīng)由GPRS發(fā)送至遠(yuǎn)程管理中心。
[0076]塔機(jī)操作人員違規(guī)起重，系統(tǒng)檢測(cè)到違規(guī)起重信號(hào)，觸發(fā)聲、光、短信報(bào)警，同時(shí)，給繼電器發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作信號(hào)，切斷起升電機(jī)上升和變幅機(jī)構(gòu)的向前變幅功能，保護(hù)塔機(jī)，同時(shí)違規(guī)數(shù)據(jù)會(huì)寫入U(xiǎn)盤，并發(fā)送至遠(yuǎn)程安全監(jiān)控平臺(tái)。
[0077]該黑匣子監(jiān)控電路在具備塔機(jī)安全五限位功能的同時(shí)，并且能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)外界風(fēng)速、電機(jī)溫度、電機(jī)啟動(dòng)電壓、啟動(dòng)電流，當(dāng)塔機(jī)電控系統(tǒng)出現(xiàn)異常現(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出聲、光、短信報(bào)警，并能控制相應(yīng)繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，同時(shí)，將工作數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)盤并經(jīng)過GPRS發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)的安全防護(hù)。
[0078]本實(shí)用新型的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，具有幅度、重量、力矩、高度、回轉(zhuǎn)五限位功能，且?guī)в酗L(fēng)速報(bào)警、電機(jī)工作溫度測(cè)量及電機(jī)電壓、電流的自監(jiān)測(cè)功能，能夠自行完成塔機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果來完成相應(yīng)功能。
[0079]當(dāng)塔機(jī)電控系統(tǒng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲、光、短信報(bào)警，并觸發(fā)繼電器動(dòng)作信號(hào)，切斷電機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)的安全監(jiān)控。系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期保存塔機(jī)工作數(shù)據(jù)，并能將工作數(shù)據(jù)通過實(shí)時(shí)上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理中心。
【權(quán)利要求】
1.塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其特征是，包括傳感器組、采樣電路、主控電路、顯示電路、報(bào)警電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路和GPRS無線通信模塊；所述傳感器組中的每一個(gè)傳感器都與所述采樣電路相連接，所述采樣電路和顯示電路均與所述主控電路相連接；所述報(bào)警電路和GPRS無線通信模塊均與所述主控電路相連接；所述傳感器組包括稱重傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、變幅傳感器、高度傳感器、風(fēng)速傳感器、電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器； 所述主控電路包括中央處理器STM32。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其特征是，所述顯示電路包括IXD顯示屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其特征是，所述采樣電路包括電壓采樣電路和電流采樣電路； 所述電壓采樣電路包括電阻Rl~R3、電容Cl~C3、運(yùn)算放大器U3、二極管Dl和二極管D2;所述電壓傳感器與所述運(yùn)算放大器U3的一個(gè)端子相連接，所述電阻R2、R1和R3串聯(lián)連接后由電阻R2與所述所述運(yùn)算放大器U3的另一個(gè)端子相連接，所述電阻Rl為滑線變阻器，所述電阻R3接地；所述二極管Dl和二極管D2串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)與所述電阻Rl相連接，所述二極管Dl和二極管D2串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)還和主控電路相連接；所述電容Cl~C3均與所述運(yùn)算放大器U3相連接； 所述電流采樣電路包括電阻R4~R8、電容C4~C6、運(yùn)算放大器U4、二極管D3和二極管D4 ;所述電流傳感器與所述運(yùn)算放大器U4的一個(gè)端子相連接，所述電阻R4、R5和R6串聯(lián)連接后由電阻R4與所述所述運(yùn)算放大器U4的另一個(gè)端子相連接，所述電阻R5為滑線變阻器，所述電阻R6接地；所述二極管D3和二極管D4串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)與所述電阻R5相連接，所述二極管D3和二極管D4串聯(lián)連接后的公共點(diǎn)還和主控電路相連接；所述電容C4~C6均與所述運(yùn)算放大器U4相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其特征是，所述報(bào)警電路包括聲音報(bào)警電路和LED發(fā)光電路； 所述聲音報(bào)警電路包括電阻R9~R11、三極管Ql和蜂鳴器U5 ;所述三極管Ql的基極通過所述電阻R9與所述主控電路相連接，所述電阻RlO的兩端分別連接在所述三極管Ql的基極和發(fā)射極上；所述三極管Ql的集電極與所述蜂鳴器U5的一個(gè)端子相連接，所述蜂鳴器U5的另一個(gè)端子通過電阻Rll連接電源VCC ； 所述LED發(fā)光電路包括電阻R12~R13、三極管Q2和發(fā)光二極管LEDl ;所述三極管Q2的基極通過所述電阻R13與所述主控電路相連接，所述三極管Q2的發(fā)射極接地，所述三極管Q2的集電極依次通過發(fā)光二極管LEDl和電阻R12連接電源VCC。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其特征是，所述GPRS無線通信電路包括GSM/GPRS芯片U6、SIM卡芯片U7、電阻R15~R27、電容C7~C9、三極管Q3~Q4和發(fā)光二極管LED_SM。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其特征是，所述繼電器驅(qū)動(dòng)電路包括晶體管輸出光電耦合器U8、電阻R28~R32、達(dá)林頓晶體管陣列U9、二極管D5、繼電器Kl和與所述主控電路相連接的連接端P5 ;所述連接端P5通過晶體管輸出光電耦合器U8與所述達(dá)林頓晶體管陣列U9相連接，所述達(dá)林頓晶體管陣列U9與所述繼電器Kl相連接，由所述達(dá)林頓晶體管陣列U9驅(qū)動(dòng)所述繼電器K1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其特征是，還包括USB接□。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其特征是，還包括輸入單元，所述輸入單元為鍵盤或者操作按鈕。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)的黑匣子安全監(jiān)控電路，其特征是，所述所述溫度傳感器為數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。
【文檔編號(hào)】B66C23/88GK203682947SQ201320686540
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】鄭紅梅, 丁曙光, 李鄭, 潘友杰, 闞文年 申請(qǐng)人:安徽建筑機(jī)械有限責(zé)任公司