專利名稱：卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)荷載與開度信號(hào)同步采集儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)信號(hào)同步采集儀，尤其是用于卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)的荷載與開度的信號(hào)同步采集儀。
背景技術(shù)：
目前在卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)系統(tǒng)中，對(duì)卷揚(yáng)啟閉機(jī)、門機(jī)、吊車等起重設(shè)備起重量 (荷重、荷載)、開度(升降高度)的準(zhǔn)確測(cè)量和控制是各種水利自動(dòng)化工程安全運(yùn)行和安全生產(chǎn)的不可缺少的重要條件。近年來，卷揚(yáng)啟閉機(jī)使用常規(guī)的高度荷載儀，通常只是對(duì)高度、 荷載進(jìn)行粗放式的測(cè)量，只有一些簡(jiǎn)單的過流保護(hù)、上下限位開關(guān)保護(hù)、拉力荷載保護(hù)等， 存在重大技術(shù)隱患。荷載與開度信號(hào)的同步性采集得不到重視，其關(guān)系也不精確。因而對(duì)閘門啟閉機(jī)開度和荷載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同步采集不僅是理論研究的需要，也是市場(chǎng)的迫切需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)荷載與開度信號(hào)同步采集儀，通過對(duì)卷揚(yáng)啟閉機(jī)開度和荷載進(jìn)行數(shù)據(jù)同步采集，為水資源的合理利用和準(zhǔn)確調(diào)度提供了數(shù)據(jù)支持和參考。
本發(fā)明的技術(shù)方案是卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)荷載與開度信號(hào)同步采集儀，由單片機(jī) 1、SSI角編碼器模塊2、壓力傳感器模塊3、SD卡存儲(chǔ)器4、鍵盤控制模塊5、狀態(tài)指示模塊 6、USB通信模塊7、日歷時(shí)鐘模塊8和多路電源模塊9共同組成；其中SSI角編碼器模塊2 的輸出端、壓力傳感器模塊3的輸出端、SD卡存儲(chǔ)器4的4個(gè)通信口、鍵盤控制模塊5的輸出端、狀態(tài)指示模塊6的輸入端、USB通信模塊7和日歷時(shí)鐘模塊8的輸出端分別通過單片機(jī)1的I/O 口連接，多路電源模塊9的輸出端分別連接單片機(jī)1和SD卡存儲(chǔ)器4的電壓輸入端。
所述的壓力傳感器模塊3包括三個(gè)壓力傳感器；分別安裝在啟閉機(jī)卷筒兩端軸的承座支架上、平衡滑輪軸上和鋼絲繩上三個(gè)不同的位置；支架上的壓力傳感器在電路中經(jīng)過Jl接口的管腳Jl-I連接，經(jīng)過電阻R12、R13分壓連接，接入單片機(jī)中；鋼絲繩上的壓力傳感器在電路中經(jīng)過Jl接口的管腳J1-2連接，經(jīng)過電阻R14、R15分壓連接，接入單片機(jī)中；軸上的壓力傳感器在電路中經(jīng)過Jl接口的管腳J1-3連接，經(jīng)過電阻R16、R17分壓連接，接入單片機(jī)中；角編碼器安裝在啟閉機(jī)的卷筒軸上，角編碼器通過多芯信號(hào)電纜經(jīng)過 J2端口連接，經(jīng)過角編碼器SSI信號(hào)轉(zhuǎn)換成Modbus信號(hào)，接入單片機(jī)中。
所述的單片機(jī)1、SSI角編碼器模塊2、SD卡存儲(chǔ)器4、鍵盤控制模塊5、狀態(tài)指示模塊6、USB通信模塊7、日歷時(shí)鐘模塊8和多路電源模塊9都是市場(chǎng)上普通元件。
本發(fā)明的工作原理該采集儀通過將壓力傳感器模塊中的模擬信號(hào)G 2(teV(TiOK)經(jīng)過電流\電壓轉(zhuǎn)換裝置的電壓信號(hào)、SSI角編碼器信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換成Modbus信號(hào)后以Modbus方式提供給單片機(jī)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)被送入大容量存儲(chǔ)SD卡中存儲(chǔ)，此外，還提供了用于與上位機(jī)3PC通信連接接口電路，以便上位機(jī)軟件對(duì)實(shí)時(shí)采集壓力傳感器的壓力信號(hào)、角編碼器的編碼值導(dǎo)入Excel表格中進(jìn)行分析，得出支架壓力、鋼絲繩拉力和軸壓力隨高度的變化關(guān)系， 然后進(jìn)行壓力荷載等深入的分析。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明能實(shí)時(shí)同步采集閘門啟閉機(jī)荷載與開度的信號(hào)，可以優(yōu)化現(xiàn)有的控制手段和控制方法，能方便的對(duì)卷揚(yáng)啟閉機(jī)開度和荷載進(jìn)行數(shù)據(jù)同步采集，為以后分析水資源的合理利用和準(zhǔn)確調(diào)度提供了數(shù)據(jù)支持和參考，從而能有效的確保間門控制系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行；同時(shí)具有存儲(chǔ)容量大、體積小、適應(yīng)性強(qiáng)、簡(jiǎn)單可靠、使用方便、移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的組成示意框圖；圖2為本發(fā)明的壓力傳感器模塊電路示意圖；圖中1-單片機(jī)、2- SSI角編碼器模塊、3-壓力傳感器模塊、4- SD卡存儲(chǔ)模塊、5-鍵盤控制模塊、6-狀態(tài)指示模塊、7- USB通信模塊、8-日歷時(shí)鐘模塊、9-多路電源模塊。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明如圖1所示本發(fā)明由單片機(jī)1、SSI角編碼器模塊2、壓力傳感器模塊3、SD卡存儲(chǔ)器 4、鍵盤控制模塊5、狀態(tài)指示模塊6、USB通信模塊7、日歷時(shí)鐘模塊8和多路電源模塊9共同組成；其中SSI角編碼器模塊2的輸出端、壓力傳感器模塊3的輸出端、SD卡存儲(chǔ)器4的 4個(gè)通信口、鍵盤控制模塊5的輸出端、狀態(tài)指示模塊6的輸入端、USB通信模塊7和日歷時(shí)鐘模塊8的輸出端分別通過單片機(jī)1的I/O 口連接，多路電源模塊9的輸出端分別連接單片機(jī)1和SD卡存儲(chǔ)器4的電壓輸入端。
壓力傳感器模塊包括三個(gè)壓力傳感器；分別安裝在啟閉機(jī)卷筒兩端軸的承座支架上、平衡滑輪軸上和鋼絲繩上三個(gè)不同的位置以對(duì)間門的荷重進(jìn)行信號(hào)的同步采樣。
如圖2所示支架上的壓力傳感器值是由壓力變送器采集到的，輸出為4 20毫安的模擬電流信號(hào)，通過一個(gè)電流/電壓轉(zhuǎn)換裝置，將送來的電流模擬量轉(zhuǎn)換為電壓量。輸入的采集信號(hào)為4 20mA的電流信號(hào)時(shí)，在電路中經(jīng)過Jl接口的管腳Jl-I讀入，再經(jīng)過電阻Rl2、Rl3分壓，4 20mA電流信號(hào)到0. 8V 4V電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換由電阻R12、Rl3完成。 這樣ADl電位為200H4 20mA) =0. 8V 4V，為單片機(jī)正常轉(zhuǎn)換電壓范圍。即可準(zhǔn)確無誤的將此信號(hào)量送入單片機(jī)等待處理。
鋼絲繩上的壓力傳感器值是由壓力變送器采集到的，輸出為0 IOV的模擬電壓信號(hào)，電路采用電壓方式傳入壓力信號(hào)，輸入的采集信號(hào)Q為0 IOV的電壓信號(hào)時(shí)，在電路中經(jīng)過Jl接口的管腳J1-2讀入，再經(jīng)過R14、R15分壓，0 IOV電壓信號(hào)到OV 5V電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換由電阻R14、R15完成。這樣AD2電位200/400 (0V 10V) =OV 5V，為單片機(jī)正常轉(zhuǎn)換電壓范圍。
軸上的壓力傳感器值是由壓力變送器采集到的，輸出為0 IOV的模擬電壓信號(hào)， 電路采用電壓方式傳入壓力信號(hào)，輸入的采集信號(hào)Q為0 IOV的電壓信號(hào)時(shí)，在電路中經(jīng)過Jl接口的管腳J1-3讀入，再經(jīng)過R16、R17分壓，0 IOV電壓信號(hào)到OV 5V電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換由電阻R16、R17完成。這樣AD3電位為200/400 (0V 10V) =OV 5V，為單片機(jī)正常轉(zhuǎn)換電壓。
角編碼器安裝在啟閉機(jī)的卷筒軸上，通過將閘門的升、降位移量轉(zhuǎn)換成測(cè)量軸的角位移量，使角編碼器輸出相應(yīng)的編碼量，角編碼器通過多芯信號(hào)電纜經(jīng)過J2端口連接， 經(jīng)過角編碼器SSI信號(hào)轉(zhuǎn)換成Modbus信號(hào)接入單片機(jī)中。
本發(fā)明工作過程鍵盤控制模塊5中工作開始按鍵按下后，整個(gè)電路開始工作，壓力傳感器模塊3中壓力傳感器采集到的輸出的信號(hào)分別為4 20mA的電流信號(hào)和0 IOV的電壓信號(hào)，要經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為0 5V的電壓信號(hào)，這些模擬信號(hào)經(jīng)過通道AD1、AD2、AD3送入單片機(jī)。單片機(jī)1通過Jl端口讀取壓力傳感器和J2端口讀取角編碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SD卡存儲(chǔ)模塊4中，通過狀態(tài)指示模塊6顯示整個(gè)電路的工作狀態(tài)。 通過USB通信模塊7將單片機(jī)1與個(gè)人PC機(jī)連接，通過上位機(jī)軟件將采集到的同步信號(hào)進(jìn)行分析，得出支架壓力、鋼絲繩拉力和軸壓力隨高度的變化關(guān)系圖，然后進(jìn)行壓力荷載等深入的分析。日歷時(shí)鐘模塊8為單片機(jī)1提供時(shí)間信息，多路電源模塊9則為單片機(jī)1和SD 卡工作提供相應(yīng)的電源。
由此可見，這種信號(hào)同步采集儀能滿足閘門啟閉機(jī)上荷載與開度信號(hào)的同步采集，可以優(yōu)化現(xiàn)有的控制手段和控制方法，能方便的對(duì)卷揚(yáng)啟閉機(jī)開度和荷載進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步采集，為水資源的合理利用和準(zhǔn)確調(diào)度提供了數(shù)據(jù)支持和參考，從而能有效的確保閘門控制系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。
本發(fā)明是通過具體實(shí)施過程進(jìn)行說明的，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)行各種變換及等同代替，因此，本發(fā)明專利不局限于所公開的具體實(shí)施過程，而應(yīng)當(dāng)包括落入本發(fā)明專利權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)荷載與開度信號(hào)同步采集儀，其特征是由單片機(jī)、SSI角編碼器模塊、壓力傳感器模塊、SD卡存儲(chǔ)器、鍵盤控制模塊、狀態(tài)指示模塊、USB通信模塊、日歷時(shí)鐘模塊和多路電源模塊共同組成；SSI角編碼器模塊的輸出端、壓力傳感器模塊的輸出端、SD卡存儲(chǔ)器的4個(gè)通信口、鍵盤控制模塊的輸出端、狀態(tài)指示模塊的輸入端、USB通信模塊和日歷時(shí)鐘模塊的輸出端分別通過單片機(jī)的I/O 口連接，多路電源模塊的輸出端分別連接單片機(jī)和SD卡存儲(chǔ)器的電壓輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)荷載與開度信號(hào)同步采集儀，其特征是所述的壓力傳感器模塊包括三個(gè)壓力傳感器；分別安裝在啟閉機(jī)卷筒兩端軸的承座支架上、平衡滑輪軸上和鋼絲繩上三個(gè)不同的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)荷載與開度信號(hào)同步采集儀，其特征是所述的支架上的壓力傳感器在電路中經(jīng)過Jl接口的管腳Jl-I連接，經(jīng)過電阻R12、R13 分壓連接，接入單片機(jī)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)荷載與開度信號(hào)同步采集儀，其特征是所述的鋼絲繩上的壓力傳感器在電路中經(jīng)過Jl接口的管腳J1-2連接，經(jīng)過電阻R14、 R15分壓連接，接入單片機(jī)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)荷載與開度信號(hào)同步采集儀，其特征是所述的軸上的壓力傳感器在電路中經(jīng)過Jl接口的管腳J1-3連接，經(jīng)過電阻R16、R17分壓連接，接入單片機(jī)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)荷載與開度信號(hào)同步采集儀，其特征是所述的角編碼器安裝在啟閉機(jī)的卷筒軸上，角編碼器通過多芯信號(hào)電纜經(jīng)過J2端口連接，經(jīng)過角編碼器SSI信號(hào)轉(zhuǎn)換成Modbus信號(hào)，接入單片機(jī)中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種卷揚(yáng)式閘門啟閉機(jī)荷載與開度信號(hào)同步采集儀，由單片機(jī)、SSI角編碼器模塊、壓力傳感器模塊、SD卡存儲(chǔ)器、鍵盤控制模塊、狀態(tài)指示模塊、USB通信模塊、日歷時(shí)鐘模塊和多路電源模塊共同組成；SSI角編碼器模塊的輸出端、壓力傳感器模塊輸出端、SD卡存儲(chǔ)器的4個(gè)通信口、鍵盤控制模塊的輸出端、狀態(tài)指示模塊的輸入端、USB通信模塊和日歷時(shí)鐘模塊的輸出端分別通過單片機(jī)的I/O口連接，多路電源模塊的輸出端分別連接到單片機(jī)和SD卡的電壓輸入端上；本發(fā)明對(duì)數(shù)據(jù)同步采集，為分析水資源的合理利用和準(zhǔn)確調(diào)度提供了數(shù)據(jù)支持和參考；同時(shí)具有存儲(chǔ)容量大、體積小、適應(yīng)性強(qiáng)、簡(jiǎn)單可靠、使用方便、移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L5/00GK102507063SQ201110350048
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者李大焱, 秦愛華, 邵建龍 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)