專利名稱：一種鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
世界各地的高層建筑越來(lái)越多，高空玻璃幕墻擦洗設(shè)備越來(lái)越受到人們的關(guān)注，擦窗機(jī)也就應(yīng)運(yùn)而生。擦窗機(jī)屬于高空懸掛作業(yè)機(jī)械，擦窗機(jī)的吊船與懸掛機(jī)構(gòu)的主要連接方式是通過(guò)鋼絲繩。鋼絲繩作為擦窗機(jī)的核心構(gòu)件和高危構(gòu)件，其安全性備受關(guān)注。為了確保擦窗機(jī)安全可靠的運(yùn)行，對(duì)鋼絲繩安全情況的檢測(cè)尤為重要。然而到目前為止，對(duì)鋼絲繩的檢測(cè)都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)人員定期帶儀器設(shè)備到工作環(huán)境復(fù)雜的大型機(jī)械上進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試人員的工作危險(xiǎn)而且繁瑣，并且得到的數(shù)據(jù)只是我們所選取的時(shí)間點(diǎn)的狀況，并不能完全說(shuō)明整臺(tái)機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)期以來(lái)的工作狀態(tài)。而且無(wú)法長(zhǎng)期檢測(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)點(diǎn)的故障狀態(tài)，無(wú)法在結(jié)構(gòu)可能處于危險(xiǎn)工作狀態(tài)的第一時(shí)間提醒工作人員進(jìn)行維護(hù)。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服對(duì)鋼絲繩的檢測(cè)困難，本實(shí)用新型提供了一種能長(zhǎng)期穩(wěn)定實(shí)時(shí)在線檢測(cè)鋼絲繩“健康狀態(tài)”的節(jié)點(diǎn)，特別涉及一種非接觸式鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置。本實(shí)用新型公開了一種鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，包括傳感器檢測(cè)處理單元、無(wú)線射頻收發(fā)單元、電源管理模塊、阻抗匹配電路和SMA天線；所述傳感器檢測(cè)處理單元對(duì)鋼絲繩進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行采集和處理，處理后的數(shù)據(jù)傳送到無(wú)線射頻收發(fā)單元，通過(guò)和SMA天線相匹配的阻抗電路，再傳遞到SMA天線，進(jìn)行無(wú)線發(fā)送。電源管理模塊為各用電單元進(jìn)行供電。進(jìn)一步，所述的傳感器檢測(cè)處理單元采用非接觸式磁電檢測(cè)傳感器，該磁電檢測(cè)傳感器固定于可靠設(shè)備上，鋼絲繩非接觸式從傳感器中間穿過(guò)。進(jìn)一步，包括根據(jù)鋼絲繩漏磁場(chǎng)和磁通變化，向空間擴(kuò)散的磁信號(hào)集聚后，由陣列廣角霍爾元件組轉(zhuǎn)換成電壓變化值，再經(jīng)過(guò)A/D接口，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)字信號(hào)傳輸給無(wú)線射頻收發(fā)單元。進(jìn)一步，所述的無(wú)線射頻收發(fā)單元選擇按照IEEE802. 15. 4的傳輸協(xié)議，將數(shù)據(jù)打包，采用ZigBee技術(shù)組網(wǎng)，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊傳到另一個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊，最終將數(shù)據(jù)傳到現(xiàn)場(chǎng)基站。進(jìn)一步，所述無(wú)線射頻收發(fā)單元主芯片采用芯片CC2530 ；芯片CC2530的工作時(shí)鐘包括外部晶振、外部RC振蕩器、內(nèi)部RC振蕩器、內(nèi)部時(shí)鐘電源方式。所用的無(wú)線射頻收發(fā)單元即CC2530是與ZigBee/IEEE802. 15. 4兼容的無(wú)線射頻收發(fā)芯片，集成了 51單片機(jī)內(nèi)核，其工作在2. 4GHz ISM頻段，擁有104dB的鏈路預(yù)算，-IOldB的接收靈敏度和4. 5dBm的傳輸功率，從而減少了網(wǎng)絡(luò)中所需節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)，很大程度上降低了 802. 15. 4系統(tǒng)組網(wǎng)的成本。[0011]進(jìn)一步，芯片CC2530的工作時(shí)鐘采用兩個(gè)外部晶振32MHz晶振作為系統(tǒng)時(shí)鐘，為了提供芯片射頻收發(fā)器本振信號(hào)和MCU本振信號(hào)；32. 768KHz晶振作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，提供休眠模式定時(shí)器本振信號(hào)。進(jìn)一步，所述的電源管理模塊由供電模塊以及與供電模塊連接的電源穩(wěn)壓芯片組成，用于無(wú)線射頻收發(fā)單元、傳感器檢測(cè)處理單元等供電使用。所用電源管理模塊設(shè)計(jì)合理且性能可靠，采用開關(guān)電源進(jìn)行供電，由于開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量比較低，開關(guān)電源效率很高；并且采用電池和適配器供電方式，安全可靠且實(shí)用效果好。進(jìn)一步，所述的電源管理模塊由5V供電模塊經(jīng)過(guò)芯片SE1117降壓輸出3. 3V的穩(wěn)定直流電壓供使用。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型所公開的一種鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)檢測(cè)鋼絲繩的“健康狀態(tài)”，采用這樣的形式方便檢測(cè)人員在主控制室的主控機(jī)上直接得到機(jī)械結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，隨時(shí)掌握機(jī)械的工作狀態(tài)。本實(shí)用新型電路設(shè)計(jì)合理，接線簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、安裝方便且各部件性能優(yōu)良、使用效果好、實(shí)用價(jià)值高、能夠結(jié)合實(shí)際解決問(wèn)題。

下面根據(jù)實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1為本實(shí)用新型鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。1-傳感器檢測(cè)處理單元 2-無(wú)線射頻收發(fā)單元 3-電源管理模塊4-阻抗匹配電路5-SMA天線
具體實(shí)施方式
圖1為本實(shí)用新型鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，本實(shí)用新型包含對(duì)鋼絲繩進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的磁電式傳感器組成的傳感器檢測(cè)處理單元1，傳感器檢測(cè)處理單元1中也對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，處理后的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)綗o(wú)限射頻收發(fā)單元2中，無(wú)線射頻收發(fā)單元2對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行打包，通過(guò)和SMA天線5相匹配的阻抗電路4，再傳遞到SMA天線5，進(jìn)行無(wú)線發(fā)送。以及為各用電單元供電的電源管理模塊3。所述傳感器檢測(cè)處理單元1采用非接觸式磁電檢測(cè)傳感器，該磁電檢測(cè)傳感器固定于可靠設(shè)備上，鋼絲繩從傳感器中間穿過(guò)，但不接觸。所述磁電檢測(cè)傳感器通過(guò)永久磁鋼軸將鋼絲繩進(jìn)行深度磁化達(dá)到飽和，鋼絲繩的斷絲、磨損等缺陷同步產(chǎn)生漏磁場(chǎng)和磁通變化，向空間擴(kuò)散的磁信號(hào)集聚后，由陣列廣角霍爾元件組轉(zhuǎn)換成電壓變化值，再經(jīng)過(guò)A/D接口，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)字信號(hào)傳輸給無(wú)線射頻收發(fā)單元2。所述的無(wú)線射頻收發(fā)單元2按照IEEE802. 15. 4的傳輸協(xié)議，將數(shù)據(jù)打包，采用ZigBee技術(shù)組網(wǎng)，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊傳到另一個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊，最終將數(shù)據(jù)傳到現(xiàn)場(chǎng)基站。ZigBee是基于IEEE802. 15. 4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。ZigBee的技術(shù)特性決定它將是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最好選擇，廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)，自動(dòng)控制和監(jiān)視等諸多領(lǐng)域。其中，以美國(guó)Ti公司CC2430/CC2530芯片為代表的Zigbee SOC解決方案相比于眾多的Zigbee芯片被廣泛應(yīng)用。CC2530是與ZigBee/IEEE802. 15. 4兼容的無(wú)線射頻收發(fā)芯片，集成了 51單片機(jī)內(nèi)核，其工作在2. 4GHz ISM頻段，擁有104dB的鏈路預(yù)算，-IOldB的接收靈敏度和4. 5dBm的傳輸功率，從而減少了網(wǎng)絡(luò)中所需節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)，很大程度上降低了 802. 15. 4系統(tǒng)組網(wǎng)的成本。本實(shí)用新型所述無(wú)線射頻收發(fā)單元2主芯片采用CC2530，結(jié)合外接電路2. 4G塑膠棒天線、巴倫電路、10芯下載器等完成無(wú)線收發(fā)功能。無(wú)線射頻收發(fā)單元2是將傳感器檢測(cè)處理單元1傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行打包，再經(jīng)過(guò)無(wú)線發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)就是無(wú)線傳輸?shù)慕K點(diǎn)，各個(gè)無(wú)線傳輸節(jié)點(diǎn)的終端，直接與電腦相連。所述的阻抗匹配電路4是由巴倫電路(BALUN，即平衡饋電轉(zhuǎn)換器或平衡器電路)實(shí)現(xiàn)的，由電容電感相互串聯(lián)和并聯(lián)組成。巴倫電路是為了在TX模式下，把兩個(gè)差分RF引腳的輸出結(jié)合成一個(gè)單端RF信號(hào)，傳輸至SMA天線5，再發(fā)送出去；以及在RX模式下把SMA天線5接收到的單端天線信號(hào)分成一個(gè)差分RF信號(hào)。電源管理模塊3為高性能CC2530的供電電源為+3. 3V電源，CC2530的AVDD管腳接+3. 3V電源端，經(jīng)電容接地。CC2530的工作時(shí)鐘可以選取外部晶振、外部RC振蕩器、內(nèi)部RC振蕩器，內(nèi)部時(shí)鐘電源等方式。本實(shí)施實(shí)例中，采用兩個(gè)外部晶振32MHz晶振作為系統(tǒng)時(shí)鐘，提供芯片射頻收發(fā)器本振信號(hào)和MCU本振信號(hào)；32. 768KHz晶振作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，提供休眠模式定時(shí)器本振信號(hào)。其中，32MHz晶振的兩個(gè)引腳與CC2530的TOSCLQ1、XOSCJ2兩個(gè)管腳相接，且其兩個(gè)引腳分別經(jīng)電容后接地；32. 768KHz晶振的兩個(gè)引腳分別與CC2530的X0SC32K_Q1/X0SC32K_Q2兩個(gè)管腳相接，且兩個(gè)引腳分別經(jīng)電容后接地。CC2530的RESET_N管腳經(jīng)電阻后接+3. 3V電源，且該管腳經(jīng)電容后接地。實(shí)際使用過(guò)程中，采用5V適配器供電時(shí)，省略DC/DC轉(zhuǎn)換器，只需要在電源輸出端接電容用于+5V輸出即可，輸入電壓5V經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓芯片SE1117降壓為+3. 3V的直流電壓供其他用電設(shè)備使用；相應(yīng)的采用電池供電時(shí)，需要使用DC/DC轉(zhuǎn)換器。所用電源管理模塊3設(shè)計(jì)合理且性能可靠，采用開關(guān)電源進(jìn)行供電，由于開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量比較低，開關(guān)電源效率很高；并且采用電池和適配器供電方式，安全可靠且實(shí)用效果好。對(duì)電源管理模塊3進(jìn)行實(shí)際布線時(shí)，根據(jù)印制線路板實(shí)際的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時(shí)，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。同時(shí)，應(yīng)注意將數(shù)字地和模擬地的分開，若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使他們盡量分開。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀的大面積地箔。接地線應(yīng)盡量加粗，若接地線用很細(xì)的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使得抗噪性能降低。因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過(guò)三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線的長(zhǎng)度應(yīng)在2-3mm以上。接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路構(gòu)成的印制板，其接地電路布成閉環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。所述CC2530封裝形式是采用40引腳，6mmX6mm大小的QFN封裝。CC2530集射頻收發(fā)和MCU控制功能于一體，外圍元件包含一顆32MHz的晶振和一顆32. 768KHz的晶振及其他一些阻容器件。采用SMA天線5和巴倫匹配電路設(shè)計(jì)，在開闊可視情況下，通信距離可
5達(dá) 600m。 通過(guò)上述實(shí)施，可以很清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)方案。應(yīng)該注意，雖然以上是參考具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明的，但這并不意味是對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求而不是具體實(shí)施方式
來(lái)限定的。
權(quán)利要求1.一種鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，包括傳感器檢測(cè)處理單元、無(wú)線射頻收發(fā)單元、電源管理模塊、阻抗匹配電路和SMA天線，其特征在于所述傳感器檢測(cè)處理單元對(duì)鋼絲繩進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行采集和處理，處理后的數(shù)據(jù)傳送到無(wú)線射頻收發(fā)單元，通過(guò)和 SMA天線相匹配的阻抗電路，再傳遞到SMA天線，進(jìn)行無(wú)線發(fā)送，電源管理模塊為各用電單元進(jìn)行供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，其特征在于所述的傳感器檢測(cè)處理單元采用非接觸式磁電檢測(cè)傳感器，該磁電檢測(cè)傳感器固定于可靠設(shè)備上，鋼絲繩非接觸式從傳感器中間穿過(guò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，其特征在于其中，進(jìn)一步包括根據(jù)鋼絲繩漏磁場(chǎng)和磁通變化，向空間擴(kuò)散的磁信號(hào)集聚后，由陣列廣角霍爾元件組轉(zhuǎn)換成電壓變化值，再經(jīng)過(guò)A/D接口，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)字信號(hào)傳輸給無(wú)線射頻收發(fā)單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，其特征在于所述的無(wú)線射頻收發(fā)單元選擇按照IEEE802. 15. 4的傳輸協(xié)議，將數(shù)據(jù)打包，采用ZigBee技術(shù)組網(wǎng)，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊傳到另一個(gè)無(wú)線收發(fā)模塊，最終將數(shù)據(jù)傳到現(xiàn)場(chǎng)基站。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，其特征在于所述無(wú)線射頻收發(fā)單元主芯片采用芯片CC2530 ；芯片CC2530的工作時(shí)鐘包括外部晶振、外部RC振蕩器、內(nèi)部RC振蕩器、內(nèi)部時(shí)鐘電源方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，其特征在于芯片CC2530的工作時(shí)鐘采用兩個(gè)外部晶振32MHz晶振作為系統(tǒng)時(shí)鐘，為了提供芯片射頻收發(fā)器本振信號(hào)和MCU本振信號(hào)；32. 768KHz晶振作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，提供休眠模式定時(shí)器本振信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，其特征在于所述的電源管理模塊由供電模塊以及與供電模塊連接的電源穩(wěn)壓芯片組成，用于無(wú)線射頻收發(fā)單元、傳感器檢測(cè)處理單元等供電使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，其特征在于所述的電源管理模塊由 5V供電模塊經(jīng)過(guò)芯片SE1117降壓輸出3. 3V的穩(wěn)定直流電壓供使用。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋼絲繩無(wú)線檢測(cè)裝置，包括傳感器檢測(cè)處理單元、無(wú)線射頻收發(fā)單元、電源管理模塊、阻抗匹配電路和SMA天線，其特征在于所述傳感器檢測(cè)處理單元對(duì)鋼絲繩進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行采集和處理，處理后的數(shù)據(jù)傳送到無(wú)線射頻收發(fā)單元，通過(guò)和SMA天線相匹配的阻抗電路，再傳遞到SMA天線，進(jìn)行無(wú)線發(fā)送。電源管理模塊為各用電單元進(jìn)行供電；本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，接線簡(jiǎn)單，安裝便捷且電路板體積小，重量輕，使用效果好并且實(shí)用價(jià)值高，無(wú)線形式能夠減少網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)設(shè)備的復(fù)雜度，所用的電源管理模塊設(shè)計(jì)合理且性能可靠。
文檔編號(hào)G01N27/83GK202330362SQ20112043284
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者吳杰, 左慶, 焦照玉, 陳士忠 申請(qǐng)人:江蘇申錫建筑機(jī)械有限公司