本實(shí)用新型涉及起重機(jī)的安全控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種無線的太陽能供電的起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，起重機(jī)作為運(yùn)輸機(jī)械在各種施工現(xiàn)場(chǎng)被廣泛應(yīng)用，隨著安全意識(shí)的提高，為起重機(jī)安裝配套的安全保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。在技術(shù)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(shì)，越來越受到市場(chǎng)的重視。

傳感器節(jié)點(diǎn)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(xiàn)場(chǎng)的不同環(huán)境中實(shí)時(shí)檢測(cè)采集數(shù)據(jù)，電源是無線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用中電池容量有限，無法負(fù)擔(dān)長(zhǎng)時(shí)間的工作，需要定期更換電池確保信號(hào)采集能順利進(jìn)行，由于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)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(hù)成本。如何能穩(wěn)定有效地為傳感器節(jié)點(diǎn)提供電源保證就成為無線監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種無線的太陽能供電的起重機(jī)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(dòng)管理充電過程并進(jìn)行有效的能量存儲(chǔ)，使傳感器節(jié)點(diǎn)具有能量補(bǔ)充能力從而有效地延長(zhǎng)了節(jié)點(diǎn)的生存周期，同時(shí)易安裝、易維護(hù)，方便監(jiān)控起重機(jī)運(yùn)行時(shí)的各物理參數(shù)，可以有效降低起重機(jī)運(yùn)行時(shí)事故發(fā)生頻率，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種無線的太陽能供電的起重機(jī)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(hào)采集模塊連接，信號(hào)采集模塊的信號(hào)端連接重量傳感器、角度傳感器、高度傳感器和風(fēng)速風(fēng)向傳感器；信號(hào)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(fēng)速風(fēng)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(jī)的各個(gè)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(hù)模塊的輸入端，放電保護(hù)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(hù)模塊均電性連接于鋰電池上。

上述風(fēng)速風(fēng)向傳感器包括風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器。

上述主控芯片采用STC系列單片機(jī)STCFKS。

上述信號(hào)采集模塊采用位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC。

上述放電保護(hù)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(jī)和WQ存儲(chǔ)芯片組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果：

1、本無線的太陽能供電的起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，減少現(xiàn)場(chǎng)布線。依靠Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的傳感器通過無線連接成網(wǎng)絡(luò)，與駕駛室或監(jiān)控室主機(jī)相互通訊；

2、本無線的太陽能供電的起重機(jī)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(jīng)得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)，替代之前用電池為各節(jié)點(diǎn)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(hù)；

3、本無線的太陽能供電的起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀況。實(shí)時(shí)采集各傳感器數(shù)據(jù)，在遠(yuǎn)程終端準(zhǔn)確反映起重機(jī)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)、起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、起重機(jī)屬性等，方便操作人員及時(shí)了解起重機(jī)的工作狀態(tài)。

4、本無線的太陽能供電的起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，提前預(yù)知安全隱患。采集起重機(jī)運(yùn)行時(shí)的關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和判斷，當(dāng)起重機(jī)臨近危險(xiǎn)狀況時(shí)能發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示起重機(jī)操作人員作出相應(yīng)合理的操作，并能夠在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)阻止后續(xù)的危險(xiǎn)操作且發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知相關(guān)安全人員，以便及時(shí)處理，確保起重機(jī)安全運(yùn)行。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中主機(jī)電源模塊的電路圖；

圖3為本實(shí)用新型中太陽能充電管理模塊的電路圖；

圖4為本實(shí)用新型中太陽能放電保護(hù)模塊的電路圖

圖5為本實(shí)用新型中信號(hào)采集模塊的電路圖；

圖6為本實(shí)用新型中通信模塊的電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示一種無線的太陽能供電的起重機(jī)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載要求，主控芯片1通過無線通信模塊11與信號(hào)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(hào)采集器發(fā)射模塊與主機(jī)接收組匹配并通信；通過無線通信模塊11，區(qū)域內(nèi)的所有傳感器和主機(jī)形成了一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)采集模塊10采用12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543，信號(hào)采集模塊10的信號(hào)端連接重量傳感器6、角度傳感器7、高度傳感器8和風(fēng)速風(fēng)向傳感器9，重量傳感器6利用測(cè)量鋼絲繩和柔性繩索的張力原理，來測(cè)量鋼絲繩和柔性繩索所吊物體的重量，即主要用于測(cè)量起重機(jī)所吊物體的重量，量程隨具體起重機(jī)而定；角度傳感器7安裝在起重機(jī)的起重臂上，用來計(jì)算起重機(jī)力矩和防止提升過高而使整個(gè)設(shè)備發(fā)生傾覆；風(fēng)速風(fēng)向傳感器9包括風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器兩部分，用于測(cè)量起重機(jī)所處位置的風(fēng)速和風(fēng)向。風(fēng)速傳感器是一種高響應(yīng)、低門限、三風(fēng)杯的光電型風(fēng)速計(jì)，轉(zhuǎn)換器由裝接于風(fēng)速計(jì)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng)，光電耦合器裝于印制電路板上。轉(zhuǎn)盤有多個(gè)齒度，當(dāng)齒盤隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(chǎn)生脈沖輸出。每個(gè)齒遮住光束時(shí)表現(xiàn)為低電平，軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，多次切割光束而輸出一高一低的脈沖信號(hào)。風(fēng)向傳感器也是光電型傳感器，由單風(fēng)標(biāo)、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(cè)的6個(gè)窩型孔內(nèi)。當(dāng)風(fēng)標(biāo)隨風(fēng)向變化而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過其軸帶動(dòng)軸下端固定著的格雷碼盤，在光電組件的狹縫中轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的光電信號(hào)經(jīng)放大整形后，輸出對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)風(fēng)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(xí)慣上高電平為1，低電平為0，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)風(fēng)向信號(hào)以516度的分辨率為步進(jìn)變化。測(cè)量范圍為0～360°，64個(gè)方位；信號(hào)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(fēng)速風(fēng)向傳感器9，采集起重機(jī)運(yùn)行時(shí)的傳感器的信號(hào)，經(jīng)過前級(jí)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，處理成主控芯片能直接識(shí)別使用的信號(hào)；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(shù)據(jù)，用于顯示起重機(jī)的模擬圖、起重機(jī)運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)以及運(yùn)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(jī)向危險(xiǎn)方向運(yùn)行的回路，從而起到安全保護(hù)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(shè)計(jì)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(jī)和W25Q16存儲(chǔ)芯片組成，語音模塊14接收來自主控芯片的數(shù)據(jù)，用于進(jìn)行預(yù)警和報(bào)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(jī)的各個(gè)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(jī)向危險(xiǎn)方向運(yùn)行的回路，從而起到安全保護(hù)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(hù)模塊5的輸入端，放電保護(hù)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(hù)模塊5采用CN301芯片；充電管理模塊3與放電保護(hù)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(chǔ)；放電保護(hù)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(jī)STC15F2K56S2。

如圖2所示，為本安全監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)電源電路，該電源模塊15由市電供電，市電輸入后經(jīng)開關(guān)、保險(xiǎn)管、繞線電阻、TVS管和電源濾波器后進(jìn)入到AC/DC模塊，保險(xiǎn)管、繞線電阻和TVS管用作過流過壓保護(hù)，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(chǔ)在鋰電池4中，同時(shí)提供對(duì)鋰電池4充電過程中的過壓、過流保護(hù)，防止過充對(duì)鋰電池4造成損害。該電路采用CN3065芯片，該芯片內(nèi)部的8位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動(dòng)調(diào)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(dāng)太陽能電池板2輸入電壓大于低電壓檢測(cè)閾值和鋰電池4端電壓時(shí)，CN3065開始對(duì)鋰電池4進(jìn)行充電，紅色LED燈亮；當(dāng)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(hù)模塊5的電路圖，放電保護(hù)模5采用CN301芯片，完全使用硬件電路檢測(cè)電池端電壓，不需要軟件監(jiān)測(cè)，當(dāng)電池端電壓下降到過度放電閾值時(shí)，LBO引腳輸出低電平，NMOS管截止，PMOS管柵極為高點(diǎn)平，PMOS管截止，自動(dòng)切斷系統(tǒng)放電電路；當(dāng)太陽能電池板2自動(dòng)對(duì)鋰電池4充電，充電電壓達(dá)到高電壓檢測(cè)值，LBO輸出高電平，NMOS管導(dǎo)通，PMOS管柵極為低電平，PMOS管導(dǎo)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(hào)采集模塊10的電路圖，信號(hào)采集模塊10采用TI公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省單片機(jī)I/O資源，且價(jià)格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，使用的是CEL公司的ZigBee模塊連接信號(hào)采集器和主控芯片，使起重機(jī)上安裝的所有傳感器與主機(jī)連成無線網(wǎng)絡(luò)，傳輸信號(hào)。