一種低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置製造方法
2023-10-16 22:32:19 1
專利名稱:一種低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置，尤其是一種應力採集裝置，屬於測控和自動化控制的【技術領域】，包括：RTC定時器、速度傳感器、電壓比較器、紅外發生器、紅外接收器、與門電路、中央處理器、採樣模塊供電控制電路、採樣模塊、無線通訊模塊、電源模塊，通過RTC定時器喚醒方法完成定時數據採集，保證應變數據的準確性；轎廂有速度時，電梯曳引鋼絲繩應變變化較大，當轎廂速度大於設定值的時候進行數據採集，保證應變數據的實時性並能提前預警；電梯安全巡邏人員通過紅外信號喚醒方法完成即時數據採集，以克服傳統電梯轎廂上的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置由於功率功耗太大而影響裝置性能的缺點。
【專利說明】 —種低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置，尤其是一種應力採集裝置，屬於測控和自動化控制的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]應力採集裝置是一種能夠在轎廂上對電梯曳引鋼絲繩的應變進行實時數據採集、自動存儲記錄、信號預處理、即時顯示、即時狀態分析、自動傳輸等功能的自動化設備。
[0003]當前，電梯中的應力採集裝置通常使用電池作為供電設備，但是電池的使用壽命有限，並且工業現場更換電池困難，所以如何降低系統功耗來延長電池的使用壽命很重要。
[0004]傳統的應力採集裝置中處理器處於連續工作狀態，功耗大，應力採集裝置使用壽命短，有些應力採集裝置通過增大電池容量來延長使用壽命，但同時也會增加應力採集裝置的體積，並且提高了成本，現在更多的降低功耗的方法是通過對處理器進行固定時間的模式切換，在連續工作和間歇工作之間切換來達到降低功耗的目的，但是這種方法在實際工業進行現場數據採集時存在很大的弊端，比如電梯安全巡邏人員到現場進行數據採集，必須等到處理器處於工作模式下，不能進行即時採集，嚴重影響了工作效率。
實用新型內容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是針對上述【背景技術】的不足，提供了一種低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置，通過RTC定時器喚醒方法完成定時數據採集，保證應變數據的準確性；轎廂有速度時，電梯曳引鋼絲繩應變變化較大，當轎廂速度大於設定值的時候進行數據採集，保證應變數據的實時性並能提前預警；電梯安全巡邏人員通過紅外信號喚醒方法完成即時數據採集，以克服傳統電梯轎廂上的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置由於功率功耗太大而影響裝置性能的缺點。
[0006]本實用新型為解決上述技術問題，採用如下技術方案:
[0007]—種低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置，包括:RTC定時器、速度傳感器、電壓比較器、紅外發生器、紅外接收器、與門電路、中央處理器、採樣模塊供電控制電路、採樣模塊、無線通訊模塊、電源模塊，
[0008]其中，電壓比較器輸入端與速度傳感器連接，紅外接收器輸入端與紅外發生器連接，RTC定時器輸出端、電壓比較器輸出端、紅外接收器輸出端分別和與門電路的三個輸入端連接，與門電路輸出端、採樣模塊供電控制電路的控制端、無線通訊模塊的復位端、電源模塊分別與中央處理器連接，採樣模塊與採樣模塊供電控制電路輸出端連接，
[0009]所述RTC定時器在達到設定計數時間後產生一個低電平脈衝的中斷信號，所述比較器在速度傳感器檢測到電梯曳引鋼絲繩的運行速度大於設定速度時產生一個低電平超速信號，紅外接收器在紅外發生器檢測到有安全巡邏人員經過時產生一個低電平脈衝信號，與門電路對低電平脈衝的中斷信號、低電平超速信號、低電平脈衝信號進行與操作，選取三種低電平信號中的一種作為喚醒信號，處於休眠模式的中央處理器在收到喚醒信號後通過輸出通道向採樣模塊供電控制端電路輸出一個高電平控制信號給採樣模塊供電控制模塊，採樣模塊供電控制模塊工作向採樣模塊供電，採樣模塊開始採集數據，採樣模塊將採集數據發送給中央處理器，中央處理器在收到採集數據後將數據以隊列形式存儲在存儲器中，經過5s固定延時後，中央處理器通過輸出通道向採樣模塊控制電路輸出一個使採樣模塊斷電的低電平信號，中央處理器進入休眠狀態等待下一個喚醒信號的到來。
[0010]作為所述低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置的進一步優化方案，與門電路採用74HC11晶片，中央處理器採用S3C2440晶片，無線通訊模塊採用FZB5300型號的zigbee模塊，
[0011]其中，所述RTC輸出端與74HC11晶片的第一輸入端、S3C2440晶片的第一輸入通道連接，電壓比較器輸出端與74HC11晶片的第二輸入端、S3C2440晶片的第二輸入通道連接，紅外接收器輸出端與74HC11晶片的第三輸入端、S3C2440晶片的第三輸入通道連接，74HC11晶片輸出端與S3C2440晶片的外部中斷引腳連接，採樣模塊供電控制電路的控制端與S3C2440晶片的第一輸出通道連接，zigbee模塊的復位端與S3C2440晶片的第二輸出通道連接，74HC11晶片、S3C2440晶片、zigbee模塊的供電埠分別與電源模塊連接。
[0012]作為所述低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置的進一步優化方案，紅外接收器包括:光敏二極體、第一三極體、第二三極體、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、施密特觸發器，
[0013]其中，第一三極體基極接光敏二極體陽極，光敏二極體陰極經過第一電阻與電源模塊連接，第一三極體集電極經過第二電阻與電源模塊連接，第一三極體發射極經過第三電阻接地，第二三極體基極接第一三極體發射極，第二三極體集電極經過第四電阻與電源模塊連接，第二三極體發射極經過第五電阻接地，施密特觸發器輸入端接第二三極體發射極，施密特觸發器輸出端接74HC11晶片的第三輸入端，施密特觸發器供電埠接電源模塊，
[0014]光敏二極體接收到紅外信號後產生的第一三極體基極電流經過第一三極體、第二三極體的兩級放大得到施密特觸發器輸入信號，施密特觸發器對其輸入信號處理後平穩輸出標準的CMOS電平信號。
[0015]作為所述低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置的進一步優化方案，採樣模塊供電控制電路包括:NPN三極體、PMOS管、第六電阻、第七電阻，
[0016]其中，第六電阻一端接S3C2440晶片的第一輸出通道，第六電阻另一端接所述NPN三極體基極，NPN三極體集電極通過第七電阻與電源模塊連接，NPN三極體發射極接地，PMOS管柵極接NPN三極體集電極，PMOS管源極與電源模塊連接，PMOS管漏極接採樣模塊電源正極，NPN三極體發射極接採樣模塊電源負極。
[0017]作為所述低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置的進一步優化方案，速度傳感器採用MMA7450型號的傳感器，採樣模塊包括A/D轉換晶片以及RS485通信接口。
[0018]本實用新型採用上述技術方案，具有以下有益效果:
[0019](I)本實用新型的應力採集裝置採用三種信號作為喚醒信號，降低了採樣模塊、無線通訊模塊、中央處理器的功率消耗，應力採集裝置用於採集電梯曳引鋼絲繩的應力，通常使用電池作為供電設備，考慮安全性，不宜採用容量太大的電池，故電池的使用壽命有限且更換困難，電池的短期使用嚴重影響應力採集裝置的工作效率，本實用新型中採用三種信號喚醒處理器進行工作能有效延長應力採集裝置的使用壽命；
[0020](2)本實用新型考慮到當轎廂有速度時，電梯曳引鋼絲繩應變變化較大，所以使用速度傳感器檢測轎廂速度，當轎廂速度大於設定值的時候喚醒處理器工作進行數據採集，保證應變數據的實時性並能提前預警；
[0021](3)本實用新型採用紅外信號喚醒採集裝置進行數據採集，電梯安全巡邏人員在所到之處用紅外信號控制應變數據採集和無線傳輸，能夠讓巡邏人員隨時控制應變數據採集並能獲取應力採集裝置的歷史數據，這種方法既符合電梯的巡邏檢查機制並保證了數據採集良好的實時性，又能保證在巡邏人員離開後自動進入休眠模式，降低整體功耗。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的應力採集裝置框圖；
[0023]圖2為本實用新型的應力採集裝置的連接圖；
[0024]圖3 (a)、圖3 (b)、圖3 (C)為中央處理器S3C2440最小系統的原理圖，圖3 Cd)為外部中斷信號監測電路，圖3 Ce)為非易失性鐵電存儲器；
[0025]圖4是檢測超速信號的原理圖；
[0026]圖5為採樣模塊供電控制電路原理圖；
[0027]圖6為紅外信號轉換原理圖；
[0028]圖7為12V轉5V原理圖；
[0029]圖8為5V轉3.3V的原理圖；
[0030]圖9為3.3V轉1.25V原理圖。
[0031]圖中標號說明:R1至 R8 為第一至第八電阻，R65、R66、R67、R68、R69、R70、R71、R72為電阻，Q1、Q2為第一、第二三極體，Q3為NPN三極體，Q4為PMOS管，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C36、C37、C38、C39為電容，D37為穩壓二極體，LI為濾波電感，Ul為施密特觸發器，U2為採樣模塊，U3為LM1117-33晶片，U4為MAX61090晶片，U23為非易失性鐵電存儲器，U24為LM2576晶片，Al為電壓比較器。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細說明:
[0033]本實用新型涉及的一種低功耗電梯曳引鋼絲繩盈利採集裝置如圖1所示，包括:RTC定時器、速度傳感器、電壓比較器、紅外發生器、紅外接收器、與門電路、中央處理器、採樣模塊供電控制電路、採樣模塊、無線通訊模塊、電源模塊。
[0034]圖2為在圖1基礎上進一步細化的採集裝置圖，與門電路採用74HC11晶片，中央處理器採用S3C2440晶片，無線通訊模塊採用FZB5300型號的zigbee模塊，RTC輸出端與74HC11晶片的A埠(即為權利要求中的第一輸入端)、S3C2440晶片的輸入/輸出通道10。(即為權利要求中的第一輸入通道)連接，電壓比較器輸出端與74HC11晶片的B埠(即為權利要求中的第二輸入端)、S3C2440晶片的輸入/輸出通道11 (即為權利要求中的第二輸入通道)連接，紅外接收器輸出端與74HC11晶片的C埠(即為權利要求中的第三輸入端)、S3C2440晶片的輸入/輸出通道12 (即為權利要求中的第三輸入通道)連接，74HC11晶片的Y埠(即為權利要求中的輸出端)與S3C2440晶片的外部中斷引腳Pl連接，採樣模塊供電控制電路的控制端與S3C2440晶片的輸入/輸出通道13 (即為權利要求中的第一輸出通道)連接，zigbee模塊的復位端與S3C2440晶片的輸入/輸出通道14 (即為權利要求中的第二輸出通道)連接，74HC11晶片、S3C2440晶片、zigbee模塊的供電埠分別與電源模塊連接。
[0035]中央處理器S3C2440最小系統的原理圖如圖3 (a)、圖3 (b)、圖3 (C)所示:LADDR[26:0]是處理器的地址總線，它將存儲空間以Bank的形式劃分，一個片選信號對應一個Bank，最大空間為128M，即227bit ；LDATA[31:0]為數據總線；LnOE為輸出使能信號；LnffE為寫使能信號；nGCS[4:0]分別是BankO~Bank4的片選信號，配合SDRAM完成數據讀寫；XTIrtC、XT0rtC為RTC晶振的輸入引腳和輸出引腳，晶振頻率32.768KHz，便於產生時鐘標準；XTIp11、XTOp11為主晶振的輸入輸出引腳，頻率為12MHz，經過內部PLL倍頻可工作在200MHz ；0M[3:2]下拉接地，將外部晶振配置為主鎖相環和USB鎖相環的時鐘源；0M[1:0]用以確定nGCSO設備的總線寬度，在處理器復位周期內有效。OMl下拉接地，OMO連接撥碼開關改變啟動時該引腳的電平狀態，配置系統從NAND Flash或者16位的NOR Flash啟動；PWM_IXDBL是定時器的PWM脈衝輸出，接IXD背光碟機動IC的DBrt (脈衝模式調節輸入)引腳，用以調節背光亮度；485nRE輸出引腳作為RS485接口晶片的接收使能信號。採用圖3(d)所示檢測電路對外部中斷信號進行檢測，外部中斷信號EINT8、EINT11、EINT13、EINT14、EINT15、EINT19分別經過電阻R65、電阻R66、電阻R67、電阻R68、電阻R69、電阻R70由Pl檢測。採用圖3 (e)所示的非易失性鐵電存儲器U23作為整個最小系統的存儲單元，SCL端腳、SDA端腳分別經過電阻R71、電阻R72接3V電壓。
[0036]圖4是檢測超速信號的原理圖，速度傳感器檢測電梯曳引鋼絲繩的速度輸出一個電壓信號，給定對應於速度為時的電壓作為給定信號，將這兩個電壓作為比較器的輸入電壓，當電梯速度大於設定的速度時，電壓比較器Al輸出一個低電平超速信號喚醒中央處理器進行電梯曳引鋼絲繩應力採集。
[0037]採樣模塊供電控制電路如圖5所示，利用三極體的放大作用增強驅動能力，採用NPN三極體驅動PMOS場效應管；利用PMOS管的開關特性，採用PMOS場效應管作為電源通斷開關，具體包括=NPN三極體Q3、PM0S管Q4、第六電阻R6、第七電阻R7，第六電阻R6 —端接S3C2440晶片的輸入/輸出通道13，第六電阻R6另一端接所述NPN三極體Q3基極，NPN三極體Q3集電極通過第七電阻R7與電源模塊連接，NPN三極體Q3發射極接地，PMOS管Q4柵極接NPN三極體Q3集電極，PMOS管Q4源極與電源模塊連接，PMOS管Q4漏極、NPN三極體Q3發射極分別接採樣模塊電源的正負極+IN、-1N ;當輸入電壓為低電壓時，由於基極沒有電流，NPN三極體集Q3電極和發射極未導通，NPN三極體Q3集電極為電源電壓高電壓，所以PMOS管Q4源極和漏極未導通，採樣模塊沒有電流，相當於採樣模塊電源斷開；當輸入電壓為高電壓時，由於基極有電流流動，NPN三極體Q3集電極和發射極導通，NPN三極體Q3的集電極為低電壓，所以PMOS管Q4源極和漏極導通，採樣模塊有電流，相當於採樣模塊電源通電。
[0038]採用圖6所示電路作為紅外信號接收電路對紅外信號進行轉換，電路具體包括:光敏二極體D、第一三極體Q1、第二三極體Q2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、施密特觸發器Ul，第一三極體Ql基極接光敏二極體D陽極，光敏二極體D陰極經過第一電阻Rl與電源模塊連接，第一三極體Ql集電極經過第二電阻R2與電源模塊連接，第一三極體Ql發射極經過第三電阻R3接地，第二三極體Q2基極接第一三極體Ql發射極，第二三極體Q2集電極經過第四電阻R4與電源模塊連接，第二三極體Q2發射極經過第五電阻R5接地，施密特觸發器Ul輸入端接第二三極體Q2發射極，施密特觸發器Ul輸出端接74HC11晶片的C埠，施密特觸發器供電埠接電源模塊；首先紅外信號發送到光敏二極體D上，光敏二極體D導通，光敏二極體D導通後使得第一三極體Ql門極電平變為高電平，第一三極體Ql導通，進行信號一級放大，第一三極體Ql導通後，使得第二三極體Q2門極為高電平，第二三極體Q2導通，進行信號二級放大，第二三極體Q2集電極的電平作為施密特觸發器7414的輸入，通過施密特觸發器7414的電平穩定，輸出標準的CMOS電平信號。
[0039]電源模塊設計時考慮到中央處理器I/O埠和一些外圍設備供電電源為3.3V，首先採用LM2576將外部輸入的12V電源穩壓為5V，然後分別由LMl117-33和MAX61090分別得到3.3V和1.25V電源，RED作為系統電源指示燈。
[0040]如圖7所示，採用LM2576晶片U24將外部輸入的12V電源穩壓為5V，LM2576晶片輸入電壓端Vin接+12V電壓，LM2576晶片的1、3號端腳間接有電容C36、電容C37，LM2576晶片控制端0N/0FF、輸出端OUTPUT之間接有穩壓二極體D37，濾波電感LI 一端接LM2576晶片輸出端OUTPUT，濾波電感LI另一端經過電容C38、電容C39接地，LM2576晶片反饋端FEEDBACK與濾波電感LI另一端並接輸出+5V電壓。
[0041]如圖8所示，由LMl117-33晶片U3將5V轉換3.3V, LMl117-33晶片輸入端VIN接+5V電壓，LMl117-33晶片輸入端VIN、地GND之間接有電容C3、電容C4，LMl117-33晶片NC端與輸出端VOUT並接，LMl 117-33晶片輸出端VOUTdi GND之間接有電容Cl、電容C2，LMl117-33晶片輸出+3.3V電壓。
[0042]如圖9所示，由 MAX61090 晶片U4將 3.3V轉換為 1.25V，MAX61090 晶片 VIN接+3.3V電壓，MAX61090晶片VIN端、CE端之間接有第八電阻R8，電容C7 —極接MAX61090晶片VIN端，電容C7另一極、MAX61090晶片VSS端均接地，電容C5 —極、電容C6 —極接MAX61090晶片VOUT端，電容C5另一極、電容C6另一極均接地。
【權利要求】
1.一種低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置，其特徵在於包括=RTC定時器、速度傳感器、電壓比較器、紅外發生器、紅外接收器、與門電路、中央處理器、採樣模塊供電控制電路、採樣模塊、無線通訊模塊、電源模塊， 其中，電壓比較器輸入端與速度傳感器連接，紅外接收器輸入端與紅外發生器連接，RTC定時器輸出端、電壓比較器輸出端、紅外接收器輸出端分別和與門電路的三個輸入端連接，與門電路輸出端、採樣模塊供電控制電路的控制端、無線通訊模塊的復位端、電源模塊分別與中央處理器連接，採樣模塊與採樣模塊供電控制電路輸出端連接。2.根據權利要求1所述的低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置，其特徵在於，所述與門電路採用74HC11晶片，中央處理器採用S3C2440晶片，無線通訊模塊採用FZB5300型號的zigbee模塊， 其中，所述RTC輸出端與74HC11晶片的第一輸入端、S3C2440晶片的第一輸入通道連接，電壓比較器輸出端與74HC11晶片的第二輸入端、S3C2440晶片的第二輸入通道連接，紅外接收器輸出端與74HC11晶片的第三輸入端、S3C2440晶片的第三輸入通道連接，74HC11晶片輸出端與S3C2440晶片的外部中斷引腳連接，採樣模塊供電控制電路的控制端與S3C2440晶片的第一輸出通道連接，zigbee模塊的復位端與S3C2440晶片的第二輸出通道連接，74HC11晶片、S3C2440晶片、zigbee模塊的供電埠分別與電源模塊連接。3.根據權利要求2所述的低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置，其特徵在於，紅外接收器包括:光敏二極體、第一三極體、第二三極體、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、施密特觸發器， 其中，第一三極體基極接光敏二極體陽極，光敏二極體陰極經過第一電阻與電源模塊連接，第一三極體集電極經過第二電阻與電源模塊連接，第一三極體發射極經過第三電阻接地，第二三極體基極接第一三極體發射極，第二三極體集電極經過第四電阻與電源模塊連接，第二三極體發射極經過第五電阻接地，施密特觸發器輸入端接第二三極體發射極，施密特觸發器輸出端接74HC11晶片的第三輸入端，施密特觸發器供電埠接電源模塊。4.根據權利要求2或3所述的低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置，其特徵在於，所述採樣模塊供電控制電路包括=NPN三極體、PMOS管、第六電阻、第七電阻， 其中，第六電阻一端接S3C2440晶片的第一輸出通道，第六電阻另一端接所述NPN三極體基極，NPN三極體集電極通過第七電阻與電源模塊連接，NPN三極體發射極接地，PMOS管柵極接NPN三極體集電極，PMOS管源極與電源模塊連接，PMOS管漏極接採樣模塊電源正極，NPN三極體發射極接採樣模塊電源負極。5.根據權利要求4所述的低功耗的電梯曳引鋼絲繩應力採集裝置，其特徵在於，速度傳感器採用MMA7450型號的傳感器。
【文檔編號】B66B5-06GK204265162SQ201420767977
【發明者】胡曉, 黃端, 陶傑 [申請人]江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院