一種採掘機液壓油含水量實時檢測系統
2023-11-04 04:57:53 2
1.本發明提供一種採掘機液壓油含水量實時檢測系統，屬於採掘機液壓油含水量檢測技術領域。
背景技術：
2.採掘機是井下綜採裝備的主要設備之一，是一個集機械、電氣、液壓控制為一體的大型複雜控制系統，採掘機動力主要來自於對內部液壓油的控制應用，因而液壓系統多數故障均是因油液汙染引起的，汙染情形主要來自液壓油中的水汙染，水汙染將導致液壓油性能惡化，降低控制的靈敏度，嚴重時將損壞液壓元器件；採取積極主動的措施預防水分對油液的侵入，並且及時準確的檢測出油液中的含水量，尤其是油中游離水和乳化水的含量，進而採取相應的維護措施，這對保證液壓系統控制的可靠性，延長液壓元器件的使用壽命具有重要的實際意義；但目前在採掘機中並未設置有相應的含水量檢測裝置或系統，檢測含水量依然靠人工手動抽檢，導致檢測不及時，對液壓設備當前液壓油的狀態不能做到全時段監控，存在安全隱患。
技術實現要素：
3.本發明為了克服現有技術中存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種採掘機液壓油含水量實時檢測系統硬體結構的改進。
4.為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種採掘機液壓油含水量實時檢測系統，包括封裝在採掘機駕駛室內的檢測電路板，還包括設置在液壓機構內部用於採集液壓油數據的電容傳感模塊和溫度傳感模塊，所述檢測電路板上集成有中央控制器和數據通信模塊，在檢測電路板外側還設置有液晶顯示屏和電源模塊，所述中央控制器通過導線分別與電容傳感模塊、溫度傳感模塊、數據通信模塊、液晶顯示屏相連，所述中央控制器的電源輸入端與電源模塊相連；所述數據通信模塊具體通過有線或無線的方式與監控計算機相連。
5.所述數據通信模塊內部設置有rs232通信電路和藍牙通信電路。
6.所述中央控制器內部使用的晶片為控制晶片u1，所述控制晶片u1的型號為stm32f103rct6，所述中央控制器內部的電路結構為：所述控制晶片u1的3腳並接晶振x2的一端後與電容c11的一端相連，所述控制晶片u1的4腳並接晶振x2的另一端後與電容c10的一端相連，所述電容c11和電容c10的另一端均接地；所述控制晶片u1的5腳並接晶振x1的一端後與電容c8的一端相連，所述控制晶片u1的6腳並接晶振x1的另一端後與電容c9的一端相連，所述電容c8和電容c9的另一端均接地；所述控制晶片u1的7腳、60腳分別與rs232通信電路的控制端相連；所述控制晶片u1的12腳並接電容c4的一端後接地，所述控制晶片u1的13腳與電容
c4的另一端相連；所述控制晶片u1的18腳並接電容c5的一端後接地，所述控制晶片u1的19腳與電容c5的另一端相連；所述控制晶片u1的28腳依次串接電阻r1和電阻r2後接地；所述控制晶片u1的31腳並接電容c6的一端後接地，所述控制晶片u1的32腳與電容c6的另一端相連；所述控制晶片u1的42腳、43腳分別與藍牙通信電路的控制端相連；所述控制晶片u1的47腳並接電容c7的一端後接地，所述控制晶片u1的48腳並接電容c7的另一端後與3.3v輸入電源相連；所述控制晶片u1的52腳與溫度傳感模塊的信號輸出端相連；所述控制晶片u1的22腳、58腳、21腳、23腳、59腳、61腳、62腳分別與液晶顯示屏的信號輸入端相連；所述控制晶片u1的63腳並接電容c18的一端後接地，所述控制晶片u1的64腳並接電容c18的另一端後與3.3v輸入電源相連。
7.所述電容傳感模塊內部使用的晶片為傳感晶片u3，所述傳感晶片u3的型號為fdc2214，所述電容傳感模塊內部的電路結構為：所述傳感晶片u3的1腳串接電阻r9後與3.3v輸入電源相連；所述傳感晶片u3的2腳串接電阻r8後與3.3v輸入電源相連；所述傳感晶片u3的3腳、4腳、6腳、8腳均接地；所述傳感晶片u3的7腳並接電容c13的一端、電容c12的一端後與3.3v輸入電源相連，所述電容c12和電容c13的另一端均接地；所述傳感晶片u3的9腳、10腳與第一信號採集端相連；所述傳感晶片u3的11腳、12腳與第二信號採集端相連；所述傳感晶片u3的13腳、14腳與第三信號採集端相連；所述傳感晶片u3的15腳、16腳與第四信號採集端相連。
8.所述rs232通信電路內部使用的晶片為串口晶片u2，所述串口晶片u2的型號為ch340g，所述rs232通信電路的結構為：所述串口晶片u2的1腳接地；所述串口晶片u2的4腳串接電容c1後接地；所述串口晶片u2的13腳串接電阻r3後與三極體q1的基極相連；所述串口晶片u2的14腳並接電阻r4的一端後與三極體q1的發射極相連；所述電阻r4的另一端與三極體q2的基極相連，所述三極體q2的集電極並接電阻r6的一端後與電阻r7的一端相連，所述電阻r7的另一端接地，所述電阻r6的另一端與控制晶片u1的60腳相連；所述三極體q1的集電極並接電阻r5的一端後與二極體d1的負極相連，所述電阻r5的另一端與3.3v輸入電源相連，所述二極體d1的正極與控制晶片u1的7腳相連；所述串口晶片u2的16腳並接電容c3的一端、電容c2的一端後與5v輸入電源相連，所述電容c3和電容c2的另一端均接地。
9.所述電源模塊內部使用的晶片為穩壓器u4和電源控制晶片u5，所述穩壓器u4的型
號為ams1117，所述電源控制晶片u5的型號為fm3209f，所述電源模塊內部的電路結構為：所述電源控制晶片u5的1腳與電源開關p6相連；所述電源控制晶片u5的2腳並接電阻r13的一端、電感l4的一端後與電容c20的一端相連；所述電源控制晶片u5的3腳並接電容c20的另一端後接地；所述電源控制晶片u5的4腳並接電阻r13的另一端、電容c19的一端後與電池供電端相連，所述電容c19的另一端接地；所述電源控制晶片u5的5腳並接電感l4的另一端、電容c21的一端、電容c24的一端後與電源控制晶片u5的6腳相連，所述電容c21的另一端接地；所述電源控制晶片u5的7腳並接電源控制晶片u5的8腳、電容c24的另一端後與穩壓器u4的3腳相連；所述電源控制晶片u5的9腳並接電容c29的一端後與電阻r16的一端相連，所述電容c29的另一端、電阻r16的另一端均接地；所述電源控制晶片u5的15腳串接電容c30後接地；所述穩壓器u4的2腳並接電容c22的一端、電容c23的一端、電阻r14的一端後與穩壓器u4的4腳相連；所述電阻r14的另一端與電源燈相連，所述電容c22和電容c23的另一端均接地；所述穩壓器u4的1腳依次並接電容c25的一端、電容c26的一端、電容c27的一端、電容c28的一端、電阻r15的一端後與電阻r11的一端相連；所述電阻r15的另一端並接電阻r11的另一端後與mos場效應管q3的源極相連；所述mos場效應管q3的漏極接地；所述mos場效應管q3的柵極串接電阻r12後與控制晶片u1的15腳相連。
10.所述mos場效應管q3的型號為bss38-c779768。
11.所述溫度傳感模塊的型號為ds18b20。
12.本發明相對於現有技術具備的有益效果為：本發明提供一種內置於採掘機內部的檢測系統，用於實時檢測液壓油含水量的數據變化狀態，通過將採集數據處理後及時上傳，由監控計算機對測得數據進行分析，可以實時檢測採掘機中液壓油的品質，當實時監測的數據不在規定範圍內，可以通知現場操作人員及時對現有液壓油進行處理，保證液壓系統日常工作控制的穩定性，延長液壓元器件的使用壽命；本發明提供全套的油含水檢測系統硬體結構，對部分功能模塊連接結構進行優化改進，可以實現實時精確檢測的目的。
附圖說明
13.下面結合附圖對本發明做進一步說明：圖1為本發明的電路結構示意圖；圖2為本發明中央控制器的電路圖；圖3為本發明電容傳感模塊的電路圖；圖4為本發明rs232通信電路的電路圖；圖5為本發明電源模塊的電路圖；圖6為本發明採集處理電容信號的步驟流程圖；
圖7為本發明採集處理溫度信號的步驟流程圖；圖中：1為電容傳感模塊、2為溫度傳感模塊、3為中央控制器、4為數據通信模塊、5為液晶顯示屏、6為電源模塊、7為監控計算機。
具體實施方式
14.如圖1至圖7所示，本發明提供一種對液壓油含水量進行現場實時檢測的系統，在使用前，需設計專用的電容及溫度傳感器，獲取傳感器在不同液壓油容量，不同含水量情況下等效的電容、溫度數據，建立傳感器液壓油重量（質量）和液壓油含水量與傳感器在相應情況下等效的電容、溫度關係模型。
15.本發明提供的檢測系統主要包括：採集端傳感器的選型與設計，檢測裝置外殼設計以及核心控制電路板的設計；其中，採集端傳感器經過理論仿真與實際場景調查，最終選用平行板作為採集端傳感器，檢測裝置外殼主要完成採集儀主要電路板和液晶屏顯示等重要組成部分的放置與安裝工作，主電路為液壓油實時精確檢測的核心部分，對採集儀各部分進行控制調度，以便精準地對信號進行採集；系統主要包括電源部分、電容測量電路部分、溫度信號採集部分、液晶顯示部分、執行控制以及數據通信部分等。
16.如圖2所示，主控電路由中央控制器、復位電路、時鐘電路、晶振電路等組成，中央控制器為實現實時精確檢測液壓油含水量，作為數據採集處理及反饋控制信號的模塊，其數據處理速度，外設資源，產品功耗及產品穩定性將影響採集裝置的整體性能，本發明選用的中央控制器是意法半導體（st）研製的32位arm cortex-m3內核stm32f103rct6型號的嵌入式微控制器晶片，該型號控制晶片有3個12位adc，該系列微處理器均已實現量產，性價比極高，在成本和穩定性方面表現突出。
17.如圖3所示，作為電容傳感器電路，為獲取液壓油中的電容信號，需要選擇合適的電容傳感晶片將採集到的信號轉換為電信號，本發明選用ti公司的一款低功耗高精度晶片fdc2214電容傳感器，該傳感器結構簡單，體積小，解析度高，動態響應好，溫度穩定性好，可以高效完成非電量的變化轉換為電容量的變化，實現對物理量的測量；所述傳感晶片u3的addr埠是地址選擇腳，當addr為低，iic尋址0x2a，當addr為高，iic尋址0x2b；電容傳感器晶片fdc2214是一個四通道，28位的電容數字轉換器，可以直接讀取電容值，採用iic通信協議，其處理數據的流程如圖6所示。
18.本發明使用獨立外接的溫度傳感模塊，針對溫度的變化影響電容值的變化，從而影響含水量的變化，溫度傳感模塊選用ds18b20型號的溫度傳感器，輸出數位訊號，該傳感器具有體積小，抗幹擾能力強，精度高的特點，可以將其安裝在液壓元器件中；ds18b20採用單總線模式，主晶片通過一根接口線可以把信號送入或送出ds18b20溫度傳感器，既可傳輸始終又可傳輸數據，其處理數據的流程如圖7所示。
19.本發明外接液晶顯示屏用於實時展示測量數據，為了能夠實時顯示採集到的電容值和瞬時溫度值，本發明選用4寸的tft觸摸彩色spi串口液晶屏幕，具備480*320的高清解析度，顯示色彩豐富的特點；液晶顯示電路採用spi方式進行通信，此方式是一種高速，全雙工的同步三線通信方式，該方式簡單易用，通信簡單，數據傳輸速率快，可滿足具體要求。
20.本發明另外提供有獨立的供電模塊，在液壓油含水量檢測過程中，考慮到實際產品可能需要脫離電源供電的需求，設計了兩種供電方式：一種是通過type-c給中央控制器、
傳感器、液晶屏幕以及通信模塊等供電，另一種是直接外接電池供電；電池充電管理晶片採用fm3209f，該晶片轉換效率比較高，由於fm3209晶片有自保護功能，長時間工作後會自動斷電，故在輸出部分加入場效應管q3，場效應管q3通過電阻與單片機主晶片連接，由於場效應管的供電特性，可以使得在保證電路正常工作的前提下，降低整個電路功耗。
21.進一步的，檢測系統在使用時，共有四路傳感器信號需要獲取，分別為三路電容信號和一路溫度信號，本發明採用主控制器自帶模擬數字轉換器，stm32f103rct6控制晶片具有3個12位adc，共18個通道，為12位逐次逼近型模數轉換器，最大轉換效率1mhz，可以高效完成上述信號轉換需要。
22.進一步的，檢測系統在工作過程中，溫度傳感器和電容傳感器輸出的信號經過信號處理，模數轉換後到達中央控制器，中央控制器再處理之後上傳至上位機，具體實現時，中央控制器可以通過串口連接hc-05藍牙串口通訊模塊，以無線通訊方式將數據上傳至pc上位機，其波特率需設置為38400。
23.最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。