一种无线的太阳能供电的起重机安全监控系统的制作方法

本实用新型涉及起重机的安全控制技术领域，尤其是一种无线的太阳能供电的起重机安全监控系统。

背景技术：

近年来，起重机作为运输机械在各种施工现场被广泛应用，随着安全意识的提高，为起重机安装配套的安全保护系统已经成为一种趋势。在技术不断发展的过程中，无线的安全监控系统因具有成本低、安装方便等优势，越来越受到市场的重视。

传感器节点作为无线的安全监控系统的重要组成部分，散布在施工现场的不同环境中实时检测采集数据，电源是无线传感器节点设计过程中重要的一环，目前，采用电池供电是比较常见的方式，在实际应用中电池容量有限，无法负担长时间的工作，需要定期更换电池确保信号采集能顺利进行，由于施工现场环境复杂，安装好后更换电池十分困难，且一定程度上增加了系统的维护成本。如何能稳定有效地为传感器节点提供电源保证就成为无线监控管理系统设计中的关键问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种无线的太阳能供电的起重机安全监控系统，该监控系统能在使用过程中采集太阳能，自动管理充电过程并进行有效的能量存储，使传感器节点具有能量补充能力从而有效地延长了节点的生存周期，同时易安装、易维护，方便监控起重机运行时的各物理参数，可以有效降低起重机运行时事故发生频率，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种无线的太阳能供电的起重机安全监控系统，包括主控芯片和太阳能电池板，所述主控芯片通过无线通信模块与信号采集模块连接，信号采集模块的信号端连接重量传感器、角度传感器、高度传感器和风速风向传感器；信号采集模块和无线通信模块贴近重量传感器、角度传感器、高度传感器和风速风向传感器安装；所述主控芯片的接口连接显示模块、触摸屏模块和语音模块，主控芯片的输入端电性连接电源模块和控制模块，电源模块为系统中主机的各个模块供电；所述太阳能电池板的输出端电性连接于充电管理模块的输入端，充电管理模块的输出端电性连接于放电保护模块的输入端，放电保护模块的输出端连接无线通信模块；所述充电管理模块与放电保护模块均电性连接于锂电池上。

上述风速风向传感器包括风速传感器和风向传感器。

上述主控芯片采用STC系列单片机STCFKS。

上述信号采集模块采用位串行模数转换器TLC。

上述放电保护模块采用CN芯片。

上述无线通信模块采用ZigBee模块。

上述语音模块由WTD语音单片机和WQ存储芯片组成。

与现有技术相比，本实用新型有益效果：

1、本无线的太阳能供电的起重机安全监控系统，减少现场布线。依靠Zigbee无线传感网络技术，将区域内的所有节点的传感器通过无线连接成网络，与驾驶室或监控室主机相互通讯；

2、本无线的太阳能供电的起重机安全监控系统，利用可再生能源。利用太阳能供电这种已经得到广泛应用的技术，替代之前用电池为各节点无线传感器供电的方式，取材方便，干净环保，而且在后续使用中易维护；

3、本无线的太阳能供电的起重机安全监控系统，实时监控运行状况。实时采集各传感器数据，在远程终端准确反映起重机运行时的参数、起重机运行状态、起重机属性等，方便操作人员及时了解起重机的工作状态。

4、本无线的太阳能供电的起重机安全监控系统，提前预知安全隐患。采集起重机运行时的关键参数，进行相关的数据处理和判断，当起重机临近危险状况时能发出预警信号，提示起重机操作人员作出相应合理的操作，并能够在危险发生时阻止后续的危险操作且发出报警信号，通知相关安全人员，以便及时处理，确保起重机安全运行。

附图说明

图1为本实用新型提供的起重机安全监控系统的结构示意图；

图2为本实用新型中主机电源模块的电路图；

图3为本实用新型中太阳能充电管理模块的电路图；

图4为本实用新型中太阳能放电保护模块的电路图

图5为本实用新型中信号采集模块的电路图；

图6为本实用新型中通信模块的电路图。

具体实施方式

如图1所示一种无线的太阳能供电的起重机安全监控系统，包括主控芯片1和太阳能电池板2，太阳能电池板2为95mm×95mm单晶太阳能电池板，输出电压5.5V，输出电流150mA，正常工作状态下的输出功率可满足一般无线传感器网络节点的负载要求，主控芯片1通过无线通信模块11与信号采集模块10连接，无线通信模块11采用ZigBee模块，用于无线传感器信号采集器发射模块与主机接收组匹配并通信；通过无线通信模块11，区域内的所有传感器和主机形成了一个无线网络，信号采集模块10采用12位串行模数转换器TLC2543，信号采集模块10的信号端连接重量传感器6、角度传感器7、高度传感器8和风速风向传感器9，重量传感器6利用测量钢丝绳和柔性绳索的张力原理，来测量钢丝绳和柔性绳索所吊物体的重量，即主要用于测量起重机所吊物体的重量，量程随具体起重机而定；角度传感器7安装在起重机的起重臂上，用来计算起重机力矩和防止提升过高而使整个设备发生倾覆；风速风向传感器9包括风速传感器和风向传感器两部分，用于测量起重机所处位置的风速和风向。风速传感器是一种高响应、低门限、三风杯的光电型风速计，转换器由装接于风速计转轴上的齿盘组成，齿盘安置于光电耦合器的发光管与光电三极管之间并能随轴转动，光电耦合器装于印制电路板上。转盘有多个齿度，当齿盘随轴转动时，发光管LED发射的光束被齿盘上的齿度切割，光电三极管即产生脉冲输出。每个齿遮住光束时表现为低电平，轴转动一圈，多次切割光束而输出一高一低的脉冲信号。风向传感器也是光电型传感器，由单风标、格雷码盘、光电组件组成，红外LED和光电三极管分别安装于6位格雷码盘上下两侧的6个窝型孔内。当风标随风向变化而转动时，通过其轴带动轴下端固定着的格雷码盘，在光电组件的狭缝中转动，产生的光电信号经放大整形后，输出对应当时风向的角度为12V的六位格雷码每位格雷码只有电平高低的区别，习惯上高电平为1，低电平为0，转动时风向信号以516度的分辨率为步进变化。测量范围为0～360°，64个方位；信号采集模块10和无线通信模块11安装在贴近重量传感器6、角度传感器7、高度传感器8和风速风向传感器9，采集起重机运行时的传感器的信号，经过前级放大和模数转换，处理成主控芯片能直接识别使用的信号；主控芯片1的接口连接显示模块12、触摸屏模块13和语音模块14，显示模块12用于接收来自主控芯片1的数据，用于显示起重机的模拟图、起重机运行的相关参数以及运行状态；触摸屏模块13用于接收来自主控芯片1的控制命令，用于切断起重机向危险方向运行的回路，从而起到安全保护的作用，触摸屏模块13用于与操作员之间的交互；显示模块12和触摸屏模块13采用的是由32位的ARM9 S3C2410设计开发的一款高性能、低功耗、易使用的真彩色智能显示终端；语音模块14由WT588D语音单片机和W25Q16存储芯片组成，语音模块14接收来自主控芯片的数据，用于进行预警和报警提示；主控芯片1的输入端电性连接电源模块15和控制模块16，电源模块15为系统中主机的各个模块供电；控制模块16接收来自主控芯片1的控制命令，用于切断起重机向危险方向运行的回路，从而起到安全保护的作用；太阳能电池板2的输出端电性连接于充电管理模块3的输入端，充电管理模块3的输出端电性连接于放电保护模块5的输入端，放电保护模块5的输出端电性连接于无线通信模块11的输入端，放电保护模块5采用CN301芯片；充电管理模块3与放电保护模块5均电性连接于锂电池4上，防止锂电池过充，保证能量被有效存储；放电保护模块5连接锂电池4和无线通信模块11，避免锂电池4过放电；锂电池4选择容量为900mAh的充电电池，正常工作电压范围3.7-4.2V。

主控芯片1采用STC15系列单片机STC15F2K56S2。

如图2所示，为本安全监控系统的主机电源电路，该电源模块15由市电供电，市电输入后经开关、保险管、绕线电阻、TVS管和电源滤波器后进入到AC/DC模块，保险管、绕线电阻和TVS管用作过流过压保护，电源滤波器可防浪涌抗跌落，AC/DC模块输出±12V和5V三组电压，为后继电路供电。

如图3所示，为本安全监控系统的充电管理电路模块，该充电管理模块3连接太阳能电池板2和锂电池4，将采集的能量有效地存储在锂电池4中，同时提供对锂电池4充电过程中的过压、过流保护，防止过充对锂电池4造成损害。该电路采用CN3065芯片，该芯片内部的8位模拟-数字转换电路，能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流，可最大限度利用输入电压源的电流输出能力。当太阳能电池板2输入电压大于低电压检测阈值和锂电池4端电压时，CN3065开始对锂电池4进行充电，红色LED灯亮；当电充满后，绿色LED灯亮。

如图4所示，为本安全监控系统的放电保护模块5的电路图，放电保护模5采用CN301芯片，完全使用硬件电路检测电池端电压，不需要软件监测，当电池端电压下降到过度放电阈值时，LBO引脚输出低电平，NMOS管截止，PMOS管栅极为高点平，PMOS管截止，自动切断系统放电电路；当太阳能电池板2自动对锂电池4充电，充电电压达到高电压检测值，LBO输出高电平，NMOS管导通，PMOS管栅极为低电平，PMOS管导通，放电回路被打开。

如图5所示，为本安全监控系统的信号采集模块10的电路图，信号采集模块10采用TI公司的12位串行模数转换器TLC2543，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省单片机I/O资源，且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。

如图6所示，为本安全监控系统的无线通信模块11的电路图，无线通信模11采用485串行总线标准，使用的是CEL公司的ZigBee模块连接信号采集器和主控芯片，使起重机上安装的所有传感器与主机连成无线网络，传输信号。