一种基于单片机的智能重锤式仓位计的制作方法

本实用新型属于煤矿井口煤仓内存煤仓位的检测领域，尤其涉及一种基于单片机的智能重锤式仓位计。

背景技术：

煤仓仓位作为煤业公司生产的重要设备，在煤炭生产过程中发挥着重要的作用。由于煤的颗粒大小不同，形状各异、密度不均匀、且含有其他杂质，同时 很多煤业公司的原煤仓一直使用的是雷达式仓位计进行仓位计量，该设备采用微波技术来检测料位，采用集成电路，利用雷达原理、数字信号处理等技术进行工作。这种设备在使用过程中，由于煤仓情况比较复杂恶劣，容易受到煤尘、水雾、堆煤角度等煤仓内各种实际条件的影响，在不同的工作状况下测量数值不稳定，波动没有规律可循。在实际使用过程中，还存在着与调度室没有建立直接的数据通信，不能实时显示仓位信息的情况，实际生产中主要通过皮带机司机、调度员利用对讲机沟通，可是由于工作环境嘈杂，信息不能及时传递，导致调度室不能掌握实时数据，这极大的影响了调度动作效率、生产进度安排。因此，研发一种实用的仓位计势在必行。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供一种测量精度较高的基于单片机的智能重锤式仓位计，以克服现有技术中的不足。

（为叙述方便，下文中所称的“左”“右”与附图本身的左右方向一致，但并不对本实用新型的结构起限定作用。）

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：

一种基于单片机的智能重锤式仓位计，该仓位计包括主控模块、无线收发模块、电源模块、传感器单元、显示单元和重锤机械组单元；所述传感器单元的输出端连接于所述主控模块的输入端，所述传感器单元设置在重锤机械组单元的不同位置用于监控重锤机械组单元的运行状态；所述主控模块用于根据传感器单元上传的监控信号发布相应的控制命令，通过所述无线收发模块将仓位信息发送至显示单元，所述主控模块通过H桥电机驱动电路控制重锤机械组单元的驱动电机；所述电源模块为所述基于单片机的智能重锤式仓位计提供工作电压。

优选的，所述传感器单元包括角度传感器、光电开关传感器、第一限位传感器、第二限位传感器、第三限位传感器和第四限位传感器。

优选的，所述重锤机械组单元包括同步皮带装置、绕绳滚筒、驱动电机、滚珠丝杆副、拉簧、第一滑块、第二滑块和若干滑轮；所述同步皮带装置包括同步皮带、第一同步皮带轮和第二同步皮带轮，所述第一同步皮带轮通过同步皮带连接于第二同步皮带轮；所述驱动电机连接于第一同步皮带轮的一端面，所述驱动电机带动第一同步皮带轮和第二同步皮带轮同步转动，第一同步皮带轮的另一端面同轴的连接有所述绕绳滚筒，所述滚珠丝杆副的丝杆一端穿过并固定于第二同步皮带轮且伸出第二同步皮带轮的丝杆的端部固定有角度传感器，在所述角度传感器的对面设置有光电开关传感器；所述第一滑块固定在所述滚珠丝杆副的螺母上，第一滑块的下端固定设置有一个滑轮；所述绕绳滚筒与丝杆的螺纹部对齐设置，在所述绕绳滚筒两端部对应的丝杆的位置分别设置第三限位传感器和第四限位传感器；所述拉簧悬挂于所述滚珠丝杆副的左斜上方，所述拉簧的下端固定有所述第二滑块，在第二滑块的行程的两个端部分别安装第一限位传感器和第二限位传感器，在所述第二滑块的下端固定有一个滑轮；所述钢丝绳的一端固定缠绕于所述绕绳滚筒上，所述钢丝绳的另一端分别穿过第一滑块下的滑轮、第二滑块下的滑轮后固定连接有所述重锤。

优选的，所述第一滑块下的滑轮和第二滑块下的滑轮之间还设置有若干换向定滑轮。

优选的，所述的主控模块为单片机。

优选的，所述的角度传感器为圆光栅角度传感器。

优选的，所述电源模块为具有反向保护、过流过压保护功能的模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型可以有效的避免比较复杂恶劣的煤仓情况对测量精度上的影响，即不易受到煤尘、水雾、堆煤角度等煤仓内各种实际条件的影响，在主控模块的控制下整个装置的各个部分相互协调，整个装置原理简单，测量数据精确，扩展性好，抗干扰能力强，不受煤尘的影响，不受介质湿度、温度、电导率的影响，有很大的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1 一种基于单片机的智能重锤式仓位计的电气单元结构示意图。

图2 一种基于单片机的智能重锤式仓位计的具体电气部分电路示意图。

图3 一种基于单片机的智能重锤式仓位计的机械结构示意图。

图中：1-第一限位传感器；2-第二限位传感器；3-第三限位传感器；4-第四限位传感器；5-光电开关传感器；6-角度传感器；7-第一滑块；8-第二滑块；9-拉簧；10-滚珠丝杆副；11-驱动电机；12-绕绳滚筒；13-第二同步皮带轮；14-第一同步皮带轮；15-钢丝绳；16-重锤。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

参见附图1、图2和图3，现对本实用新型提供的一种基于单片机的智能重锤式仓位计进行说明。

一种基于单片机的智能重锤式仓位计，该仓位计包括主控模块、无线收发模块、电源模块、传感器单元、显示单元和重锤机械组单元；所述传感器单元的输出端连接于所述主控模块的输入端，所述传感器单元设置在重锤机械组单元的不同位置用于监控重锤机械组单元的运行状态；所述主控模块用于根据传感器单元上传的监控信号发布相应的控制命令，并通过所述无线收发模块将仓位信息发送至显示单元，所述主控模块通过H桥电机驱动电路控制重锤机械组单元的驱动电机11；所述电源模块为所述基于单片机的智能重锤式仓位计提供工作电压，所述电源模块为主控模块提供5V的工作电压，也为所传感器单元和所述无线收发模块提供24V的工作电压。本实施例中，所述的驱动电机11使用涡轮蜗杆直流减速电机，且该电机带有自锁功能。在主控模块中编写进行测量时间间隔的程序，主控模块按时发出测量信号，重锤机械组单元开始工作，传感器单元通过设置在重锤机械组单元的不同位置来检测其工作情况，将检测到的数据信息传输给主控模块，主控模块再来控制重垂机械组单元，并将测量到的信息通过无线收发模块发送至调配室的显示单元上。本实施例中无线收发模块使用的是SX1278无线收发模块。所述显示单元为了实时显示仓位变化的具体情况。所述电源模块、主控模块、无线收发模块和H桥电机驱动电路封装在一个数控箱内，避免比较复杂恶劣的煤仓情况对主控模块或是其他电子器件的影响，延长上述各种电子器件的使用寿命。

进一步的，作为本实用新型提供的一种基于单片机的智能重锤式仓位计的一种具体实施方案，所述传感器单元包括角度传感器6、光电开关传感器5、第一限位传感器1、第二限位传感器2、第三限位传感器3和第四限位传感器4。角度传感器6和光电开关传感器5互相配合工作，主要是为了记录驱动电机11转动的圈数。

进一步的，作为本实用新型提供的一种基于单片机的智能重锤式仓位计的另一种具体实施方案，所述重锤机械组单元包括同步皮带装置、绕绳滚筒12、驱动电机11、滚珠丝杆副10、拉簧9、第一滑块7、第二滑块8和若干滑轮；所述同步皮带装置包括同步皮带、第一同步皮带轮14和第二同步皮带轮13，所述第一同步皮带轮14通过同步皮带连接于第二同步皮带轮13；所述驱动电机11连接于第一同步皮带轮14的一端面，所述驱动电机11带动第一同步皮带轮14和第二同步皮带轮13同步转动，第一同步皮带轮14的另一端面同轴的连接有所述绕绳滚筒12，所述滚珠丝杆副10的丝杆一端穿过并固定于第二同步皮带轮13且伸出第二同步皮带轮13的丝杆的端部固定有角度传感器6，在所述角度传感器6的对面设置有光电开关传感器5；所述丝杆的螺纹部和绕绳滚筒12都是足够长可以保证滚珠丝杆副10的螺母不会超过左右极限行程且钢丝绳15也能保证全部绕在绕绳滚筒12上；所述第一滑块7固定在所述滚珠丝杆副10的螺母上，第一滑块7的下端固定设置有一个滑轮；所述绕绳滚筒12与丝杆的螺纹部对齐设置，在所述绕绳滚筒12两端部对应的丝杆的位置分别设置第三限位传感器3和第四限位传感器4，所述第三限位传感器3和第四限位传感器4是为了在仓位计失控或是故障是时候，保护第一滑块7不会超过丝杆的左右极限行程，具体为，第三限位传感器3和第四限位传感器4检测到第一滑块7靠近时，会给单片机发送信息，单片机会控制驱动电机11停止原方向转动，然后再发送反转指令，随即驱动电机11反转；所述拉簧9悬挂于所述滚珠丝杆副10的左斜上方，所述拉簧9的下端固定有所述第二滑块8，在第二滑块8的行程的两个端部分别安装第一限位传感器1和第二限位传感器2，在所述第二滑块8的下端固定有一个滑轮；所述第一限位传感器1固定在拉簧9受重锤16、第二滑块8和拉簧9自身三者的重力影响下而自然下垂时第二滑块8的高度，所述第二限位传感器2设置在拉簧9受重锤16、第二滑块8和拉簧9自身的向下的重力和钢丝绳15给拉簧9的拉力一起作用时，所述第二限位传感器2的对应位置；所述钢丝绳15的一端固定缠绕于所述绕绳滚筒12上，所述钢丝绳15的另一端分别穿过第一滑块7下的滑轮、第二滑块8下的滑轮后固定连接有所述重锤16。所述滚珠丝杆副13的丝杆是特制的加长的丝杆，一般的煤仓的深度设置为50m，也就是在重锤16上下活动的五十米范围内；光电开关传感器5用于监控角度传感器6的传动情况，而角度传感器6固定在丝杆端部随着同步皮带装置一同转动，通过同步皮带装置可以实现滚珠丝杆副10与绕绳滚筒12一比一同步转动，所以就可以捕捉到绕绳滚筒12的出线情况，统计煤仓中仓位的具体情况。第三限位传感器3和第四限位传感器4的设置即为了保护第一滑块7不超过滚珠丝杆副10的左右极限行程，又可以保障绕绳滚筒12在绕绳的过程将钢丝绳15全部绕在绕绳滚筒12上。

进一步的，作为本实用新型提供的一种基于单片机的智能重锤式仓位计的在一种具体实施方案，所述第一滑块7下的滑轮和第二滑块8下的滑轮之间还设置有若干换向定滑轮。这是为了保证钢丝绳15的线路流畅不影响其他部件的正常工作，并且钢丝绳15的自由端竖直向下。

进一步的，作为本实用新型提供的一种基于单片机的智能重锤式仓位计的再一种具体实施方案，所述的主控模块为单片机。在本实施例中，使用的单片机是STC12C5A60S2单片机 ，给所述STC12C5A60S2单片机设定好测量时间，按时间发出测量信号，且根据上一次测量得出的仓位数据，仓位越高，测量的时间间隔越短，STC12C5A60S2单片机负责根据第一限位传感器1、第二限位传感器2、第三限位传感器3和第四限位传感器4传输来的信息控制驱动电机11的开启与停转，并通过角度传感器6和光电开关传感器5的配合，STC12C5A60S2单片机可以从光电开关传感器5发送来的信息计算出仓位的实时情况；STC12C5A60S2单片机再将实时的仓位信息发送给无线收发模块，本实施例中，用到的是SX1278无线收发模块，然后将信息发送至调配室的显示单元上。

进一步的，作为本实用新型提供的一种基于单片机的智能重锤式仓位计的再一种具体实施方案，所述的角度传感器6为圆光栅角度传感器。选择圆光栅角度传感器，在驱动电机11转动的时候，圆光栅角度传感器随着同步皮带的带动转动起来，此时由于光栅盘的阻隔，每转一转光电开关传感器5会产生50个脉冲信号，这些脉冲信号传输给STC12C5A60S2单片机，STC12C5A60S2单片机根据统计的脉冲信号数量，计算出放绳的长度。

进一步的，作为本实用新型提供的一种基于单片机的智能重锤式仓位计的再一种具体实施方案，所述电源模块为具有反向保护、过流过压保护功能的模块单元。

基于本实用新型所述的一种基于单片机的智能重锤式仓位计的工作过程如下：

(1)STC12C5A60S2单片机根据设定好的测量间隔时间，按时发出测量信号（根据上一次测量得出的仓位数据，仓位越高，测量时间间隔越短）；

(2)测量信号发出，STC12C5A60S2单片机给驱动电机11的H桥电机驱动电路发出正转信号，驱动电机11带动绕绳滚筒12、滚珠丝杆副10正转；

(3)绕绳滚筒12正转，钢丝绳15放出，重锤16下降，此时拉簧9受重锤16自身重力影响被拉伸，第二滑块8处于第一限位传感器1和第二限位传感器2的中间位置；

(4)当重锤16下降到煤仓内煤层表面时，重锤16着陆，钢丝绳15受到的重锤16拉力消失，由于绕绳滚筒12继续放绳，拉簧9收缩，是第二滑块8上移，接近第一限位传感器1时，发出信号，驱动电机11停转；

(5)在驱动电机11转动放出钢丝绳15的同时，每转一圈，光电开关传感器5由于光栅盘的阻隔，产生50个脉冲信号，发送给STC12C5A60S2单片机，当驱动电机11停转时，STC12C5A60S2单片机根据统计的脉冲信号数量，计算出放出的钢丝绳15的长度；

(6)根据放出的钢丝绳15的长度，换算出煤仓仓位数据，通过SX1278无线收发模块，发送至调度室的显示单元；

(7)驱动电机11反转，钢丝绳15收回，当重锤16收回到仓位计底部时，被仓位计机身卡住，不能继续上升，此时钢丝绳15继续收回，拉簧9被持续拉伸，第二滑块8下移，接近第二限位传感器2时，发出信号，驱动电机11停转；

(8)至此，一个测量工作循环完成。

其余结构根据本实用新型的上述结合附图对本实用新型的一种基于单片机的智能重锤式仓位计的其他构成及其操作对于本领域技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。尽管已经示出了本实用新型的实施例，但是本领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求极其等同替换所限定，在未经创造性劳动所作的改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。