专利名称：装载机数字化监控系统控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种装载机数字化监控系统的控制器。
背景技术：
目前装载机大多采用独立的控制器和显示仪表来构成整机的监控系统，其控制器和仪表 常常来自不同的厂家，维修维护和软件更新非常不便。独立的数字仪表由于各家的仪表通讯 协议等的不兼容性，经常出现独立的数字仪表与整机控制器的信号不兼容和稳定性差等问 题，而且价格较高。发明内容本实用新型的目的是要提供一种装载机数字化监控系统控制器，该控制器功能多，信号 兼容和稳定性好且价格低。本实用新型的目的是这样实现的该控制器包括供电模块和主控制模块，主控制模块的 信号输出端与脉宽调制输出模块的信号输入端相连，主控制模块的数字量信号输出端与数字 量输出模块的信号输入端相连，主控制模块的速度量信号输入端与速度量输入模块的信号输 出端相连，主控制模块的模拟量信号输入端与模似量输入模块的信号输出端相连，供电模块 电压输出端分别与主控制模块的电压端、脉宽调制输出模块的电压端、数字量输出模块的电 压端、速度量输入模块的电压端及模似量输入模块的电压端相连。所述的主控制模块包括Megal28位核心控制器的控制单元，控制单元的20脚接有复位 电路、24脚接有时钟电路，控制单元的25和26脚接有IIC总线电路，控制单元的62脚接 有参考电压源电路，51脚接有输入电路。所述的脉宽调制输出模块包括BIS432E2集成电路，BIS432E2集成电路输入端与地之间 接有并联的电容和电阻且与主控制模块的信号输出端之间接有电阻，BIS432E2集成电路的 状态指示输出端与三极管基极相接，三极管的基极与发射极之间接有电阻，三极管的发射极 接正5V电压，三极管集电极接于发光二极管正极，发光二极管负极通过电阻接地，BIS432E2 集成电路的输出端与地之间接有二极管，二极管负极接BIS432E2集成电路的输出端，二极 管正极接地，BIS432E2集成电路的Vbb电压端与地之间接有电容。所述的数字量输出模块包括一个三极管，三极管的基极与地之间接有电阻且与主控制模 块的数字量信号输出端之间接有电阻，三极管的发射极接地，三极管的集电极与正12V电 源之间接有继电器，继电器的常开触点串接在24V电压与通道输出端之间。所述的速度量输入模块包括A3134集成电路，A3134集成电路输出端与传感器和主控制 器模块的速度信号输入端相连，+5V电压通过一个电阻接A3134集成电路的VCC电压端且 通过另一电阻接A3134集成电路输出端，A3134集成电路地端与A3134集成电路VCC电压 端之间接有电容，A3134集成电路输出端与地之间接有电容。所述的模拟量输入模块中含有温度信号输入通道和压力信号输入通道，温度信号输入通 道是LM224集成运算放大器的5脚与温度传感器之间接有电阻，LM224集成运算放大器的 5脚接电解电容正极和稳压二极管的负极，电解电容负极接信号地，稳压二极管的正极接信 号地，LM224集成运算放大器的6脚与信号地之间接有电位器，LM224集成运算放大器的6 脚与7脚之间接有电阻，LM224集成运算放大器的7脚接主控制模块的模拟量信号输入端。所述的压力信号输入通道是LM224集成运算放大器的10脚与压力传感器负端相连，压 力传感器正端通过电阻接VBB电压，LM224集成运算放大器10脚接稳压二极管负极，稳 压二极管正极接信号地，LM224集成运算放大器IO脚通过电阻接信号地，LM224集成运算 放大器10脚接电容正极，电容负极接信号地，LM224集成运算放大器的9脚接LM224集成 运算放大器8脚和主控制模块的模拟量信号输入端。所述的供电模块含有VBB电源电路，正5V电源电路、正12V电源电路和VCC电源电路。本实用新型功能多、信号兼容和稳定性好且价格低。控制功能独立散热控制、伊斗自 动倾翻定位控制、超载限制报警控制、超载记忆、电控换档控制。显示功能发动机水温、 变矩器油温、制动气压、发动机机油压力、小时计、燃油油位等。开关量输入和输出功能 左右转向、低油压报警、低制动气压报警、充电指示、制动指示。
图1是本实用新型一个实施例的电路结构图。 图2是图1中的主控制模块电路结构图。 图3是图1中的脉宽调制输出模块电路结构图。 图4是图1中的数字量输出模块电路结构图。 图5是图1中的速度量输入模块电路结构图。图6是图1中的模拟量输入模块中的温度信号输入通道电路结构图。 图7是图1中的模拟量输入模块中的压力信号输入通道电路结构图。 图8是图1中的供电模块中的VBB电源电路结构图。 图9是图1中的供电模块中的+15V电源电路结构图。 图IO是图1中的供电模块中的+12V电源电路结构图。 图1是图1中的供电模块中的VCC电源电路结构图。
具体实施方式
在图1中，该控制器中的主控制模块mainl的六个信号输出端PM1-PM6依次连接到脉 宽调制输出模块main2的六个信号输入端PM1-PM6，主控制模块mainl的六个数字量信号 输出端D01-D06依次连接到数字量输出模块main3的六个信号输入端D01-D06，主控制 模块mainl的三个速度信号输入端SD1-SD3依次连接到速度量输入模块main4的三个信号 输出端SD1-SD3，主控制模块mainl的模拟量信号输入端AN1-AN8、 REF依次连接到模拟 量输入模块main5的AN1-AN8、 REF信号输出端，供电模块main6的电压端VBB、电压端 +12V、电压端+5V、 SGND、地端GND依次连接到各个模块的电压端VBB、电压端+12V、 电压端+5V、 SGND、地端GND 。脉宽调制简称PWM(Pulse-Width Modulation)。 SGND为 信号地。在图2中，主控制模块mainl包含了 Megal28位核心控制器的控制单元U3。 控制单元U3的20脚接有复位电路RST，复位电路RST包括HT7027A集成电路U2， HT7027A集成电路U2的1脚接控制单元U3的20脚，控制单元U3的20脚通过电阻R2接 +5V电压。HT7027A集成电路U2的3脚接地，2脚接二极管Dl的正极，二极管Dl的负极 接+5V电压。电容C34负极接地，电容C34正极通过电阻R3接+5V电压。控制单元U3的24脚接有时钟电路CLK,它是一块频率为14.7456M的有源晶振XT1 。 控制单元U3的25脚和26脚接有IIC总线电路SCL、 SDA， IIC总线电路SCL、 SDA包 括DS1307集成电路U4和A124C5128集成电路U7。控制单元U3的25脚接DS1307集成电 路U4的6脚和A124C5128集成电路U7的6解卩，控制单元U3的26脚接DS1307集成电路 U4的5脚和A124C5128集成电路U7的5胆卩。控制单元U3的62脚接有参考电压源电路REF，为压力传感器工作提供参考电压。参考 电压源电路REF包括LM4040—4.1参考电压源Jl，控制单元U3的62胆卩、LM4040_4.1参考 电压源Jl的1脚、电阻Rl的卞端汇接，LM4040—4.1参考电压源Jl的2脚、电容C5的下 端接信号地，电容C5的上端、电容C3的下端和^阻R0的右端汇接，电容C3的上端、电 阻Rl的上端和电感Ll的右端汇接，+5V电压、电感Ll的左端和电容Cl的上端汇接'电 容Cl的下端、电阻R0的左端和地汇接。控制单元U3的51脚接有输入电路INPl,输入电路INP1包括二极管D2，控制单兀U3 的51脚、二极管D2的负极和电阻R20的下端汇接，二极管D2的正极、电容C6的下端和 地汇接，电容C6的上端通过电阻R4接地，电阻R20接输入端IN1。图1中的脉宽调制输出模块main2中含有六条输出通道，六条输出通道电路结构完全相 同，下面以第一条输出通道为例进行说明。在图3中，脉宽调制输出模块main2的第一条输出通道包括BTS432E2集成电路U100, BTS432E2集成电路U100输入端2脚与地1脚之间接有并联的电容C100和电阻R112且与 主控制模块main的第一个信号输出端PM1之间接有电阻RlOl， BTS432E2集成电路U100 的状态指示输出端4脚与三极管Q100基极相接，三极管Q100的基极与发射极之间接有电 阻R118,三极管Q100的发射极接+5V电压。三极管Q100集电极接发光二极管D100正极， 发光二极管D100负极通过电阻R100接地。二极管DI06负极接BTS432E2集成电路U100 的输出端5脚，BTS432E2集成电路U100的1脚和二极管D106正极接地，BIS432E2集成 电路U100的Vbb电压端3脚接+24, Vbb电压端3脚与地之间接有并联的电容C106和C112。 电容C106正极接+24V，负极接地。脉宽调制输出模块main2用于实现控制器的脉宽调制输出功能。其中的PM1-PM6分别 连接至MAIN1模块的PM1-PM6。其+5V、 +24V、 GND分别连接到电源模块main6的+5V、 十24V、 GND;其输出信号端0UT1-0UT6用于连接外部比例电磁阀。图1中的数字量输出模块main3共有六条通道，六条通道的电路结构完全相同，下面以 第一条通道为例说明如下。在图4中，数字量输出模块main3第一条通道DOl包括一个三极管Q200，三极管Q200 的基极与地之间接有电阻R200且与主控制模块mainl的第一个数字量信号输出端DOl之间 接有电阻R102，三极管Q200的发射极接地。三极管Q200的集电极与正12V电源之间接有 继电器PAIA12V，继电器PAIA12V并联有保护二极管D200，继电器PAIA12V的常开触点 RL200串接在24V电压与第一条通道输出端0UT1之间。数字量输出模块main3负责将控制器输出的开关信号进行放大，以驱动电磁阀等执行器 件。输入端D01-D06依次连接到主控制模块mainl的D01-D06信号端，接受主控制模块 mainl发来的控制信号，将此信号放大处理后，经信号输出端0UT1-0UT6输出以驱动开关 阀等动作部件。其+12V、 +24V、 GND分别连接到供电模块main6的+12V、十24V和GND。图1中的速度量输入模块main4共有三条通道SPDl ~ SPD3,每条通道电路结构相同， 下面以第一条通道SPD1为例说明如下。在图5中，速度量输入模块main4的第一条通道包括A3134集成电路U300， A3134集 成电路U300输出端3脚与传感器SPD1和主控制模块mainl的速度信号输入端SD1相连，+5V 电压通过一个电阻R300接A3134集成电路U300的VCC电压端1脚且通过另一电阻R303 接A3134集成电路U300输出端3脚，A3134集成电路U300地端2脚与A3134集成电路U300 的VCC电压端1脚之间接有并联的电容C300和电容C303， A3134集成电路U300输出端3 脚与地之间接有电容C306。速度量输入模块main4实现速度传感器的信号变换，将速度传感器的信号变换到合适的 信号范围传递给主控制模块mainl处理。其+5V电压、地GND连接至供电模块main6的+5V 电压和地GND，用于速度传感器的供电。SPD1-SPD3是速度传感器的信号端，直接检测速 度信号，传递给后续电路处理后由SD1-SD3依次传输到主控制模块mainl的信号输入端 SD1-SD3，将转换后的速度信号传递给主控制模块mainl中的控制单元U3进行处理。图1中的模拟量输入模块main5中含有三条温度信号输入通道和五条压力信号输入通 道。三条温度信号输入通道电路结构完全相同，五条压力信号输入通道电路结构完全相同， 下面各选其一进行说明。在图6中，模拟量输入模块main5中的第一条温度信号输入通道是LM224集成运算放大 器U400B的5脚与传感器TEMPI之间接有电阻R404。 LM224集成运算放大器U400B的55脚接电解电容C403正极和稳压二极管D401的负极，电解电容C403负极接信号地，稳压二 极管D401的正极接信号地。LM224集成运算放大器U400B的6脚与信号地之间通过电阻 R401接有电位器W400。 LM224集成运算放大器U400B的6脚与7脚之间接有电阻R407, LM224集成运算放大器U400B的7脚接主控制模块mainl的模拟量信号输入端AN1 。在图7中，模拟量输入模块main5中的第一条压力信号输入通道是LM224集成运算放大 器U401C的10脚与压力传感器负端Y2-相连，LM224集成运算放大器10脚接稳压二极管 D404正极，稳压二极管D404负极接信号地，LM224集成运算放大器10脚通过电阻R413 和R418接信号地，LM224集成运算放大器10脚接电容C409正极，电容C409负极接信号 地，LM224集成运算放大器的9脚接8脚，8脚接和主控制模块mainl的模拟量信号输入端 AN6相连。压力传感器正端Y2+通过电阻R409与VBB电压相连。模拟量输入模块main5将外部的模拟量信号采集到主控制模块mainl中的控制单元U3 进行处理，其信号输出端AN1-AN8依次连接到主控制模块mainl的信号输入端AN1-AN8。 其中三路温度信号(模拟量信号)由温度传感器TEMP信号线输入，经处理电路进行处理后， 经由信号输出端AN1-AN3传输到主控制模块mainl进行处理。五路压力信号山压力传感器 检测，压力传感器传回的差动信号由压力通道AN4-AN8进行转换并将转换后的信号传回主 控制模块mainl中的控制单元U3进行后续处理。在图8中，供电模块mainl中的VBB电源电路包括变压器T500、 二极管D500和电感 L500，提供+24V电压和VBB电压。在图9中，供电模块mainl中的+5V电源电路包括LM2940-5集成电路U500，提供+5V 电压。在图10中，供电模块mainl中的+12V电源电路包括LM2575HVS-]2集成电路U501、 稳压二极管D501和电感L501,提供+12V电压。在图11中，供电模块mainl中的VCC电源电路包括LM2578-5集成电路U502、稳压二 极管D506和电感L502，提供VCC电压。供电模块mainl负责供电、电压电流监控和过热保护。其+24V电压、地GND、 SGND由车 载电瓶提供，经图8、 9、 10、 11所示电路转换后得到VBB电压、+5V电压、+12V电压和 VCC电压，提供所有模块工作所需电源。
权利要求1. 一种装载机数字化监控系统控制器，该控制器包括供电模块和主控制模块，其特征 是主控制模块的信号输出端与脉宽调制输出模块的信号输入端相连，主控制模块的数字量信 号输出端与数字量输出模块的信号输入端相连，主控制模块的速度量信号输入端与速度量输 入模块的信号输出端相连，主控制模块的模拟量信号输入端与模似量输入模块的信号输出端 相连，供电模块电压输出端分别与主控制模块的电压端、脉宽调制输出模块的电压端、数字 量输出模块的电压端、速度量输入模块的电压端及模似量输入模块的电压端相连。
2. 根据权利要求1所述的装载机数字化监控系统控制器，其特征是主控制模块包括 Megal28位核心控制器的控制单元，控制单元的20脚接有复位电路、24脚接有时钟电路， 控制单元的25和26脚接有IIC总线电路，控制单元的62脚接有参考电压源电路，51脚接 有输入电路。
3. 根据权利要求1所述的装载机数字化监控系统控制器，其特征是脉宽调制输出模块 包括BIS432E2集成电路，BIS432E2集成电路输入端与地之间接有并联的电容和电阻且与主 控制模块的信号输出端之间接有电阻，BIS432E2集成电路的状态指示输出端与三极管基极 相接，三极管的基极与发射极之间接有电阻，三极管的发射极接正5V电压，三极管集电极 接于发光二极管正极，发光二极管负极通过电阻接地，BIS432E2集成电路的输出端与地之 间接有二极管，二极管负极接BIS432E2集成电路的输出端，二极管正极接地，BIS432E2集 成电路的Vbb电压端与地之间接有电容。
4. 根据权利要求1所述的装载机数字化监控系统控制器，其特征是数字量输出模块包 括一个三极管，三极管的基极与地之间接有电阻且与主控制模块的数字量信号输出端之间接 有电阻，三极管的发射极接地，三极管的集电极与正12V电源之间接有继电器，继电器的 常开触点串接在24V电压与通道输出端之间。
5. 根据权利要求1所述的装载机数字化监控系统控制器，其特征是速度量输入模块包 括A3134集成电路，A3134集成电路输出端与传感器和主控制器模块的速度信号输入端相 连，+5V电压通过一个电阻接A3134集成电路的VCC电压端且通过另一电阻接A3134集成 电路输出端，A3134集成电路地端与A3134集成电路VCC电压端之间接有电容，A3134集 成电路输出端与地之间接有电容。
6. 根据权利要求1所述的装载机数字化监控系统控制器，其特征是模拟量输入模块中 含有温度信号输入通道和压力信号输入通道，温度信号输入通道是LM224集成运算放大器 的5脚与温度传感器之间接有电阻，LM224集成运算放大器的5脚接电解电容正极和稳压二 极管的负极，电解电容负极接信号地，稳压二极管的正极接信号地，LM224集成运算放大 器的6脚与信号地之间接有电位器，LM224集成运算放大器的6脚与7脚之间接有电阻， LM224集成运算放大器的7脚接主控制模块的模拟量信号输入端。
7. 根据权利要求6所述的装载机数字化监控系统控制器，其特征是压力信号输入通道 是LM224集成运算放大器的IO脚与压力传感器负端相连，压力传感器正端通过电阻接VBB 电压，LM224集成运算放大器10脚接稳压二极管负极，稳压二极管正极接信号地，LM224 集成运算放大器IO脚通过电阻接信号地，LM224集成运算放大器IO脚接电容正极，电容负 极接信号地，LM224集成运算放大器的9脚接LM224集成运算放大器8脚和主控制模块的 模拟量信号输入端。
专利摘要本实用新型公开了一种装载机数字化监控系统控制器，该控制器包括供电模块和主控制模块，主控制模块的信号输出端与脉宽调制输出模块的信号输入端相连，主控制模块的数字量信号输出端与数字量输出模块的信号输入端相连，主控制模块的速度量信号输入端与速度量输入模块的信号输出端相连，主控制模块的模拟量信号输入端与模似量输入模块的信号输出端相连，供电模块电压输出端分别与主控制模块的电压端、脉宽调制输出模块的电压端、数字量输出模块的电压端、速度量输入模块的电压端及模似量输入模块的电压端相连。功能多、信号兼容和稳定性好且价格低。控制功能独立散热控制、铲斗自动倾翻定位控制、超载限制报警控制、超载记忆、电控换档控制。显示功能发动机水温、变矩器油温、制动气压、发动机机油压力、小时计、燃油油位等。开关量输入和输出功能左右转向、低油压报警、低制动气压报警、充电指示、制动指示。适于装载机的数字化监控系统。
文档编号G05B11/01GK201156184SQ20082006919
公开日2008年11月26日 申请日期2008年1月25日 优先权日2008年1月25日
发明者温度夫, 胡传正, 陈学海 申请人:徐工集团工程机械有限公司试验研究中心