一种开棉机智能安全保护装置的制作方法

本实用新型涉及开棉机控制技术领域，特别是一种开棉机智能安全保护装置。

背景技术：

开棉机在工作的时候，一方面手动喂料时，当喂料不均匀时，人会下意识往喂料口塞，一不小心触碰禁区，非常危险，另一方面人员打开打手门的操作口清除积花时，由于开棉机打手直径大，惯性大，关闭电源后还需要很长时间开棉机打手才能停住，有时防护罩下面粘花，当挡车工看不到，操作人员一不小心，就有人身伤害危险，伤手事故时有发生，给操作人员的人身带来安全隐患。

因此本实用新型提供一种的新的方案来解决此问题。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种开棉机智能安全保护装置，有效解决了现有开棉机在喂料、清除积花时操作不当造成的安全隐患问题。

其解决的技术方案是，包括电机转速检测电路、电机磁通检测电路、光电检测电路、微处理电路、状态指示电路、电源紧急断开电路、打手门安全开启电路，其特征在于，电机转速检测电路、电机磁通检测电路、光电检测电路均连接微处理电路，微处理电路分别连接状态指示电路、电源紧急断开电路、打手门安全开启电路。

所述光电检测电路包括光电晶闸管VTL4，光电晶闸管VTL4的阳极连接电源+5V，光电晶闸管VTL4的阴极连接光电晶闸管VTL3的阳极，光电晶闸管VTL3的阴极连接光电晶闸管VTL2的阳极，光电晶闸管VTL2的阴极连接光电晶闸管VTL1的阳极，光电晶闸管VTL1的阴极连接光电耦合器U1的引脚1，光电耦合器U1的引脚2、引脚3连接地，光电耦合器U1的引脚4连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接三极管Q2的基极、三极管Q3的基极、电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接电源+5V，三极管Q2的发射极通过电阻R5连接电源+5V，三极管Q2的集电极分别连接三极管Q3的集电极、单片机U3的引脚3，三极管Q3的发射极连接地；所述电机转速检测电路包括速度传感器H1，速度传感器H1的引脚1通过电阻R1分别连接电解电容E1的正极、接地电容C1的一端，电解电容E1的负极分别连接二极管D1的负极、电阻R2的一端、三极管Q1的基极，二极管D1的正极、电阻R2的另一端、三极管Q1的发射极均连接地，三极管Q1的集电极分别连接单片机U3的引脚1、电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电源+5V；所述电机磁通检测电路包括磁通门传感器H2，磁通门传感器H2的引脚1连接电源+3.3V，磁通门传感器H2的引脚3连接地，磁通门传感器H2的引脚2分别连接单片机U3的引脚2、电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接电源+3.3V，电容C2的一端连接电源+3.3V，电容C2的另一端连接地。

所述微处理电路包括单片机U3，单片机U3的引脚40连接电源+5V，单片机U3的引脚20连接地，单片机U3的引脚9连接电阻R11一端、电解电容E2负极，电解电容E2正极连接电源+5V，电阻R11另一端连接地，单片机U3引脚18分别连接晶振X1上端和电容C8右端，单片机U1引脚19分别连接晶振X1下端和电容C7连接右端，电容C7的左端和电容C8的左端均连接地；所述状态指示电路包括电阻R8、电阻R9，电阻R8的一端连接单片机U3的引脚35，电阻R8的另一端连接发光二极管LED2的负极，发光二极管LED2的正极连接电源+5V，电阻R9的一端连接单片机U3的引脚34，电阻R9的另一端连接发光二极管LED1的负极，发光二极管LED1的正极连接电源+5V。

所述电源紧急断开电路包括电阻R11，电阻R11一端连接单片机U3的引脚32，电阻R11另一端连接NPN型三极管Q5的基极，NPN型三极管Q5的发射极连接地，NPN型三极管Q5的集电极分别连接继电器K3线圈下端和二极管D3的正极，继电器K3线圈上端和二极管D3的负极连接电源+12V,继电器K3公共端连接开棉机电源开关J3引脚2，继电器K3常闭触点连接电源V1的引脚2，电源V1的引脚1连接开棉机电源开关J3引脚1；所述打手门安全开启电路包括电阻R10，电阻R10一端连接单片机U3的引脚33，电阻R10另一端连接NPN型三极管Q4的基极，NPN型三极管Q4的发射极连接地，NPN型三极管Q4的集电极分别连接继电器K2线圈下端和二极管D2的正极，继电器K2线圈上端和二极管D2的负极连接电源+12V,继电器K2公共端连接开棉机打手门J2引脚2，继电器K2常开触点连接按键K1的上端，按键K1的下端连接开棉机打手门J2引脚1。

本实用新型构思巧妙、响应快，采用安装在喂料口的四只光电晶闸管，监测操作人员手是否触碰禁区，如若触碰，单片机控制下，立即切断电源，紧急刹车，采用速度传感器和磁通传感器检测打手门电机是否停稳，操作人员按下按键K1且单片机检测停稳，予以开启，同时相应的指示灯亮，从而杜绝了事故的发生。

附图说明

图1为本实用新型一种开棉机智能安全保护装置的电路连接模块图。

图2为本实用新型一种开棉机智能安全保护装置的电路连接原理图。

具体实施方式

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本实用新型的各示例性的实施例。

实施例一，一种开棉机智能安全保护装置，包括电机转速检测电路检测关闭电源后由于电机惯性，电机是否停住，输出脉冲信号到微处理电路；电机磁通检测电路检测电机转子间隙是否有磁场，产生转矩，输出脉冲信号到微处理电路；光电检测电路监测操作人员手是否触碰禁区，输出触发信号到微处理电路，微处理电路接收检测信息，输出控制信息，状态指示电路在微处理电路控制下直观显示开棉机异常、正常工作状态，电源紧急断开电路在微处理电路控制下立即切断电源，打手门安全开启电路在微处理电路控制下，安全开启，确保人员安全。

实施例二，在实施例一的基础上，所述光电检测电路包括按一定间距安装在喂料口的四只光电晶闸管VTL1- VTL4（可根据不同的开棉机机型，选择光电晶闸管的数量），正常工作时，有光线照射到光电晶闸管VTL1- VTL4构成与门电路上，此时四只光电晶闸管全部导通，+5V经四只光电晶闸管管压降后由光电晶闸管VTL1的阴极送到光电耦合器U1的引脚1，光电耦合器U1的引脚2、引脚3连接地，因此光电耦合器U1导通，光电耦合器U1的引脚4为低电平，通过电阻R4分别加到PNP型三极管Q2的基极、NPN型三极管Q3的基极，电源+5V、电阻R5、PNP型三极管Q2的发射结、电阻R4地构成电流流通回路，PNP型三极管Q2导通，PNP型三极管Q2输出高电平到单片机U3的引脚3，而电源+5V、电阻R6、NPN型三极管Q3、电阻R4地，由于电阻R4的值相对电阻R6很小，偏置电压不足与触发NPN三极管Q3，NPN三极管Q3不工作；如果不小心将手误入操作口禁区，无论遮住四只光电晶闸管VTL1- VTL4的任意一只光线，不会有电压由光电晶闸管VTL1的阴极送到光电耦合器U1的引脚1，光电耦合器U1不工作，此时电源+5V、电阻R6 、NPN三极管Q3的发射结、地构成电流流通回路，NPN三极管Q3导通，输出低电平信号到单片机U3的引脚3；所述电机转速检测电路包括安装在开棉机打手电机输出轴上的速度传感器H1，速度传感器H1将电机转速信号转化为与转速成正比的频率脉冲信号由引脚1输出，通过电阻R1送到电解电容E1、电容C1、二极管D1、电阻R2组成的脉冲调理电路，在没有脉冲信号时，NPN型三极管Q1关断，输出高电平到单片机U3的引脚1，有脉冲信号时，NPN型三极管Q1导通，输出低电平到单片机U3的引脚1；所述电机磁通检测电路包括安装在电机转子上的磁通门传感器H2，磁通门传感器H2感应转子间隙的磁通量，由于转矩=转矩常数×磁通量×转子电流，在切断电源，转速为零时，磁通量的强弱反应了转矩的有无，磁通门传感器H2的电源端引脚1和地端引脚3连接电容C2，电容C2起滤除干扰的作用，磁通门传感器H2的引脚2输出与磁通量成正比的电压信号经上拉电阻R7钳位、限流后送入接单片机U3的引脚2。

实施例三，在实施例一的基础上，所述微处理电路为控制核心，用于接收检测信息，分析、判断后输出控制信息，包括单片机U3，单片机U3的引脚40连接电源+5V，单片机U3的引脚20连接地，单片机U3的引脚9为复位端连接由电阻R11、电解电容E2组成复位电路，当单片机外界干扰、数据混乱不能正常执行程序的时候，使单片机初始化到一个确定的状态，单片机U3引脚18、引脚19为时钟端连接由晶振X1上、电容C8、电容C7组成的时钟电路，给单片机提供一个节拍,单片机执行各种操作必须在这个节拍的控制下才能进行；所述状态指示电路用于显示开棉机异常、正常工作状态，包括电阻R8、发光二极管LED2组成的指示电路，用于操作人员没有误入喂料口禁区和打手电机停稳后，单片机控制下，发光二极管LED2亮（绿色），电阻R9、发光二极管LED1组成的指示电路，用于操作人员误入喂料口禁区或者打手电机未停稳时，单片机控制下，发光二极管LED1亮（红色）。

实施例四，在实施例一的基础上，所述电源紧急断开电路用于操作人员误入喂料口禁区时，使喂料电机立即切断电源，瞬间制动，受单片机控制，高电平有效，经电阻R11连接NPN型三极管Q5的基极，由于NPN型三极管Q5的发射极连接地，NPN型三极管Q5饱和导通，NPN型三极管Q5的集电极拉低为地，此时电源+12V和地加到继电器K3线圈、二极管D3两端，继电器K3常闭触点断开，使接入电机绕组的电源V1切断；所述打手门安全开启电路用于操作人员按下按键K1且单片机检测停稳，予以开启，否则连锁，不予开启，受单片机引脚33控制，高电平有效，经电阻R10连接NPN型三极管Q4的基极，由于NPN型三极管Q4的发射极连接地，NPN型三极管Q4饱和导通，NPN型三极管Q4的集电极拉低为地，此时电源+12V和地加到继电器K2线圈、二极管D2两端，继电器K2常开触点闭合，手动按下开关K1，打手门自动开启。

本实用新型具体使用时，采用安装在喂料口的四只光电晶闸管，监测操作人员手是否触碰禁区，正常操作时，有光线照射到光电晶闸管VTL1- VTL4构成与门电路上，此时四只光电晶闸管全部导通，光电耦合器U1导通，PNP型三极管Q2工作，输出高电平到单片机，单片机分析处理后输出控制信号，发光二极管LED2亮（绿色），如果不小心将手误入操作口禁区，无论遮住四只光电晶闸管VTL1- VTL4的任意一只光线，光电耦合器U1不工作，NPN三极管Q3导通，输出低电平信号到单片机，单片机分析处理后输出高电平信息，经电阻R11连接NPN型三极管Q5的基极， NPN型三极管Q5饱和导通，继电器K3线圈得电，继电器K3常闭触点断开，使接入电机绕组的电源V1立即切断，发光二极管LED1亮（红色）；采用安装在开棉机打手电机输出轴上的速度传感器H1，将电机转速信号转化为与转速成正比的频率脉冲信号，有脉冲信号时，NPN型三极管Q1导通，输出低电平到单片机U3，单片机分析处理后输出控制信息，发光二极管LED1亮（红色）；在没有脉冲信号时，NPN型三极管Q1关断，输出高电平到单片机，单片机再检测安装在电机转子上的磁通门传感器H2输出的与感应的磁通量成正比的电压信号，当无电压信号即无转矩时，单片机输出控制信号，高电平经电阻R10连接NPN型三极管Q4的基极，NPN型三极管Q4饱和导通继电器K2线圈得电，继电器K2常开触点闭合，手动按下开关K1，打手门自动开启，同时发光二极管LED1亮（红色）。