一种双路电机运转状态监测模块的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种功能可裁减、性价比高的单路电机运转状态监测的解决方案，尤其涉及一种双路电机运转状态监测模块，属于电气工程领域。
【背景技术】
[0002]现如今，随着生活水平的日益提高，人们对电机的使用越来越广泛，越来越依赖，在实际生活中，对电机使用状态的维护和监测，是至关重要的。铸造厂电气传动设备以步进电机、单相交流电机及三相交流电机应用为主，对于非变频或伺服应用，检测电机本身实际运转状态或参数的常规办法为接近开关、旋转变压器、光电编码器。接近开关以脉冲输出形式检测中低速运转与否及运转速度，但对一转之内的状态检测无能为力，若要细分则会增加接近开关个数与机械安装难度；旋转变压器多以O?1V电压输出形式、增量式光电编码器以脉冲输出形式检测电机速度，绝对式光电编码器以通信方式检测电机转数，复合式光电编码器结合增量式与绝对式光电编码器功能，旋转变压器与光电编码器价格高且机械安装难度大，尤其是安装空间狭隘处。所有常规检测办法少见直观显示转速及电机温度对应数据，不利于现场巡检及排故。为此，如何提供一种更直观的双路电机运转状态监测模块，是本发明研究的目的。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术的不足，本发明提供一种双路电机运转状态监测模块，采用磁力表贴式温度传感器，包含LED液晶屏，便于直观显示数据和集成，安装简便、性价比高。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种双路电机运转状态监测模块，包括电源转换模块、信号采集模块、核心控制器模块、信号调理模块和信息互换模块；
所述的电源转换模块是由电源模块进行PCB所需的DC12V稳压输出转换；；所述的电源模块选用ZY2412WHBBD-3W ;所述的电源转换是采用三端稳压器将DC12V转换为温度传感器所需的DC5V电源，后级电源转换芯片CAT6219为监测模块提供稳定的DC3.3V供电电源；所述的三端稳压器选用LM7805 ；
所述的信号采集模块包括电机转动脉冲信号采集和电机表面温度信号采集；所述的电机转动脉冲信号采集是将喉箍型光电码盘紧固于电机轴或联轴结上，码盘镂空与实体边缘部分置于凹槽型光耦的凹槽之间，通过设置码盘镂空个数，使电机在额定转速下脉冲输出频率小于等于ΙΚΗζ，；所述的光耦采用凹槽型光耦EE-SX97 ;所述的脉冲频率正比于电机转速；所述的电机表面温度信号采集是采用磁力表贴温度传感器为磁钢吸附式安装，抗干扰性强，实现对电机表面温度的测量；所述的磁力表贴温度传感器选用BT-3(DS18B20);;
所述的核心控制器模块选用C8051R)06-48TQFP为核心处理器；所述的C8051F006-48TQFP核心处理器端口 1交叉开关配置并具备5V电压容限，内置编程0SC、I2C、SP1、UART、TEMP传感、2 个 INT、4个 Timer、16 个GP10、8 通道 ADC(12bit，10ksps)、2 通道DAC(12bit，10ksps)、2通道电压比较器，多源复位及最小功耗系统支持满足功能设计及低功耗需求；所述的C8051F006-48TQFP核心处理器采用3.3V单电源供电(2.7V~3.6V)；所述的信号调理模块包括增益放大、电流输出和开关量输出；所述的增益放大采用双路仪用运放INA2128将0~3.3V放大至工业控制标准电压O?10V，其增益计算采用公式Ga = I + ( 50ΚΩ /R6)、Gb = I + ( 50ΚΩ /R7),所述的R6与R7为所述双路仪用运放INA2128中的可调电阻；所述的增益电压上限保持一致是通过分别调整可变电阻R6与R7 ;所述电流输出是采用非隔离系列信号调理模块ZCM4561S将O?1V电压信号转换为4?20mA电流信号输出，通过R12与R13进行输出增益调节，所述的非隔离系列信号调理模块选用ZCM4561S ;所述的R12与R13为所述非隔离系列信号调理模块ZCM4561S中的可调电阻；所述的开关量输出是指在外部电源供电情况下，根据电机转动及电机表面温度过高与否判别情况，采用光继电器TLP3554提供高达2.5A的报警负载输出；
所述的信息交互模块采用C8051F006-48TQFP核心处理器采用中断方式采用脉冲信号频率转换为转速对应的模拟电压信号(0~3.3V)输出、一线制通信协议采集并转换DS18B20温度传感数据、SPI通信协议进行LCD电机数据指示、UART芯片SP3485进行Modbus RTU通信、I2C通信协议与复位芯片CAT1025SI内置的EEPROM进行模块参数设置与交互；所述的模块参数的设置包括电机额定转速、光电码盘镂空个数、电机转动与否判别门限、电机温度过高报警门限、串行通信地址。
[0005]进一步的，所述的电源转换参数设置宽压输入范围DC9?36V，转换效率79%，工作温度-40?85°C，最大负载250mA，具有短路保护等功能，可持续短路、自恢复，满足模块应用。
[0006]进一步的，电机额定转速3600rpm，喉箍型光电码盘镂空个数取为16，对应输出脉冲频率为960Hz。
[0007]进一步的，所述的磁力表贴温度传感器BT-3(DS18B20)测温范围-55?125°C，在-10?85°C时精度为±0.5°C，支持“一线总线”接口与多点组网功能，即多个温度传感器可并联挂在唯一的三线上。
[0008]进一步的，所述的电源转换是采用三端稳压器将DC12V转换为温度传感器所需的DC5V电源，后级电源转换芯片CAT6219为监测模块提供稳定的DC3.3V供电电源。
[0009]进一步的，所述的镂空每个高大于2.1mm，宽大于1mm，厚大于0.2mm，镂空间隔大于 Imnin
[0010]进一步的，所述的核心处理器C8051F006-48TQFP内置编程OSC、I2C、SP1、UART,TEMP 传感、2 个 INT、4 个 Timer、16 个 GP10、8 通道 ADC (12bit，10ksps)、2 通道 DAC (12bit，10ksps)、2通道电压比较器，多源复位及最小功耗系统支持。
[0011]本发明的有益效果是:结构简单、安装方便、性价比高，功能部分可根据系统集成需求进行裁减，便于与工业PLC、DCS等系统进行无缝集成，具有良好的应用推广价值。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的系统结构图；
图2 Ca)为本发明喉箍型光电码盘结构图；
图2 (b)为本发明喉箍型光电码盘与凹槽型光耦组合示意图； 图3为本发明光耦脉冲信号采集电路分析图；
图4为电压增益电路分析图；
图5为电压信号转换为电流信号电路分析图；
图6为开关量输出电路分析图；
图7为复位及参数配置EEPROM电路分析图；
图8为本发明的工作状态软件流程图，其中:
图8 (a)为本发明主程序初始化流程；
图8 (b)和(c)为外部中断流程；
图8 (d)和(e)为定时器中断流程；
图8 (f) Modbus通信中断流程图。
【具体实施方式】
[0013]为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0014]下面结合附图1-8对本发明做进一步分析:
1.如图1所示，本发明所述的监测模块的功能组成主要为以下五部分:电源转换模块、信号采集模块、核心控制器模块、信号调理模块与信息交互模块。
[0015]电源转换模块采用ZY2412WHBBD-3W电源模块进行PCB所需的DC12V稳压输出转换，宽压输入范围DC9?36V，转换效率79%，工作温度_40?85°C，最大负载250mA，具有短路保护等功能，可持续短路、自恢复，满足模块应用；采用三端稳压器LM7805将DC12V转换为温度传感器所需的DC5V电源，后级电源转换芯片CAT6219为监测模块提供稳定的DC3.3V供电电源。
[0016]如图2、图3所示，信号采集模块包括:
①电机转动脉冲信号采集
将喉箍型光电码盘紧固于电机轴或联轴结上，码盘镂空与实体边缘部分置于光耦EE-SX97凹槽之间，通过设置码盘镂空个数(镂空大小及间隔不得小于图3所示尺寸)，使电机在额定转速下脉冲输出频率小于等于IKHz (脉冲频率正比于电机转速)。如:电机额定转速3600rpm(折算为60rps)，则喉箍型光电码盘镂空个数取为16 ( 1000/60 =16.7 )，对应输出脉冲频率为960Hz。
[0017]凹槽型光耦具备7种不同安装形式，方便现场根据安装空间与角度进行固定。采用TLP521-1进行信号隔离与电压匹配。
[0018]②电机表面温度信号采集
采用磁力表贴温度传感器BT-3 (DS18B20)为磁钢吸附式安装，抗干扰性强，实现对电机表面温度的测量。支持“一线总线”接口与多点组网功能，即多个温度传感器可并联挂在唯一的三线上。测温范围-55?125°C，在-10?85°C时精度为±0.5°C。
[0019]核心控制器模块以C8051R)06-48TQFP为核心处理器，3.3V单电源供电(2.7V~3.6V)，端口 1可交叉开关配置并具备5V电压容限，内置可编程OSC、I2C、SPI,UART,TEMP 传感、2 个 INT、4 个 Timer、16 个 GP10、8 通道 ADC (12bit，10ksps)、2 通道 DAC (12bit，10ksps