一种爬架数据采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及建筑设备技术领域，尤其涉及一种爬架数据采集装置。


背景技术：

2.目前，在国内有多家品牌的爬架电控系统，不同品牌甚至同一品牌不同型号之间的爬架电控系统在数据格式、通讯接口类型、引脚定义和通讯协议上都没有统一的行业标准，彼此各有一套私有规则和协议，基本无法做到兼容替代。此外，过往由于成本问题和技术还不成熟，市场上还有大量仅带有简单的控制功能的爬架电控系统，该类系统数据基本没有连接到云端服务器上，难以对爬架系统的运作状态进行实现实时远程监控。所以，当前各大建筑项目中即使应用到智慧工地技术，因为对接困难等问题，很少有可实时采集爬架数据的应用。即使有这样的智慧工地，也是专门定制，时间周期长，开发成本高，更换电控系统品牌后就无法再适用。通常地，智慧工地一般还要求达到24小时监测，一般的爬架控制系统只会在提升期间上电，其余时间就会断电从而无法再对爬架所受拉力进行全方位监测。
3.目前要实现爬架数据接入智慧工地，一般方案是由智慧工地服务商联系爬架电控系统的品牌厂家，让其提供数据接口或数据转发通道到智慧工地项目的服务器中。此外，另一个方案是在爬架电控系统的主控箱中接入一个带联网功能的数据网关通过对接系统本地的通讯协议完成数据解析和数据上传。
4.以上两种方案最大的缺点是对不同的爬架电控系统的兼容性低，更换电控系统品牌后就无法再正常工作。在同时管理多个项目时，会造成数据接口冗余、大大提高了维护的难度、难以对系统做统一的更新和升级，开发期间需要涉及到较多的技术对接和沟通工作。
5.除此以外，这两个方案还受限于爬架电控系统上电时间影响，没法做到全天候24小时监测，一旦非爬架提升期间某个机位发生材料堆积而导致局部负载增大时，无法及时发现和解决相关危险。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提出一种新的硬件电路连接方式，在这样的硬件电路连接方式支持下，至少能够解决由于不同厂家的拉力传感器的4根线的线序不一致导致的不同爬架电控系统之间的兼容性问题，从技术原理上做到普遍的适用，为智慧工地接入爬架数据提供一套可兼容通用的技术方案，解决项目对接中需要解决的兼容性难题，更方便快捷的部署实施与维护。
7.为实现本实用新型的目的，采用以下技术方案：
8.一种爬架数据采集装置，包括主机模块和分机模块，所述主机模块与分机模块连接用于获取分机模块采集到的拉力数据，所述分机模块包括外部传感器接口、第一主控芯片、分别与第一主控芯片连接的拉力传感器线序电压采集电路、拉力传感器线序切换电路、拉力采集电路，所述外部传感器接口用于接入拉力传感器，所述拉力传感器线序电压采集电路与所述外部传感器接口连接用于分别获取拉力传感器四根线的电压值从而得到拉力
传感器的线序排列，所述拉力传感器线序切换电路与所述外部传感器接口连接用于根据线序排列把拉力传感器接入到拉力采集电路，所述拉力采集电路用于采集拉力传感器的拉力数据。
9.进一步的改进在于，所述分机模块还包括外部爬架分控接口和开关控制电路，所述开关控制电路与第一主控芯片连接，所述外部爬架分控接口用于接入爬架分控，所述开关控制电路的一端与爬架分控接口连接，另一端与外部传感器接口，所述开关控制电路用于控制外部传感器接口与爬架分控接口之间的通断。
10.进一步的改进在于，所述拉力传感器线序电压采集电路包括四个12位ad转换通道，每一个12位ad转换通道的输入端与拉力传感器其中的一根线连接，每一个12位ad转换通道的输出端均与第一主控芯片连接。
11.进一步的改进在于，所述拉力传感器线序切换电路包括四个4选1的模拟开关芯片，每个模拟开关芯片均与拉力传感器的四根线连接，所述拉力采集电路包括高精度模数转换芯片，每个模拟开关芯片的输出端与高精度模数转换芯片连接。
12.进一步的改进在于，所述拉力传感器中的每根线上均连接有一个反向对地的二极管。
13.进一步的改进在于，所述拉力采集电路中还包括一个由第一主控芯片控制通断的场效应管，用于在爬架电控系统断电后为拉力传感器提供电源。
14.进一步的改进在于，所述主机模块包括第二主控芯片、分别与第二主控芯片连接的无线通信模块、电源输入模块，所述第二主控芯片通过rs485通信或can通信方式获取分机模块采集到的拉力数据，所述电源输入模块用于为主机模块和分机模块供电，所述无线通信模块用于把获取到的拉力数据上传至云平台。
15.进一步的改进在于，所述电源输入模块包括220v交流电源输入端、220vac转15vdc电路、15vdc转24vdc升压电路、蓄电模块，所述220v交流电源输入端与220vac转15vdc电路连接，所述220vac转15vdc电路与蓄电模块连接用于为蓄电模块充电，所述220vac转15vdc电路与15vdc转24vdc升压电路连接用于给分机模块供电，所述蓄电模块用于当所述电源输入模块断电时为主机模块和分机模块供电。
16.进一步的改进在于，所述主机模块还包括声光报警模块，所述声光报警模块与第二主控芯片连接。
17.进一步的改进在于，所述主机模块还包括操作模块和显示模块，所述操作模块和显示模块分别与第二主控芯片连接。
18.本实用新型的有益效果：
19.本实用新型提供了一种新的硬件电路连接结构方式，通过在本装置的分机模块中设置拉力传感器线序电压采集电路、拉力传感器线序切换电路、拉力采集电路，在这样的硬件电路连接结构的支持下，可以解决不同品牌厂家拉力传感器的4根线线序不统一的问题，实现了各种类不同线序的拉力传感器的4根线的正确接入，为智慧工地接入爬架数据提供了一套可兼容通用的技术方案。
附图说明
20.图1为本实用新型一种爬架数据采集装置与爬架分控以及拉力传感器连接示意
图；
21.图2为本实用新型一种爬架数据采集装置中分机模块的硬件组成结构示意图；
22.图3为本实用新型一种爬架数据采集装置中第一主控芯片的引脚连接电路图；
23.图4为本实用新型一种爬架数据采集装置中的拉力传感器线序电压采集电路示意图；
24.图5为本实用新型一种爬架数据采集装置中的拉力传感器线序切换电路示意图；
25.图6为本实用新型一种爬架数据采集装置中的拉力采集电路示意图；
26.图7为本实用新型一种爬架数据采集装置中的开关控制电路示意图；
27.图8为本实用新型一种爬架数据采集装置中主机模块的硬件组成结构示意图；
28.图9为本实用新型一种爬架数据采集装置中220vac转15vdc电路示意图；
29.图10为本实用新型一种爬架数据采集装置中15vdc转24vdc升压电路示意图；
30.图11为本实用新型一种爬架数据采集装置中12v锂电池充电电路示意图。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此附图仅显示与本实用新型有关的构成。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.需要说明的是，当元件被称为“安装在”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“与”、“和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
34.请参考附图1-附图11，本实用新型实施例提出一种爬架数据采集装置，所述爬架数据采集装置包括主机模块和分机模块，如图1所示，本实用新型中，每个主机模块和两个分机模块连接，分别为第一分机模块、第二分机模块，每两个爬架电控系统分控(以下简称爬架分控)之间安装一个分机模块，每个分机模块可负责采集两个机位的拉力数据，每一个分机模块分别接入两个拉力传感器和两个爬架分控。
35.如图2所示为本实用新型一种爬架数据采集装置中分机模块的硬件组成结构示意图，下面对分机模块的具体硬件结构组成进行说明：
36.具体地，所述主机模块与分机模块连接用于获取分机模块采集到的拉力数据，所述分机模块包括外部传感器接口、第一主控芯片、分别与第一主控芯片连接的拉力传感器线序电压采集电路、拉力传感器线序切换电路、拉力采集电路，所述外部传感器接口用于接入拉力传感器，所述拉力传感器线序电压采集电路与所述外部传感器接口连接用于分别获取拉力传感器四根线的电压值从而得到拉力传感器的线序排列，所述拉力传感器线序切换
电路与所述外部传感器接口连接用于根据线序排列把拉力传感器接入到拉力采集电路，所述拉力采集电路用于采集拉力传感器的拉力数据。
37.具体地，在本实施例中，所述第一主控芯片的型号为stc8h3k64s4，如图3所示为第一主控芯片的引脚连接电路图。所述外部传感器接口的型号为四芯gx12,所述分机模块上还设置有外部电源/通信接口模块，用于接入主机模块，具体地，其型号为五芯gx12。所述分机模块还包括2个外部按键k1、k2，以及数码管，数码管型号为ch455g，外部按键k1、k2，以及数码管均与第一主控芯片连接。
38.拉力传感器的工作原理为：爬架拉力传感器一般采用电桥式电压反馈电路来输出拉力值，在电桥两端施加参考电压后，在不同的拉力作用下，电桥差分电压输出端会输出一个0到几毫伏的差分电压从而可以通过公式得出相关比例得出拉力值。
39.具体地，在本实用新型一些实施例中，所述分机模块还包括外部爬架分控接口和开关控制电路，所述开关控制电路与第一主控芯片连接，所述外部爬架分控接口用于接入爬架分控，所述开关控制电路的一端与爬架分控接口连接，另一端与外部传感器接口，所述开关控制电路用于控制外部传感器接口与爬架分控接口之间的通断。
40.如图7所示为本实用新型一种爬架数据采集装置中的开关控制电路示意图，其中，所述开关控制电路采用的是2个双通道模拟开关，其型号为rs2266xm。每一个双通道模拟开关的第3脚、第7脚均与第一主控芯片的第26脚连接，其中每一个双通道模拟开关的第2脚和第5脚作为拉力传感器的输入端，第1脚和第6脚作为输出端与爬架分控连接。
41.本实用新型通过设置开关控制电路，能够保证爬架分控原来的拉力采集功能不受影响，在爬架分控没有上电时需要断开爬架分控与外部传感器接口之间的连接。
42.具体地，在本实施例中，如图4所示，所述拉力传感器线序电压采集电路包括四个12位ad转换通道，每一个12位ad转换通道的输入端与拉力传感器其中的一根线连接，每一个12位ad转换通道的输出端(adc_ch1、adc_ch2、adc_ch3、adc_ch4)均与第一主控芯片连接，通过这样的硬件连接方式，可以通过第一主控芯片获取到拉力传感器每根线的电压值，从而获得拉力传感器的线序排列。
43.具体地，在本实施例中，如图5所示，所述拉力传感器线序切换电路包括四个4选1的模拟开关芯片，每个模拟开关芯片均与拉力传感器的四根线连接，所述拉力采集电路包括高精度模数转换芯片，每个模拟开关芯片的输出端与高精度模数转换芯片连接。
44.具体地，如图5和图6所示，所述模拟开关芯片的型号为rs2255xn,高精度模数转换芯片的型号为hx710a,所述拉力传感器的四根线(pulling_in_1、pulling_in_2、pulling_in_3、pulling_in_4)分别对应接入到每一个模拟开关芯片的第6脚、第3脚、第2脚、第1脚，每一个模拟开关芯片的第4脚均与第一主控芯片的第35脚连接；第一个模拟开关芯片的第6脚(switch_b1)与第一主控芯片的第28脚连接，第7脚(switch_a1)与第一主控芯片的第27脚连接，第9脚与地连接；第二个模拟开关芯片的第6脚(switch_b2)与第一主控芯片的第30脚连接，第7脚(switch_a2)与第一主控芯片的第29脚连接，第9脚(hx710_vref)与高精度模数转换芯片的第1脚连接；第三个模拟开关芯片的第6脚(switch_b3)与第一主控芯片的第32脚连接，第7脚(switch_a3)与第一主控芯片的第31脚连接，第9脚(hx710_inn)与高精度模数转换芯片的第3脚连接；第四个模拟开关芯片的第6脚(switch_b4)与第一主控芯片的第34脚连接，第7脚(switch_a4)与第一主控芯片的第33脚连接，第9脚(hx710_inp)与高精
度模数转换芯片的第4脚连接；所述高精度模数转换芯片的第5脚(pd_sck)与第一主控芯片的第38脚连接，所述高精度模数转换芯片的第6脚(dout)与第一主控芯片的第37脚连接。
45.具体地，在本实用新型的一些实施例中，如图4所示，所述拉力传感器中的每根线(pulling_in_1、pulling_in_2、pulling_in_3、pulling_in_4)上均连接有一个反向对地的二极管(d5、d6、d7、d8)。本实施例通过设置连接反向对地的二极管(d5、d6、d7、d8)，能够避免电流经gnd回流，避免线序不确定时错误把参考电压和地之间直接连通损坏设备。
46.具体地，在本实用新型一些实施例中，如图6所示，所述拉力采集电路中还包括一个由第一主控芯片控制通断的场效应管，用于在爬架电控系统断电后为拉力传感器提供电源。
47.所述场效应管的型号为ao3401，所述场效应管的栅极经一个电阻r30后与第一主控芯片的第36脚(hx710a_power_en)连接,所述场效应管的源极经一个电阻r33后与5v电源连接，所述场效应管的漏极与高精度模数转换芯片的第一脚(hx710a_vref)连接。所述第一主控芯片控制所述场效应管的通断。
48.在本实施例中，在第三方的爬架电控系统断电后，拉力传感器失去供电无法返回数据，此时则需要分机模块单独为拉力传感器提供电源，然后再进行传感器数据的采集，第一主控芯片通过上述所述的场效应管来控制电源的开启(即启动盒子供电)和关闭实现对拉力传感器的供电和断电。
49.分机模块的工作原理为：在本实用新型的硬件支持下，所述分机模块会先通过四个12位ad转换通道得出拉力传感器每根线的电压值，根据平衡电桥设计，若参考电压为5v,则可粗略测量(给出范围值作为判定条件)到其余三线为2.5v、2.5v、0v，从而可以得出拉力传感器的线序排列，第一主控芯片获得线序排列后再通过第一主控芯片控制四个4选1的模拟开关芯片按照线序排列把拉力传感器的四根线分别接到一个具有20位的高精度模数转换芯片的vref、inn、inp和gnd引脚,在这样的硬件电路连接结构的支持下，可以解决不同品牌厂家拉力传感器的4根线线序不统一的问题，实现了各种类不同线序的拉力传感器的4根线的正确接入。
50.优选地，在其它的一些实施例中，把本装置首次接入拉力传感器和爬架分控后，在本实用新型的硬件支持下，在获取到拉力传感器的线序排列后，可以把线序排列保存至flash中。这样在爬架控制系统断电后，分机模块监测到拉力传感器的线电压不在正常的电阻桥式传感器线电压范围内时可以调用flash中保存的线序控制四个4选1的模拟开关芯片切换到对应的通道，并断开爬架分控与外部传感器接口之间的连接以及导通场效应管通过分机模块给拉力传感器供电。
51.另外，在分机模块采集到拉力传感器的拉力值时，其还可以按模数转换的比例值表示数据大小，这样是为了避免不同厂家使用的拉力传感器灵敏度、量程、系数等参数不同而导致得出的拉力值不准确。
52.具体地，在本实施例中，所述主机模块包括第二主控芯片、分别与第二主控芯片连接的无线通信模块、电源输入模块，所述第二主控芯片通过rs485通信或can通信方式获取分机模块采集到的拉力数据，所述电源输入模块用于为主机模块和分机模块供电，所述无线通信模块用于把获取到的拉力数据上传至云平台。
53.如图8所示，所述第二主控芯片的型号为stm32f103vet6，所述无线通信模块优选
为4g通信模块，其型号为ec200u，通过设置4g通信模块可以方便把获取到的拉力数据上传至云平台，具体地，所述云平台优选为阿里云物联网平台，具体地，拉力数据经4g模块以mqtt协议汇总上传到阿里云物联网平台上，通过阿里云物联网平台，主机模块很方便地可以配置和接入云端，其灵活的数据流转方案和开发接口支持可让不同需求的客户根据自己的需要选择合适的客户端接入方式。阿里云物联网平台的物模型数据格式定义能让数据以更透明和更形象的方式展示出来。
54.另外，所述4g模块带有gps定位功能，可获取到建筑项目所在位置，方便根据实际地点管理不同的项目。所述4g模块也可以改用nb-lot模块或wifi模块。
55.具体地，在本实施例中，所述电源输入模块包括220v交流电源输入端、220vac转15vdc电路、15vdc转24vdc升压电路、蓄电模块，所述220v交流电源输入端与220vac转15vdc电路连接，所述220vac转15vdc电路与蓄电模块连接用于为蓄电模块充电，所述220vac转15vdc电路与15vdc转24vdc升压电路连接用于给分机模块供电，所述蓄电模块用于当所述电源输入模块断电时为主机模块和分机模块供电。
56.具体地，如图9所示，所述220v交流电源输入端用于接入外部电源给整一个装置供电，外部电源经所述220v交流电源输入端后进入到220vac转15vdc电路，所述220vac转15vdc电路(即36w开关电源模块)的型号为hs12p36sr。
57.另外，36w开关电源模块可换成同等电压功率规格的变压器。
58.所述蓄电模块采用的是12v 2400mah的锂电池，所述外部电源经所述220v交流电源输入端后进入到220vac转15vdc电路，然后再经锂电池充电电路给锂电池进行充电，如图11所示为12v锂电池充电电路示意图，其中，锂电池充电电路中充电管理芯片的型号为cn3703。
59.本实用新型通过设置蓄电模块，可以实现全天候24小时给分机模块供电以便在爬架电控系统断电后也能继续获取拉力传感器的拉力数据，另外，还可以根据实际需要在主机模块设定供电时间，这样，主机模块会按设定的时间间隔定期给分机模块供电以采集拉力数据，其余时间主机模块处于睡眠模式，分机模块则会处于断电状态。
60.图10所示为15vdc转24vdc升压电路示意图，15vdc转24vdc升压电路所用到的芯片型号为xl6019e1，设置15vdc转24vdc升压电路的目的是为了减少长距离直流供电的压降损耗。
61.在本实施例中，所述主机模块还包括声光报警模块，所述声光报警模块与第二主控芯片连接，通过设置声光报警模块，可在监测到拉力数据异常时发出报警。
62.在本实施例中，所述主机模块还包括操作模块和显示模块，所述操作模块和显示模块分别与第二主控芯片连接。
63.具体地，所述操作模块包括8个独立按键和按键驱动电路，所述8个独立按键经按键驱动电路后与第一主控芯片连接，其中，按键驱动电路采用的芯片型号为ch455。
64.具体地，所述显示模块为3.5寸液晶屏，型号为ili9486。通过3.5寸液晶屏可以用于mqtt连接参数设置、拉力传感器参数设置、mqtt消息上报设置和系统参数设置等，能满足客户更个性化的功能定制需求。
65.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指
出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。