专利名称：卷扬式闸门启闭机荷载与开度信号同步采集仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对信号同步采集仪，尤其是用于卷扬式闸门启闭机的荷载与开度的信号同步采集仪。
背景技术：
目前在卷扬式闸门启闭机系统中，对卷扬启闭机、门机、吊车等起重设备起重量(荷重、荷载)、开度(升降高度)的准确测量和控制是各种水利自动化工程安全运行和安全生产的不可缺少的重要条件。近年来，卷扬启闭机使用常规的高度荷载仪，通常只是对高度、荷载进行粗放式的测量，只有一些简单的过流保护、上下限位开关保护、拉力荷载保护等， 存在重大技术隐患。荷载与开度信号的同步性采集得不到重视，其关系也不精确。因而对闸门启闭机开度和荷载实时数据的同步采集不仅是理论研究的需要，也是市场的迫切需求。
发明内容本实用新型的目的是提供一种卷扬式闸门启闭机荷载与开度信号同步采集仪，通过对卷扬启闭机开度和荷载进行数据同步采集，为水资源的合理利用和准确调度提供了数据支持和参考。本实用新型的技术方案是卷扬式闸门启闭机荷载与开度信号同步采集仪，由单片机I、SSI角编码器模块2、压力传感器模块3、SD卡存储器4、键盘控制模块5、状态指示模块6、USB通信模块7、日历时钟模块8和多路电源模块9共同组成；其中SSI角编码器模块2的输出端、压力传感器模块3的输出端、SD卡存储器4的4个通信口、键盘控制模块5的输出端、状态指示模块6的输入端、USB通信模块7和日历时钟模块8的输出端分别通过单片机I的I/O 口连接，多路电源模块9的输出端分别连接单片机I和SD卡存储器4的电压输入端。所述的压力传感器模块3包括三个压力传感器；分别安装在启闭机卷筒两端轴的承座支架上、平衡滑轮轴上和钢丝绳上三个不同的位置；支架上的压力传感器在电路中经过Jl接口的管脚Jl-I连接，经过电阻R12、R13分压连接，接入单片机中；钢丝绳上的压力传感器在电路中经过Jl接口的管脚J1-2连接，经过电阻R14、R15分压连接，接入单片机中；轴上的压力传感器在电路中经过Jl接口的管脚J1-3连接，经过电阻R16、R17分压连接，接入单片机中；角编码器安装在启闭机的卷筒轴上，角编码器通过多芯信号电缆经过J2端口连接，经过角编码器SSI信号转换成Modbus信号，接入单片机中。所述的单片机1、SSI角编码器模块2、SD卡存储器4、键盘控制模块5、状态指示模块6、USB通信模块7、日历时钟模块8和多路电源模块9都是市场上普通元件。本实用新型的工作原理该采集仪通过将压力传感器模块中的模拟信号(r20ffiV(Tl0O经过电流\电压转换装置的电压信号、SSI角编码器信号经过转换成Modbus信号后以Modbus方式提供给单片机处理，并将处理后的数据被送入大容量存储SD卡中存储，此外，还提供了用于与上位机PC通信连接接口电路，以便上位机软件对实时采集压力传感器的压力信号、角编码器的编码值导入Excel表格中进行分析，得出支架压力、钢丝绳拉力和轴压力随高度的变化关系，然后进行压力荷载等深入的分析。本实用新型的有益效果本实用新型能实时同步采集闸门启闭机荷载与开度的信号，可以优化现有的控制手段和控制方法，能方便的对卷扬启闭机开度和荷载进行数据同步采集，为以后分析水资源的合理利用和准确调度提供了数据支持和参考，从而能有效的确保闸门控制系统安全可靠的运行；同时具有存储容量大、体积小、适应性强、简单可靠、使用方便、移植性强等特点。
图I为本实用新型的组成示意框图；图2为本实用新型中压力传感器模块电路示意图； 图中1-单片机、2- SSI角编码器模块、3-压力传感器模块、4- SD卡存储模块、5-键盘控制模块、6-状态指示模块、7- USB通信模块、8-日历时钟模块、9-多路电源模块。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本实用新型作进一步说明如图I所示本实用新型由单片机I、SSI角编码器模块2、压力传感器模块3、SD卡存储器4、键盘控制模块5、状态指示模块6、USB通信模块7、日历时钟模块8和多路电源模块9共同组成；其中SSI角编码器模块2的输出端、压力传感器模块3的输出端、SD卡存储器4的4个通信口、键盘控制模块5的输出端、状态指示模块6的输入端、USB通信模块7和日历时钟模块8的输出端分别通过单片机I的I/O 口连接，多路电源模块9的输出端分别连接单片机I和SD卡存储器4的电压输入端。压力传感器模块包括三个压力传感器；分别安装在启闭机卷筒两端轴的承座支架上、平衡滑轮轴上和钢丝绳上三个不同的位置以对闸门的荷重进行信号的同步采样。如图2所示支架上的压力传感器值是由压力变送器采集到的，输出为4 20毫安的模拟电流信号，通过一个电流/电压转换装置，将送来的电流模拟量转换为电压量。输入的采集信号为4 20mA的电流信号时，在电路中经过Jl接口的管脚Jl-I读入，再经过电阻Rl2、Rl3分压，4 20mA电流信号到0. 8V 4V电压信号的转换由电阻R12、Rl3完成。这样ADl电位为200x(4 20mA) =0. 8V 4V,为单片机正常转换电压范围。即可准确无误的将此信号量送入单片机等待处理。钢丝绳上的压力传感器值是由压力变送器采集到的，输出为0 10V的模拟电压信号，电路采用电压方式传入压力信号，输入的采集信号Q为(T10V的电压信号时，在电路中经过Jl接口的管脚J1-2读入，再经过R14、R15分压，(TlOV电压信号到OV飞V电压信号的转换由电阻R14、R15完成。这样AD2电位200/400 (0V 10V) =OV 5V，为单片机正常转换电压范围。轴上的压力传感器值是由压力变送器采集到的，输出为(TlOV的模拟电压信号，电路采用电压方式传入压力信号，输入的采集信号Q为Olov的电压信号时，在电路中经过Jl接口的管脚J1-3读入，再经过R16、R17分压，(TlOV电压信号到OV飞V电压信号的转换由电阻R16、R17完成。这样AD3电位为200/400 (OV 10V) =OV 5V，为单片机正常转换电压。角编码器安装在启闭机的卷筒轴上，通过将闸门的升、降位移量转换成测量轴的角位移量，使角编码器输出相应的编码量，角编码器通过多芯信号电缆经过J2端口连接，经过角编码器SSI信号转换成Modbus信号接入单片机中。本实用新型工作过程键盘控制模块5中工作开始按键按下后，整个电路开始工作，压力传感器模块3中压力传感器采集到的输出的信号分别为4 20mA的电流信号和OlOV的电压信号，要经过信号转换电路将其转换为0 5V的电压信号，这些模拟信号经过通道AD1、AD2、AD3送入单片机。单片机I通过Jl端口读取压力传感器和J2端口读取角编码器的数据进行处理并将处理后的数据存储到SD卡存储模块4中，通过状态指示模块6显示整个电路的工作状态。通过USB通信模块7将单片机I与个人PC机连接，通过上位机软件将采集到的同步信号进行分析，得出支架压力、钢丝绳拉力和轴压力随高度的变化关系图，然后进行压力荷载等深·入的分析。日历时钟模块8为单片机I提供时间信息，多路电源模块9则为单片机I和SD卡工作提供相应的电源。由此可见，这种信号同步采集仪能满足闸门启闭机上荷载与开度信号的同步采集，可以优化现有的控制手段和控制方法，能方便的对卷扬启闭机开度和荷载进行数据的同步采集，为水资源的合理利用和准确调度提供了数据支持和参考，从而能有效的确保闸门控制系统安全可靠的运行。本实用新型是通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型专利进行各种变换及等同代替，因此，本实用新型专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本实用新型专利权利要求范围内的全部实施方案。
权利要求1.一种卷扬式闸门启闭机荷载与开度信号同步采集仪，其特征是由单片机、SSI角编码器模块、压力传感器模块、SD卡存储器、键盘控制模块、状态指示模块、USB通信模块、日历时钟模块和多路电源模块共同组成；SSI角编码器模块的输出端、压力传感器模块的输出端、SD卡存储器的4个通信口、键盘控制模块的输出端、状态指示模块的输入端、USB通信模块和日历时钟模块的输出端分别通过单片机的I/O 口连接，多路电源模块的输出端分别连接单片机和SD卡存储器的电压输入端。
2.根据权利要求I所述的一种卷扬式闸门启闭机荷载与开度信号同步采集仪，其特征是所述的压力传感器模块包括三个压力传感器；分别安装在启闭机卷筒两端轴的承座支架上、平衡滑轮轴上和钢丝绳上三个不同的位置。
3.根据权利要求2所述的一种卷扬式闸门启闭机荷载与开度信号同步采集仪，其特征是所述的支架上的压力传感器在电路中经过Jl接口的管脚Jl-I连接，经过电阻R12、R13分压连接，接入单片机中。
4.根据权利要求3所述的一种卷扬式闸门启闭机荷载与开度信号同步采集仪，其特征是所述的钢丝绳上的压力传感器在电路中经过Jl接口的管脚J1-2连接，经过电阻R14、R15分压连接，接入单片机中。
5.根据权利要求3所述的一种卷扬式闸门启闭机荷载与开度信号同步采集仪，其特征是所述的轴上的压力传感器在电路中经过Jl接口的管脚J1-3连接，经过电阻R16、R17分压连接，接入单片机中。
6.根据权利要求I所述的一种卷扬式闸门启闭机荷载与开度信号同步采集仪，其特征是所述的角编码器安装在启闭机的卷筒轴上，角编码器通过多芯信号电缆经过J2端口连接，经过角编码器SSI信号转换成Modbus信号，接入单片机中。
专利摘要本实用新型提供一种卷扬式闸门启闭机荷载与开度信号同步采集仪，由单片机、SSI角编码器模块、压力传感器模块、SD卡存储器、键盘控制模块、状态指示模块、USB通信模块、日历时钟模块和多路电源模块共同组成；SSI角编码器模块的输出端、压力传感器模块输出端、SD卡存储器的4个通信口、键盘控制模块的输出端、状态指示模块的输入端、USB通信模块和日历时钟模块的输出端分别通过单片机的I/O口连接，多路电源模块的输出端分别连接到单片机和SD卡的电压输入端上；本实用新型对数据同步采集，为分析水资源的合理利用和准确调度提供了数据支持和参考；同时具有存储容量大、体积小、适应性强、简单可靠、使用方便、移植性强等特点。
文档编号G01L5/00GK202511927SQ20112043853
公开日2012年10月31日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者李大焱, 秦爱华 申请人:昆明理工大学