基于加速度传感器的油罐车紧急切断阀自动关闭装置的制作方法

本发明属于机械自动化控制领域，涉及一种油罐车紧急切断阀自动关闭装置，尤其涉及一种基于加速度传感器的油罐车紧急切断阀自动关闭装置，具体的说，就是采用现代材料、现代传感器、现代计算机单片机程序，进行数字量化分析、无接触检测，实现自动控制。

背景技术：

gb7258-2017《机动车运行安全技术条件》，2017-09-29发布，2018-01-01实施，其中12.12.4具体要求为：“装有紧急切断装置的罐式危险货物运输车辆，在设计和制造上应保证运输液体危险货物的车辆行驶速度大于5km/h时紧急切断阀能自动关闭，或在发动机起动时能通过一个明显的信号装置(例如：声和光信号)提示驾驶人需要关闭紧急切断阀。”在以上的明确具体要求下，可以用以下方案来实现：a,与安装车辆的速度相关，当v>5km/h时关闭紧急切断阀；b,与gprs连接，当v>5km/h时，关闭紧急切断阀；c,用摄像头，对车外移动景物取样，判断车速v>5km/h时，关闭紧急切断阀；d,利用电子陀螺进行车况判断；以上几项都存在制造技术装备复杂或安装复杂、计量困难、不准确等弊端。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于加速度传感器的油罐车紧急切断阀自动关闭装置，该装置结构简单，可及时有效关闭油罐车的紧急切断阀，尤其适用于低速情况下的车辆。

本发明的基于加速度传感器的油罐车紧急切断阀自动关闭装置，其核心包括一种加速度传感器，所述的加速度传感器包括铷铁硼磁钢、设于铷铁硼磁钢两端的磁钢支架、以及两个拉簧，磁钢支架用于实现对铷铁硼磁钢在y轴、z轴方向运动限制，使铷铁硼磁钢仅可在x轴方向运动，两个拉簧垂直于铷铁硼磁钢轴向分别连接于磁钢两侧，用于将铷铁硼磁钢悬浮在磁钢支架中间，在x轴向距磁钢支架外侧固定有线性霍尔器件。

上述结构实质是一个简单的一维运动的位移线性霍尔传感器，铷铁硼磁钢只能做+x,-x方向的运动，其他方面的运动位移均为“0”(例如+y,-y；+z,-z；方向的位移都由结构限制，位移等于或接近于零)。只有当磁钢支架随车沿x方向运动时，磁钢才会在x轴运动，磁钢和线性霍尔器件之间的距离就会发生变化；霍尔原件的输出电压就会发生变化。两只拉簧把铷铁硼磁钢悬浮在结构中间，使得铷铁硼磁钢体在做x方向运动时的摩擦力为最小，目的是在较小的加速度a的情况下获得较大的位移。

依据gb7258-2017中的12.12.4中提到“在设计和制造上应保证运输液体危险货物的车辆行驶速度大于5km/h时紧急切断阀能自动关闭，”根据牛顿运动定律，a＝(v1-v0)/t.x＝v0t+1/2at²,其中，a是加速度；v0是初速度；v1是末速度；x是位移距离。下面对罐车行驶状态进行大致的分析：

a：罐车起动到v＝5km/h,用了8秒，则加速度a1＝0.17m/s²,

8秒后，罐车位移：x＝5.44m,v1＝1.36m/s

b：罐车起动到v＝5km/h,用了4秒，则加速度a2＝0.34m/s²,

4秒后，罐车位移：x＝2.72m,v1＝1.36m/s

c：罐车起动到v＝5km/h,用了2秒则加速度a3＝0.69m/s²,

2秒后，罐车位移：x＝1.38m,v1＝1.36m/s

d：罐车起动到v＝5km/h,用了1秒则加速度a4＝1.39m/s²,

1秒后，罐车位移：x＝0.695m,v1＝1.36m/s；

以上是考虑匀加速度的物理量，匀加速度的物理量在结构、电路上处理成功的前提下，变加速度物理量就会变得更加容易，更加方便；而且，据计算和实践，假如这些物理量从gprs的地图或其他方式的gprs信号得到，从检测到，到具体执行关闭紧急切断阀的时间差都有可能超过5～10秒，即反应的误差和实际制动的结果都是要认真考虑的。此外凡是要拆接、改变或动用原车辆结构的安装方式，都太复杂、不够便捷，故认为欠妥。

而本发明的加速度传感器结构简单，且可做到及时有效的关闭油罐车的紧急切断阀，尤其适用于低速情况下的车辆。

具体将其应用于关闭油罐车的紧急切断阀时，其相应控制电路包括：主控制板、加速度传感器电路；加速度传感器电路基于本发明的加速度传感器，并将检测信号发送至主控制板，主控制板根据接收的信号控制关闭油罐车的紧急切断阀。

附图说明

图1是本发明的加速度传感器的结构示意图；

图2是本发明装置的一种控制电路原理图；

图3是本发明图2所采用的单片机图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明装置作进一步说明。

本发明的基于加速度传感器的油罐车紧急切断阀自动关闭装置，其核心包括一种加速度传感器，如图1所示，所述的加速度传感器包括铷铁硼磁钢m、设于铷铁硼磁钢两端的磁钢支架g、以及两个拉簧t1、t2，磁钢支架g用于实现对铷铁硼磁钢m在y轴、z轴方向运动限制，使铷铁硼磁钢m仅可在x轴方向运动，两个拉簧t1、t2垂直于铷铁硼磁钢的轴向分别连接于磁钢两侧，用于将铷铁硼磁钢m悬浮在磁钢支架中间，克服或减小重力的影响，减小铷铁硼磁钢m和磁钢支架g之间相对运动的阻力，在铷铁硼磁钢m和磁钢支架g之间还可以填充润滑剂。拉簧t1、t2的安装可以垂直于x平面，也可以平行于x平面，在无外力、或车在匀速的情况下，拉簧t1、t2可把磁钢m复位到初始位置；在x轴向距磁钢支架m外侧固定有线性霍尔器件h。

支架g限制了铷铁硼磁钢m的z、y方向的运动；只有支架g随车沿x方向运动，铷铁硼磁钢m才会运动，并且和线性霍尔器件h之间的距离发生变化；相应的线性霍尔器件h的输出电压也会发生变化。

铷铁硼磁钢m具有一定的质量，如m大于等于50g，其形状可以是圆柱体、方柱体等等；根据前述的加速度的四种情况：

a1＝0.17m/s²,

a2＝0.34m/s²,

a3＝0.69m/s²,

a4＝1.39m/s²；

加速度的范围已确定，铷铁硼磁钢的质量确定，分析拉簧受力，并根据胡克定律：f＝kx，其中k为劲度系数kg/mm，位移量x为mm，就能确定拉簧的力学参数，对拉簧t1、t2按要求进行工业制造。

经过多次试验，实验结果也是非常理想的：即当a1＝0.17m/s²时(实际中车辆起动到v＝5km/h,往往远用不了8秒时间)，使支架g沿x方向运动，线性霍尔器件h在5伏直流工作电压下，输出电压的改变量约为3.245v～2.734v，足够供单片机识别、区分。其他加速度：a2；a3；a4均大于a1,霍尔器件的输出改变量均更有利于单片机识别。

依据gb7258-2017中的12.12.4，基于本发明可以设置两套油罐车紧急切断阀关闭控制方案；一是当罐车驾驶人打开紧急切断阀，做完加或卸油后，当车起动还没关闭紧急切断阀，用声光，语音提醒驾驶人，关闭紧急切断阀。二是在一的基础上，把打开紧急切断阀的系统接入本发明的自动控制系统中；即：不但声光，语音提醒驾驶人员，同时自动关闭紧急切断阀。

整个油罐车紧急切断阀自动关闭装置的电气控制方式可以如图2所示：

其控制电路可以由3块pcb(印刷电路板)组成：

a.压缩空气及电信号启动主控制板的仪器启动电路：由ic2mpx2100芯片、单片机ic1、连接器j5及相关r、c组成，安装于pcb板1，压缩空气经图2中g处进入压力传感器mpx2100，气压达到1mpa时，mpx2100的2脚、4脚输出300mv直流信号，4脚输出固定在1/2工作电压2.5v，2脚电压输出给单片机ic1的6脚，经程序判断由2脚输出高电平(约4.2v)，经二极管d1、电阻r5、通过j5输出给主控制板。

b.主控制板由ic67805芯片、ic77805芯片、单片机ic8、连接器j1、j2、j3、j4、三极管q3、q4、q5、q6及语音声光单元组成，安装在pcb板2上，由j1处接入工作电压12--24伏，经ic77805芯片稳压5伏，经j3对接j5输给pcb板1，pcb板1输出高电平经r28驱动q4、q5，此时j4和单片机ic8都得到5伏工作电压，等待车速度信号经r33给单片机ic8去处理。

c.加速度传感器电路由连接器j6、单片机ic3、线性霍尔器件ic4及相关r、c、d组成，安装于pcb版3上，线性霍尔器件ic4相对于铷铁硼磁钢因外壳支架g在x方向运动的加速度的产生发生位移，从而ic4线性霍尔器件的输出电压随之改变，这改变电压经c2滤波给单片机ic3的6脚，经定量判别后，经r11、j6和j4对接送到主板的单片机ic8。此外，也可以采用其他速度控制方式：由连接器j7、单片机ic5、三极管q1、q2及相关r、c、d组成的车速脉冲，或摄像头组成的pcb板4，车速脉冲由经r23的f处输入，摄像头的同步信号经r21给单片机ic5的3脚，图像信号也是经r24、c7输给单片机ic5，j7也和j4对接使用。

下面对整各控制系统的具体工作过程进行说明：

图2中，k1是油罐车上的紧急切断阀的开启和关闭开关，可开启或关闭车供的直流电源或压缩空气气源，k2是控制器在k1没有关闭时自动切断电和气源。k2和jrc相关联的外接部件通过j2进行电气连接。j1是控制器电源接入端，从j1接入的12～24伏直流电压经d5给ic77805芯片输出5伏电源经j3和j5对接使得pcb板1单元工作，当k1打开时，pcb板1上j5中间端就输出5伏高电平，经r28驱动三极管q4、q5通过j4与j5或j7对接，提供pcb板3或pcb板4上的5伏工作电源，当油罐车运行速度大于5km/h时，pcb板3或pcb板4会输出5伏高电平，通过j4反馈给主板pcb板2，就是经r33给单片机ic8，单片机ic8经过识别，先从5脚输出高电平，经r34触发语音声光单元报警提示驾驶人员，经过n秒时间后，单片机ic8第2脚输出脉冲关闭jrc.关闭jrc就是关闭了油罐车的紧急切断阀，保证了罐车的行车安全。

单片机ic8第3脚输出脉冲，经r27，驱动q3,关闭j4的5伏输出，从而关闭速度传感器电路的工作，即pcb板3,或pcb板4不工作，使得控制装置回到初始状态。

本实例中用的单片机ic1,ic3,ic5,ic8均为pic12f683,pic12f683具有一个13位程序计数器，能寻址8k×14的程序存储空间。pic12f683中只有第一个2k×14(0000h-07ffh)空间是物理实现。其引脚分布详见图3。

本发明的基于加速度传感器的油罐车紧急切断阀自动关闭装置经多次实际装车使用，都达到了预期的效果，可及时有效的自动关闭紧急切断阀，保证安全。