自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置，有效解决蓄电池寿命短，维修成本高及蓄电池电量过低无法正常启动设备时造成事故的问题，结构是，包括壳体和控制电路，壳体前部自上而下有显示面板和报警解除按钮，左右两边分别有开关和散热窗，壳体上部设置有存储数据下载接口、电源接口、温度采集接口，所述的控制电路包括单片机控制器，单片机控制器分别接时钟模块、环境温度检测模块、存储数据下载接口模块、电量显示器、声光报警器和负载输出控制模块，蓄电池经装在壳体上的开关分别接环境温度检测模块、蓄电池电压检测模块和负载输出控制模块，负载输出控制模块接置于壳体外的负载，安装使用方便、安全，延长蓄电池的使用寿命。
【专利说明】自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子仪器，特别是一种自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置。
【背景技术】
[0002]自轮运转特种设备:系指在铁路营业线上运行的轨道车及铁路施工、维修专用车辆，包括轨道起重机、架桥机、铺轨机、接触网架线车、放线车、检修车、大型养路机械等。
[0003]目前自轮运转特种设备普遍使用的是24V大容量铅酸蓄电池，成本较高。该设备的蓄电池在使用过程中没有电量显示，也没有专门检测设备来检测到蓄电池电量可以使用的时间，大部分靠人为判断，而在实际使用过程中常因工作人员的疏忽或判断失误造成蓄电池的亏电严重，甚至过度使用造成蓄电池报废，从而无法正常启动柴油发电机，造成严重的事故，而且很难确定责任人。也就是说，现有自轮运转特种设备用的蓄电池存在:工作人员劳动繁琐，比较操心，蓄电池因过多的深度放电寿命减短，增加维修成本，蓄电池电量过低无法正常启动设备时造成事故，且责任人不好界定，目前为解决这些问题，虽采用了多种技术措施，但至今还没有比较好的解决办法，只能靠工作人员的经验和多操心。因此，其创新势在必行。
【发明内容】
[0004]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自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置，可有效解决工作人员劳动繁琐，蓄电池因过多的深度放电寿命减短，增加维修成本以及蓄电池电量过低无法正常启动设备时造成事故的问题。
[0005]本实用新型解决的技术方案是，包括壳体和壳体内的控制电路，壳体前部自上而下有显示面板和报警解除按钮，左右两边分别有开关和散热窗，壳体上部设置有存储数据下载接口、电源接口、温度采集接口，所述的控制电路包括单片机控制器，单片机控制器分别接时钟模块、环境温度检测模块、存储数据下载接口模块、电量显示器、声光报警器和负载输出控制模块，蓄电池经装在壳体上的开关分别接环境温度检测模块、蓄电池电压检测模块和负载输出控制模块，负载输出控制模块接置于壳体外的负载，报警解除按钮接单片机控制器，环境温度检测模块接壳体上的温度采集接口，蓄电池电压检测模块接壳体上的电源接口，存储数据下载接口模块接壳体上的存储数据下载接口(USB)，显示面板上分别设置有电量显示器、状态指示灯、负载指示灯、电源指示灯，状态指示灯与存储数据下载接口模块相连，负载指示灯与负载输出控制模块相连，电源指示灯与蓄电池电压检测模块相连。
[0006]本实用新型结构新颖独特，安装使用方便，对蓄电池的负载输出实时控制，来保证蓄电池不因严重亏电而损坏。减轻工作人员的劳动负担，延长蓄电池的使用寿命，避免了因过度亏电无法启动柴油机的事故发生，具有很强的适用性。【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型的外部结构主视图。
[0008]图2为本实用新型的外部结构俯视图。
[0009]图3为本实用新型的外部结构左视图。
[0010]图4为本实用新型的外部结构右视图。
[0011]图5为本实用新型的内部电路连接结构图。
[0012]图6为本实用新型的单片机控制器连接电路图。
[0013]图7为本实用新型的时钟模块连接电路图。
[0014]图8为本实用新型的蓄电池电压检测模块连接电路图。
[0015]图9为本实用新型的蓄电池的电源电路图。
[0016]图10为本实用新型的存储数据下载接口模块连接电路图。
[0017]图11为本实用新型的声光报警器连接电路图。
[0018]图12为本实用新型的负载输出控制模块连接电路图。 【具体实施方式】
[0019]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作详细说明。
[0020]由图1-5所示，本实用新型包括壳体和壳体内的控制电路，壳体I前部自上而下有显示面板2和报警解除按钮3，左右两边分别有开关4和散热窗8，壳体上部设置有存储数据下载接口 7、电源接口 6、温度采集接口 5，所述的控制电路包括单片机控制器，单片机控制器分别接时钟模块、环境温度检测模块、存储数据下载接口模块、电量显示器、声光报警器和负载输出控制模块，蓄电池经装在壳体上的开关分别接环境温度检测模块、蓄电池电压检测模块和负载输出控制模块，负载输出控制模块接置于壳体外的负载，报警解除按钮接单片机控制器，环境温度检测模块接壳体上的温度采集接口，蓄电池电压检测模块接壳体上的电源接口，存储数据下载接口模块接壳体上的存储数据下载接口(USB)，显示面板上分别设置有电量显示器、状态指示灯、负载指示灯、电源指示灯，状态指示灯与存储数据下载接口模块相连，负载指示灯与负载输出控制模块相连，电源指示灯与蓄电池电压检测模块相连。
[0021]所述的单片机控制器Ul如图6所示，型号为STC12C5608AD，I脚接存储数据下载接口模块的比较器U4B (型号74HC125)的5脚，3脚、4脚分别接晶振Xl的两端，并经电容C5、C6接地，5脚接存储数据下载接口模块的比较器U4C的8脚，6脚接电量显示器11脚，7脚经电阻R17接电源+5V，并经开关K (即图1中的报警解除按钮3)接地，8脚接负载输出控制模块的电阻R18，9脚接声光报警器电路的电阻R23，10脚、11脚、13脚、14脚、26脚、27脚、29脚、30脚分别经电阻1?28、1?29、1?30、1?31、1?24、1?25、1?26、1?27接显示器邛1 (即图1中的显示面板中的电量显示器)，24脚、25脚分别经电阻R32、R33接显示器JDl的9脚、10脚，17脚经电阻R16接电源+5V及环境温度检测模块RT1，环境温度检测模块同壳体上的温度采集接口相连，28脚接电源+5V，并经电容C18接地，19脚接显示器JDl的20脚，12脚接地，31脚经电阻Rl接地，并经电容C7接电源+5V。
[0022]所述的时钟模块U6型号为8563，其连接电路如图7所示，时间模块的4脚接地，I脚、2脚之间装有晶振Y2，3脚经电容C12接地，5脚、6脚分别经电阻R7、R8接电源+5V，并与单片机控制器Ul的20脚、21脚相连，时钟模块U6的8脚经电容C9接地，并经二极管D8、二极管D7接电源+5V，二极管D8、二极管D7的共端经电阻R6接二极管D9的正极和蓄电池BTl (3V)的正极，蓄电池BTl的负极接地，二极管D9的负极与接地电容C9相连。
[0023]所述的蓄电池电压检测模块如图8所示，其电路是，比较器UlO (型号LM258)接电源+24V，比较器UlO的I脚经电容ClO接地，经电阻R14接2脚，并与单片机控制器Ul的16脚相连，比较器UlO的4脚接地，2脚、3脚分别接电阻R12、电阻R13的一端，电阻R12的另一端经电阻RlO接电源+24V，并经电阻Rll接地，电阻R13另一端接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接电源+5V，电阻R9经二极管Q3接地，电阻R13、电阻R9的共端经电阻R15与接地电容Cll相连，并与单处机控制器Ul的18脚相连。
[0024]所述的蓄电池为DC/DC电源，其电路如图9所示，DC/DC电源模块U7型号为LM2576HV-5.0,电源模块U7的I脚接电源+24V，并经电容Cl、C2接地，5脚接地，4脚接电源+5V，并经电容C3、C4接地，2脚与电感线圈LI的一端相连，电感线圈LI的另一端接电源+5V和电源模块U7的4脚及接地电容C3、C4，电源模块U7的3脚、6脚并联接二极管D5的正极，并接地。
[0025]所述的存储数据下载接口模块包括有型号为CH89C54RD的数据处理模块U2和型号为CH375的数据存储模块U3，数据存储模块U3的I脚、27脚、8脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚、21脚、22脚、4脚和3脚分别与数据处理模块U2的8脚、24脚、18脚、37脚、36脚、35脚、34脚、33脚、32脚、31脚、30脚、13脚和12脚相连，数据处理模块U2的40脚、41脚、42脚并联接数据存储模块U3的2脚，数据处理模块U2的38脚、29脚并联接电源+5V和接地电容C7，数据处理模块U2的16脚、11脚接地，14脚、15脚之间并接有电阻R2、晶振X2、电容C18、电容C19，电容C18和电容C19并联接地，4脚经电阻RlO接地，并经电容C20接电源+5V，电容C20和电阻R5的共端接型号为MAX810M的插口模块U5的2脚，插口模块U5的I脚接地，3脚接电源+5V，数据处理模块U2的10脚经电阻R3接发光二极管LEDl的负极，发光二极管LEDl的正极接电源+5V (发光二极管LEDl即图1中的电源指示灯)，数据处理模块U2的22脚经继电器Jl接地，7脚接型号为74HC125的第一比较器U4A的2脚，第一比较器U4A的I脚分别接型号为74HC125的第二比较器U4B的4脚和型号为74HC125的第三比较器U4C的9脚，并与数据存储模块U3的24脚相连，第一比较器U4A的3脚接单片机控制器Ul的32脚，第二比较器U4B的14脚接电源+5V，第二比较器U4B的5脚接单片机控制器Ul的I脚，第三比较器U4C的10脚接地，8脚接单片机控制器Ul的5脚，数据存储模块U3的28脚接电源+5V及电阻R4的一端，电阻R4另一端经电容C3接地，并与存储数据下载接口 USB的I脚相连，数据存储模块U3的10脚、11脚与存储数据下载接口 USB的3脚、2脚相连，数据存储模块U3的9脚经电容C16接地，13脚接晶振X3的一端和接地电容C15，晶振X3的另一端接数据存储模块U3的14脚及接地电容C14，存储数据下载接口 USB的4脚、5脚、6脚并联接地(GND)。
[0026]所述的声光报警器的声光报警电路是，电阻R21的一端接单片机控制器Ul的15脚，电阻R21的另一端经发光二极管LED2 (即图1中的状态指示灯，又称报警灯)接电源+5V,电阻R23的一端接单片机控制器Ul的9脚，电阻R23的另一端经电阻R34接地，并与场效应三极管Q13的I脚相连，场效应三极管Q13的2脚接地，3脚接报警用的蜂鸣器SPl，蜂鸣器SPl与电源+24V相连。[0027]所述的负载输出控制模块由图12给出，场效应三极管Q2的I脚经电阻R19接地，并与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端接单片机控制器Ul的8脚，场效应三极管Q2的2脚接地，3脚经二极管D6接电源+24V，并与继电器JSl相连，继电器JSl与电源+24V相连，继电器JSl经电阻R20接发光二极管LED3 (即图1中的负载指示灯)的正极及电源+24V,发光二极管LED3的负极接地及负载输出。
[0028]由上述可以看出，本实用新型是由DC/DC电源、温度检测、电压检测、按钮电路、声光报警电路、时钟电路、负载输出控制、存储数据下载口电路、单片机及电量显示电路部分构成，工作原理是:本实用新型对环境温度和蓄电池电压进行实时检测，并将数据传送至单片机，单片机对传送过来的数据按照蓄电池的特性曲线进行分析，准确判断蓄电池在当时温度下的电量，并通过电量显示模块显示出来；当检测到蓄电池的电量小于某安全值时，输出轻度亏电声光报警；当检测到蓄电池电量达到保护值时，输出重度亏电声光报警，并自动断开对其它负载的供电输出，保护蓄电池；当检测到解除报警按下时，会暂时解除声音报警，指示灯报警继续；当检测到蓄电池电量达到允许使用的值时，会完全解除报警，并自动恢复对其它负载的供电输出。这些报警、人工解除报警、充电解除报警时的电压、温度、时间信息都会有实时记录保存，并可以从报警保护装置的存储数据下载口下载数据，以方便管理人员及时查询分析。因此本装置是通过智能化芯片的采样运算处理，对蓄电池的负载输出实时控制来保证蓄电池不因严重亏电而损坏。减轻工作人员的劳动负担，延长蓄电池的使用寿命，避免了因过度亏电无法启动柴油机的事故发生。
[0029]由于温度检测电路由电阻R16和温度传感器RTl组成，RTl紧贴蓄电池，将检测到的信号通过Pl.1 口传到单片机，同时电压检测电路将检测到的蓄电池电压通过P1.0 口传到单片机。经过单片机运算处理，判断蓄电池的状态，若蓄电池状态正常(不亏电)，单片机控制电池输出控制电路接通蓄电池输出，电量显示模块JDl呈现绿色。若蓄电池在此温度下轻微亏电，单片机控制蓄电池输出控制电路仍然接通蓄电池输出，电量显示模块JDl呈现红色，声音报警器报警。若蓄电池在此温度下严重亏电，单片机发出信号来断开负载输出，保护蓄电池。同时电量显示模块JDl呈现红色并闪烁，声音报警器发出紧急报警。
[0030]如果在严重亏电状态下，工作人员按下报警解除按钮、声音报警会暂时解除，但报警灯还会持续；如果此时工作人员将柴油发电器启动、蓄电池电量会增加，当电压升高到报警解除值时，声光报警都会自动解除。当蓄电池电量达到可以使用的值时，负载输出会自动闭合，恢复其它负载的供电。
[0031]报警发生时，以及报警解除时，相应的电压、温度、时间等信息被存储于单片机内存，等到下载数据时，只要将U盘插到设备的USB端口，数据将自动转储到U盘以供查询分析。
[0032]本实用新型与现有技术相比，具有以下突出的有益技术效果:
[0033]1、电量检测准确，显示简单明了，输出控制自动化有效减少工作人员的劳动强度和心理负担；
[0034]2、使用本装置可以使蓄电池寿命延长至少50%，减少了维护成本；
[0035]3、保证了轨道车的稳定运行和正常启动，减少因蓄电池严重亏电而无法启动柴油机事故的发生；
[0036]4、具有自轮运转特种设备蓄电池黑匣子功能，实时记录了其蓄电池的工作状况，遇到因蓄电池问题引发的故障时可查询，可追查相关责任人，具有很强的实用性，经济和社会效益显著。
【权利要求】
1.一种自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置，包括壳体和壳体内的控制电路，其特征在于，壳体(1)前部自上而下有显示面板(2)和报警解除按钮(3)，左右两边分别有开关(4)和散热窗(8)，壳体上部设置有存储数据下载接口(7)、电源接口(6)、温度采集接口(5)，所述的控制电路包括单片机控制器，单片机控制器分别接时钟模块、环境温度检测模块、存储数据下载接口模块、电量显示器、声光报警器和负载输出控制模块，蓄电池经装在壳体上的开关分别接环境温度检测模块、蓄电池电压检测模块和负载输出控制模块，负载输出控制模块接置于壳体外的负载，报警解除按钮接单片机控制器，环境温度检测模块接壳体上的温度采集接口，蓄电池电压检测模块接壳体上的电源接口，存储数据下载接口模块接壳体上的存储数据下载接口，显示面板上分别设置有电量显示器、状态指示灯、负载指示灯、电源指示灯，状态指示灯与存储数据下载接口模块相连，负载指示灯与负载输出控制模块相连，电源指示灯与蓄电池电压检测模块相连。
2.根据权利要求1所述的自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置，其特征在于，所述的单片机控制器型号为STC12C5608AD，I脚接存储数据下载接口模块的比较器U4B的5脚，3脚、4脚分别接晶振Xl的两端，并经电容C5、C6接地，5脚接存储数据下载接口模块的比较器U4C的8脚，6脚接电量显示器11脚，7脚经电阻R17接电源+5V，并经开关K接地，8脚接负载输出控制模块的电阻R18，9脚接声光报警器电路的电阻R23，10脚、11脚、13脚、14 脚、26 脚、27 脚、29 脚、30 脚分别经电阻 R28、R29、R30、R31、R24、R25、R26、R27 接显示器JDl, 24脚、25脚分别经电阻R32、R33接显示器JDl的9脚、10脚，17脚经电阻R16接电源+5V及环境温度检测模块RT1，环境温度检测模块同壳体上的温度采集接口相连，28脚接电源+5V，并经电容C 18接地，19脚接显示器JDl的20脚，12脚接地，31脚经电阻Rl接地，并经电容C7接电源+5V。
3.根据权利要求1所述的自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置，其特征在于，所述的时钟模块U6型号为8563，其连接电路是，时间模块的4脚接地，I脚、2脚之间装有晶振Y2，3脚经电容C12接地，5脚、6脚分别经电阻R7、R8接电源+5V，并与单片机控制器Ul的20脚、21脚相连，时钟模块U6的8脚经电容C9接地，并经二极管D8、二极管D7接电源+5V，二极管D8、二极管D7的共端经电阻R6接二极管D9的正极和蓄电池BTl的正极，蓄电池BTl的负极接地，二极管D9的负极与接地电容C9相连。
4.根据权利要求1所述的自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置，其特征在于，所述的蓄电池电压检测模块是，比较器UlO接电源+24V，比较器UlO的I脚经电容ClO接地，经电阻R14接2脚，并与单片机控制器Ul的16脚相连，比较器UlO的4脚接地，2脚、3脚分别接电阻R12、电阻R13的一端，电阻R12的另一端经电阻RlO接电源+24V，并经电阻Rll接地，电阻R13另一端接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接电源+5V，电阻R9经二极管Q3接地，电阻R13、电阻R9的共端经电阻R15与接地电容Cll相连，并与单处机控制器Ul的18脚相连。
5.根据权利要求1所述的自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置，其特征在于，所述的蓄电池为DC/DC电源，DC/DC电源模块U7型号为LM2576HV-5.0,电源模块U7的I脚接电源+24V，并经电容Cl、C2接地，5脚接地，4脚接电源+5V，并经电容C3、C4接地，2脚与电感线圈LI的一端相连，电感线圈LI的另一端接电源+5V和电源模块U7的4脚及接地电容C3、C4，电源模块U7的3脚、6脚并联接二极管D5的正极，并接地。
6.根据权利要求1所述的自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置，其特征在于，所述的存储数据下载接口模块包括有型号为CH89C54RD的数据处理模块U2和型号为CH375的数据存储模块U3，数据存储模块U3的I脚、27脚、8脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚、21脚、22脚、4脚和3脚分别与数据处理模块U2的8脚、24脚、18脚、37脚、36脚、35脚、34脚、33脚、32脚、31脚、30脚、13脚和12脚相连，数据处理模块U2的40脚、41脚、42脚并联接数据存储模块U3的2脚，数据处理模块U2的38脚、29脚并联接电源+5V和接地电容C7，数据处理模块U2的16脚、11脚接地，14脚、15脚之间并接有电阻R2、晶振X2、电容C18、电容C19，电容C18和电容C19并联接地，4脚经电阻RlO接地，并经电容C20接电源+5V，电容C20和电阻R5的共端接型号为MAX810M的插口模块U5的2脚，插口模块U5的I脚接地，3脚接电源+5V，数据处理模块U2的10脚经电阻R3接发光二极管LEDl的负极，发光二极管LEDl的正极接电源+5V，数据处理模块U2的22脚经继电器Jl接地，7脚接型号为74HC125的第一比较器U4A的2脚，第一比较器U4A的I脚分别接型号为74HC125的第二比较器U4B的4脚和型号为74HC125的第三比较器U4C的9脚，并与数据存储模块U3的24脚相连，第一比较器U4A的3脚接单片机控制器Ul的32脚，第二比较器U4B的14脚接电源+5V，第二比较器U4B的5脚接单片机控制器Ul的I脚，第三比较器U4C的10脚接地，8脚接单片机控制器Ul的5脚，数据存储模块U3的28脚接电源+5V及电阻R4的一端，电阻R4另一端经电容C3接地，并与存储数据下载接口 USB的I脚相连，数据存储模块U3的10脚、11脚与存储数据下载接口 USB的3脚、2脚相连，数据存储模块U3的9脚经电容C16接地，13脚接晶振X3的一端和接地电容C15，晶振X3的另一端接数据存储模块U3的14脚及接地电容C14，存储数据下载接口 USB的4脚、5脚、6脚并联接地。
7.根据权利要求1所述的自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置，其特征在于，所述的声光报警器的声光报警电路是，电阻R21的一端接单片机控制器Ul的15脚，电阻R21的另一端经发光二极管LED2接电源+5V，电阻R23的一端接单片机控制器Ul的9脚，电阻R23的另一端经电阻R34接地，并与场效应三极管Q13的I脚相连，场效应三极管Q13的2脚接地，3脚接 报警用的蜂鸣器SPl，蜂鸣器SPl与电源+24V相连。
8.根据权利要求1所述的自轮运转特种设备蓄电池防亏电报警保护装置，其特征在于，所述的负载输出控制模块是，场效应三极管Q2的I脚经电阻R19接地，并与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端接单片机控制器Ul的8脚，场效应三极管Q2的2脚接地，3脚经二极管D6接电源+24V，并与继电器JSl相连，继电器JSl与电源+24V相连，继电器JSl经电阻R20接发光二极管LED3的正极及电源+24V，发光二极管LED3的负极接地及负载输出。
【文档编号】H01M10/48GK203774422SQ201420190515
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月19日 优先权日:2014年4月19日
【发明者】陈伟, 曲保章, 马涛, 张宏宾, 刘宏彬 申请人:郑州捷天电子技术有限公司