專利名稱：荷重電量傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種荷重電量傳感器，摒棄了傳統的物理接觸式方式來測量物體 實際的載荷重量，通過采集電參數來進行實時的計算，擬合出物體的重量，實現了對電動機 在工作過程中的實時監測。
背景技術：
根據國標的規定，起重設備2008年起5年內所有設備必須安裝起重設備的荷重過 載保護裝置。目前常用的采用把鋼繩張力轉化為傳感器承受壓力的方式測試電機荷重進行 過載保護，如徐州淮海電子研究所生產的荷重開度儀就是利用了壓力傳感器和開度儀表兩 個模塊，壓力傳感器即是采用的接觸式壓力原理來采集載荷重量，該方式存在現場安裝難、 維護成本高、室外安裝易受外部環境干擾以及準確度低等問題。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種荷重電量傳感器。本實用新型的傳感器 體積小巧，分體式模塊，可拔插端子和可開啟互感器，并無需外接線纜的電參數監測用電量 傳感器，實現簡化測量的連接操作，提高設備運行中產品故障的可維護性。本實用新型的荷重電量傳感器，包括電量采集模塊和顯示控制模塊；電量采集模塊包括電磁隔離采集單元、電能轉換單元、MCUl單元、通訊單元；顯示 控制模塊包括MCU2單元、配置單元、電源供電單元。電磁隔離采集單元將輸入的電壓電流信號進行隔離采樣，將高電壓和大電流轉換 為弱電信號，使輸出到下一單元的電壓信號在合適的范圍內，電磁隔離采集單元主要包括 了可開啟互電流感器和電壓互感器；電能轉換單元對電磁隔離采集單元送給的采集信號進行采樣并轉換計算，輸出電 壓、電流、功率等的數字信號，電能轉換單元主要包括電能轉換芯片；MCUl單元將從電能轉換單元讀到的數字信號進行處理，并把處理后的信號傳輸給 通訊單元，MCUl單元主要包括MCUl芯片；通訊單元是把MCUl單元發出的信號通過該單元再傳輸給下一個單元，通訊單元 主要包括了通訊芯片；MCU2單元是把通訊單元傳輸過來的信號經過處理，再加上功率法擬合的數學模 型，得到荷重力的曲線傳輸給下一個單元，MCU2單元主要包括MCU2芯片；配置單元通過RS485總線實現對荷重電量傳感器在具體使用環境中的網絡參數 的配置，配置單元內部包含RS485轉換電路和接口電路；電源供電單元是通過隔離模塊對輸入的電壓進行轉換，將其轉換為一個穩定的工 作電壓為電量采集模塊和顯示控制模塊內部電路進行供電；荷重電量傳感器的被測信號輸入到電磁隔離采集單元，經過信號變換后傳輸到電 能轉換單元，經過電能轉換單元轉換計算傳輸到MCUl單元，該單元把讀到的信號處理后經過通訊單元把信號傳輸給MCU2單元，MUC2單元經過處理和數學模型的計算，所得數據通過 配置單元輸出，電源供電單元是對荷重電量傳感器的所有單元提供穩定的工作電源。所述電能轉換單元2采用中國四川綿陽市維博公司的電能轉換芯片。所述MCU2單元5采用美國ATMEL公司的ATMEGA64芯片。本實用新型的優點在于采用了在配電柜上采集電參數信號，結合功率法擬合載荷 的數學模型計算得到荷重力的方案，解決了在工業現場不具備布線條件或布線繁瑣的難 題，在現場的安裝維護困難，以及測量精度很低的問題。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。

圖1為本實用新型的電路框圖。圖2為本實用新型的結構圖。圖3為本實用新型的輸入隔離采集電路原理圖。圖4為本實用新型的電能轉換電路原理圖。圖5為本實用新型的微處理電路的原理圖。
具體實施方式
圖1是荷重電量傳感器的電路框圖。從圖中可以看出，當荷重電量傳感器連接到 被測設備的電壓電流信號上后，接通電源供電單元開始工作，供電單元產生的電壓經過隔 離轉換，變換為各個單元電路所需要的工作電源。電量采集模塊里的電磁隔離采集單元1 將輸入的電壓電流信號進行隔離采樣，將高電壓和大電流轉換為弱電信號，使輸出到下一 單元的電壓信號在合適的范圍內。電能轉換單元2對電磁隔離采集單元1送給的采集信號 進行采樣并轉換計算，輸出電壓、電流、功率等的數字信號。MCUl單元3將從電能轉換單元 2讀到的數字信號進行處理，并通過通訊單元4傳輸給顯示控制模塊的MCU2單元5。MCU2 單元5把接收到的數據作基礎，把數據擬合進數學模型進行計算，實時的換算出荷重力。配 置單元6用于配置口對MCU2單元輸出電路進行參數的配置，通過RS485總線輸出。本實用新型荷重電量傳感器的工作過程為當荷重電量傳感器接通電源供電單元7，該電路單元通過電源轉換模塊、隔離模 塊、穩壓模塊，分別將供電單元輸入的AC220V電壓通過多層轉換變為+12V、+5V、+3. 3V以便 各個內部單元所需要的工作電壓。電量采集模塊里面的電磁隔離采集單元將輸入的電壓電流信號進行隔離采樣，將 高電壓和大電流轉換為弱電信號，使輸出到下一單元的電壓信號在合適的范圍內。電能轉換單元對電磁隔離采集單元送給的采集信號進行采樣并轉換計算，輸出電 壓、電流、功率等的數字信號。MCUl單元將從電能轉換單元讀到的數字信號進行處理，同時再通過通訊單元傳輸 到顯示控制模塊里，再結合功率法擬合載荷的數學模型MCU2單元，最終由配置單元傳到上 位機。結合功率法擬合載荷的數學模型MCU2單元是由兩個不同狀態下的數學方程為主 要的基礎，加上電量采集模塊采集后運算得到的電參數值，計算分析處理后得到的荷重力。[0030]圖2為本實用新型的結構圖。從圖中可以看出，本實用新型由電量采集模塊和顯 示控制模塊組成。電量采集模塊被封裝在一個128mmX80mmX67mm ABS阻燃材料外殼內， 顯示控制模塊被封裝在一個96mmX96mmX90mm ABS阻燃材料外殼內。電量采集模塊與被 測的電壓信號通過端子連接，為可拔插式端子，與被測的電流信號通過開啟式互感器連接。 電壓與電流接入方式都不需要斷開被測信號主回路，方便故障檢修時的帶電維修。圖3為本實用新型的輸入隔離采集電路原理圖。從圖中可以看出，電磁隔離采集 單元是由隔離采集電路構成。三相交流電壓接入，通過電阻R25，R26,對A相電壓進行限流， 通過電阻R35，R36對B相電壓進行限流，通過電阻R37，R48,對C相電壓進行限流，分別通 過電壓互感器轉化為三路ImA的電流信號，這三路電流信號通過電壓互感器TR1，TR2，TR3 進行隔離轉換，在R27上得到A相采樣電壓，在R38上得到B相采樣電壓，在R51上得到C 相采樣電壓。三相交流電流穿芯通過開啟式電流互感器TR4，TR5，TR6，由電磁感應在電阻 R28,產生A項電流采樣電壓，在R29產生B項電流采樣電壓，R40產生C項電流采樣電壓。圖4為本實用新型的電能轉換電路原理圖。從圖中可以看出，電能轉換單元是由 電能轉換電路構成。Ni，N2, N3為電能計算芯片，是在一個芯片上包含2個Δ Σ模擬一數字 轉換器(ADC)、高速電能計算功能和一個串行接口的高度集成的ΔΣ模擬一數字轉換器。可 以精確測量瞬時電壓、瞬時電流、瞬時功率等，還具有與單片機通訊的雙向串口。m，N2，N3 的串行接 口包括 6 個控制線即/CSPl，/CSP2，/CSP3, SCK，SDO 和 SDI。/CSP1，/CSP2，/CSP3 為片選信號，是允許訪問串口的控制線，低電平有效；SDI為串行數據輸入端，用來把從微 處理器的數據傳輸到m，N2，N3 ；SDO為串行數據輸出端，用來將數據輸出到微處理器；SCK 是控制數據輸入或輸出的串行位時鐘。微處理器就是通過這6條控制線來實現與m，N2, N3 的數據交換。G2為晶振，決定了系統的時鐘頻率。圖5為本實用新型的微處理電路的原理圖。從圖中可以看出，微處理器單元由微 處理器電路構成。其中微處理器MCUl為ARM系列的LPC2131芯片，Dl為微處理器MCU2單 元，MCU2單元采用美國ATMEL公司的ATMEGA64芯片，在微處理器端口中，Gl為晶振，C8, C9 為晶振的匹配電容，XTALl和XTAL2為單片機的晶振信號口，決定了 Dl微處理器的時鐘頻 率。D2為液晶顯示器，是金鵬公司生產的0CM12864液晶屏，直接和單片機接口，可以顯示各 種字符和圖形。D3為時鐘模塊，Ql為電池。與單片機的端口相連，用來計時和控制。微處 理器的RXDl和TXDl為通訊口，它把數字信號傳輸進來進行微處理，加上功率法擬合載荷的 數學模型一起計算出荷重力。微處理器的RXDO和TXDO為輸出通訊口，可以通過它與上位 機通訊，傳輸和下載數據，荷重力就是通過這個口以RS-485總線的形式傳輸出去。G3為時 鐘模塊的晶振，Cll為晶振的匹配電容。V5，V6為防反二極管，防止電流倒灌。
權利要求一種荷重電量傳感器，其特征在于所述的傳感器包括電量采集模塊和顯示控制模塊；電量采集模塊包括電磁隔離采集單元、電能轉換單元、MCU1單元、通訊單元；顯示控制模塊包括MCU2單元、配置單元、電源供電單元；電磁隔離采集單元主要包括可開啟互電流感器和電壓互感器；電磁隔離采集單元將輸入的電壓電流信號進行隔離采樣，將高電壓和大電流轉換為弱電信號，使輸出到下一單元的電壓信號在合適的范圍內；電能轉換單元主要包括電能轉換芯片，電能轉換單元對電磁隔離采集單元送給的采集信號進行采樣并轉換計算，輸出電壓、電流、功率等的數字信號；MCU1單元主要包括MCU1芯片，MCU1單元將從電能轉換單元讀到的數字信號進行處理，并把處理后的信號傳輸給通訊單元；通訊單元主要包括了通訊芯片，通訊單元是把MCU1單元發出的信號通過該單元再傳輸給下一個單元；MCU2單元主要包括MCU2芯片，MCU2單元是把通訊單元傳輸過來的信號經過處理，再加上功率法擬合的數學模型，得到荷重力的曲線傳輸給下一個單元；配置單元內部包含RS485轉換電路和接口電路，配置單元通過RS485總線實現對荷重電量傳感器在具體使用環境中的網絡參數的配置；電源供電單元是通過隔離模塊對輸入的電壓進行轉換，將其轉換為一個穩定的工作電壓為電量采集模塊和顯示控制模塊內部電路進行供電。
2.根據權利要求1所述的荷重電量傳感器，其特征在于所述電能轉換單元采用中國 四川綿陽市維博公司的電能轉換芯片。
3.根據權利要求1所述的荷重電量傳感器，其特征在于所述MCU2單元采用美國 ATMEL公司的ATMEGA64芯片。
專利摘要本實用新型提供了一種荷重電量傳感器，該傳感器由電量采集模塊和顯示控制模塊組成，電量采集模塊分為電磁隔離單元、電能轉換單元、MCU1單元、通訊單元、MCU2單元、配置單元以及電源供電單元。由電量采集模塊通過電磁隔離采集單元分別隔離采集三相異步電動機的電壓、電流信號，處理后的信號傳輸至電能轉換單元進行計算，再送至MCU1單元處理，處理后的信號通過模塊通訊單元傳輸給顯示控制模塊里面的MCU2單元，MCU2單元結合功率擬合載荷的數學模型計算出電動機在工作過程中實際的載荷重量，最終由配置單元經RS485總線輸出。本實用新型可用于對三相異步電動機電壓、電流、功率等電量的實時監測，并擬合出啟閉機電機工作時的實時載荷重量。
文檔編號G01G7/00GK201765038SQ201020545719
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月28日 優先權日2010年9月28日
發明者倪偉, 景小軍, 馬娟 申請人:綿陽市維博電子有限責任公司