一種全狀態起重機械電流檢測儀的制作方法

一種全狀態起重機械電流檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種全狀態起重機械電流檢測儀，所述檢測儀包括電壓和電流互感器、調制濾波電路、電能計量芯片電路、微控制器MCU和外圍通信端口，所述互感器，將起重機械電動機的電壓電流信號進行轉變；濾波電路，將所述互感器轉變后的信號調制成適當幅值的電壓信號，經濾波處理后傳輸至電能計量芯片；電能計量芯片電路，將所述電壓電流信號進行數模轉換，并將轉換后的數據存儲于芯片內部的寄存器中；微控制器MCU，讀取電能計量芯片中保存的電壓電流參數數據，并將所述數據進行分析處理；外圍通信端口，將所述分析處理后的數據與其它設備交換數據。
【專利說明】一種全狀態起重機械電流檢測儀

【技術領域】
[0001]本發明涉及電學測量領域，尤其涉及一種應用在起重機械和電梯設備的檢驗檢測活動中，通過測量起重機械和電梯設備中電動機工作時的電流和電壓信號，結合具體的檢驗檢測項目來輔助分析設備的運行狀態的儀器設備。

【背景技術】
[0002]在起重機械和電梯設備的檢驗檢測活動中，涉及電氣方面的項目比較少，所使用的檢驗儀器多為電壓表、電流表等工具，這些檢驗用儀表存在以下缺點:(1)不能同時記錄電壓和電流數據，確保供電容量是否符合要求。(2)肉眼讀數，不能真實反映設備運行狀態的電氣特征。(3)難以準確記錄設備從啟動到停止全過程電氣特征，從而不能準確校驗電氣系統設計的合理性。(4)對于起重機械這類同一機構多臺電動機拖動的設備，無法同時測量每臺電動機的電氣特征，以分析每臺電動機是否工作正常。(5)不能通過對設備中電動機的電壓電流信號測量來輔助機械設備的工作狀態。


【發明內容】

[0003]為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種全狀態起重機械電流檢測儀，該檢測儀應用于起重機械和電梯設備檢驗，通過測量起重機械和電梯設備中電動機工作時的電流和電壓信號，結合具體的檢驗檢測項目來輔助分析設備的運行狀態。
[0004]本發明的目的通過以下的技術方案來實現:
[0005]本發明的全狀態起重機械電流檢測儀通過電流互感器和電壓互感器測量電動機的電流和電壓，電流和電壓互感器轉變后的信號調制成適當幅值的電壓信號，經濾波處理后送至電能計量芯片；電能計量芯片電路，將所述電壓電流信號進行數模轉換，并將轉換后的數據存儲于芯片內部的寄存器中；微控制器MCU，讀取電能計量芯片中保存的電壓電流參數數據，并將所述數據進行分析處理；外圍通信端口，將所述分析處理后的數據與其它設備交換數據。
[0006]與現有技術相比，本發明的一個或多個實施例可以具有如下優點:
[0007]本發明在起重機械和電梯檢驗檢測中，能夠實現對設備中電動機的電流電壓從啟動到停止的全狀態測量和分析，還可以通過使用無線通信適配器將多臺全狀態起重機械電流檢測儀聯網實現多臺電動機組成同一機構的運行狀態測量和分析，以各種有效直觀的數據提高檢驗檢測的準確性和可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發明實施結構原理圖；
[0009]圖2是本發明所涉及的無線通信適配器結構原理圖；
[0010]圖3是本發明所組成的聯網數據采集系統結構原理圖；
[0011]圖4是本發明的無線通信適配器電路原理圖；
[0012]圖5是本發明全狀態起重機械電流檢測儀的電路原理圖；
[0013]圖6是本發明全狀態起重機械電流檢測儀的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0014]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述。
[0015]如圖1所示，是本發明實施結構原理圖，該檢測儀結構包括電壓和電流互感器、調制濾波電路、電能計量芯片電路、微控制器MCU和外圍通信端口，所述
[0016]電壓和電流互感器，將起重機械電動機的電壓電流信號進行轉變；
[0017]調制濾波電路，將所述互感器轉變后的信號調制成適當幅值的電壓信號，經濾波處理后傳輸至電能計量芯片；
[0018]電能計量芯片電路，將所述電壓電流信號進行數模轉換，并將轉換后的數據存儲于芯片內部的寄存器中；
[0019]微控制器MCU，讀取電能計量芯片中保存的電壓電流參數數據，并將所述數據進行分析處理；
[0020]外圍通信端口，將所述分析處理后的數據與其它設備交換數據。所述外圍通信端口包括:與計算機通信的USB接口，該接口與支持RS-485通信接口的設備通信；與無線通信適配器通信的無線通信接口 ；微控制器MCU根據按鍵操作狀態將各種數據顯示在液晶顯示屏上，同時自動將采集的數據存儲于U盤中，可用于離線數據分析；電源電路為每個功能電路部分提供電源。
[0021]上述調制濾波電路，將所述互感器轉變后的信號調制成0_5v的電壓信號。
[0022]上述檢測儀還包括時鐘電路、U盤讀寫電路、液晶顯示電路、按鍵操作電路、溫度傳感器電路、蜂鳴報警電路、RS485通信電路、無線通信收發電路、電源電路和無線通信適配器；所述時鐘電路、USB通信電路、U盤讀寫電路、液晶顯示電路、按鍵操作電路、溫度傳感器電路、蜂鳴報警電路、RS485通信電路、電源電路分別與所述微控制器MCU連接；所述無線通信適配器與計算機連接，使計算機對起重機械由多臺電動機構成的同一機構工作狀態的同時測量和分析(如圖2所示)。如圖3所示為本發明所組成的聯網數據采集系統結構原理。
[0023]上述無線通信適配器由無線通信收發電路、微控制器MCU電路、USB通信電路構成。
[0024]所述電流互感器和電壓互感器分別通過濾波電路與所述電能計量芯片電路連接。
[0025]圖4是無線通信適配器電路結構原理，Jl為USB接口，用于與計算機進行USB連接，芯片U2將USB通信協議轉換為串口通信協議，與單片機U3的串口連接，完成單片機與計算機的通信功能。單片機U3與無線通信芯片U4通過SPI接口連接，單片機U3采用SPI通信協議讀取無線通信芯片U4內部的收發數據。C17、C18、C19、C20、C21、C22、L2、L3、L4、L5構成天線電路，TXl為433MHZ專用天線。XT1、XT2、XT3分別為U2、U3、U4提供時鐘信號，C4、C5、C6、C7、C10、C11為晶振的諧振電容。芯片Ul為電壓轉換芯片實現將5V裝換為3.3V電壓，為U2、U3、U4提供工作電壓，C1、C2、C3為濾波電容，LI為電源平波電感，Dl為反向保護二極管，起到電源反向保護的作用。
[0026]圖5是全狀態起重機械電流檢測儀的時鐘電路、USB通信電路、U盤讀寫電路、液晶顯示電路、按鍵電路、溫度傳感器電路，蜂鳴報警電路、RS485通信電路、無線數據通信電路、鋰電池充電電路和電壓轉換電路。時鐘電路采用實時時鐘芯片U4，XT4為U4提供時鐘信號，C29為去耦電容，BAT1為U4提供后備電源，R56、R57、R58為上拉電阻，U4的SCK、1/0腳通過I2C協議與微控制器U1通信，為系統提供實時時鐘信號。USB通信電路采用芯片U5實現微控制器與計算機的USB通信，J8為USB接口，芯片U5的TXD、RXD腳與微控制器的串口通信腳連接、XT5為芯片U5提供時鐘信號，C3UC32為晶振XT5的諧振電容，C30為芯片U5的去耦電容。U盤讀寫電路采用芯片U6實現微控制器將數據讀寫到U盤或SD卡的功能，J9為U盤接口，J10為SD卡卡槽，XT6為芯片U6提供時鐘信號，R60為限流電阻，R61、R62、R63、R64為上拉電阻，J10的INSERT、WP腳與微控制器連接實現SD卡插入和SD卡讀寫保護功能，J10的SDD1、SDDO、SDCS、SDCK與芯片U6連接實現U6的讀寫SD卡功能。芯片U6的INT、RST、TXD、RXD與微控制器芯片U1的串口通信引腳連接，微控制器芯片U1通過串口通信實現U盤和SD卡的讀寫操作。INT為芯片U1提供USB通信中斷服務信號，RST為芯片U1提供復位芯片U6的功能。液晶顯示電路采用的部件U3為128*64的點陣液晶顯示器，該顯示器帶有中文字庫，VCC與電源V33連接，GND與系統電源地連接，VOUT為U3輸出的泵升電壓，經電阻R65分壓后輸出至V0引腳，實現液晶屏對比度的調節。U3的RS、RW、E為芯片U1讀寫液晶屏的讀寫控制線，DB0-DB7為芯片U1讀寫液晶屏U3的數據線，BLA為U3的背光控制線，通過芯片U1的100號引腳控制三極管Q1的導通關斷實現對液晶屏U3的背光控制。按鍵電路由按鍵Kl、K2、K3、K4，上拉電阻R68、R69、R70、R71和去抖電容C38、C39、C40、C41組成。通過按鍵實現對本發明的操作功能。溫度傳感器電路由芯片U7、上拉電阻R72和限流電阻R73組成，通過單線通信協議實現芯片U1讀取芯片U7的溫度數據。蜂鳴報警電路由蜂鳴器BUZ、三極管Q2和驅動電阻R74組成，通過聲響提示系統的工作狀態。RS485通信電路采用芯片U8實現微控制器U1與采用RS485通信介質的系統實現互聯通信功能，R75為上拉電阻，D2為單向限流二極管，R76為終端匹配電阻，R77、R78為總線限流電阻，J11為RS485通信的物理連接口。無線通信電路采用芯片U9實現無線數據的收發功能，C42、C43、C46、C47、C48、C49、C50為芯片U9的去耦電容，R79為芯片U9的偏置電阻，C51、C52、C53、C54、C55、C56、L2、L3、L4、L5構成芯片U9的無線射頻電路，TX1為433MHZ專用通信天線。芯片U9通過引腳S1、SCLK、S0、ffl)02、aX)0、CSN與微控制器芯片U1連接構成SPI串行外圍通信，實現芯片U1讀寫無線通信芯片U9內部數據的功能。
[0027]圖6所示為本發明的全狀態起重機械電流檢測儀的電流信號輸入調制濾波電路、電壓信號輸入調制濾波電路、電能計量芯片電路、微控制器MCU電路。電流信號通過互感器接入到 Jl、J2、J3、J4 接口，Rl、R2、R3、R4、R7、R8、R9、R1、R13、R14、R15、R16、R19、R20、R21和R22為分壓電阻，用于獲取適當幅度范圍的電流信號，R5、R6、R11、R12、R17、R18、R23、R24、Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8構成RC濾波器對輸入的電流信號濾除雜波信號，轉換處理后的信號輸入至芯片U2的V1P、V1N、V3P、V3N、V5P、V5N、V0P和V0N引腳。電壓信號接入到J5、J6、J7和J8接口，R25-R42為限流電路，通過電壓互感器將輸入的電壓信號轉換為電流信號，通過取樣電阻R43、R44、R47、R48、R51和R52獲得與輸入電壓成正比的電壓信號，再經過由 R45、R46、R49、R50、R53、R54、C9、C1、Cll、C12、C13 和 C14 組成的濾波電路去除輸入的電壓信號中的雜波信號，轉換處理后輸入至芯片U2的V2P、V2N、V4P、V4N、V6P和V6N引腳。電能計量芯片U2的電路如圖6所示，C15-C22為芯片U2的去耦電容，晶振XT1為芯片U2提供時鐘信號，C23、C24為晶振的諧振電容，芯片U2通過引腳DOUT、DIN、SCLK、CS與芯片Ul構成SPI串行外圍通信，實現芯片Ul讀寫芯片U2內部數據的功能，從而實現芯片Ul獲取電流電壓等數據的功能。微控制器Ul的電路如圖6所示，XT2和XT3為Ul提供時鐘信號，C26、C27為XT3的諧振電容，R55、C25為芯片Ul的復位電阻和電容，C28為芯片內核的去耦電容。鋰電池充電電路采用鋰電池充電專用芯片U3，J12、J13、J14分別為充電接口、開關接口和鋰電池接口，C57、C58為去耦電容，El為充電狀態指示，R80為充電電流設置電阻。電源電壓轉換電路采用芯片U5和DCl實現，其中U5將鋰電池輸出電壓轉換為固定的3.3V系統電壓，Dl為反向限壓二極管，起到保護芯片U5的作用。E3為系統電壓工作狀態指示，R86為設置電阻，將芯片設置為固定3.3V輸出，C61為反饋電容，R85為上拉電阻，R83、R84為分壓電阻，將分壓信號輸出至微控制器芯片U1，U1通過內部模數轉換，實現鋰電池電壓狀態的監控。芯片DC實現將鋰電池輸出電壓轉變為固定5V輸出，為系統中需要5V電壓的芯片供電，L1、C59組成LC濾波電路，C60為濾波電容，R82為限流電阻，E2為5V系統電壓工作狀態指示，J15、J16為系統的5V、3.3V電壓電源輸出接口。
[0028]雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬【技術領域】內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種全狀態起重機械電流檢測儀，其特征在于，所述檢測儀包括電壓和電流互感器、調制濾波電路、電能計量芯片電路、微控制器MCU和外圍通信端口，所述 電壓和電流互感器，將起重機械電動機的電壓電流信號進行轉變； 調制濾波電路，將所述互感器轉變后的信號調制成電壓信號，經濾波處理后傳輸至電能計量芯片； 電能計量芯片電路，將所述電壓電流信號進行數模轉換，并將轉換后的數據存儲于芯片內部的寄存器中； 微控制器MCU，讀取電能計量芯片中保存的電壓電流參數數據，并將所述數據進行分析處理； 外圍通信端口，將所述分析處理后的數據與其它設備交換數據。
2.根據權利要求1所述的全狀態起重機械電流檢測儀，其特征在于，所述檢測儀還包括時鐘電路、U盤讀寫電路、液晶顯示電路、按鍵操作電路、溫度傳感器電路、蜂鳴報警電路、RS485通信電路、無線通信收發電路、電源電路和無線通信適配器； 所述時鐘電路、USB通信電路、U盤讀寫電路、液晶顯示電路、按鍵操作電路、溫度傳感器電路、蜂鳴報警電路、RS485通信電路、電源電路分別與所述微控制器MCU連接； 所述無線通信適配器與計算機連接，使計算機對起重機械由多臺電動機構成的同一機構工作狀態的同時測量和分析。
3.根據權利要求1所述的全狀態起重機械電流檢測儀，其特征在于，調制濾波電路，將所述互感器轉變后的信號調制成0-5v的電壓信號。
4.根據權利要求2所述的全狀態起重機械電流檢測儀，其特征在于，所述無線通信適配器由無線通信收發電路、微控制器MCU電路、USB通信電路構成。
5.根據權利要求1所述的全狀態起重機械電流檢測儀，其特征在于，所述電流互感器和電壓互感器分別通過濾波電路與所述電能計量芯片電路連接。
6.根據權利要求1所述的全狀態起重機械電流檢測儀，其特征在于，所述外圍通信端口包括:與計算機通信的USB接口、與無線通信適配器通信的無線通信接口。
【文檔編號】G01R31/00GK104237625SQ201410550350
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】勉智, 王繼業, 魏井君, 賀義峰, 黎振東, 徐位偉, 謝榭, 禤永輝, 王新華, 黃國健 申請人:廣州特種機電設備檢測研究院