专利名称：一种太阳能无线高度限制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是高度控制系统的应用，具体的是应用于闸门开度及高度控制，高度信号手，起升卷筒的输出轴上(也可以根据需要安装在起升传动机构的任意输出轴上)将卷筒旋转角位移转换成数字量，通过485接口或无线传输方式转换成实际高度值，送至主机。适用于各种起重设备起升高度、煤矿井下深度、和水坝间门起升高度测量等系统。
背景技术：
目前，传统多圈绝对值编码器采用光电码盘和微型减速机来完成，也采用光电编码器和单片机配合的电子式光电多圈绝对值编码器。传统的光电编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性及精度可以达到普通标准、一般要求，但容易碎。金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃码盘差一个数量级。塑料码盘是经济型的，其成本低，精度和耐高温达不到高要求。此外，光电编码器是通过在码盘上刻线来计算精度，所以精度越高，码盘就会越大，编码器体积越大，并且精度也不是连续的。同时，传统编码器安装相对较为复杂，且由于轴心有侧向力拉引，若其安装同心度有偏差，主轴越高速旋转时， 其水平拉力越大、其偏摆度越高，其损坏率也相对增加。间接传动安装的工件(齿轮、皮带) 多会有磨耗。在加工时马达与主轴之间皮带的松紧度影响加工精度，太松、精度差且易造成断刀问题，太紧、加大其水平拉力，加速磨损主轴。低防护售后高维修IP等级较低。当受到外力撞击，易损坏。最大转速通常标注为6000rpm实际上经常达不到，有些运行到3000rpm就会出现问题。传统的高度限制器局限于线缆的布置问题，常常在架线不便的地方难以实现控制，影响了控制的效果不能保障安全运行，造成不必要的财产和人员损失，同时由于限制器存在特殊位置，电源的要求也不能满足就难以保证其工作正常。例如塔机幅度限制器的控制上由于位置的关系，给我们带了来极大的麻烦，随着我国自动化程度的提高，传统高度限制器已经不能满足我们的需要，迫切需要一种的高度限制器。

发明内容
本发明的目的是针对目前各种起重设备起升高度、煤矿井下深度、和水坝闸门起升高度测量中存在诸多不适的问题，而提供极为适用于设备高度、深度、闸门开度等控制系统中。解决上述问题所采取的技术方案是
一种太阳能无线高度限制器，其中包括单片机、铁电类存储器、集成霍尔元件、485通讯模块、联动轴、永磁铁、磁编码器、太阳能充电电源、无线通讯模块、显示模块、键盘、和继电器输出；所述联动轴和永磁铁与磁编码器相传导，联动轴和永磁铁与霍尔元件相传导，仪表部分的铁电类存储器、485通讯模块、无线通讯模块、显示模块、键盘、和继电器输出分别与单片机连接，传感器部分的无线通讯模块、集成霍尔元件与单片机相连，供电方式为太阳能充电电源。
上述系统结构示意图1如图1所示，磁电式编码器采用磁电式设计，多圈编码器优点是测量范围大，实际使用往往富裕较多，安装时不必要找零点，可以将某一中间位置作为起始点，通过磁感应器件永磁铁和联动轴、利用磁场的变化来产生和提供转子的绝对位置。上述系统结构示意图2如图2所示，当用磁铁与联动轴转动时，采用集成霍尔元件作为角度传感器，分辨率为4096线，功耗降低到较传统的光学编码器的1/10，不存在必须连续供电的情况，采样时间间隔设置为实际转速的2倍。上述硬件结构图如图3所示，包括仪表部分单片机处理器芯片、铁电类存储器、无线通讯模块、485通讯模块、显示模块、键盘和继电器输出。所述铁电
类存储器、485通讯模块、无线通讯模块、显示模块、键盘和继电器输出模块分别与单片机处理器相连接。本发明的工作原理
一种太阳能无线高度限制器是从目前的学术前沿传统高度限制器技术引用过来，并通过增加低功耗设计来实施的。本发明的太阳能无线高度限制器系统结构示意图如图1所示，是由永磁铁、联动轴和磁编码器构成。系统结构示意图如图2所示，是由永磁铁、联动轴和集成霍尔元件作为角度传感器来构成。硬件结构图示意图3所示，传感器部分中霍尔元件传感器采集信号，经单片机处理并存储到flash里，并由无线通讯模块将数据传输到仪表部分中的无线通讯模块中，仪表部分通过铁电类存储器，485通讯模块、显示模块。键盘和继电器输出模块与单片机相连接。具有脉冲输出和RS-485数字量输出两种方式，可方便连接所有类型的PLC。同时本系统具有以下技术特点该仪器抗干扰能力极强，测量精度高、 可靠性好，功能齐全，是一台微电脑控制的智能化仪表。限制器是由高度传感器、主机构成。 高度传感器安装在起升卷筒的输出轴上(也可以根据需要安装在起升传动机构的任意输出轴上)将卷筒旋转角位移转换成数字量，通过485接口或无线传输方式转换成实际高度值， 送至主机。1、显示功能
显示器最大显示值一 9999999m 9999999m，可在显示器面板上任意显示各种报警状态。2、报警控制功能
可在显示器面板上任意设定上、下限报警值。当被测高度值达到和超出报警限值时显示器发出闪光报警信号。被测值回到限值以内，报警自动取消。可在显示器面板上任意设定上、下限控制值。当被测高度值达到和超出控制限值时，主机输出一组接点信号。当高度值回到控制限值以内，继电器释放。用户可在主机端子上外接蜂鸣器或其它报警控制设备。3、掉电不丢失功能
采用无线传输模式，系统掉电后，传感器仍能记录高度值，在系统重新上电后主机显示器仍能显示当前的高度值。每次提升操作后，若系统停电一段时间，传感器能将当前高度值记录并保存下来。4、设定和修正比率功能
只要按理论计算给出卷筒每转出一周的垂直高度值，即可在显示器面板上设定比率。由于各种因素的影响，理论计算的提升高度值与实际数值存在误差，为了准确定点，可经过实际的测量和计算，在显示器面板上设定修正比率。5、无线传输功能
本装置可以选择两种传输方式，一种为有线的485传输，一种为无线传输，适用于传感器与主机间架线不方便的场合。本发明的优点 1、造价低
传统光学多圈编码器采用微型减速机计量多圈编码，但是该装置在保证精度的情况下，造价非常高，而且对工艺要求也非常严格，加工复杂；磁编码器采用电子计数，工艺简单，只需要在转轴顶部增加一个磁铁，造价低。2、无线传输
采用无线通讯方式，既避免了线缆的安装局限性，又节省了大量成本。尤其是在具有限制性工控中起到了至关重要的作用，安装极为方便，不受空间限制。3、太阳能供电方式
太阳能充电电源，可以省去繁琐的线缆，尤其是在运动中的传感器极其不适宜带有电缆线工作，对电缆线造成极大的磨损，太阳能无线供电替代其线缆，效果显著，此外传感器也不需要额外提供电源。本发明设计科学、合理、富有创意、充分体现出太阳能无线高度限制器的灵活性、 方便性、易操作和运行的准确性等传统高度限制器所不具备的优点。提高了工作效率，极大地降低了其功耗，实用性较强，整体结构紧凑、耗材少寿命长、成本低廉、性能稳定可靠、维修方便，适宜工业部门推广使用。


图1为本发明的系统结构1示意图。图2为本发明的系统结构2示意图。图3为本发明的硬件结构示意图。
具体实施例方式一种太阳能无线高度限制器，其中包括单片机6和9、无线通讯模块7和8、铁电类存储器10、集成霍尔元件4、485通讯模块11、联动轴1、永磁铁2、磁编码器3、太阳能充电电源5、继电器输出12、显示模块13、键盘14 ；所述联动轴1和永磁铁2与磁编码器3相传导， 如图1所示，联动轴1和永磁铁2与霍尔元件4相传导，如图2所示，太阳能充电电源5、集成霍尔元件4、无线通讯模块7分别与单片机6连接，铁电类存储器10、485通讯模块11、无线通讯模块8、继电器输出12、显示模块13和键盘14分别与单片机9连接，无线模块之间相互通信。如图3所示。
权利要求
1. 一种新型太阳能无线高度限制器，包括单片机(6)和(9)、无线通讯模块(7)和(8)、 铁电类存储器(10)、集成霍尔元件(4)、485通讯模块(11)、联动轴(1)、永磁铁(2)、磁编码器(3)、太阳能充电电源(5)、继电器输出(12)、显示模块(13)、键盘(14);其特征在于所述联动轴(1)和永磁铁(2 )与磁编码器(3 )相传导，联动轴(1)和永磁铁(2 )与集成霍尔元件 (4)相传导，太阳能充电电源(5)、集成霍尔元件0)、无线通讯模块(7)分别与单片机(6) 连接，铁电类存储器(10)、485通讯模块(11)、无线通讯模块(8)、继电器输出(12)、显示模块(13)、键盘(14)分别与单片机(9)连接。
全文摘要
太阳能无线高度限制器一直是工业控制当中最为重要的技术之一，高度限制器应用对于工业控制来说是一个非常有实际意义的，然而如何更为精确的运用高度限制器来降低行程超限所带来的安全事故是我们的关键，本系统采用太阳能供电技术和无线通讯的方式，低功耗的设计技术，确保在整个的工控当中起到至关重要的作用。
文档编号G01D5/244GK102486368SQ20101057291
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者梁凯, 陈亮, 齐宏伟 申请人:沈阳理工大学