自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置，有效解決蓄電池壽命短，維修成本高及蓄電池電量過低無法正常啟動設備時造成事故的問題，結構是，包括殼體和控制電路，殼體前部自上而下有顯示面板和報警解除按鈕，左右兩邊分別有開關和散熱窗，殼體上部設置有存儲數據下載接口、電源接口、溫度采集接口，所述的控制電路包括單片機控制器，單片機控制器分別接時鐘模塊、環(huán)境溫度檢測模塊、存儲數據下載接口模塊、電量顯示器、聲光報警器和負載輸出控制模塊，蓄電池經裝在殼體上的開關分別接環(huán)境溫度檢測模塊、蓄電池電壓檢測模塊和負載輸出控制模塊，負載輸出控制模塊接置于殼體外的負載，安裝使用方便、安全，延長蓄電池的使用壽命。
【專利說明】自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電子儀器，特別是一種自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置。
【背景技術】
[0002]自輪運轉特種設備:系指在鐵路營業(yè)線上運行的軌道車及鐵路施工、維修專用車輛，包括軌道起重機、架橋機、鋪軌機、接觸網架線車、放線車、檢修車、大型養(yǎng)路機械等。
[0003]目前自輪運轉特種設備普遍使用的是24V大容量鉛酸蓄電池，成本較高。該設備的蓄電池在使用過程中沒有電量顯示，也沒有專門檢測設備來檢測到蓄電池電量可以使用的時間，大部分靠人為判斷，而在實際使用過程中常因工作人員的疏忽或判斷失誤造成蓄電池的虧電嚴重，甚至過度使用造成蓄電池報廢，從而無法正常啟動柴油發(fā)電機，造成嚴重的事故，而且很難確定責任人。也就是說，現有自輪運轉特種設備用的蓄電池存在:工作人員勞動繁瑣，比較操心，蓄電池因過多的深度放電壽命減短，增加維修成本，蓄電池電量過低無法正常啟動設備時造成事故，且責任人不好界定，目前為解決這些問題，雖采用了多種技術措施，但至今還沒有比較好的解決辦法，只能靠工作人員的經驗和多操心。因此，其創(chuàng)新勢在必行。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本實用新型之目的就是提供一種自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置，可有效解決工作人員勞動繁瑣，蓄電池因過多的深度放電壽命減短，增加維修成本以及蓄電池電量過低無法正常啟動設備時造成事故的問題。
[0005]本實用新型解決的技術方案是，包括殼體和殼體內的控制電路，殼體前部自上而下有顯示面板和報警解除按鈕，左右兩邊分別有開關和散熱窗，殼體上部設置有存儲數據下載接口、電源接口、溫度采集接口，所述的控制電路包括單片機控制器，單片機控制器分別接時鐘模塊、環(huán)境溫度檢測模塊、存儲數據下載接口模塊、電量顯示器、聲光報警器和負載輸出控制模塊，蓄電池經裝在殼體上的開關分別接環(huán)境溫度檢測模塊、蓄電池電壓檢測模塊和負載輸出控制模塊，負載輸出控制模塊接置于殼體外的負載，報警解除按鈕接單片機控制器，環(huán)境溫度檢測模塊接殼體上的溫度采集接口，蓄電池電壓檢測模塊接殼體上的電源接口，存儲數據下載接口模塊接殼體上的存儲數據下載接口(USB)，顯示面板上分別設置有電量顯示器、狀態(tài)指示燈、負載指示燈、電源指示燈，狀態(tài)指示燈與存儲數據下載接口模塊相連，負載指示燈與負載輸出控制模塊相連，電源指示燈與蓄電池電壓檢測模塊相連。
[0006]本實用新型結構新穎獨特，安裝使用方便，對蓄電池的負載輸出實時控制，來保證蓄電池不因嚴重虧電而損壞。減輕工作人員的勞動負擔，延長蓄電池的使用壽命，避免了因過度虧電無法啟動柴油機的事故發(fā)生，具有很強的適用性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型的外部結構主視圖。
[0008]圖2為本實用新型的外部結構俯視圖。
[0009]圖3為本實用新型的外部結構左視圖。
[0010]圖4為本實用新型的外部結構右視圖。
[0011]圖5為本實用新型的內部電路連接結構圖。
[0012]圖6為本實用新型的單片機控制器連接電路圖。
[0013]圖7為本實用新型的時鐘模塊連接電路圖。
[0014]圖8為本實用新型的蓄電池電壓檢測模塊連接電路圖。
[0015]圖9為本實用新型的蓄電池的電源電路圖。
[0016]圖10為本實用新型的存儲數據下載接口模塊連接電路圖。
[0017]圖11為本實用新型的聲光報警器連接電路圖。
[0018]圖12為本實用新型的負載輸出控制模塊連接電路圖。 【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作詳細說明。
[0020]由圖1-5所示，本實用新型包括殼體和殼體內的控制電路，殼體I前部自上而下有顯示面板2和報警解除按鈕3，左右兩邊分別有開關4和散熱窗8，殼體上部設置有存儲數據下載接口 7、電源接口 6、溫度采集接口 5，所述的控制電路包括單片機控制器，單片機控制器分別接時鐘模塊、環(huán)境溫度檢測模塊、存儲數據下載接口模塊、電量顯示器、聲光報警器和負載輸出控制模塊，蓄電池經裝在殼體上的開關分別接環(huán)境溫度檢測模塊、蓄電池電壓檢測模塊和負載輸出控制模塊，負載輸出控制模塊接置于殼體外的負載，報警解除按鈕接單片機控制器，環(huán)境溫度檢測模塊接殼體上的溫度采集接口，蓄電池電壓檢測模塊接殼體上的電源接口，存儲數據下載接口模塊接殼體上的存儲數據下載接口(USB)，顯示面板上分別設置有電量顯示器、狀態(tài)指示燈、負載指示燈、電源指示燈，狀態(tài)指示燈與存儲數據下載接口模塊相連，負載指示燈與負載輸出控制模塊相連，電源指示燈與蓄電池電壓檢測模塊相連。
[0021]所述的單片機控制器Ul如圖6所示，型號為STC12C5608AD，I腳接存儲數據下載接口模塊的比較器U4B (型號74HC125)的5腳，3腳、4腳分別接晶振Xl的兩端，并經電容C5、C6接地，5腳接存儲數據下載接口模塊的比較器U4C的8腳，6腳接電量顯示器11腳，7腳經電阻R17接電源+5V，并經開關K (即圖1中的報警解除按鈕3)接地，8腳接負載輸出控制模塊的電阻R18，9腳接聲光報警器電路的電阻R23，10腳、11腳、13腳、14腳、26腳、27腳、29腳、30腳分別經電阻1?28、1?29、1?30、1?31、1?24、1?25、1?26、1?27接顯示器邛1 (即圖1中的顯示面板中的電量顯示器)，24腳、25腳分別經電阻R32、R33接顯示器JDl的9腳、10腳，17腳經電阻R16接電源+5V及環(huán)境溫度檢測模塊RT1，環(huán)境溫度檢測模塊同殼體上的溫度采集接口相連，28腳接電源+5V，并經電容C18接地，19腳接顯示器JDl的20腳，12腳接地，31腳經電阻Rl接地，并經電容C7接電源+5V。
[0022]所述的時鐘模塊U6型號為8563，其連接電路如圖7所示，時間模塊的4腳接地，I腳、2腳之間裝有晶振Y2，3腳經電容C12接地，5腳、6腳分別經電阻R7、R8接電源+5V，并與單片機控制器Ul的20腳、21腳相連，時鐘模塊U6的8腳經電容C9接地，并經二極管D8、二極管D7接電源+5V，二極管D8、二極管D7的共端經電阻R6接二極管D9的正極和蓄電池BTl (3V)的正極，蓄電池BTl的負極接地，二極管D9的負極與接地電容C9相連。
[0023]所述的蓄電池電壓檢測模塊如圖8所示，其電路是，比較器UlO (型號LM258)接電源+24V，比較器UlO的I腳經電容ClO接地，經電阻R14接2腳，并與單片機控制器Ul的16腳相連，比較器UlO的4腳接地，2腳、3腳分別接電阻R12、電阻R13的一端，電阻R12的另一端經電阻RlO接電源+24V，并經電阻Rll接地，電阻R13另一端接電阻R9的一端，電阻R9的另一端接電源+5V，電阻R9經二極管Q3接地，電阻R13、電阻R9的共端經電阻R15與接地電容Cll相連，并與單處機控制器Ul的18腳相連。
[0024]所述的蓄電池為DC/DC電源，其電路如圖9所示，DC/DC電源模塊U7型號為LM2576HV-5.0,電源模塊U7的I腳接電源+24V，并經電容Cl、C2接地，5腳接地，4腳接電源+5V，并經電容C3、C4接地，2腳與電感線圈LI的一端相連，電感線圈LI的另一端接電源+5V和電源模塊U7的4腳及接地電容C3、C4，電源模塊U7的3腳、6腳并聯接二極管D5的正極，并接地。
[0025]所述的存儲數據下載接口模塊包括有型號為CH89C54RD的數據處理模塊U2和型號為CH375的數據存儲模塊U3，數據存儲模塊U3的I腳、27腳、8腳、15腳、16腳、17腳、18腳、19腳、20腳、21腳、22腳、4腳和3腳分別與數據處理模塊U2的8腳、24腳、18腳、37腳、36腳、35腳、34腳、33腳、32腳、31腳、30腳、13腳和12腳相連，數據處理模塊U2的40腳、41腳、42腳并聯接數據存儲模塊U3的2腳，數據處理模塊U2的38腳、29腳并聯接電源+5V和接地電容C7，數據處理模塊U2的16腳、11腳接地，14腳、15腳之間并接有電阻R2、晶振X2、電容C18、電容C19，電容C18和電容C19并聯接地，4腳經電阻RlO接地，并經電容C20接電源+5V，電容C20和電阻R5的共端接型號為MAX810M的插口模塊U5的2腳，插口模塊U5的I腳接地，3腳接電源+5V，數據處理模塊U2的10腳經電阻R3接發(fā)光二極管LEDl的負極，發(fā)光二極管LEDl的正極接電源+5V (發(fā)光二極管LEDl即圖1中的電源指示燈)，數據處理模塊U2的22腳經繼電器Jl接地，7腳接型號為74HC125的第一比較器U4A的2腳，第一比較器U4A的I腳分別接型號為74HC125的第二比較器U4B的4腳和型號為74HC125的第三比較器U4C的9腳，并與數據存儲模塊U3的24腳相連，第一比較器U4A的3腳接單片機控制器Ul的32腳，第二比較器U4B的14腳接電源+5V，第二比較器U4B的5腳接單片機控制器Ul的I腳，第三比較器U4C的10腳接地，8腳接單片機控制器Ul的5腳，數據存儲模塊U3的28腳接電源+5V及電阻R4的一端，電阻R4另一端經電容C3接地，并與存儲數據下載接口 USB的I腳相連，數據存儲模塊U3的10腳、11腳與存儲數據下載接口 USB的3腳、2腳相連，數據存儲模塊U3的9腳經電容C16接地，13腳接晶振X3的一端和接地電容C15，晶振X3的另一端接數據存儲模塊U3的14腳及接地電容C14，存儲數據下載接口 USB的4腳、5腳、6腳并聯接地(GND)。
[0026]所述的聲光報警器的聲光報警電路是，電阻R21的一端接單片機控制器Ul的15腳，電阻R21的另一端經發(fā)光二極管LED2 (即圖1中的狀態(tài)指示燈，又稱報警燈)接電源+5V,電阻R23的一端接單片機控制器Ul的9腳，電阻R23的另一端經電阻R34接地，并與場效應三極管Q13的I腳相連，場效應三極管Q13的2腳接地，3腳接報警用的蜂鳴器SPl，蜂鳴器SPl與電源+24V相連。[0027]所述的負載輸出控制模塊由圖12給出，場效應三極管Q2的I腳經電阻R19接地，并與電阻R18的一端相連，電阻R18的另一端接單片機控制器Ul的8腳，場效應三極管Q2的2腳接地，3腳經二極管D6接電源+24V，并與繼電器JSl相連，繼電器JSl與電源+24V相連，繼電器JSl經電阻R20接發(fā)光二極管LED3 (即圖1中的負載指示燈)的正極及電源+24V,發(fā)光二極管LED3的負極接地及負載輸出。
[0028]由上述可以看出，本實用新型是由DC/DC電源、溫度檢測、電壓檢測、按鈕電路、聲光報警電路、時鐘電路、負載輸出控制、存儲數據下載口電路、單片機及電量顯示電路部分構成，工作原理是:本實用新型對環(huán)境溫度和蓄電池電壓進行實時檢測，并將數據傳送至單片機，單片機對傳送過來的數據按照蓄電池的特性曲線進行分析，準確判斷蓄電池在當時溫度下的電量，并通過電量顯示模塊顯示出來；當檢測到蓄電池的電量小于某安全值時，輸出輕度虧電聲光報警；當檢測到蓄電池電量達到保護值時，輸出重度虧電聲光報警，并自動斷開對其它負載的供電輸出，保護蓄電池；當檢測到解除報警按下時，會暫時解除聲音報警，指示燈報警繼續(xù)；當檢測到蓄電池電量達到允許使用的值時，會完全解除報警，并自動恢復對其它負載的供電輸出。這些報警、人工解除報警、充電解除報警時的電壓、溫度、時間信息都會有實時記錄保存，并可以從報警保護裝置的存儲數據下載口下載數據，以方便管理人員及時查詢分析。因此本裝置是通過智能化芯片的采樣運算處理，對蓄電池的負載輸出實時控制來保證蓄電池不因嚴重虧電而損壞。減輕工作人員的勞動負擔，延長蓄電池的使用壽命，避免了因過度虧電無法啟動柴油機的事故發(fā)生。
[0029]由于溫度檢測電路由電阻R16和溫度傳感器RTl組成，RTl緊貼蓄電池，將檢測到的信號通過Pl.1 口傳到單片機，同時電壓檢測電路將檢測到的蓄電池電壓通過P1.0 口傳到單片機。經過單片機運算處理，判斷蓄電池的狀態(tài)，若蓄電池狀態(tài)正常(不虧電)，單片機控制電池輸出控制電路接通蓄電池輸出，電量顯示模塊JDl呈現綠色。若蓄電池在此溫度下輕微虧電，單片機控制蓄電池輸出控制電路仍然接通蓄電池輸出，電量顯示模塊JDl呈現紅色，聲音報警器報警。若蓄電池在此溫度下嚴重虧電，單片機發(fā)出信號來斷開負載輸出，保護蓄電池。同時電量顯示模塊JDl呈現紅色并閃爍，聲音報警器發(fā)出緊急報警。
[0030]如果在嚴重虧電狀態(tài)下，工作人員按下報警解除按鈕、聲音報警會暫時解除，但報警燈還會持續(xù)；如果此時工作人員將柴油發(fā)電器啟動、蓄電池電量會增加，當電壓升高到報警解除值時，聲光報警都會自動解除。當蓄電池電量達到可以使用的值時，負載輸出會自動閉合，恢復其它負載的供電。
[0031]報警發(fā)生時，以及報警解除時，相應的電壓、溫度、時間等信息被存儲于單片機內存，等到下載數據時，只要將U盤插到設備的USB端口，數據將自動轉儲到U盤以供查詢分析。
[0032]本實用新型與現有技術相比，具有以下突出的有益技術效果:
[0033]1、電量檢測準確，顯示簡單明了，輸出控制自動化有效減少工作人員的勞動強度和心理負擔；
[0034]2、使用本裝置可以使蓄電池壽命延長至少50%，減少了維護成本；
[0035]3、保證了軌道車的穩(wěn)定運行和正常啟動，減少因蓄電池嚴重虧電而無法啟動柴油機事故的發(fā)生；
[0036]4、具有自輪運轉特種設備蓄電池黑匣子功能，實時記錄了其蓄電池的工作狀況，遇到因蓄電池問題引發(fā)的故障時可查詢，可追查相關責任人，具有很強的實用性，經濟和社會效益顯著。
【權利要求】
1.一種自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置，包括殼體和殼體內的控制電路，其特征在于，殼體(1)前部自上而下有顯示面板(2)和報警解除按鈕(3)，左右兩邊分別有開關(4)和散熱窗(8)，殼體上部設置有存儲數據下載接口(7)、電源接口(6)、溫度采集接口(5)，所述的控制電路包括單片機控制器，單片機控制器分別接時鐘模塊、環(huán)境溫度檢測模塊、存儲數據下載接口模塊、電量顯示器、聲光報警器和負載輸出控制模塊，蓄電池經裝在殼體上的開關分別接環(huán)境溫度檢測模塊、蓄電池電壓檢測模塊和負載輸出控制模塊，負載輸出控制模塊接置于殼體外的負載，報警解除按鈕接單片機控制器，環(huán)境溫度檢測模塊接殼體上的溫度采集接口，蓄電池電壓檢測模塊接殼體上的電源接口，存儲數據下載接口模塊接殼體上的存儲數據下載接口，顯示面板上分別設置有電量顯示器、狀態(tài)指示燈、負載指示燈、電源指示燈，狀態(tài)指示燈與存儲數據下載接口模塊相連，負載指示燈與負載輸出控制模塊相連，電源指示燈與蓄電池電壓檢測模塊相連。
2.根據權利要求1所述的自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置，其特征在于，所述的單片機控制器型號為STC12C5608AD，I腳接存儲數據下載接口模塊的比較器U4B的5腳，3腳、4腳分別接晶振Xl的兩端，并經電容C5、C6接地，5腳接存儲數據下載接口模塊的比較器U4C的8腳，6腳接電量顯示器11腳，7腳經電阻R17接電源+5V，并經開關K接地，8腳接負載輸出控制模塊的電阻R18，9腳接聲光報警器電路的電阻R23，10腳、11腳、13腳、14 腳、26 腳、27 腳、29 腳、30 腳分別經電阻 R28、R29、R30、R31、R24、R25、R26、R27 接顯示器JDl, 24腳、25腳分別經電阻R32、R33接顯示器JDl的9腳、10腳，17腳經電阻R16接電源+5V及環(huán)境溫度檢測模塊RT1，環(huán)境溫度檢測模塊同殼體上的溫度采集接口相連，28腳接電源+5V，并經電容C 18接地，19腳接顯示器JDl的20腳，12腳接地，31腳經電阻Rl接地，并經電容C7接電源+5V。
3.根據權利要求1所述的自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置，其特征在于，所述的時鐘模塊U6型號為8563，其連接電路是，時間模塊的4腳接地，I腳、2腳之間裝有晶振Y2，3腳經電容C12接地，5腳、6腳分別經電阻R7、R8接電源+5V，并與單片機控制器Ul的20腳、21腳相連，時鐘模塊U6的8腳經電容C9接地，并經二極管D8、二極管D7接電源+5V，二極管D8、二極管D7的共端經電阻R6接二極管D9的正極和蓄電池BTl的正極，蓄電池BTl的負極接地，二極管D9的負極與接地電容C9相連。
4.根據權利要求1所述的自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置，其特征在于，所述的蓄電池電壓檢測模塊是，比較器UlO接電源+24V，比較器UlO的I腳經電容ClO接地，經電阻R14接2腳，并與單片機控制器Ul的16腳相連，比較器UlO的4腳接地，2腳、3腳分別接電阻R12、電阻R13的一端，電阻R12的另一端經電阻RlO接電源+24V，并經電阻Rll接地，電阻R13另一端接電阻R9的一端，電阻R9的另一端接電源+5V，電阻R9經二極管Q3接地，電阻R13、電阻R9的共端經電阻R15與接地電容Cll相連，并與單處機控制器Ul的18腳相連。
5.根據權利要求1所述的自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置，其特征在于，所述的蓄電池為DC/DC電源，DC/DC電源模塊U7型號為LM2576HV-5.0,電源模塊U7的I腳接電源+24V，并經電容Cl、C2接地，5腳接地，4腳接電源+5V，并經電容C3、C4接地，2腳與電感線圈LI的一端相連，電感線圈LI的另一端接電源+5V和電源模塊U7的4腳及接地電容C3、C4，電源模塊U7的3腳、6腳并聯接二極管D5的正極，并接地。
6.根據權利要求1所述的自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置，其特征在于，所述的存儲數據下載接口模塊包括有型號為CH89C54RD的數據處理模塊U2和型號為CH375的數據存儲模塊U3，數據存儲模塊U3的I腳、27腳、8腳、15腳、16腳、17腳、18腳、19腳、20腳、21腳、22腳、4腳和3腳分別與數據處理模塊U2的8腳、24腳、18腳、37腳、36腳、35腳、34腳、33腳、32腳、31腳、30腳、13腳和12腳相連，數據處理模塊U2的40腳、41腳、42腳并聯接數據存儲模塊U3的2腳，數據處理模塊U2的38腳、29腳并聯接電源+5V和接地電容C7，數據處理模塊U2的16腳、11腳接地，14腳、15腳之間并接有電阻R2、晶振X2、電容C18、電容C19，電容C18和電容C19并聯接地，4腳經電阻RlO接地，并經電容C20接電源+5V，電容C20和電阻R5的共端接型號為MAX810M的插口模塊U5的2腳，插口模塊U5的I腳接地，3腳接電源+5V，數據處理模塊U2的10腳經電阻R3接發(fā)光二極管LEDl的負極，發(fā)光二極管LEDl的正極接電源+5V，數據處理模塊U2的22腳經繼電器Jl接地，7腳接型號為74HC125的第一比較器U4A的2腳，第一比較器U4A的I腳分別接型號為74HC125的第二比較器U4B的4腳和型號為74HC125的第三比較器U4C的9腳，并與數據存儲模塊U3的24腳相連，第一比較器U4A的3腳接單片機控制器Ul的32腳，第二比較器U4B的14腳接電源+5V，第二比較器U4B的5腳接單片機控制器Ul的I腳，第三比較器U4C的10腳接地，8腳接單片機控制器Ul的5腳，數據存儲模塊U3的28腳接電源+5V及電阻R4的一端，電阻R4另一端經電容C3接地，并與存儲數據下載接口 USB的I腳相連，數據存儲模塊U3的10腳、11腳與存儲數據下載接口 USB的3腳、2腳相連，數據存儲模塊U3的9腳經電容C16接地，13腳接晶振X3的一端和接地電容C15，晶振X3的另一端接數據存儲模塊U3的14腳及接地電容C14，存儲數據下載接口 USB的4腳、5腳、6腳并聯接地。
7.根據權利要求1所述的自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置，其特征在于，所述的聲光報警器的聲光報警電路是，電阻R21的一端接單片機控制器Ul的15腳，電阻R21的另一端經發(fā)光二極管LED2接電源+5V，電阻R23的一端接單片機控制器Ul的9腳，電阻R23的另一端經電阻R34接地，并與場效應三極管Q13的I腳相連，場效應三極管Q13的2腳接地，3腳接 報警用的蜂鳴器SPl，蜂鳴器SPl與電源+24V相連。
8.根據權利要求1所述的自輪運轉特種設備蓄電池防虧電報警保護裝置，其特征在于，所述的負載輸出控制模塊是，場效應三極管Q2的I腳經電阻R19接地，并與電阻R18的一端相連，電阻R18的另一端接單片機控制器Ul的8腳，場效應三極管Q2的2腳接地，3腳經二極管D6接電源+24V，并與繼電器JSl相連，繼電器JSl與電源+24V相連，繼電器JSl經電阻R20接發(fā)光二極管LED3的正極及電源+24V，發(fā)光二極管LED3的負極接地及負載輸出。
【文檔編號】H01M10/48GK203774422SQ201420190515
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月19日 優(yōu)先權日:2014年4月19日
【發(fā)明者】陳偉, 曲保章, 馬濤, 張宏賓, 劉宏彬 申請人:鄭州捷天電子技術有限公司