一种带智能保护的叶轮控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带智能保护的叶轮控制系统，包括红外线传感器单元，传感器信号处理单元和微控制单元；红外线传感器单元由N个红外线传感器组成，N个红外线传感器分别设置在叶轮转动空间内的不同位置，所述N为大于3的自然数；红外线传感器单元的输出信号送入传感器信号处理单元，传感器信号处理单元与微控制单元电连接。本发明专利技术具有如下有益效果：本发明专利技术通过多个红外线传感器分别设置在叶轮转动空间内的不同位置对叶轮转动空间进行监视，根据监视结果控制叶轮的转动，实现智能保护，本发明专利技术的传感器信号处理电路为软件算法通过多传感器数据综合研判是否有人或动物肢体进入叶轮转动空间提供了客观的高精度数据来源。转动空间提供了客观的高精度数据来源。转动空间提供了客观的高精度数据来源。

【技术实现步骤摘要】
一种带智能保护的叶轮控制系统


[0001]本专利技术涉及叶轮控制系统，具体涉及一种依赖红外检测数据结果进行叶轮运行控制从而实现智能保护的叶轮控制系统。

技术介绍

[0002]国内外针对叶轮的优化研究很多，包括半开式叶轮、闭式叶轮等，均有相应的大量研究成果。通常，我们比较关注的是叶轮实际运行中的效率，这是我们研发设计叶轮所首先要考虑的一个关键因素。除此之外，由于叶轮作为一个随轴高速旋转的部件，其运行稳定性对机器的正常运行起着很大的作用。但是目前应用的叶轮控制系统，自动保护控制的研究相对较少，特别是在收割机、风扇等开式、半开式的叶轮应用中，时常会有人和动物因技术不熟练、操作方法不当或缺乏对机械危险性的认识而产生操作失误，误把肢体伸进叶轮的转动空间，造成机械伤害。机械伤害情况发生后，虽能及时采取紧急制动措施，但由于设备机械的惯性作用，仍然有可能造成严重的伤害，甚至死亡。
[0003]为了对生物肢体进行是否进入设备的监测，毫无疑问，红外传感检测是比较成熟的选择。红外线传感器的常规选择是热释电红外传感器，热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。常见的，通过对热释电红外传感器探测器出来的信号还需要对整个信号处理电路进行了合理的分级设计(例如《仪表技术与传感器》2013年第7期“基于热释电红外传感器微弱信号处理电路的设计与分析”公开的技术方案中需要进行包括滤波、整流、线性平均值转换等等处理从而实现了微弱信号的精确放大)。显然信号处理质量是较高的，但是电路设计较为复杂。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种基于电路结构简单的光电型红外传感器检测电路的叶轮转动控制系统。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术采用了以下的技术方案。
[0006]一种带智能保护的叶轮控制系统，其特征在于，包括红外线传感器单元，传感器信号处理单元和微控制单元；
[0007]所述红外线传感器单元由N个红外线传感器组成，N个红外线传感器分别设置在叶轮转动空间内的不同位置，所述N为大于3的自然数；
[0008]红外线传感器单元的输出信号送入传感器信号处理单元，传感器信号处理单元与微控制单元电连接。
[0009]本专利技术具有如下有益效果:
[0010]本专利技术通过多个红外线传感器分别设置在叶轮转动空间内的不同位置对叶轮转动空间进行监视，根据监视结果控制叶轮的转动，实现智能保护，但是并不选用常规的结构复杂的传感器信号处理电路，而是利用运放的高阻输入特点设计了结构简单但检测精度较高的电路。
[0011]本专利技术的电路设计决定了运放A1的输出电压u
out
与红外二极管接收到人或者动物肢体发出的红外线后激发出的电流ID存在线性关系，因此只要检测运放A1的输出电压u
out
信号便可以用于设定一个阈值后精确判断是否有人或动物肢体进入叶轮转动空间。
[0012]本专利技术并没有进行滤波、整流、线性平均值转换等等处理，A1的输出电压u
out
仍然实现了与红外二极管接收到人或者动物肢体发出的红外线后激发出的电流ID存在线性关系，保证了一定的检测精度和可靠性。
[0013]简言之，以运放和结型场效应管为核心元件的电路由于结构相对简单，使得传感器单元电路板体积小、容易实现且纯硬件实现，工作性能稳定；并且本专利技术使得系统实际生产定型中可能通过在叶轮转动空间中增设传感器数量来进一步的提高系统整体检测精度。
附图说明
[0014]图1本专利技术系统结构图。
[0015]图2本专利技术工作流程示意图。
[0016]图3本专利技术的传感器信号处理电路电路图。
[0017]图4为本专利技术的传感器信号处理电路设计架构示意图。
具体实施方式
[0018]一、本专利技术整体结构
[0019]如图1所示，一种带智能保护的叶轮控制系统，包括：可以锁死叶片的叶轮、红外线传感器单元(当然需要相应的传感器信号处理单元)和控制电路；
[0020]叶轮设置在其转动空间内，叶轮通过机械装置实现锁死叶片功能。
[0021]红外线传感器单元由多个红外线传感器组成，多个红外线传感器分别设置在叶轮转动空间内的不同位置，例如4个红外线传感器固定在叶轮转动空间4个角上；
[0022]控制电路主要由微控制单元及外围控制驱动电路组成；红外线传感器单元的输出信号送入传感器信号处理单元，传感器信号处理单元与微控制单元电连接。
[0023]控制电路一方面要处理传感器信号处理单元输出数据以判断是否存在生物肢体进入叶轮转动空间，另一方面需要输出锁死叶片的控制信号。
[0024]如图2所示，本专利技术整体工作过程如下：
[0025](1)启动红外线传感器单元和传感器信号处理单元组成的自检装置，检测是否有生物肢体进入叶轮的转动空间。
[0026](2)如何没有没有生物肢体进入叶轮转动空间，通过控制电路启动转轴，使叶轮转动。
[0027](3)在叶轮转动的过程中，持续检测是否有生物肢体进入叶轮转动空间。
[0028](4)如果检测到有生物肢体进入叶轮的转动空间，控制电路控制转轴锁死，同时控制叶片上的卡槽，使叶片收缩，保护生物肢体。
[0029]二、红外线传感器单元设计
[0030]如图3所示，红外线传感器单元设计中，本专利技术需要设置多个红外线传感器单元，每个这显然将造成电路结构复杂。并且热释电红外传感器还需要增设传感器光源驱动模块与之配合使用，这将使电路设计更加复杂。
[0031]本专利技术采用红外光二极管实现红外检测。传感器信号处理单元包括红外二极管D1、结型场效应管M1和第一运放A1。
[0032]如图4所示，本专利技术的传感器信号处理电路需要实现几个设计要点：
[0033](1)将传感器红外二极管D1的输出电流全部送入反馈网络；
[0034](2)要让红外二极管D1的阴极电压固定，这里标记为VD。
[0035]如果满足了以上2点，我们可以发现可以存在以下关系：u
out
‑
VD＝ID
·
RF,其中RF是反馈网络的阻抗、u
out
运放的输出电压，ID
·
是红外二极管D1的输出电流。那么显然在VD固定不变的情况下，运放输出电压(用来进行检测的信号)和红外二极管输出电流(人活着动物进入转动空间将导致的传感器输出信号变化)之间将存在线性关系，这将为检测精度提供基本的保障。
[0036]为了实现这一设计目的，我们可以具体设计如下：红外二极管D1的阳极接地，红外二极管D1的阴极与结型场效应管M1的G端相连接，结型场效应管M1的D端接电源VDD，结型场效应管M1的S端通过第一电阻R1接地，第一运放A1的负输入端与结型场效应管M1的S端相连接；电源VDD与地之间以此串联有第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2和第三电阻R3的连接电节点与第一运放A1的正输入端相连；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带智能保护的叶轮控制系统，其特征在于，包括红外线传感器单元，传感器信号处理单元和微控制单元；所述红外线传感器单元由N个红外线传感器组成，N个红外线传感器分别设置在叶轮转动空间内的不同位置，所述N为大于3的自然数；红外线传感器单元的输出信号送入传感器信号处理单元，传感器信号处理单元通过AD单元与微控制单元电连接。2.根据权利要求1所述的一种带智能保护的叶轮控制系统，其特征在于，还包括NB
‑
iot通信单元，NB
‑
iot通信单元与微控制器单元电连接。3.根据权利要求1或者2所述的一种带智能保护的叶轮控制系统，其特征在于，所述传感器信号处理单元包括红外二极管D1、结型场效应管M1和第一运放A1；红外二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝秋菊，孙康，李丽萍，段军义，
申请(专利权)人：山西省农业机械发展中心，
类型：发明
国别省市：