专利名称：一种无线测力装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线测力装置。
背景技术：
无线测力装置通常由测力箱体和监测显示仪表组成。测力箱体通过两头的 勾环直接串接在钢丝绳里进行测力，检测到的数据以射频方式无线传送到仪表。
测力箱体主要由传力机构、应变式力传感器、信号处理电路板、微功率无线数 传模块和电池组成。仪表部分包括微功率无线数传模块、按键、显示器、电路 板、微型针式打印机、电池和硬开关等。
现有的测力装置只进行单向的数据传输，即测力箱体将检测到的数据通过 微功率无线数传�？榱欢系卮偷揭潜硐允荆褂猛瓯虾笥没侄卸喜� 力箱体和仪表的电池供电。在某些场合，用户需要间歇使用测力装置，但每次 使用完毕后要把测力箱体取下来手动切断电池供电非常不方便，所以用户通常 会选择让测力箱体电源一直开着，直到电池耗尽才被迫将测力箱体取下来更换 后备电池或充电。这样，在不需要测力装置工作期间，测力箱体里电池的电就 被白白浪费掉了 ，这无疑也縮短了测力箱体中电池每次充满电后的有效工作时 间。事实上，这些场合测力箱体与显示仪表工作时的距离往往还比较远，所选 用的微功率无线数传模块功率相对会较大，也就比较耗电，这个问题就会显得 更加突出。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种无线测力装置，能够有效解决现有无线测 力装置的测力箱体不使用时需要手动切断电源，电池过渡放电的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的 一种无 线测力装置，包括测力箱体，所述测力箱体包括电源、电压比较电路和依次连 接的应变式力传感器、硬件滤波电路、信号放大器、模数转换�？椤⑽⒖刂频�
元，还包括可控稳压电源�？閕、可控稳压电源�？閚和具有休眠功能的微功 率无线数传�？椋隹煽匚妊沟缭茨？镮与电源、电压比较电路、微控制单 元、微功率无线数传�？橄嗔隹煽匚妊沟缭茨？閚与应变式力传感器、 信号放大器、模数转换�？�、电源、微控制单元连接，所述微功率无线数传模 块与微控制单元连接。
优选的，所述电源与其他�？橹渖柚糜杏部兀豢梢栽谛枰庇糜部� 关闭整个测力箱体的电源。
优选的，所述信号放大器和模数转换�？榧稍贑S5532芯片中；所述微控 制单元为一块AT89C2051芯片；提高整体集成度，减小故障率，性能可靠稳定 的芯片。
与现有技术相比，本实用新型的优点是通过对测力箱体的电路改进，实
现通过检测显示仪表远程控制测力箱体在不工作时软关机，此时测力箱体内的 微控制单元和微功率无线传输�？槎冀氤な奔湫菝呒佣淌奔涔ぷ髯刺渌�
元件电源全部切断，需要测力箱体工作时同样通过监测显示仪表远程将其开机;能自动检测测力箱体内的电池电量，在电量不足的时候自动关闭所有电源，保
护电池不过放电而损害寿命。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明
图1为监测显示仪表原理框图； 图2为现有测力箱体原理框图； 图3为本实用新型的测力箱体原理框图； 图4为本实用新型电压比较电路图； 图5为本实用新型的测力箱体电路图。
具体实施方式
参阅图3为本实用新型一种无线测力装置的实施例， 一种无线测力装置， 包括测力箱体，所述测力箱体包括电源7、电压比较电路9和依次连接的应变式 力传感器l、硬件滤波电路2、信号放大器3、模数转换�？�4、微控制单元5， 还包括可控稳压电源�？镮 11、可控稳压电源�？镮IIO和具有休眠功能的微功 率无线数传�？�6，所述可控稳压电源�？镮 11与电源7、电压比较电路9、微 控制单元5、微功率无线数传模块6相连，所述可控稳压电源�？镮I10与应变 式力传感器l、信号放大器3、模数转换�？�4、电源7、微控制单元5连接， 所述微功率无线数传�？�6与微控制单元5连接，所述电源7与其他�？橹� 设置有硬开关8。
对测力箱体中的电路做了改进，增加了对应变式力传感器l、信号放大器3 和模数转换�？�4供电的单独开关控制，定义了一组仪表对测力箱体的控制命令，它包括激活命令和休眠命令，由测力箱体上的微控制单元5识别并执行。 改进后测力装置中测力箱体部分电路原理框图可参见附图3。 应变式力传感器1将测力箱体所受到的拉力依力值大小按比例地转换成直 流电压信号输出。硬件滤波电路2采用无源器件滤波，所以无须稳压电源7供 电，它滤除电路中一些高频的干扰信号，主要由微功率无线数传�？�6引起。 滤波后的信号辐值较小，需经信号放大器3放大才能被后面的模数转换�？�4 处理。模数转换�？�4将连续的模拟信号转换成与其大小成比例的一组二进制 代码。微功率无线数传�？�6以有线串行方式与微控制单元5进行全双工数据 通讯，同时以无线串行方式与仪表里的微功率无线数传模块进行半双工数据通 讯，其作用就是保证测力箱体里的微控制单元5与仪表里的微控制单元能进行 可靠的无线数据传输。可控稳压电源�？榭梢钥闯纱芸乜氐闹绷魑妊沟缭� �？椋笨睾仙鲜保芙淙氲慕细咔铱赡苡幸欢úǘ牡缪棺怀晌榷� 的直流电压，当开关断开时输出浮空，即没有电压输出。电压比较电路9将电 池输出电压VI与可控稳压电源�？镮 11输出电压V2各按一定比例分压后的值 通过比较器进行比较以监测电池电量，参阅附图4。当电池电量比较充足时，VI 不会低于电池电压额定值，但当电池电量释放将尽时，VI也会逐渐变低，而只 要电池输出电压大于可控稳压电源�？镮 11允许的最低输入电压，V2是一个恒 定不变的常数值，从附图4可以看出，当V1氺R34/(R2+R34)〉V2氺R6/(R5+R6)时比 较器输出V0为逻辑1 ，当V1*R34/ (R2+R34) 〈V2*R6/(R5+R6)时比较器输出V0为 逻辑0，只要选择合适的分压电阻R2、 R34、 R5、 R6就可以确定使比较器输出 V0突变的临界电池电压V2*R6*(R2+R34)/(R34*(R5+R6))，当电池输出电压高 于该值，比较器输出逻辑l，当电池输出电压低于该值，比较器输出逻辑0。微 控制单元5是整个电路的核心，它控制模数转换模块4的采样并适时读取相应的反映力值大小的数据，它控制可控稳压电源�？閚io、可控稳压电源�？閕
11是否输出稳定的直流电压，它读取电压比较电路9的输出值，以了解电源7
电压情况，当电池电压比较低时，它会把该信息与力值信息一起打包发送给显 示仪表，以提示用户注意，当电池电压过低以至于会影响电池的使用寿命时， 它会自动执行关机程序使可控稳压电源�？閚io和可控稳压电源�？閕 ii都输 出断开，此时电池基本上就不需要输出电流，微控制单元5还会把需要传输的
数据发送给微功率无线数传�？�6，并可控制微功率无线数传�？�6工作或转入 低功耗的休眠状态。硬开关8指实物电气开关，只有当其合上时，测力箱体中
的电路才能工作，当其断开，电池将不供电。无论测力箱体处于开机工作状态 或软关机状态，其都必须合上。
参阅附图2，与现有测力装置不同，本测力装置对应变式力传感器l、放大 器和模数转换的供电采用了独立的可控稳压电源模块II 10，并采用了具有休眠 功能的微功率无线数传模块6。当箱体测力时，可控稳压电源�？镮IIO和可控 稳压电源�？镮ll均输出稳定的直流电压。当测力装置停止工作时，用户可以 通过仪表按键操作实现软关机，参见附图1，仪表的微控制单元在启动本身软关 机即向输出可开关控制稳压电源�？榉⒊鍪涑龆峡钋埃嵩诮邮盏讲饬ο� 体发来的一帧测力信息后自动立即向测力箱体发出一串软关机命令，该命令除 了要求测力箱体实施软关机的命令字节外还包含有测力箱体软关机时休眠时间 参数，而该参数可由用户按键操作实现软关机时一并输入。在发出软关机命令 后，仪表的微控制单元继续监测仪表的微功率无线数传�？槭欠袷盏讲饬ο涮� 发来的测力信息，若接收到测力信息就立即向测力箱体发软关机命令，直到持 续若干时间没有收到信息，认为测力箱体已接收到软关机命令，不再发送信息， 才将仪表的输出可开关控制的稳压电源模块输出断开。而对于测力箱体中的电路，其微控制单元5在正常工作——不断启动模数转换不断向微功率无线数传 �？�6发送数据的同时，还时刻监测�？槭欠袷盏揭潜矸⒗吹娜砉鼗睿� 接收到命令则启动测力箱体电路软关机程序，其首先使可控稳压电源模块II 10 输出断开，这样应变式力传感器l、信号放大器3和模数转换模块4因为没有电 源7供电也停止工作，从而减小了电池的功耗，另外微控制单元5本身及微功 率无线数传�？�6转入间隙的工作方式，即它们处于长时间的休眠状态和短时 间的工作状态，周而复始，只有在工作状态监测到仪表发来的开机激活命令才 会转入持续的开机工作状态。当测力箱体处于软关机时，如欲重新启动测力装 置工作，需首先打开仪表，然后通过仪表按键操作，使仪表微控制单元5通过 微功率无线数传�？�6向测力箱体发送开机激活命令，发送命令后，仪表微控 制单元5会监测微功率无线数传�？�6是否接收到测力箱体发来的测力信息， 若等待一段固定时间后没有收到信息，仪表微控制单元5将再次重复发送开机 激活命令、监测是否收到测力信息的过程，直到收到测力信息，仪表微控制单 元5才转入只接收显示测力值的工作程序。
在测力箱体处于软关机时，除了将可控稳压电源�？镮IIO输出断开外，微 控制单元5本身和微功率无线数传�？�6转入长时间(以下简称tl)休眠加短 时间(以下简称t2)工作的周期性状态中。在休眠时间段电池消耗的功率是极 低的，休眠时间tl是由用户确定从仪表传送过来的，而工作时间t2是固定的。 在转入周期状态时，首先由微控制单元5将微功率无线数传�？�6置成休眠状 态，然后设置并启动单元里的定时器工作，最后将微控制单元5本身置成休眠 待机方式。 一旦时间tl到，定时器将唤醒微控制单元5，然后由微控制单元5 将微功率无线数传�？�6也置成工作状态，也即转入短时间工作状态，在这段 时间里测力箱体微控制单元5不断监测微功率无线数传模块6是否接收到仪表发来的有效的开机命令，若接收到，则测力箱体将转入开机工作状态，微控制
单元5将使可控稳压电源�？镮 11和可控稳压电源�？镮I 10均输出电压，在对 模数转换器件做必要的初始化后就可以不断地采集测力值然后通过微功率无线 数传�？�6发送出去，若没收到且t2计时已到，则测力箱体将继续转入长时间 的休眠加短时间工作的周期性状态。
事实上，测力箱体微控制单元5里定时器每次最长定时时间要小于tl，所 以采用了定时计数的方法，即将定时器的定时时间设为一固定值，不断定时并 计数。显然固定的定时时间乘以计数值即为总的定时时间。这样，在tl时间段 内微控制单元5并不是连续休眠，而是有一些极短时间的工作碎片，在这些碎 片时间段上，微控制单元5被其本身定时器唤醒，通过加1计数发现定时时间 未到tl，所以对定时器作必要的设置后，马上将自身置成休眠待机方式。如果 不考虑这些时间碎片段上，微控制单元5工作和休眠待机方式消耗电能的差别， 设微控制单元5工作时消耗的功率为P1，休眠待机时消耗的功率为Pl'，微功 率无线数传模块6工作时消耗的功率为P2，休眠时消耗的功率为P2'。则测力 箱体处于软关机时消耗的平均功率二((P1' +P2' )*tl+(Pl+P2)*t2)/(tl+t2) =(P1 '+P2')/(l+t2Al) + (Pl+P2)/(l+tl/t2)，由于tl t2，所以可以认为l+t2/tl "1， l+tl/t2"tl/t2即平均功耗^P1'+P2'+ (Pl+P2) *t2/tl，因为Pl'+P2' 〈〈Pl+P2 ， t2/tl《1，所以测力箱体处于软关机时，微控制单元5和微功率无 线数传�？�6消耗的平均功率要比测力箱体开机这两个器件消耗的平均功率 Pl+P2小许多，同时t2/tl值的大小对测力箱体处于软关机时的平均功耗有较大 的影响，t2/tl越�。砉鼗辈饬ο涮宓钠骄囊簿驮降�。工作时间t2是 固定不变的，但它的取值并不是可以任意的�。鞘芤欢ㄌ跫圃嫉模馐� 因为仪表微控制单元5发送一帧开机激活命令到测力箱体微控制单元5接收到该命令是需要一定时间的，这取决于开机激活命令帧的长度、微控制单元5与 微功率无线数传�？�6间的数据传输波特率和微功率无线数传�？�6处理开机 激活命令帧的延时，另外仪表中的微控制单元5也不是连续发送开机激活命令 的，而是周期性的，每发送完一帧命令后要等待若干时间查看测力箱体是否有 测力数据发送过来，若有则停止，否则继续发开机激活命令。t2的取值必须保 证在该时间窗口内，测力箱体微控制单元5至少可以收到仪表微控制单元5发 来的一帧完整的命令。tl是测力装置关机时由用户在仪表上操作确定的，当其 取值较大时，测力箱体在软关机时电池平均功耗比较低，但开机时用户等待激 活的时间会比较长。 一般情况下当软关机后待机时间较长时，tl可以选得大些， 反之，tl可选得小些。总之，本装置所采用的测力箱体软关机时休眠时间可选 的技术方法，可使用户在电池功耗和开机等待时间之间作出一个平衡的选择。
附图5是本测力箱体实施电路图，图中未标出而实际采用的电源7是6V/4AH 的镍氢电池组。在图中RX广RX4为应变式力传感器1， L2、 CX2、 L3、 CX3组成T 型硬件滤波电路2， CS5532集成块涵盖了信号放大器3和模数转换�？�4的功 能，HAC-uAn480L05PC为具有休眠功能的微功率无线数传�？�6， PQ05RD21为可 控稳压电源模块I 11的核心，这是一种低压差输入、输出压差最低可至0.5V、 低功耗的稳压集成块，集成块Vi脚为电压输入端，Vo脚为电压输出端，正常情 况下输出电压为5V， GND脚接地，CON脚为输出开关控制端，当该脚接高电平时 集成块输出+5V电压，接低电平输出断开。R2、 R3、 R4、 R5、 R6和LM339的N3C、 N3D组成两路电压比较电路9，当电池电量充足时，LM339的V3o和V4o脚均输 出高电平，当电池电压比较低时V4o脚输出变低电平，V3o脚仍维持高电平，当 电池电压低到会影响电池使用寿命时，V3o、 V4o脚均输出低电平。R13、 R14、 R15、 Tl、 T2、 HT7550、 Cll构成可控稳压电源�？镮I 10， HT7550是一款低压差、低功耗、小功率的三端稳压块，Tl、 T2构成电子开关。当T1基集输入高电平时 Tl、 T2均饱和导通，即T2的发射极与集电极之间的压差很小基本可以忽略，相 当于电池电压直接三端稳压块HT7550上，HT7550的输出电压Vcc为5V,当Tl 基集输入低电平时Tl、 T2均截止，此时HT7550输入浮空，输出Vcc为0V。 AT89C2051为微控制单元5。
仪表和测力箱体内微控制单元5与微功率无线数传�？�6间均以1200波特 率、l位起始位8位数据位无奇偶校验位方式串行。仪表使测力箱体由开机工作 状态转入软关机状态仪表发送四个字节命令，首先发字符S的ASCII码83，再 发字符L的ASCII码76，再发休眠时间参数X，最后发校验和。这里X为8位 二进制数，取值范围0到255，最后发的校验和为83+76+X除以256后的余数。 仪表发送该命令后若连续2秒未再收到测力箱体发来的测力信息，即认为测力 箱体已收到命令。仪表使测力箱体由软关机状态转入开机工作状态也发送四个 字节命令，首先发字符A的ASCII码65，再发送字符C的ASCII码67，再发送 字符T的ASCII码84，最后发送字符V的ASCII码86。测力箱体工作时发送六 个字节的测力信息，第1个字节固定为255，第2到第4共3个字节为24位二 进制A/D转换码，第5个字节为0或1，取值1表示测力箱体电池电压正常，否 则表示欠电压，第6个字节为校验和，即前面5个字节相加后除以256后的余 数。测力箱体软关机时休眠时间为"+1)*2秒，这里的X即为接收到的仪表发过 来的休眠时间参数，工作时间固定为400毫秒。
以上所述仅为本实用新型最佳的具体实施例，但本实用新型的结构特征并 不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修 饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。
权利要求1.一种无线测力装置，包括测力箱体，所述测力箱体包括电源(7)、电压比较电路(9)和依次连接的应变式力传感器(1)、硬件滤波电路(2)、信号放大器(3)、模数转换�？�(4)、微控制单元(5)，其特征在于还包括可控稳压电源�？镮(11)、可控稳压电源�？镮I(10)和具有休眠功能的微功率无线数传模块(6)，所述可控稳压电源模块I(11)与电源(7)、电压比较电路(9)、微控制单元(5)、微功率无线数传�？�(6)相连，所述可控稳压电源�？镮I(10)与应变式力传感器(1)、信号放大器(3)、模数转换�？�(4)、电源(7)、微控制单元(5)连接，所述微功率无线数传�？�(6)与微控制单元(5)连接。
2. 如权利要求1所述的一种无线测力装置，其特征在于所述电源(7)与其他 �？橹渖柚糜杏部�(8)。
3. 如权利要求1所述的一种无线测力装置，其特征在于所述信号放大器(3) 和模数转换�？�(4)集成在CS5532芯片中。
4. 如权利要求1所述的一种无线测力装置，其特征在于所述微控制单元(5) 为一块AT89C2051芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种无线测力装置，包括测力箱体，测力箱体包括电源、电压比较电路和依次连接的应变式力传感器、硬件滤波电路、信号放大器、模数转换�？�、微控制单元，还包括可控稳压电源�？镮、可控稳压电源�？镮I和具有休眠功能的微功率无线数传�？椋煽匚妊沟缭茨？镮与电源、电压比较电路、微控制单元、微功率无线数传�？橄嗔煽匚妊沟缭茨？镮I与应变式力传感器、信号放大器、模数转换�？�、电源、微控制单元连接，微功率无线数传�？橛胛⒖刂频ピ�。本实用新型的优点是通过检测显示仪表远程控制测力箱体在不工作时软关机，需要测力箱体工作时同样通过监测显示仪表远程将其开机。
文档编号G01L1/22GK201387366SQ200920116930
公开日2010年1月20日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者徐海波, 郑文广 申请人:浙江省计量科学研究院;浙江蓝箭称重技术有限公司
专业数控铣床产品供应商
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