一种用于轮式限速的多挡位电子-机械信号转换器论文和设计-许强

全文摘要

本实用新型公开了一种用于轮式限速的多挡位电子‑机械信号转换器。本实用新型包括电源模块、挡位结构单元、方向开关、线圈、磁芯、刹车线模块；电源模块连接挡位结构单元和线圈，给挡位结构单元和线圈供电，挡位结构单元和线圈分别有4组，两两对应，电源模块和每组线圈之间存在相应方向开关，每组线圈缠绕在相应磁芯上，方向开关的信号输入端连接挡位结构单元；每组挡位结构单元由一个与门电路和一个或门电路组成；刹车线模块位于线圈下方，刹车线模块由锁舌、弹簧、机械杆、外壳、复位杆组成。本实用新型利用电池供电，将输入的数字信号转换为机械信号输出；具有结构简单、成本低廉、便于改装的特点，特别适合非机动轮式设备的限速装置。

主设计要求

1.一种用于轮式限速的多挡位电子-机械信号转换器，其特征在于包括电源模块、挡位结构单元、方向开关、线圈、磁芯、刹车线模块；所述电源模块连接所述挡位结构单元和所述线圈，给所述挡位结构单元和所述线圈供电，所述线圈下方对应的设有刹车线模块，所述挡位结构单元和所述线圈分别有4组，两两对应，所述电源模块和每组线圈之间存在相应方向开关，每组线圈缠绕在相应磁芯上，所述方向开关的信号输入端连接所述挡位结构单元；所述挡位结构单元连接对应线圈的方向开关，所述挡位结构单元根据输入的8位二进制数字信号，得到1个比特的挡位数字信号，将挡位数字信号输入到所述的方向开关中，当输入的挡位数字信号为0，所述线圈使所述磁芯靠近所述刹车线模块端为N极，当输入的挡位数字信号为1，所述线圈中的电流反向，使所述磁芯靠近所述刹车线模块端为S极，所述刹车线模块位于线圈下方，所述刹车线模块由锁舌、弹簧、机械杆、外壳、复位杆组成，所述外壳一端设有一小孔，刹车线穿过所述小孔与所述刹车线模块内部的机械杆一端相连，所述机械杆另一端与弹簧相连接，所述弹簧另一端固定在所述外壳相对于小孔的另一端，正常情况下所述弹簧被拉伸，所述机械杆靠近刹车线一端存在复位杆，所述复位杆穿过所述外壳侧壁上设置的活动槽，所述机械杆上设置有长条形通槽，所述外壳上设置有四个通道，所述四个通道内分别设有1个锁舌，所述锁舌由永久磁性材料制造；所述锁舌靠近磁芯端为N极，所述锁舌与线圈相对应，对应线圈的磁芯其靠近所述锁舌端为N极时，则所述锁舌被固定在所述长条形通槽内阻挡所述机械杆运动；如果对应线圈的磁芯其靠近所述锁舌端为S极，则所述锁舌从所述长条形通槽内缩进进入所述外壳上的通道内，所述弹簧会拉动所述机械杆，所述机械杆拉动刹车线向靠近所述弹簧端运动，刹车结束后通过所述复位杆控制机械杆的复位。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种用于轮式限速的多挡位电子-机械信号转换器，其特征在于所述的挡位结构单元由一个与门电路和一个或门电路组成，所述与门电路型号为SN74LVC1G08，所述或门型号为CD4078B，所述或门的输出端output连接对应线圈的方向开关的输入端input，每组挡位结构单元根据输入的8位二进制数字信号，得到1个比特的挡位数字信号，4个线圈按相对于所述机械杆连接刹车线一端的距离由近到远分别为0号、1号、2号、3号线圈，其中0号线圈的挡位结构单元输出的挡位比特代表最低的4公里\/小时挡位，当0号线圈对应的挡位结构单元输出比特为1，表示输入的车速大于等于4公里\/小时， 4公里每小时;相对应的1号线圈对应的挡位结构单元输出比特代表8公里\/小时挡位，2号线圈对应的挡位结构单元输出比特代表16公里\/小时挡位，3号线圈对应的挡位结构单元输出比特代表32公里\/小时挡位;每一组挡位结构单元的与门电路有A0、A1、…A7共8根输入线连接数字-机械信号转换器的输入；B0、B1、…B7这8根输入线连接设置好的挡位车速阈值；A0、A1、…A7和B0、B1、…B7按位进行与操作后从输出端C0、C1、…C7输出，输出端C0、C1、…C7连接到或门电路的输入端E0、E1、…E7，或门电路将输入的C0、C1、…C7进行或操作，得到挡位比特值，挡位比特值从output端输出给对应线圈的方向开关。

3.根据权利要求1所述的一种用于轮式限速的多挡位电子-机械信号转换器，其特征在于所述电源模块包括两节1.5V的5号电池，对外提供3V电压。

4.根据权利要求1所述的一种用于轮式限速的多挡位电子-机械信号转换器，其特征在于所述方向开关的结构：电源的负极连接第一mos管和第二mos管的漏极，电源的正极连接第三mos管和第四mos管的漏极，输入端Input连接所述第一mos管和所述第三mos管的栅极，输入端Input连接第一非门、第二非门，所述第一非门连接所述第二mos管的栅极，所述第二非门连接所述第四mos管的栅极，所述第一mos管和所述第四mos管的源极连接线圈的左端（A），第二mos管和第三mos管的源极连接线圈的右端（B），当input为0电压时，所述第一mos管、所述第三mos管断开，所述第二mos管和所述第四mos管接通所述电源，所述线圈的左端（A）接通了所述电源的负极，右端（B）接通了所述电源的正极，根据右手定律左端（A）为N极；当input电压不为0时，所述第一mos管、所述第三mos管接通，所述第二mos管、所述第四mos管断开，所述线圈的左端（A）接通了所述电源的正极，右端（B）接通了所述电源的负极，根据右手定律左端（A）为S极。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于控制领域，涉及一种用于轮式限速的多挡位电子-机械信号转换器。

背景技术

在大型医疗机构中拥有大量的轮式医疗器械，例如推车、病床、轮椅、大型设备移动底座等。这些轮式器械在较长距离的斜坡中运动时，存在脱离控制加速下滑的危险。一旦加速失控，往往会撞击到障碍物，轻者引起财产损失，严重的危及生命。

通过安装限速装置可以有效达到这一效果，但同时要求这些限速装置的结构简单、成本低廉、体积较小，适合安装在上述这些医院的室内轻量级器械上。

实现该需求的装置所需要使用到的功能包括测速和限速两部分，目前流行的测速装置包括机械测速、雷达测速、红外测速、电磁测速等。电磁测速装置由于产品成熟、测速精确、环境适应性好被广泛使用。限速装置主要分为电子限速、机械限速方式。电子限速在机动车上较为常见，通过设置行车电脑来限制发动机转速，成本高安装复杂，不适合非机动装置使用。机械限速在可靠性要求较高的一些装置上使用，例如电梯，其优点是鲁棒性强。出于成本、可靠性、续航能力的考虑，简易限速装置通常采用机械限速装置，由于电磁测速装置的输出是数字信号，机械限速装置的输入是机械动作，因此在电磁测速装置和机械限速装置之间需要有一个数字-机械信号转换装置。该装置要求：结构简单且体积小、成本低廉、分多个挡位、具有较强的续航能力（可由普通电池供电运行数个月以上）。

发明内容

本实用新型提供了一种用于轮式限速的多挡位电子-机械信号转换器，这种数字-机械信号转换器专门用于轮式非机动医疗设备限速装置。

本实用新型包括电源模块、挡位结构单元、方向开关、线圈、磁芯、刹车线模块；电源模块连接挡位结构单元和线圈，给挡位结构单元和线圈供电，挡位结构单元和线圈分别有4组，两两对应，电源模块和每组线圈之间存在相应方向开关，每组线圈缠绕在相应磁芯上，方向开关的信号输入端连接挡位结构单元；每组挡位结构单元由一个与门电路和一个或门电路组成，所述与门电路型号为SN74LVC1G08，所述或门型号为CD4078B，所述或门的输出端output连接对应线圈的方向开关的输入端input，每组挡位结构单元根据输入的8位二进制数字信号，得到1个比特的挡位数字信号，其中0号线圈的挡位结构单元输出的挡位比特代表最低的4公里\/小时挡位，当0号线圈对应的挡位结构单元输出比特为1，表示输入的车速大于等于4公里\/小时，当0号线圈对应的挡位结构单元输出比特是0时，表示输入的车速小于4公里每小时。相对应的1号线圈对应的挡位结构单元输出比特代表8公里\/小时挡位，2号线圈对应的挡位结构单元输出比特代表16公里\/小时挡位，3号线圈对应的挡位结构单元输出比特代表32公里\/小时挡位。每一组挡位结构单元的与门电路有A0、A1、…A7共8根输入线连接数字-机械信号转换器的输入；B0、B1、…B7这8根输入线连接设置好的挡位车速阈值；A0、A1、…A7和B0、B1、…B7按位进行与操作后从输出端C0、C1、…C7输出，输出端C0、C1、…C7分别连接到或门电路的输入端E0、E1、…E7，或门电路将输入的C0、C1、…C7进行或操作，得到挡位比特值，挡位比特值从output端输出给对应线圈的方向开关。方向开关位于电源模块和线圈之间，当输入的挡位比特为0，线圈使磁芯靠近锁舌端为N极，当输入的挡位比特为1，线圈中的电流反向，使磁芯靠近锁舌端为S极。

刹车线模块位于线圈下方，刹车线模块由锁舌、弹簧、机械杆、外壳、复位杆组成，外壳的一端设有一小孔，刹车线穿过小孔与刹车线模块内部的机械杆一端相连，机械杆另一端与弹簧一端相连接，弹簧另一端固定在外壳另一端的内端壁；正常情况下弹簧被拉伸，机械杆靠近刹车线一端存在复位杆，复位杆穿过外壳侧壁上设置的活动槽，机械杆上设置有长条形通槽，外壳上设置有四个通道，四个通道内分别设有1个锁舌，锁舌由永久磁性材料制造；锁舌靠近磁芯端为N极，每个锁舌与线圈相对应，对应线圈的磁芯其靠近锁舌端为N极时，则锁舌被固定在长条形通槽内阻挡机械杆运动；如果对应线圈的磁芯其靠近锁舌端为S极，则锁舌从长条形通槽内缩进进入外壳上的通道内，弹簧会拉动机械杆，机械杆拉动刹车线向靠近弹簧端运动，刹车结束后通过复位杆控制机械杆的复位。

本实用新型有益效果：

本实用新型利用电池供电，将输入的数字信号转换为机械信号输出，实现一个用于轮式非机动医疗设备限速装置的数字-机械信号转换器，具有结构简单、成本低廉、便于改装的特点，特别适合非机动轮式设备的限速装置。

附图说明：

图1为转换器总体结构图；

图2为方向开关结构图；

图中：1、第一mos管 2、第二mos管 3、第三mos管 4、第四mos管 5、电源 6、第一非门 7、第二非门 8、线圈

具体实施方式：

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1所示，电源模块包括两节1.5V的5号电池，对外提供3V电压。连接挡位结构单元和线圈，给挡位结构单元和线圈供电，线圈共有0、1、2、3这4组，每组都有对应的挡位结构单元，电源模块和每组线圈之间存在相应方向开关，图1中仅显示了3号线圈的方向开关和挡位结构单元，每组线圈都缠绕在相应磁芯上，方向开关的信号输入端连接挡位结构单元；每组挡位结构单元由一个与门电路和一个或门电路组成，连接对应线圈的方向开关，每组挡位结构单元根据输入的8位二进制数字信号，得到1个比特的挡位数字信号，其中0号线圈的挡位结构单元输出的挡位比特代表最低的4公里\/小时挡位，当0号线圈对应的挡位结构单元输出比特为1，表示输入的车速大于等于4公里\/小时，当0号线圈对应的挡位结构单元输出比特是0时表示输入的车速小于4公里每小时。相对应的1号线圈对应的挡位结构单元输出比特代表8公里\/小时挡位，2号线圈对应的挡位结构单元输出比特代表16公里\/小时挡位，3号线圈对应的挡位结构单元输出比特代表32公里\/小时挡位。每一组挡位结构单元的与门电路有A0、A1、…A7共8根输入线连接数字-机械信号转换器的输入；B0、B1、…B7这8根输入线连接设置好的挡位车速阈值；A0、A1、…A7和B0、B1、…B7按位进行与操作后从输出端C0、C1、…C7输出，输出端C0、C1、…C7连接到或门电路的输入端E0、E1、…E7，或门电路将输入的C0、C1、…C7进行或操作，得到挡位比特值，挡位比特值从output端输出给对应线圈的方向开关。方向开关位于电源模块和线圈之间，当输入的挡位比特为0，线圈使磁芯靠近锁舌端为N极，当输入的挡位比特为1，线圈中的电流反向，使磁芯靠近锁舌端为S极。

方向开关的工作原理如图2所示：电源5的负极连接第一mos管1、第二mos管2的漏极，电源5的正极连接第三mos管3、第四mos管4的漏极，输入端Input连接图1中或门的output输出端，输入端Input连接第一mos管1、第三mos管3的栅极，输入端Input连接第一非门6、第二非门7，第一非门6连接第二mos管2的栅极，第二非门7连接第四mos管4的栅极，第一mos管1、第四mos管4的源极连接线圈8的A端，第二mos管2、第三mos管3的源极连接线圈8的B端，当input为0电压时，第一mos管1、第三mos管3断开，第二mos管2和第四mos管4接通电源5，线圈8的A端接通了电源5的负极，B端接通了电源5的正极，根据右手定律A端为N极；当input电压不为0时，第一mos管1、第三mos管3接通，第二mos管2、第四mos管4断开，线圈8的A端接通了电源5的正极，B端接通了电源5的负极，根据右手定律A端为S极。

4个挡位信号均为0的空挡情况下，4个线圈的方向开关输入均为0，因此4个磁芯的A端均为N极，由于同性相斥原理，锁舌被推向并固定在长条形通槽内，机械杆受到锁舌的阻碍处于静止状态，弹簧处于拉伸状态，刹车线松弛不受力。

当设备的速度加快时，挡位结构单元接收到的8位数字信号产生了变化，当车速为18公里\/小时，输入的二进制数字信号为00010010，计算得到的挡位数字信号为0111，代表没有达到32公里\/小时、但达到了16公里\/小时、8公里\/小时和4公里\/小时这3个挡位的车速，是一个非正常的车速。

由于0号、1号、2号挡位的数字信号为1，因此这3个挡位的线圈反向开关输入为1，这3个磁芯的A端均变为S极，由于异性相吸原理，锁舌被吸引并从长条形通槽内缩进进入外壳上的通道内。机械杆在0、1、2号挡位不再受到锁舌的阻碍，由于弹簧的拉力，机械杆产生位移，最终被3号挡位阻挡。刹车线被机械杆牵引拉紧，从而产生刹车作用。

当完成刹车工作后可以通过复位杆进行机械杆的复位。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

一种用于轮式限速的多挡位电子-机械信号转换器论文和设计

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