载荷检测器、应用该检测器的超载限制组件及电动自行车

摘要

本发明涉及一种载荷检测器、应用该检测器的超载限制组件及电动自行车。载荷检测器包括：用于检测车辆载重的传感器、通过传感器电缆与该传感器相连的滤波抗干扰模块、与该滤波抗干扰模块的输出端相连的A/D转换器、与该A/D转换器的输出端相连的CPU、与该CPU相连的通信接口。在减震器上设置上述传感器，在测得该重量值超限时，CPU通过通信接口输出相应的报警信号至电动车的主控制器，由主控制器控制车辆停止运行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种载荷检测器、应用该检测器的超载限制组件及电动自行车。

背景技术

随着共享经济的飞速发展，共享电动车的规模也越发壮大，现有共享电动车超载现象严重，超载时不仅对电动车本身极易造成损坏，极大地缩短使用寿命，而且容易发生事故，安全性低。而且国家交通法规对超载做了进一步的完善，限制共享电动车的超载也势在必行。

发明内容

本发明提供一种载荷检测器、应用该检测器的超载限制组件及提高安全性、避免车辆超载的电动自行车。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种载荷检测器，包括：用于检测车辆载重的传感器、通过传感器电缆与该传感器相连的滤波抗干扰模块、与该滤波抗干扰模块的输出端相连的A/D转换器、与该A/D转换器的输出端相连的CPU模块、与该CPU模块相连的通信接口。所述的传感器为箔式电阻应变计。

所述的滤波抗干扰模块包括：电容C1-C7、C14，磁珠电感F1-F4，电阻R2、R24，超低电容双向静电放电保护二极管D1； 箔式电阻应变计的四个输出端分别与磁珠电感F1-F4的输入端相连，磁珠电感F1的输出端接+3.3V电源，磁珠电感F2和F3的输出端分别串接电阻R24、R2后分别接所述A/D转换器的输入端；磁珠电感F1-F3的输出端分别串接电容C5-C7后接参考地；磁珠电感F4的输出端接参考地，磁珠电感F1-F4的输入端分别串接电容C1-C4后接参考地；电容C14并联在电阻R24、R2的输出端之间，超低电容双向静电放电保护二极管D1的第一、第二接线端分别接电阻R24、R2的输出端，超低电容双向静电放电保护二极管D1的公共端接参考地；滤波抗干扰模块具有的技术效果：抗电磁场10v/m 0-2GHZ,抗静电空气ESD+-8KV（接触ESD+-6kV）的能力，负责把传感器低频直流mV级信号（重量信号）不失真地传输给A/D转换模块，过滤掉其它干扰。

所述的A/D转换器包括A/D转换芯片U2；CPU模块包括晶振Y1，电容C18-C20、C22-C24、C26和C27，电阻R18，CPU芯片U4、参数设置储存芯片U5和电源监视复位芯片U8；晶振Y1的两端分别经电容C19、C20接参考地，同时晶振Y1的两端分别接CPU芯片U4的时钟信号第一、第二接口；电源监视复位芯片U8、电容C22、C18、电阻R18组成CPU电源监视复位电路；电容C22串接在+3.3V直流电源与参考地之间，并与电源监视复位芯片U8的电源端和接地端相连，电源监视复位芯片U8的复位信号输出端串接电阻R18后接参考地，电容C18与电阻R18并联；电源监视复位芯片U8的复位信号输出端接CPU芯片U4的复位信号输入端；电容C23、C24、C26和C27并联在+3.3V直流电源与参考地之间；参数设置储存芯片U5与CPU芯片U4的参数设置端相连，用于保存CPU所需的设置参数；CPU模块接收A/D转换模块对应的重量信号进行进一步的软件滤波，并算传感器测得的实际的重量值；并在该重量值超限时，CPU芯片U4通过通信接口输出相应的报警信号至电动车的主控制器，由主控制器控制车辆停止运行；CPU芯片U4的内部软件还可实现不同的通信协议及在线升级等功能。

一种应用上述载荷检测器的超载限制组件，包括：用于负载的减震器，该减震器包括固定件、设于固定件上的减震弹簧；所述的传感器设于所述固定件上。

所述固定件为减震器的连接头（1），所述连接头（1）的中部开设有应变沉孔（14），所述传感器的芯片安装于所述应变沉孔（14）的底面上。

所述应变沉孔（14）的底面上设有至少一个应力集中孔（15）；或，所述应变沉孔（14）的底面上均匀分布有3-4个应力集中孔（15），且各应变沉孔（14）同圆周分布。

所述连接头（1）包括设置于一端并用于安装轴承的轴承安装部（11），设置于另一端的并用于定位减震弹簧的定位部（12），以及一体成型于所述轴承安装部（11）和所述定位部（12）之间的传感部（13），所述应变沉孔（14）开设于所述传感部（13）的中部；所述传感部（13）的两侧边均开设有至少一个应力槽（16）；或，所述应力槽（16）为4个，每侧分别设置有两个所述应力槽（16）；同侧的两个所述应力槽（16）分别设置于所述应变沉孔（14）的上方和下方，两侧的所述应力槽（16）呈对称设置；所述应变沉孔（14）的孔壁上开设有供所述传感器芯片线缆穿出的线缆出孔（17）。

一种应用超载限制组件的电动自行车，包括：所述减震器为该电动车的后轮用减震器。该电动自行车的后轮处固定安装有减震器

本发明具有以下有益效果：当人在车辆上时受到重力作用，通过车架把重力传递到避震检测模块，避震检测模块中传感器产生形变从而改变相应电参数值，从而产生与重量信号成比例电信号，经由传感器电缆传递至信号处理器，经滤波、A/D转换后输出数字信号，最后经CPU处理把重量数据输出到通讯接口。其中，CPU模块接收A/D转换模块对应的重量信号进行进一步的软件滤波，并算传感器测得的实际的重量值；并在该重量值超限时，CPU芯片U4通过通信接口输出相应的报警信号至电动车的主控制器，由主控制器控制车辆停止运行；在减震器上设置传感器，通过传感器检测，在超载时限制电动自行车运行，从而减少超载现象，不仅提高交通安全性，也延长了本身使用寿命；而且通过设置应力集中孔和应力槽，使应力集中，提高传感器的测量精度。

附图说明

图1为本发明的载荷检测器的电路框图；

图2为本发明的滤波抗干扰模块和A/D转换器的电路原理图；

图3为本发明的通信接口的电路原理图；

图4为本发明的CPU模块的电路原理图；

图5超载限制组件安装于电动自行车上时的结构示意图；

图6为本发明的连接头的一种立体结构示意图；

图7为本发明的另一种连接头的正面结构示意图；

图8为本发明的第三种连接头的正面结构示意图；

图9为本发明的第四种连接头的正面结构示意图；

图10为本发明的第五种连接头的正面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。在下面的描述中凡是涉及上、下、左、右、前和后的方向性或称方位性的概念都是针对正在被描述的图所示的位置状态而言的，因而不能将其理解为对本发明提供的技术方案的特别限定。

一种载荷检测器，包括：用于检测车辆载重的传感器、通过传感器电缆与该传感器相连的滤波抗干扰模块、与该滤波抗干扰模块的输出端相连的A/D转换器、与该A/D转换器的输出端相连的CPU模块、与该CPU模块相连的通信接口。所述的传感器为箔式电阻应变计。

所述的滤波抗干扰模块包括：电容C1-C7、C14，磁珠电感F1-F4，电阻R2、R24，超低电容双向静电放电保护二极管D1； 箔式电阻应变计的四个输出端分别与磁珠电感F1-F4的输入端相连，磁珠电感F1的输出端接+3.3V电源，磁珠电感F2和F3的输出端分别串接电阻R24、R2后分别接所述A/D转换器的输入端；磁珠电感F1-F3的输出端分别串接电容C5-C7后接参考地；磁珠电感F4的输出端接参考地，磁珠电感F1-F4的输入端分别串接电容C1-C4后接参考地；电容C14并联在电阻R24、R2的输出端之间，超低电容双向静电放电保护二极管D1的第一、第二接线端分别接电阻R24、R2的输出端，超低电容双向静电放电保护二极管D1的公共端接参考地；滤波抗干扰模块具有的技术效果：抗电磁场10v/m 0-2GHZ,抗静电空气ESD+-8KV（接触ESD+-6kV）的能力，负责把传感器低频直流mV级信号（重量信号）不失真地传输给A/D转换模块，过滤掉其它干扰。

所述的A/D转换器包括A/D转换芯片U2；CPU模块包括晶振Y1，电容C18-C20、C22-C24、C26和C27，电阻R18，CPU芯片U4、参数设置储存芯片U5和电源监视复位芯片U8；晶振Y1的两端分别经电容C19、C20接参考地，同时晶振Y1的两端分别接CPU芯片U4的时钟信号第一、第二接口；电源监视复位芯片U8、电容C22、C18、电阻R18组成CPU电源监视复位电路；电容C22串接在+3.3V直流电源与参考地之间，并与电源监视复位芯片U8的电源端和接地端相连，电源监视复位芯片U8的复位信号输出端串接电阻R18后接参考地，电容C18与电阻R18并联；电源监视复位芯片U8的复位信号输出端接CPU芯片U4的复位信号输入端；电容C23、C24、C26和C27并联在+3.3V直流电源与参考地之间；参数设置储存芯片U5与CPU芯片U4的参数设置端相连，用于保存CPU所需的设置参数；CPU模块接收A/D转换模块对应的重量信号进行进一步的软件滤波，并算传感器测得的实际的重量值；并在该重量值超限时，CPU芯片U4通过通信接口输出相应的报警信号至电动车的主控制器，由主控制器控制车辆停止运行；CPU芯片U4的内部软件还可实现不同的通信协议及在线升级等功能。

如图3，通讯模块（RS232\RS485\CAN）由电阻R1、R3~R7、R12、R13，电容C30~C35、C95,TVS管D2~D4,U1(MAX3050)、U6(HVD3082)、U9(SP232)组成。通讯模块主要是接收CPU的信号，然后转换为标准硬件平台的各种接口信号（RS232\RS485\CAN）。

电源模块由自恢复保险丝F1、防反向D2二极管、磁珠电感F5、F6、DC转DC降压电路U3(LM5007)、稳压电路U7(HT7550)等组成。

电源电路主要处理来自电动车48V电池，对其进行降压稳压，然后供给其它模块及传感器用电，该电路具有短路保护（短路消除后自恢复功能）、反接保护，过压保护及良好的电磁兼容性能等。

应用上述载荷检测器的超载限制组件，包括：用于负载的减震器，该减震器包括固定件、设于固定件上的减震弹簧；所述的传感器设于所述固定件上。

如图1-10所示，本发明的电动自行车，其后轮处固定安装有减震器，该减震器包括两个连接头1，以及设置于两个连接头1之间的减震弹簧2，两个连接头1之间通过活塞杆3固定连接，减震弹簧2套装于该活塞杆3外，两端分别抵靠于两个连接头1，其中上部的连接头1的一端设置有轴承安装部11，另一端设置有定位减震弹簧的定位部12，轴承安装部11与定位部12之间形成传感部13，如图7所示，该传感部13上固定安装有用于测量重力的传感器，轴承安装部11、定位部12与传感部13一体成型，该传感部13的中部开设有应变沉孔14，传感器（优选箔式电阻应变计，可选中航电测仪器股份公司生产的）固定安装于该应变沉孔14内的底面上，应变沉孔14的孔壁上开设有供传感器芯片的线缆穿出的线缆出孔17，该线缆穿出后与电动自行车的控制器相连接，该线缆出孔17为贯穿孔，使应变沉孔与传感部外相连通，便于线缆安装，实现传感器的供电、信号传输等。

上述传感部13的两侧边均开设有一个应力槽16，一侧的应力槽16设置于应变沉孔14的上方，另一侧的应力槽16设置于应变沉孔14的下方，使应力集中于应变沉孔内，进一步提高传感器的测量精度；两侧的应力槽16还可以都设置于应变沉孔14的上方，并呈对称设置，如图7所示；两侧的应力槽16也可以都设置于应变沉孔14的下方，并呈对称设置，如图8所示；当然应力槽16数量优选为4个，如图9所示，两侧边分别设置为2个，同侧的两个应力槽分别设置于应变沉孔14的上、下方，两侧的应力槽呈对称设置，可使应力集中，提高传感器的测量精度。

上述应变沉孔14为圆形孔，也可以为方形孔，如6所示，当然还可以为其他形状的孔。

上述应变沉孔14的孔底边缘均匀开设有4个应力集中孔15，该4个应力集中孔15均匀分布于以应变沉孔14的中心点为圆心的同一圆周上，使应力集中于应变沉孔14的中心点，芯片中的敏感元件安装于该应变沉孔14的中心点处，应力集中孔的设置可进一步使得传感器的测量精度得到提高；应力集中孔还可以为1个、2个、3个等，当然也可以不设置应力集中孔。

上述应变沉孔14的孔口处密封安装有密封盖2，提高密封效果，避免灰尘等杂物进入应变沉孔内而影响传感器芯片的正常使用。

使用时，可设置超载的限值，比如100kg，当乘坐人员的总重量大于100kg时，传感器受力，通过应力槽和应力集中孔将力集中到一点，传感器的敏感元件感应，再将信号通过线缆传输到控制部，控制部限定电动自行车不能启动，因此，能很好地限制出现一车多人的现象，提高共享电动自行车的使用安全，也延长共享电动自行车的使用寿命。

最后应说明的是：以上实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。