起重機(jī)超載限制電路設(shè)計(jì)

1、 目 錄第一章 緒論11.1 起重機(jī)超載限制器的介紹11.2 國內(nèi)外超載限制器的發(fā)展1第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22.1系統(tǒng)方框圖22.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述22.3各子電路的簡介3電源電路32.3.2 傳感器電路32.3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路5復(fù)位電路及振蕩時鐘電路62.4人機(jī)通道的設(shè)計(jì)7顯示器的設(shè)計(jì)72.4.2 鍵盤的設(shè)計(jì)92.4.3 報警電路的設(shè)計(jì)11超載限制器控制盒的設(shè)計(jì)13第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)153.1軟件設(shè)計(jì)概述143.2軟件設(shè)計(jì)構(gòu)思與軟件結(jié)構(gòu)14結(jié) 論29參 考 文 獻(xiàn)30致 謝32附 錄1 起重機(jī)超載限制器主電路圖附 錄2 PCB圖第一章 緒論1.1 起重機(jī)超載限制器的介紹起重機(jī)超載限制器

2、（Crane Overload Limiter）2是一種重要的起重機(jī)超載保護(hù)裝置。它主要裝備在汽車吊、輪胎吊和履帶吊等大型起重機(jī)上。通過系統(tǒng)內(nèi)的傳感器對起重機(jī)的關(guān)鍵工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時檢測，經(jīng)過分析計(jì)算和數(shù)據(jù)處理得到結(jié)果并結(jié)合起重機(jī)的當(dāng)前工況進(jìn)行判斷：當(dāng)實(shí)際載荷接近起重機(jī)的非安全工作范圍時，系統(tǒng)預(yù)報警。超過非安全工作范圍時，系統(tǒng)報警并自動進(jìn)行安全保護(hù)控制，禁止起重機(jī)向危險方向動作。1.2 國內(nèi)外超載限制器的發(fā)展 伴隨微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能儀表技術(shù)及傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)今起重機(jī)用戶己不滿足于起重機(jī)僅僅擁有載荷、超載限制功能，他們希望獲得更多關(guān)于起重機(jī)工作狀態(tài)的準(zhǔn)確信息，包括起升高度、風(fēng)速、

3、起升角度、工作幅度甚至鋼絲繩狀況、油溫、振動情況等信息，基于上述原因，起重機(jī)超載限制器的功能不斷得到延伸，信息集成度更高也更加人性化。國外許多起重機(jī)制造商對起重機(jī)超載限制器的研究和應(yīng)用較早，目前已達(dá)到較高水平。我國在這方面的工作起步較晚，技術(shù)水平不高，應(yīng)用范圍不廣。但隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和安全管理意識的提高，國內(nèi)起重機(jī)的制造商和用戶對起重機(jī)超載限制器產(chǎn)生了很大需求。國家技術(shù)監(jiān)督局專門制定并發(fā)布了起重機(jī)安全規(guī)程（GB 6067-1985），起重機(jī)械超載保護(hù)裝置安全技術(shù)規(guī)范（GB 12602-1990），臂架型起重機(jī)起重力矩限制器通用技術(shù)條件（GB 7950-1999）等國家標(biāo)準(zhǔn)，要求各類起重機(jī)械裝

4、備載荷、超載限制，并對超載限制器的功能、性能檢驗(yàn)等進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。國家勞動和社會保障部也規(guī)定16t以上的起重機(jī)必須裝備起重機(jī)超載限制器。國內(nèi)現(xiàn)有的起重機(jī)械除近年來進(jìn)口的較先進(jìn)的起重機(jī)，絕大多數(shù)都需要加裝起重機(jī)超載限制器。一些己有超載限制器的起重機(jī)，由于過年限使用以及系統(tǒng)損壞等問題，也需要改裝起重機(jī)超載限制器。由此可見，國內(nèi)市場需求巨大。然而國外的起重機(jī)超載限制器價格昂貴，而且與國產(chǎn)起重機(jī)的配套困難。國內(nèi)的研究人員在超載限制器的國產(chǎn)化道路上進(jìn)行著工作，也取得了一定的成果，但在產(chǎn)品的穩(wěn)定性以及可靠性上還有待提高。可以這樣講，國內(nèi)起重機(jī)行業(yè)正在迫切呼喚符合國情、性能先進(jìn)、功能完善、工作可靠的新型起重

5、機(jī)超載限制器產(chǎn)品，以滿足內(nèi)需。第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)主要由主機(jī)部分、報警制動保護(hù)、狀態(tài)信息存儲、控制盒及顯示部分等組成，圖2-1為系統(tǒng)組成框圖。壓力傳感器A/D轉(zhuǎn)換器89C51報警制動保護(hù)鍵盤參數(shù)輸入LED數(shù)碼顯示狀態(tài)信息存儲 圖2-1 系統(tǒng)組成框圖2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述A/D轉(zhuǎn)換器選用ADC0809，系統(tǒng)主機(jī)選用89C51單片機(jī)，數(shù)碼顯示部分選用BS212共陽數(shù)碼管，音響部分選用一片KD9561。硬件系統(tǒng)上電工作后，來自壓力（拉力）傳感器的微弱電信號（約20V）經(jīng)濾波電路后送到ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，ADC0809送出的8位信號一起送到89C51單片機(jī)的P1口，89C

6、51根據(jù)P0口來的信號進(jìn)行處理判別后送LED顯示。若采集到的物重達(dá)到或超過額定值的90%，則由P2.5送出低電平驅(qū)動聲光預(yù)警電路。若采集到的物重達(dá)到或超過額定值的105%，超載技術(shù)單元加1，由P2.6送出低電平，驅(qū)動聲光報警電路，并由繼電器切斷起重機(jī)電源。硬件電路圖見附錄。2.3各子電路的簡介2.3.1電源電路圖2-2 電源電路220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路整流橋整流和濾波電容濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會因?yàn)槭须婋妷旱牟▌踊蜇?fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和;

7、濾波電容的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源。2.3.2 傳感器電路半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng) ：固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)特別強(qiáng)。 壓阻式傳感器的靈敏系數(shù)大，分辨率高。頻率響應(yīng)高，體積小。它主要用于測量壓力、加速度和載荷等參數(shù)。 因?yàn)榘雽?dǎo)體材料對溫度很敏感，因此壓阻式傳感器的溫度誤差較大，必須要有溫度補(bǔ)償。主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)比金屬電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)大數(shù)十倍, 溫度穩(wěn)定性和線性度比金屬電阻應(yīng)變片差得多。圖2-3 壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡圖1低壓腔 2高壓腔 3硅杯 4引線 5硅膜

8、片采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜 工作原理 ： 膜片兩邊存在壓力差時，膜片產(chǎn)生變形，膜片上各點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力。四個電阻在應(yīng)力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相應(yīng)的電壓，電壓與膜片兩邊的壓力差成正比。優(yōu)點(diǎn)： 體積小，結(jié)構(gòu)比較簡單，動態(tài)響應(yīng)也好，靈敏度高，能測出十幾帕的微壓，長期穩(wěn)定性好，滯后和蠕變小，頻率響應(yīng)高，便于生產(chǎn)，成本低。測量準(zhǔn)確度受到非線性和溫度的影響。智能壓阻式壓力傳感器利用微處理器對非線性和溫度進(jìn)行補(bǔ)償。如圖2-4為壓阻式傳感器電路圖。圖2-4 壓阻式傳感器2.3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809簡介 8路模擬信號的分時采集，

9、片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100s左右。圖2-5為ADC0809引腳圖。 圖2-5 ADC0809引腳圖ADC0809是一種逐次比較式8路模擬輸入8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。對ADC0809主要信號引腳的功能如下：IN7IN0-模擬量輸入通道。ALE地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START上升沿時，START-轉(zhuǎn)換啟動信號復(fù)位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號有時節(jié)簡寫為ST。A、B、C地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址

10、，引腳圖中為ADDA,ADDB和ADDC。CLK時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常實(shí)用頻率為500Khz的時鐘信號EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。實(shí)用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷信號使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高。OE輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。VCC+5V電源。VREF參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進(jìn)行比較，作為

11、逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V（Vref(+)=+5V, Vref(-)=0V）復(fù)位電路及振蕩時鐘電路計(jì)算機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，復(fù)位使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他器件都處于一種初始狀態(tài)，并從這個初始狀態(tài)開始工作。89C51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST4。 RST(RESET)是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時，在此引腳加上持續(xù)時間大于2個機(jī)器周期（24個時鐘振蕩周期）的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。為了可靠的復(fù)位，復(fù)位時間都在10ms以上。當(dāng)RST引腳為低電平時，單片機(jī)退出復(fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作3。此次設(shè)計(jì)的復(fù)位電路為上電自動復(fù)位電路，如圖2-6所示。對于89C51單片

12、機(jī)，在RST復(fù)位引腳端接一個電容至+5V和一個電阻至地端，就能實(shí)現(xiàn)上電自動復(fù)位。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在復(fù)位端引腳上產(chǎn)生一定時間的高電平信號，只要高電平信號時間足夠長就可以使89C51單片機(jī)有效地復(fù)位。圖2-6 復(fù)位電路及振蕩時鐘電路單片機(jī)必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個時鐘振蕩電路，只需外接振蕩源，就能產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機(jī)的各個單元，決定單片機(jī)的工作速度。圖2-6就是內(nèi)部時鐘工作方式的原理圖，這是一種常用的方式。這種方式是內(nèi)接振蕩源，一般選石英晶體振蕩器。此電路在加電后延遲大約10ms振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號，

13、其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率決定。電路中的兩個電容有兩個作用，一是幫助振蕩器起振，二是對振蕩器的頻率起微調(diào)作用。2.4人機(jī)通道的設(shè)計(jì)2.4.1顯示器的設(shè)計(jì)發(fā)光二極管（LED）顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點(diǎn)或一個筆畫發(fā)光，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。 本系統(tǒng)需要顯示的數(shù)據(jù)為：實(shí)際物體重量，顯示的重量為實(shí)際重量的10倍，因此在觀看時，應(yīng)該將屏幕上的值縮小10倍。這樣可以省略在程序設(shè)計(jì)時，要考慮小數(shù)點(diǎn)的設(shè)計(jì)的麻煩。因?yàn)榭梢酝ㄟ^自動方式將物體實(shí)重值計(jì)算出來，所以本設(shè)計(jì)不必顯示毛重、自重值，其中實(shí)際物重=毛重自重。3位數(shù)碼管顯示的主要內(nèi)容為物體的實(shí)

14、際重量，即毛重減自重的值。圖2-7為七段數(shù)碼管引腳圖圖2-7 七段數(shù)碼管引腳圖這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點(diǎn)com，而每個LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點(diǎn)com，而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)），如圖2-8所示。圖中的8個LED分別與上面那個圖中的ADP各段相對應(yīng)，通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。圖2-8 三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖那么，實(shí)際的數(shù)碼管的引腳是怎樣排列的呢？對于單個數(shù)碼管來說，從它的正面看進(jìn)去，左下角那個腳為1腳，以逆時針方向依次

15、為110腳，左上角那個腳便是10腳了，上面兩個圖中的數(shù)字分別與這10個管腳一一對應(yīng)。注意，3腳和8腳是連通的，這兩個都是公共腳。顯示電路如圖2-9圖2-9 顯示電路2.4.2 鍵盤的設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤是人機(jī)交互的重要組成部分，用于向單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或控制信息。鍵盤形式一般分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。獨(dú)立式鍵盤的結(jié)構(gòu)簡單，大占用資源多，通常用于按鍵較少的場合，大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用采取這種方式。矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜些，但占用的資源少，通常用于按鍵較多的場合。 本系統(tǒng)的鍵盤采用了兩個獨(dú)立式按鍵，來控制開關(guān)電源和數(shù)值調(diào)整。其中數(shù)值調(diào)整在本文代表起重重量輸入的模擬值，即模擬起重吊物的

16、重量，從而可以實(shí)現(xiàn)超載報警。各按鍵開關(guān)均采用上拉電阻，這是為了保證在按鍵斷開時，各I/O9 10口有確定的高電平。每個按鍵帶一個阻容吸收電路，用于吸收按鍵按下時的電流沖擊和硬件上消除一定的抖動。下面給出獨(dú)立鍵盤的結(jié)構(gòu)，如圖2-10所示。其特點(diǎn)是每個按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個按鍵工作不會影響其他I/O口線的狀態(tài)。每一個按鍵的電路是獨(dú)立的，占用一條數(shù)據(jù)線，當(dāng)其中任意一個按鍵按下時，它所對應(yīng)的數(shù)據(jù)線的電平就變成低電平，讀入單片機(jī)就是邏輯0，表示鍵閉合，若無鍵閉合，則所有的數(shù)據(jù)線的電平都是高電平。多用于所需按鍵不多的場合?？刹捎肑NB（或JB）來查詢哪一個按鍵按下，并轉(zhuǎn)向相應(yīng)的功能處理程序11

17、12。圖2-10 獨(dú)立鍵盤結(jié)構(gòu)按鍵在按下或釋放時，由于彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點(diǎn)抖動，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。其抖動過程如右圖所示，抖動時間的長短與開關(guān)的特性有關(guān)。如圖2-11所示的電壓波形，抖動時間一般在510ms。穩(wěn)定 前沿抖動 后沿抖動圖2-11按鍵抖動信號波形軟件上采取的措施是在檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個10ms左右（具體時間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整）的延時程序，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)；同理，在檢測到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而消除抖動的影響13。硬件去抖的方法主要有利用R-S觸發(fā)器和濾波電路。如

18、圖2-12所示是一種由R-S觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動電路，當(dāng)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)時，觸點(diǎn)抖動不會對其產(chǎn)生任何影響。鍵盤輸出經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)電路之后變?yōu)橐?guī)范的矩形方波。在鍵數(shù)較少時，可采用硬件去抖；而當(dāng)鍵數(shù)較多時，采用軟件去抖。本文選硬件去抖。圖2-12 按鍵去抖動電路2.4.3 報警電路的設(shè)計(jì)報警在起重機(jī)超載限制器的使用中有很重要的作用，當(dāng)起重機(jī)起重時若起重的重量過高，而操作人員不清楚的話，很可能引起意外事故。因此報警電路的作用在于當(dāng)起重機(jī)的起重重量達(dá)到額定值的90%105%以內(nèi)黃燈顯示，當(dāng)超過額定值的105%則報警，并且紅燈顯示。報警電路芯片選用是KD9561,KD95615 6是一款專門用于聲光控制系統(tǒng)的芯片，與

19、其它線性音頻功放相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、性價比優(yōu)異這幾項(xiàng)突出的優(yōu)點(diǎn)，雖音質(zhì)不盡完善，但警報發(fā)生器卻無高保真之需。圖2-13為KD9561的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2-13 KD9561的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖2-14 KD9561芯片引腳圖設(shè)計(jì)中需要的報警電路如圖2-15所示。模擬聲光報警最常用的方法是采用模擬聲音集成電路芯片，如 KD-956X系列，是一種采用 CMOS工藝、軟封裝的聲報警IC芯片，能夠產(chǎn)生一系列的聲光報警效果。它內(nèi)部具有振蕩器、節(jié)拍器、音色發(fā)生器、地址計(jì)數(shù)器、控制和輸出級等部分7。它設(shè)有兩個選聲端SEL1和SEL2，改變這兩端的電平，可以選擇不同的內(nèi)部程序，VSS接電源負(fù)端，改變跨接在O

20、SCl和OSC2之間的外接振蕩電阻R，可以調(diào)節(jié)模擬聲音的放音節(jié)奏，R阻值越大，報警聲音越急促，一般在180k290k的范圍內(nèi)選擇。外接的小功率三極管9013是為了驅(qū)動揚(yáng)聲器。當(dāng)系統(tǒng)檢查到報警信號后，使三極管9013導(dǎo)通，便發(fā)出報警聲音。電路的高電平KD9561輸 出的音頻信號經(jīng)三極管推動電動式揚(yáng)聲器LS1發(fā)出宏亮的報警聲7 8。圖2-15 報警電路超載限制器控制盒的設(shè)計(jì)由圖2-16我們可以知道，超載限制器的控制盒主要包括物重顯示，黃燈和紅燈顯示，喇叭及電源開關(guān)，通過顯示屏幕可以直觀的看到所測物體的重量。電源開關(guān)各用一個鍵來控制，當(dāng)超過額定值90%時，黃燈亮。當(dāng)超過額定值的105%時，紅燈亮，且

21、喇叭響，提醒操作人員注意14。 電源 開喇叭關(guān) 黃燈 紅燈 實(shí)際物重 超載限制控制盒圖2-16控制盒示意圖第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1軟件設(shè)計(jì)概述單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn)。首先，單片機(jī)的系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序密不可分，系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序必須在一起考慮。其次，在單片機(jī)系統(tǒng)中硬件與軟件緊密結(jié)合，軟件直接操作硬件，硬件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計(jì)的難易和質(zhì)量。同時，很多時候元件可以代替硬件的功能，當(dāng)然，需要付出額外占CPU15 16時間的代價。在程序設(shè)計(jì)時，往往存在著時間和空間的矛盾體。在一些編譯器中，有著時間優(yōu)化和空間優(yōu)化的選項(xiàng)，但時間優(yōu)化與空間優(yōu)化不能同時存在，這些編譯器在處理這些優(yōu)化時，實(shí)際是

22、在采用時間換取空間或者空間喚起時間的策略。在設(shè)計(jì)程序時，我們也可以采用這樣的策略提高系統(tǒng)的性能17。除了自身的特點(diǎn)外，單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)同樣具有一般軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。首先，應(yīng)具有一個合理的算法，以合理的資源耗費(fèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。其次，設(shè)計(jì)的軟件應(yīng)具有較好的可讀性和維護(hù)性。做到這一點(diǎn)，往往需要采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)18。隨著元件技術(shù)的提高，在程序設(shè)計(jì)上出現(xiàn)了許多新的思想，比如面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，事件驅(qū)動等方法，雖然單片機(jī)系統(tǒng)中不可能完全實(shí)現(xiàn)這些方法，但也可以對單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)給與有益的啟示。比如，利用事件驅(qū)動的思想可以細(xì)分模塊，減少各部分之間的耦合性，便于測試，便于閱讀。 單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語言有：匯編語言，C51高

23、級語言等，本系統(tǒng)采用的是匯編語言19。3.2軟件設(shè)計(jì)構(gòu)思與軟件結(jié)構(gòu) 根據(jù)上述介紹的超載限制器工作原理和技術(shù)要求，可知該應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)際上是一個典型的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集的一個對象是一路壓力（拉力），故選用壓力傳感器進(jìn)行物理量的測量，控制對象是斷電及報警裝置，故選用繼電器及聲響電路進(jìn)行斷電及報警。軟件設(shè)計(jì)部分主要由10個部分分別講解了主系統(tǒng)的構(gòu)成，其中每個部分都用匯編語言編寫。整個軟件部分，從功能上可分為數(shù)據(jù)采集、自重值顯示、毛重值顯示、顯示子程序、報警或預(yù)警顯示、超載計(jì)數(shù)單元值顯示、超限判斷等幾部分組成。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3-1所示。初始化取自重、顯示取毛重（1）延時0.5s毛重（2）送

24、毛重（1）單元正常顯示取毛重（2）毛重（2）-毛重（1）調(diào)用STEPNN顯示超過數(shù)否YYY報警開中斷超過90%否NY記超載次數(shù) Y預(yù)警N超過105%否Y圖3-1 系統(tǒng)主程序流程圖根據(jù)程序主流程圖20，我們可以逐個進(jìn)行分解，以便可以更加詳細(xì)了解系統(tǒng)的軟件部分。程序設(shè)計(jì)。在任務(wù)的總體設(shè)計(jì)思想和硬件確定之后，就可以開始設(shè)計(jì)程序，根據(jù)前面的工作原理和技術(shù)指標(biāo)，軟件應(yīng)完成的主要任務(wù)為：a.初始化程序主要用來確定堆棧，程序狀態(tài)字，對存儲單元清 “0”，讓數(shù)碼管閃爍顯示全0十次，流程圖如圖3-2顯示。根據(jù)流程圖21，編程如下：STAR： MOV SP, #60H ；初始化 MOV PSW, #00H CLR

25、 A ；清21H,22H單元 ANL 21H, A ANL 22H, A MOV R0, #0AH ；全0閃爍十次LOOP： MOV A, #0F0H ；全0顯示 MOVX R1, A ；送P0口顯示 LACALL DS1 ；調(diào)用延時子程序 MOV A，#00H ；顯示全暗 MOVX R1, A LACALL DS1 DJNZ R0, LOOP ；閃爍完十次否開始確定堆棧、程序狀態(tài)字存儲物重單元端0數(shù)碼管顯示全零延時DS1數(shù)碼管全滅延時DS1閃爍十次否 N 取自重顯示 Y圖3-2 初始化程序流程圖b.數(shù)據(jù)采集子程序。起重機(jī)在實(shí)際工作前，超載限制器應(yīng)先檢測出起重機(jī)掛鉤，承重繩等物體的重量，這里把

26、它們稱為自重。當(dāng)起重機(jī)實(shí)際起吊重物時，檢測到的重量為毛重，而物體的實(shí)際重量等于毛重減自重。數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖3-3所示。IN1： MOV A, P1 ；輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果JNB ACC, 5, IN4 ；是百位選通位否ANL A, #0FH ；提取百位值MOV 31H, A ； 賦給31H單元IN2： MOV A, P1 JNB ACC, 6, IN5 ；是十位選通位否 SWAP A ；高低四位變換ANL A, #0F0H ；提取十位值MOV 32H, A ；暫存到32H高4位IN3： MOV A, P1JNB ACC, 7, IN6 ； 是個位選通位否ANL A, #0FH ；提取個位值ORL

27、 A, 32H ；與十位值合并MOV 32H, A ；存入32H單元RET ；子程序返回開始輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果百位選通位否NY暫存，輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果十位選通位否NY 合并，輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果個位選通位否N Y合并，暫存返回 圖3-3 數(shù)據(jù)采集子程序流程圖C自重值顯示程序。系統(tǒng)開機(jī)工作后，首先調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序，獲得自重值，然后分別將它們送到27H單元和28H單元。自重值顯示程序是從27H單元和28H單元中提取百，十，個位值，再配上選通位后從數(shù)據(jù)總線輸出。為了使人眼能看到連續(xù)一段時間內(nèi)的自重值顯示，程序中應(yīng)使顯示部分循環(huán)一定的次數(shù)，并將每一位的顯示時間適當(dāng)加長。圖3-4是自重值顯示程序的流程圖。編程如下:MOV

28、 27H, 31H ；百位送27H單元MOV 28H, 32H ；十、個位送28H單元MOV A, 27HANL A, #0FH ；提取百位值MOV 11H, A ；存入11H單元MOV A, 28HANL A, #0FH ； 提取十位值SWAP AMOV 12H, A ； 存入12H單元MOV A, 28HANL A, #0FH ；提取個位值MOV 13H, A ；存入13H單元MOV R0, #0FFH ； 設(shè)顯示次數(shù)LOOP1：MOV A, 11HORL A, #20H ；組合百位值和選通位MOVX R1, A ；輸出到顯示器LCALL DS2 ；延時MOV A, 12HORL A, #

29、40H ；組合十位值和選通位MOVX R1, A ；輸出到顯示器LCALL DS2 ；延時MOV A, 13HORL A, #80H ；組合個位值和選通位MOVX R1, A ；輸出到顯示器LCALL DS2 ； 延時DJNZ R0, LOOP1 ； 顯示次數(shù)到否分離百、十、個位置循環(huán)次數(shù)顯示百位調(diào)延時DS2顯示十位調(diào)延時DS2顯示個位調(diào)延時DS2循環(huán)完否 N Y毛重 圖3-4 自重值顯示程序流程圖d.采集毛重程序。由于起重機(jī)或行車在吊起物體時存在一定的加速度，這勢必影響到傳感器測得信號值的正確性。因此在這里當(dāng)程序執(zhí)行完自重測量和顯示后，延時約0.5s后再進(jìn)行毛重測量。同時采用兩次采樣，采樣間

30、隔為0.5s。如果相隔0.5s的兩次采樣值的高2位相等，則表明測量值沒有受到加速度產(chǎn)生的“峰值”的影響，為正常值；否則放棄第一次采樣，再進(jìn)行一次采樣與比較，直到兩次采樣值相等為止。圖3-5為毛重采樣程序流程圖。根據(jù)流程圖其編程如下：OUT1： LCALL DS3 ；延時0.5sOUT2： LCALL IN1 ；調(diào)用采集子程序MOV 23H, 31H ；將毛重（1）值送到23H，24H單元MOV 24H, 32HLCALL DS3 ；延時0.5sAAA： LCALL IN1 ；調(diào)用采集子程序MOV 25H, 31H ；將毛重（2）值送到25H，26HMOV 26H, 32HMOV A, 25H

31、；毛重（2）值的百位傳送CJNE A, 23H, BBB ；將毛重（2）值和毛重（1）值比較AJMP CCC ；相等則轉(zhuǎn)入下面程序BBB： MOV 23H, 25H :不相等毛重（2）值送到23H，24H單元MOV 24H, 26HSJMP AAA ；重新采樣延時0.5s采集毛重（1）存入23H，34H單元延時0.5s采集毛重（2）毛重（1）=毛重（2）否毛重（2）值送到23H，24H單元N超重判斷Y圖3-5 采集毛重程序流程圖e. 判斷是否報警或預(yù)警程序22 。在執(zhí)行該程序之前，在中斷服務(wù)程序中已將毛重值減去自重值，并將物體實(shí)際重量的千位和百位存于21H單元，十位和各位存于22H單元，該程序

32、首先判斷物體重量是否達(dá)到或或超過額定值的90%，如果達(dá)到或超過這一限值，預(yù)警黃燈亮，并使音響電路發(fā)出鳴叫，其次判斷物體的重量是否達(dá)到或超過額定值的105%，如果超過這一限值，報警紅燈亮，并使音響電路發(fā)出報警聲，數(shù)碼管顯示當(dāng)前物體重量并不再變化，超載計(jì)數(shù)內(nèi)容加1。圖3-6為預(yù)警、報警程序流程圖。報警超載計(jì)數(shù)單元加1報警物重超過105%否物重超過90%否NYY正常顯示N 圖3-6 預(yù)警、報警程序流程圖CLR C ；清進(jìn)位標(biāo)志MOV A, 21H ；是否超過90%CJNE A, 90%H, SUB1 ；高2位比較MOV A, 22HCJNE A, 90%L, SUB1 ；低2位比較SUB0： CRL

33、 P3.0 ；預(yù)警SJMP SUB2SUB1： JNC SUB0 ；超過額定值90%否SJMP ADD1 ；向下執(zhí)行顯示程序SUB2： CRL CMOV A, 21H ；是否超過105%CJNE A, 105%H, SUB5 ；高2位比較MOV A, 22HCJNE A, 105%L, SUB5 ；低2位比較SUB3： MOV A, 20H ；超載、計(jì)數(shù)單元加1INC AMOV 20H, ASUB4： CRL P3.1 ；報警、斷電LCALL ADD2 ；調(diào)用顯示子程序SJMP SUB4 ；循環(huán)顯示SUB5： JNC SUB3 ADD1： LCALL ADD2 ；調(diào)用顯示子程序JNB P3.4

34、, STEP ；顯示超載計(jì)數(shù)單元內(nèi)容否HH： LJMP OUT2 ；循環(huán)采集f.顯示子程序。顯示子程序類似于自重顯示程序部分。程序如下：ADD2： MOV A, 21H ；顯示子程序 ANL A, #0FH ；取百位MOV 15H, AMOV A, 22H ；取十位ANL A, #0F0HSWAP AMOV 16H, AMOV A, 22H ；取個位ANL A, #0FHMOV 17H, AMOV A, 15H ；顯示百位ORL A, #20HMOVX R1, ALCALL DS2MOV A, 16H ；顯示十位ORL A, #40HMOVX R1, ALCALL DS2MOV A, 17H

35、；顯示個位ORL A, #80HMOVX R1, ALCALL DS2RET ；返回主程序g.超載計(jì)數(shù)單元值顯示程序。主程序中通過訪問P3.3口是否為“0”進(jìn)入STEP23 24中，該程序首先將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成使十進(jìn)制數(shù)，再進(jìn)行組合顯示。采用循環(huán)顯示一段時間后返回主程序。程序流程圖如圖3-7所示。根據(jù)流程圖編程如下:除以100取商得百位數(shù)除以10取商得十位數(shù)取余數(shù)為個位數(shù)組合百、十、個位數(shù)顯示圖3-7 超載計(jì)數(shù)單元值顯示程序流程圖STEP： MOV A, 20H ；取超載計(jì)數(shù)單元內(nèi)容MOV B, #64H ；設(shè)除數(shù)位100DIV ABMOV 19H, A ；取商為百位數(shù)MOV A, B ；取余

36、數(shù)繼續(xù)除MOV B, #0AH ；設(shè)除數(shù)位10DIV ABMOV 1AH, A ；取商為十位數(shù)MOV 1BH, B ；取余數(shù)為個位數(shù)MOV R7, #0FFH ；置循環(huán)顯示次數(shù)SS： MOV A, 19HORL A, #20H ；組合百位顯示碼MOVX R1, A ；輸出到顯示器LCALL DS2 ；延時MOV A, 1BHORL A, #80H ；組合個位顯示碼MOVX R1, A ；輸出到顯示器LCALL DS2 ；延時DJNZ R7, SS ；循環(huán)顯示次數(shù)到否AJMP HH ；跳轉(zhuǎn)執(zhí)行入口h.中斷服務(wù)子程序INT0。由INT0發(fā)出中斷請求，中斷服務(wù)程序接著向定時器555的下觸發(fā)端送一個低

37、電平，并置PCON25（電源控制寄存器）的PD位（掉電方式位）為“1”。程序流程圖如圖3-8所示。保護(hù)現(xiàn)場置PCON的PD=1置P3.7輸出0返回圖3-8 中斷服務(wù)子程序INT0流程圖注：PD=1時，激活掉電工作方式。中斷服務(wù)子程序用來實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。根據(jù)流程圖編程如下:INT0： PUSH ACC ；保護(hù)現(xiàn)場PUSH PSWMOV 87H, #02H ；置PCON的PD為“1”CLR P3.7 POP PSW ；恢復(fù)現(xiàn)場POP ACCRET1 ；中斷返回i.中斷服務(wù)程序INT1。中斷服務(wù)程序INT1通過十六進(jìn)制減法及十進(jìn)制調(diào)整實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制數(shù)相減，來獲得物體的實(shí)際重量。由于傳感器、放大器及A/D轉(zhuǎn)

38、換器存在一定的誤差，當(dāng)程序出現(xiàn)自重減自重為負(fù)值時，采取讓顯示器顯示全0的辦法進(jìn)行處理。中斷服務(wù)子程序INT1的程序流程圖如圖3-9所示38。入口保護(hù)現(xiàn)場十位、個位減法十進(jìn)制調(diào)整百位十進(jìn)制調(diào)整中斷返回圖3-9 中斷服務(wù)子程序INT1的程序流程圖根據(jù)流程圖編程如下:INT1： PUSH ACC ；保護(hù)現(xiàn)場PUSH PSWMOV PSW, #08H ；重置工作寄存器JB P3.5, REL ；對P3.5判斷是否對超載計(jì)數(shù)器清0MOV 20H, #00H ；超載計(jì)數(shù)器清0REL： MOV R3, #06H ；設(shè)置十進(jìn)制調(diào)整值MOV R4, #60HClR C MOV A, 24HMOV R0, 28H

39、SUBB A, R0 ；對十位、個位作減法JNC DAA1 ；需十進(jìn)制調(diào)整否CLR CJNB AC, DAA0 ；:需十進(jìn)制調(diào)整SUBB A, R3 ；對結(jié)果進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整DAA0： SUBB A, R4SETB C ；恢復(fù)C為“1”MOV 22H, A ；相減結(jié)果（十、個位）送22H單元SJMP DAA3DAA1： JNB AC, DAA2 ；需十進(jìn)制調(diào)整否SUBB A, R3 ；進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整DAA2： MOV 22H, ADAA3： MOV A, 23HMOV R0, #0SUBB A, R0 JC ADD0 ；判斷結(jié)果為負(fù)否JNB AC, DAA4 ；需十進(jìn)制調(diào)整否CLR ACSUBB

40、 A, R3 ；進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整DAA4： MOV 21H, A ；相減結(jié)果（百位）送23H單元DDD： POP PSW ；恢復(fù)現(xiàn)場POP ACCRETI ；中斷返回ADD0： CLR A ；結(jié)果為負(fù)清0ANL 15H, A ANL 16H, AANL 17H, A ANL 18H, AANL 21H, A ANL 22H, ASJMP DDD以上程序中自重值存儲在27H，28H單元；毛重值存儲在23H，24H單元；物體實(shí)重值存儲在21H，22H單元。延時子程序DS1、DS2、DS3DS1： MOV R1, #0FFHDEC1： MOV R2, #0FFHDJNZ R2, DJNZ R1, DE

41、C1RETDS2： MOV R1, #04HDEC2： MOV R2, #0FFHDJNZ R2, DJNZ R1, DEC2RETDS3： MOV R3, #04HDEC3: LCALL DS1DJNZ R3, DEC3 RET結(jié) 論本課題的設(shè)計(jì)工作經(jīng)過不懈的努力，目前基本告以段落，可得到如下結(jié)論：（1）系統(tǒng)的總體方案是可行的，正確的，設(shè)計(jì)的超載限制器基本實(shí)現(xiàn)了原定的功能要求，整個超載限制器運(yùn)行穩(wěn)定、使用方便，具有很強(qiáng)的抗干擾性，為設(shè)計(jì)化打下了基礎(chǔ)。（2）系統(tǒng)的硬件、軟件和人機(jī)界面設(shè)計(jì)對通用性作了充分的考慮，系統(tǒng)只需要稍作修改就可以應(yīng)用于汽車吊、履帶吊以及輪胎吊，方便二次開發(fā)，節(jié)約成本。（3

42、）在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時，著重考慮的是精度問題和可靠性問題。由于本論文的課題針對的是大型的起重機(jī)設(shè)備，因此物重測量的精度是決定起重機(jī)整體精度的主要因素。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇注重較高的分辨率，本系統(tǒng)選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809。當(dāng)然，起重機(jī)的設(shè)計(jì)是一個實(shí)踐性很強(qiáng)的課題。要使其實(shí)用化，能夠經(jīng)受實(shí)際應(yīng)用的嚴(yán)格考驗(yàn)，還要進(jìn)行許多深入細(xì)致的工作，對超載限制器以及其它的起重機(jī)安全防范技術(shù)必然會有不斷的新要求。通過本文的工作，對起重機(jī)超載限制器的發(fā)展提出如下的幾點(diǎn)展望：（1）功能會更加齊全，記錄故障狀態(tài)。（2）為更便于用戶使用，參數(shù)信息顯示使用大屏幕顯示，用圖形方式直觀表示起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使用戶可以十分方便的觀看所

43、進(jìn)行的操作的結(jié)果，在出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自檢出來之后，可以詳細(xì)注明故障原因，意見解決方法。（3）超載限制器作為起重機(jī)上最先進(jìn)的機(jī)電裝置，其功能不僅局限于超載安全監(jiān)控，應(yīng)該不斷擴(kuò)展，發(fā)展成為多方面、多功能的起重機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)。還可以進(jìn)一步結(jié)合先進(jìn)的機(jī)械故障診斷理論和技術(shù)，對起重機(jī)工作時可能發(fā)生的機(jī)械故障做出先期預(yù)報。（4）關(guān)注相關(guān)的電子、計(jì)算機(jī)、傳感器等方面的發(fā)展，選擇更先進(jìn)的器件及電路方案，不斷提高系統(tǒng)的硬件水平，促進(jìn)整機(jī)的各項(xiàng)性能的提高。參 考 文 獻(xiàn)1 安欣賞. AMLU2000自動力矩限制器的研究與開發(fā)D.大連理工大學(xué)碩士論文.2000.32 Case Study: System Mo

44、del of Crane and Embedded Control March J 09-12, 1999 Munich, Germany p. 721 Case Study: System Model of Crane and Embedded Control Eduard Moser, Robert Bosch GmbH, FV/FLI IEEE Computer Society3 李春茂. 傳感技術(shù)M.科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2005.6.4 胡漢才. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.清華大學(xué)出版社，1996.3.5 VR Operational Assistance System for Roug

45、h Terrain Crane March J 18-22, 2000 New Brunswick, New Jersey p. 289 VR Operational Assistance System for Rough Terrain Crane Mitsunori Yoneda, Fumihito Arai6 Philips Semiconductors，IC 20 Data HandbookR，1998. 01. 067 王保輝. MCS-51單片機(jī)在大滯后溫度智能控制中的應(yīng)用M.電子技術(shù)，1998.05.8 杜兆文，孟樣忠,于群. 8031單片機(jī)在供電系統(tǒng)過流保護(hù)中的應(yīng)用M.山東煤炭

46、科，1999.019 The Finite Capacity Dial-A-Ride Problem November J 08-11，1998 Palo Alto, California p. 458 The Finite Capacity Dial-A-Ride Problem Moses Charikar, Stanford University Balaji Raghavachari10 Competitive access time via dynamic storage rearrangement October J 23- 25, 1995 Milwaukee, Wisconsin