【正文】 .................................................................................... 9 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 .......................................................................................... 10 運(yùn)放電路 LM324 ..............................................................................................11 第四章 硬件設(shè)計(jì)方案 .................................................................................................... 12 數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì) .............................................................................................. 12 壓力傳感器電路設(shè)計(jì) ....................................................................................... 12 驅(qū)動直流電機(jī)電路設(shè)計(jì) .................................................................................... 14 閃光報警電路設(shè)計(jì) ........................................................................................... 15 結(jié)論 ............................................................................................................................... 17 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 19 致 謝 ............................................................................................................................. 20 附 件一 原理圖 ........................................................................................................... 21 附 件二 元器件清單 .................................................................................................... 22 附 件三 程序清單 ........................................................................................................ 23 第一章 緒論 塔吊監(jiān)控研究現(xiàn)狀 塔式起重機(jī)通常又稱為塔吊，是目 前在建筑工地上使用得非常普遍的大型垂直吊裝起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備。在日常的使用中，如果塔吊司機(jī)不知道牽引小車在某一位置時最大能吊起多重的貨物，也不知道正在吊的貨物有多重，所以塔吊存在發(fā)生塔身翻側(cè)、折斷和塔吊吊臂折斷等事故的危險。由于塔吊體型龐大，一旦發(fā)生事故就必然是大事故或者是特大事故，不但造成人員的傷亡，往往還伴隨著巨大的經(jīng)濟(jì)損失 。而導(dǎo)致事故的原因大部分都是因?yàn)樗踉谄鸬踟浳飼r超重。因此，如何知道塔吊當(dāng)前所起吊貨物的重量和牽引小車在當(dāng)前位置是否超重至關(guān)重要，本文介紹的塔式起重機(jī)起重性 監(jiān)控器 就是為解決這個問題而研 制。 圖 塔吊圖形 表 工作幅度 塔 吊根據(jù)吊臂長度的不同有 45m、 50m和 55m等多種規(guī)格，而每一種不同吊臂長度規(guī)格的塔吊根據(jù)吊鉤的設(shè)置又有二倍率和四倍率之分，一旦吊臂長度確定，吊鉤倍率確定，則牽引小車在吊臂上每一個位置都對應(yīng)著一個最大吊重量，也就是說牽引小車在某一位置上所起吊貨物的重量不能超過在同一位置所對應(yīng)允許的最大吊重量，這種塔吊吊臂長度、吊鉤倍率與允許的最大吊重量三者之間嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系所形成的曲線，在塔吊術(shù)語上就稱之為起重性能曲線。因此，塔吊司機(jī)必須嚴(yán)格按照起重性能曲線 操作，牽引小車在每一個位置所起吊的貨物都不能超過起重性能曲線上 所對應(yīng)允許的最大吊重量，否則的話發(fā)生事故就不可避免了?？梢娖鹬匦阅芮€對塔吊的安全運(yùn)行是何等的重要，換言之，本文介紹的塔式起重機(jī)起重性 監(jiān)控器 是塔吊司機(jī)安全操作的保證，為塔吊帶來一種既安全又實(shí)用而且也是塔吊必不可少的自動化裝備。 塔吊監(jiān)控研究的意義 在事故多發(fā)的建筑行業(yè)，保證施工人員的人身安全，工地的建筑材料、及施工質(zhì)量、設(shè)備等財(cái)產(chǎn)安全是施工單位管理者關(guān)心的頭等大事。建筑工地屬于環(huán)境復(fù)雜，人員復(fù)雜的區(qū)域?？紤]到設(shè)備及人員的安全，一套有效的 現(xiàn)場及遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于管理者來說是非常有必要的。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，管理者可以了解到現(xiàn)場的施工進(jìn)度，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場的生產(chǎn)操作過程，和現(xiàn)場材料的安全。 塔式起重機(jī)安全監(jiān)控設(shè)備的使用 ， 一方面由于準(zhǔn)確地記錄了其運(yùn)行情況，為監(jiān)督部門提供了加大管理力度、嚴(yán)格執(zhí)法的依據(jù)。進(jìn)而督促操作和指揮人員提高安全意識減少或杜絕安全事故隱患。另一方面其塔吊監(jiān)控器及時報警功能要能及時提醒操作人員預(yù)防突發(fā)的安全隱患。唯一不利的是需要增加部分投資，但這與事關(guān)人民安全相比是非常值得的。為此，相關(guān)專業(yè)部門提出了有關(guān)塔吊監(jiān)控器的事項(xiàng)。 第 二章 方案 設(shè)計(jì) 整體設(shè)計(jì)思路 塔式起重機(jī)起重性能 監(jiān)控器的主板主要用于傳感器信號的檢測、處理。本設(shè)計(jì)采用 AT89C51作為主板的控制 核心， AT89C51是一種低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，采用了 AEMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造， 它有較小的精簡 I/O端口，體積很小。此外， AT89C51設(shè)計(jì)和配置了震蕩頻率可為 0HZ并通過軟件設(shè)置省電模式。 AT89C51在空閑模式下， CPU暫停工作，而 RAM、定時 /計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器并保存 RAM數(shù)據(jù)，停止芯片其它 功能直至硬件復(fù)位，所以 AT89C51非常適用做應(yīng)用系統(tǒng)的處理器。 首先從傳感器的形變量所轉(zhuǎn)換的電壓入口， 由于外在的因素是非電量的變化，所以通過傳感器通過外在壓力的變化不失真地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量，并且 經(jīng)過轉(zhuǎn)換的模擬電壓很小，只有幾十或者幾百 mV，要想該電壓能夠體現(xiàn)出所要表達(dá)的物理量，必須經(jīng)過運(yùn)放電路放大，把較小的信號放大得到約 0~5V之間的電壓，以便符合單片機(jī)芯片 工作的正常共工作電壓范圍 。單片機(jī)處理的是數(shù)字信號，之前還應(yīng)需把放大的模擬信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。因此主板芯片通過電壓的大小可以傳感器所感受 的壓力大小。在運(yùn)行情況狀態(tài)下，如果檢測到超重或者計(jì)算后的力矩超限，則會提示閃光報警。但是在實(shí)際使用中，為了消除起動等情況下的重量沖擊信號，需要提供延時保護(hù)程序。延時時間為 10ms為單位，因此可設(shè)定的延遲時間為 0ms~255ms。當(dāng)重量或者力矩超限時間大于本參數(shù)值乘以 10ms時，才能提示閃光報警。 處理過的信號通過單片機(jī)要通過數(shù)碼管顯示出來，數(shù)碼管顯示七段數(shù)碼管連接單片機(jī)的 P0口，驅(qū)動數(shù)碼管選擇三極管操作簡單可行，實(shí)際電路也簡單 ， 電機(jī)的運(yùn)行通過驅(qū)動芯片進(jìn)行 。有信號發(fā)生時，附著在電機(jī)上運(yùn)動的磁鋼，每經(jīng)過霍爾元件 ，霍爾元件會相應(yīng)地輸出一個脈沖，通過時間和脈沖的大小， 進(jìn)而可以計(jì)算得到塔吊吊物高度 和鋼絲繩所運(yùn)動的距離 ，通過霍爾提供的脈沖信號通過單片機(jī)輸出到電機(jī)驅(qū)動芯片，從而控制電機(jī)的運(yùn)行狀況。 進(jìn)一步可以測出吊鉤的高度和小車的位移，兩個電機(jī)所控制不同對象，一個電機(jī)控制小車來回的位移，用來控制吊物與塔吊垂直的距離大小，另外一個電機(jī)用來 起動吊物。 報警電路就是讓相關(guān)責(zé)任人提早發(fā)現(xiàn)非正常運(yùn)行時所出現(xiàn)的問題， 便于及時采取措施面對，消除隱患所帶來的事故。然而本設(shè)計(jì) 電機(jī)運(yùn)行的同時，隨著重物的加大，當(dāng)重量值大于重量預(yù)警值時，控制器就會 驅(qū)動發(fā)光二極管進(jìn)行閃光報警 ，鑒于本設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)操作模型設(shè)計(jì)，選擇閃光報警以顯示其功能的可行性， 不能應(yīng)用于實(shí)際操作中，不易于被人們察覺。然而 在實(shí)際建筑工地上， 塔吊正常運(yùn)行工作時， 當(dāng)?shù)跷锍^一定報警預(yù)警值，發(fā)出相關(guān)聲光報警， 使人們對聲光報警產(chǎn)生的信號更為敏感，采取相應(yīng)的措施應(yīng)對， 避免事故的發(fā)生 。 整體設(shè)計(jì)框圖 通過整體思路的設(shè)計(jì) ，該設(shè)計(jì)是以 AT89C51單片機(jī)芯片為核心主板的設(shè)計(jì)，外圍擴(kuò)展電路通過單片機(jī)對數(shù)字信號的處理實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能。其中，主要有幾個單元模塊組成電機(jī)的驅(qū)動電路、霍爾傳感器電路、數(shù)碼管 顯示電路、壓力傳感器信號放大模擬轉(zhuǎn)換電路和和閃光報警電路組成，通過他們之間的關(guān)聯(lián)，從而確定出對應(yīng)的總體設(shè)計(jì)框圖，簡單設(shè)計(jì)框圖 ： 圖 塔吊監(jiān)控設(shè)計(jì)框圖 運(yùn)放 數(shù)碼管顯示 壓力傳感器 驅(qū)動芯片 閃光報警 AT89C51 A/D 霍爾傳感器 電機(jī) 驅(qū)動芯片 電機(jī) 第三章 設(shè)計(jì)輔助內(nèi)容 AT89C51 單片機(jī)控制芯片 AT89C51（圖三） L公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和 128 bytes 的隨機(jī) 存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù) 生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash存儲單元，功能強(qiáng)大 AT89C51可為你提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 主要性能參數(shù)：與 MCS51產(chǎn)品指令完全兼容； 4k字節(jié)可重擦寫 Flash閃速存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作；三級加密程序存儲器； 128*8字節(jié)內(nèi)部 RAM； 32個可編程 I/O口線； 2個 16位定時 /計(jì)數(shù)器； 6個中斷源；可編程串行 UART通道；低功耗空閑和掉電模式。 功能特性概述： AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k字節(jié) Flash閃存存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個 I/O口線，兩個 16位定時 /計(jì)數(shù)器，一個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串口通信，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51可降至 0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時 /計(jì)數(shù)器，串行通訊口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保護(hù) RAM中的內(nèi)容，但晶振停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U1AT89C51 圖 AT89C51引腳圖 AE2501B 電機(jī)驅(qū)動芯片 AE2501B 為集控制與電機(jī)驅(qū)動一體 的兩功能功功率放大驅(qū)動器，將分立元件集成在單片 IC 之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該電路的兩個輸入端口與 TTL/CMOS 電平兼容，具有良好的抗干擾性，兩個輸出端可直接驅(qū)動直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動，具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道可通過 500mA 的持續(xù)電流，峰值電流可達(dá)到 ；同時具有較低的輸出飽和壓降，內(nèi)設(shè)抗浪涌保護(hù)電路適用于感性負(fù)載，使之在驅(qū)動繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率管時安全可靠；因此被廣泛用于玩具汽車電機(jī)驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和開關(guān)功率管等電路上。 其特點(diǎn)：低靜態(tài)電流，寬的電源電源范圍： 39V，集控制與驅(qū)動一體，峰值電流 ，持續(xù)工作電流 500mA，內(nèi)置反響續(xù)流二極管，始于感性負(fù)載，與標(biāo)準(zhǔn)TTL/CMOS 輸出電平兼容，方便接口，讓輸入同為低時，馬達(dá)停止，電路處于低功耗待機(jī)狀態(tài)。 圖 AT2501B 管腳圖 表 功能描述 序號 符號 功能 1 INA 電機(jī)正轉(zhuǎn)輸入 2