【正文】 //AD 中斷子程序 void WriteDAC(unsigned char add,unsigned char rng,unsigned char vol)。分別存放角度、起重量、小車(chē)幅度、起重力矩的數(shù)字量 long int RESULTB[4]={0}。感謝老師給予的幫助與指導(dǎo) ,衷心祝愿老師身體健康 ,萬(wàn)事如意！ 感謝我的同學(xué)們，感謝你們的陪伴、關(guān)心以及幫助。在軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用指令冗余技術(shù)、數(shù)字濾波等軟件抗干擾技術(shù) ,保證了系統(tǒng)在干擾的條件下能可靠地運(yùn)行。按鍵程序流程圖如圖 44 所示。由于不能完全使用 16 個(gè)通道，可采程序啟動(dòng) 緊急停車(chē) 系統(tǒng)初始化 調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用 D/A 轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用 LCD 顯示子程序 數(shù)據(jù)處理 超限、超載判斷 結(jié)束 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 報(bào)警 Y N Y N 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 用 2 個(gè)通道分別采集同一種信號(hào)，然后取其平均值，這樣可以提高 ADC 的轉(zhuǎn)換精度。 (5) 報(bào) 警模塊：對(duì)塔機(jī)各種異常情況，進(jìn)行報(bào)警。 系統(tǒng)軟件總體架構(gòu) 本文的信號(hào)采集、處理、分析和報(bào)警等模塊都是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 LCD顯示模塊與單片機(jī)的接口電路，雖然實(shí)現(xiàn)的功能比較復(fù)雜，但接口電路比較簡(jiǎn)單，實(shí)際上設(shè)計(jì)的是單片機(jī)與液晶顯示控制器 SED1330的連接電路。按鍵設(shè)置在行列式交叉點(diǎn)上 ,行列線(xiàn)分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端 ,行線(xiàn)通過(guò)上拉電阻接 +5V電 源被鉗制在高電平狀態(tài)。 一般來(lái)說(shuō)單片機(jī) I/O 輸出的開(kāi)關(guān)量不足以驅(qū)動(dòng)一些功率開(kāi)關(guān)（比如繼電器、電機(jī)等），所以在后向通道的一些大功率開(kāi)關(guān)量控制接口中，常采用功率開(kāi)關(guān)電路。圖中 1 腳接電源， 3腳接地， 2 腳為輸出。它具有高增益、低失調(diào)電壓和電流、低電壓漂移、高輸入阻抗、高共模抑制比、低溫度漂移等特點(diǎn)。塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖 33。 圖 31ADC0809 引腳圖 外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 由于 AT89C52 微處理器的 ,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只有 256 個(gè)字節(jié)，而本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)設(shè)定、顯示控制以及對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算等功能 , 所以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的 ,因而要對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線(xiàn)外，更重要的用途是它的第二功能 ， P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。對(duì)端口 P2 寫(xiě) “1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口 P0 寫(xiě) “1” 時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。力臂 L 由光電編碼器測(cè)得 : (210) 其中 :d— 光電編碼器安裝滑輪直徑 。但是其靈敏度較低，不能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反映塔機(jī)起重力矩的變化。其分辨率 可選范圍為 100~2500，工作電壓有 DC ~ 5V (TTL) 、 DC 7~24V (MTL) , DC ~(NPN)，電氣接口有 TTL、 HTL、 NPN 開(kāi)路集電極。 Z 相為每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。為了防止起重臂變幅失控，小車(chē)工作幅度需要保持在一個(gè)安全的范圍。在其中心孔內(nèi)凹槽中心的位置上貼有雙剪型電阻應(yīng)變計(jì)，兩個(gè)凹槽處的雙剪型電阻可以共同組成惠斯通電橋進(jìn)行測(cè)量也可以分別組成惠斯通電橋再并聯(lián)進(jìn)行測(cè)量。 5‰ FS θ = 177。 表 21QXJ2BZA 型磁敏傾斜角傳感器技術(shù)參數(shù) 產(chǎn)品型號(hào) QXJBZA 參數(shù)名稱(chēng) 測(cè)試 條件 參數(shù)值 單位 最小 典型 最大 電源電壓 VCC 8 12 24 V 消耗電流 IS 50 MA 存儲(chǔ)溫度 TS 55 125 ℃ 使用溫度 TA 40 85 ℃ 中點(diǎn)輸出 X 、 Y軸 VO MA 滿(mǎn)度輸出 X 、 Y軸 FS RL250Ω MA 負(fù)載阻抗 RL 0 250 Ω 中點(diǎn)溫漂 177。 QXJ2BZA 型磁敏傾斜角傳感器是一種高精度的二維傾角傳感器。 監(jiān)控結(jié)構(gòu)系統(tǒng)化設(shè)計(jì) 塔機(jī)平衡監(jiān)控系統(tǒng)集結(jié)了單片機(jī)、傳感器、傳 輸反饋模塊，各塊協(xié)同配合，共同完成。而且運(yùn)用于塔機(jī)監(jiān)控也不太可能將龐大的工控機(jī)放在塔機(jī)操控室。目前的單片器在芯片上集成了更多的功能 ,例如如先進(jìn)的A/D 接口、數(shù)字信息處理功能以及靈巧的電源功能等。 第 2 章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 6 第 2 章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 監(jiān)控方案設(shè)計(jì) 監(jiān)控系統(tǒng)信息處理單元分析 隨著現(xiàn)代化建設(shè)速度加快，各種高層、超高層建筑不斷涌現(xiàn)，塔機(jī)的工作環(huán)境變得復(fù)雜多樣。在監(jiān)控系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)合理的各模塊硬件電路。將塔機(jī)的工作的實(shí)際運(yùn)行模型模擬顯示，操作人員不用直接觀察塔機(jī)便能夠了解當(dāng)前塔機(jī)的工作狀態(tài)。 (1) 硬件的可靠化 使用高性能的電子元器件，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力。 目前國(guó)內(nèi)塔機(jī)仍以中小型起重機(jī)為主， 剛完成機(jī)械液壓一體化，智能化塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還處于比較落后的階段。比較著名的塔機(jī)生產(chǎn)廠家有德國(guó)的LIEBHERR 公司、法國(guó)的 POTAIN 公司、意大利的 SIMMA 等幾十家制造商 ,其產(chǎn)品在國(guó)際塔機(jī)市場(chǎng)占據(jù)著大部分份額 ,同時(shí)也代表著塔機(jī)生產(chǎn)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)。通過(guò)設(shè)定凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度范圍來(lái)限定小車(chē)的極限行程?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)有回轉(zhuǎn)限位器，理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 通過(guò)調(diào)整限位器凸輪角度，限制塔身的回轉(zhuǎn)角度。在塔機(jī)的主要工作參數(shù)相同的情況下，起升、變幅及回轉(zhuǎn)三大機(jī)構(gòu)的工作性能決定了塔機(jī)的性能好壞。 表 11 塔機(jī)結(jié)構(gòu)損壞統(tǒng)計(jì)表 塔機(jī)事故類(lèi)別 所占百分比 (%) 整體傾覆 52 起重臂折斷或碰毀 18 塔身斷折或底架碰毀 27 塔機(jī)出軌 2 第 1 章 緒論 2 機(jī)構(gòu)損壞 1 由于塔機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)和使用方式，塔機(jī)事故具有多樣性和復(fù)雜性。因而研發(fā)一種能對(duì)塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并提供 安全有效的保障措施的塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)有著十分重要的意義。單片機(jī) 。與此同時(shí)，塔式起重機(jī)事故也在頻繁發(fā)生，塔機(jī)事故已成為威脅建筑施工安全的重要隱患之一。本課題的監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用角度傳感器、 鞘式 重量 傳感器、絕對(duì)式光電編碼器 等，通過(guò)創(chuàng)新的安裝方式，提高了塔機(jī)動(dòng)態(tài)平衡監(jiān)控的技術(shù)性能。到如今，塔機(jī)越來(lái)越多的運(yùn)用于工業(yè)和民用建筑領(lǐng)域來(lái)垂直搬運(yùn)和移動(dòng)貨物，可以說(shuō)是大型建筑必不可少的工具之一。為 了能夠保障塔機(jī)安全工作，降低建筑施工事故發(fā)生 ,國(guó)家制定了比較完善的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 ,頒布了《塔式起重機(jī)安全操作規(guī)程》等一系列的文件。 塔式起重機(jī)簡(jiǎn)介 塔式起重機(jī)特點(diǎn) 塔式起重機(jī)屬于起重機(jī)門(mén)類(lèi)中的一大專(zhuān)門(mén)類(lèi)型，它是工程建筑中應(yīng)用的重要起重設(shè)備 。 (2) 塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)作用是實(shí)現(xiàn)物料在任意方向內(nèi)的移動(dòng)。其中一端收縮鋼絲繩，另一端放出鋼絲繩，帶動(dòng)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)。 國(guó)際研究概況 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)的不斷融合，塔機(jī)各方面性能在不斷改進(jìn)，其監(jiān)控系統(tǒng)功能也逐漸完善。利用這些高新技術(shù)不僅保證了塔機(jī)的工作安全，取得第 1 章 緒論 4 最佳的工作效率，也使它們的產(chǎn)品在國(guó)際上保持著領(lǐng)先的地位。但是，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在穩(wěn)定性和可靠性上與國(guó)外相比仍有較大差距，不能適應(yīng)在較為復(fù)雜的環(huán)境下運(yùn)行的要求，整體性能完善方面以及長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略上還有待提高。在系統(tǒng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 的參數(shù)出現(xiàn)故障的時(shí)候系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別，例如某個(gè)傳感器沒(méi)輸出信號(hào)，系統(tǒng)能夠檢測(cè)到傳感器出現(xiàn)故障，并顯示在屏幕上，方便工作人員能很快找到故障原因并進(jìn)行處理。塔機(jī)監(jiān)控參數(shù)的多樣性決定了監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)集信息采集、處理、存儲(chǔ)和管理為一體的系統(tǒng)。 論文解決的問(wèn)題 (1) 實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示塔機(jī)的狀態(tài)參數(shù) ,以實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 在目前，國(guó)內(nèi)塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的信息處理單元有主要 由以下幾個(gè)解決方案： (1)以單片機(jī)為中央處理核心。其可靠性比較高，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，實(shí)時(shí)性也比較好。這也使得不同生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的 PLC 硬件體理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 系互不兼容，編程語(yǔ)言及指令系統(tǒng)也各不相同，其通用性差，可擴(kuò)展性差，不利于塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的拓展。 塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì) 傾角傳感器的設(shè)計(jì) 塔機(jī)在工作中會(huì)受到吊重的影響以及在有風(fēng)的情況下會(huì)發(fā)生輕微的傾斜 ,如果不了解塔機(jī)的傾 斜角 ,就可能在傾斜角過(guò)大的情況下發(fā)生塔機(jī)倒塌的嚴(yán)重事故。 第 2 章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 8 磁敏傾斜角傳感器水平安裝在塔機(jī)塔帽頂端。 5176。 傳統(tǒng)的起重量傳感器其本質(zhì)就是一個(gè)限位開(kāi)關(guān)，只能定性判斷是否超重，而不能反饋起重量到底是多少。2Ω 絕緣電阻 ≥5000MΩ 最大供橋電壓 15V 安全過(guò)載 150%. 溫度范圍 30℃ ~+70℃ 防護(hù)等級(jí) IP6 IP77 輸出信號(hào) 0~20mV電壓模擬信號(hào) 彈性元件的應(yīng)變區(qū)為凹槽中心的空心截面，其中點(diǎn)處剪應(yīng) 力最大。增量式光電編碼器主要由光源、碼盤(pán)、監(jiān)測(cè)光柵、光敏元件和轉(zhuǎn)換電路組成。相對(duì)于絕對(duì)式光電編碼器來(lái)說(shuō)價(jià)格便宜，性?xún)r(jià)比高。8%，其顯示誤差不超過(guò)177。 K— 安全系數(shù)； P— 塔機(jī)額定起重量（包括 起重重量和吊具重量） 。 /L d a n?? ? ?理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3 章系 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件方案確定和主要芯片選型 單片機(jī)的選擇 考慮到與自己熟悉的 CPU 相近的芯片，在國(guó)內(nèi)有成熟的開(kāi)發(fā)條件和穩(wěn)定的供貨來(lái)源，同時(shí)考慮微型機(jī)的字長(zhǎng)、運(yùn)算速度、中斷系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、片內(nèi) RAM、片內(nèi) ROM 的數(shù)量及定時(shí)器的數(shù)量等方面，本文選用 AT89C52 為 中央數(shù)據(jù)處理器 [4]。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或 輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH）， EA______端必須保持低電平（接地）。由單一的 +5V 電源供電，里面帶有所存功能的 8路選 1的模擬開(kāi)關(guān)，由 A、 B、 C,引腳的編碼來(lái)決定所選的通道。處理后的數(shù)據(jù)通過(guò) LCD 進(jìn)行顯示，同時(shí)與與所設(shè)定的預(yù)警值和報(bào)警值進(jìn)行比較。 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力 ,減少尖峰脈沖電流對(duì)元器件的影響 ,在固定式三端穩(wěn)模塊的輸入端接入了大數(shù)值的電解電容 ,以濾除高次諧 波 ,電壓電路圖如圖 34 所示。 在選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換器必須要達(dá)到一定的精度要求，為了保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性， A/D 轉(zhuǎn)換器還必須具有較高的轉(zhuǎn)換速度。由光電耦合器輸出的信號(hào)經(jīng)非門(mén) 74HC04 進(jìn)一步整形后送入單片機(jī)。 圖 38 繼電器輸出電路 第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 聲光報(bào)警由三極管 2SC1815 來(lái)驅(qū)動(dòng)，輸入端接單片機(jī) I/0 口， C4 和 C5 起濾波作用， D7 起保護(hù)作用，聲光報(bào)警電路如圖 39。自帶背光，背光均勻亮度高，不受光線(xiàn)強(qiáng)弱等條件的限制。單片機(jī)與 8255 外圍接口擴(kuò)展電路圖如圖 312。 (2) A/D 轉(zhuǎn)換模塊的主要功能包括 :將傳感器所采集到的模擬信號(hào)（如角度、起重量等）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行通道的選擇，以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取等。 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)，首先設(shè)置采樣窗的寬度，寬度范圍為 0~15。 LCD 顯示流程圖如圖 43： 開(kāi)始 關(guān)中斷 初始化 PIE 寄存器 初始化 ADC 采樣模式設(shè)置 延時(shí)等待 SPI 發(fā)送緩沖是否為空 啟動(dòng)排序器開(kāi)始轉(zhuǎn)換 存入結(jié)果寄存器 讀取數(shù)據(jù)液晶實(shí)時(shí)顯示 開(kāi)中斷 返回 N Y 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 圖 43LCD 顯示流程圖 按鍵中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) 本文采用 4x4 的矩陣小鍵盤(pán)共有 16 個(gè)鍵 , 運(yùn)用行描的方法實(shí)現(xiàn)按鍵的識(shí)別，再運(yùn)用查表法對(duì)按鍵值進(jìn)行查詢(xún)。 本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示塔機(jī)起吊重量、塔機(jī)傾角、小車(chē)變幅、起重力矩等信息，給塔機(jī)操作人員以直觀提示。 參考文獻(xiàn) 30 參考文獻(xiàn) [1]張 清國(guó) . 建筑工程機(jī)械 [M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社， 2021 [2]丁元杰 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M].機(jī)械工業(yè)出版社， [3]賈伯年，俞樸 .傳感器技術(shù) [M].東南大學(xué)出版社， [4]韓志軍，沈晉源 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [5]張文華 .基于 DSP 的塔式起重