【文章內容簡介】 第三章 施工升降機安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計 本系統(tǒng)通過設置在各施工樓層的呼叫器，自動檢測每個施工層的呼叫信號,判斷呼叫信號的上、下行狀態(tài)，并根據(jù)吊籠的運行位置及載荷情況，自動選層并控制吊籠停靠層站及準確平層。當允許吊籠在指定樓層?？繒r，系統(tǒng)在吊籠接近到達指定樓層時自動發(fā)出減速停靠指令，使吊籠準確?？吭谥付菍由希奖闶┕と藛T及施工物料的上、下。 單片機選型概述本設計采用 C8051F 系列單片機作為該系統(tǒng)的主控制器，C8051F系列單片機是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)，能有效地管理模擬和數(shù)字外設，可以關閉單個或全部外設以節(jié)省功耗存儲器，還具有在系線重新編程的能力即可用作程序存儲器又可用作于非易失性數(shù)據(jù)存儲，因而采用此種單片機。 系統(tǒng)設計總圖系統(tǒng)主要由信號采集模塊的重量，加速度信號采集模塊，無線樓層呼叫接收器模塊，鍵盤模塊，數(shù)據(jù)存儲，和一個接口電路模塊，數(shù)碼管顯示模塊聲光報警模塊和其他組件。主控制芯片硅?；旌蠁纹瑱CC8051F單片機。通過收集升降機吊籠安裝在頂部的銷式重量傳感器的信號，經過濾波，放大，A / D采樣，并轉換成數(shù)字信號。加速度傳感器實時監(jiān)控負載吊籠，然后修正，以確定是否超載。兩部分由無線模塊和接收模塊的無線地板樓層呼叫。使用315MHz的無線接收后，在編解碼器模塊發(fā)送和接收信號的每個樓層的每個樓層高度校準的旋轉編碼器的脈沖數(shù)，在解除操作時，計數(shù)器輸出的脈沖的脈沖數(shù)字和相應的樓層數(shù)作比較，以確定當前的樓層號，以實現(xiàn)精確的平層。通過鍵盤模塊和顯示模塊的完整的交互式的數(shù)字輸入和輸出的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)存儲和接口電路模塊，用于存儲該升降機的操作參數(shù)，主要是負責，并且可以檢測各種參數(shù)U盤轉儲。 聲光報警模塊數(shù)碼顯示模塊重量信號采集模塊 C8051F單片機加速度信號采集模塊A/D轉換模塊無線樓層呼叫接收模塊開關電源模塊數(shù)據(jù)存儲及接口電路模塊鍵盤模塊 無線接收模塊由樓層呼叫和接收呼叫分機主機。無線地板呼叫分機安裝在每層樓的入口處，主機安裝在施工升降機吊籠。在這個系統(tǒng)中，每個樓層擴展設置一個唯一的樓層號，樓層呼梯時，通過碼片PT2262的樓層編號，由315MHz的無線傳輸模塊發(fā)送出去。接收主機通過315MHz無線接收模塊接收到地板上，編碼信號由解碼芯片PT2272解碼，送單片機處理。無線信號，以實現(xiàn)地板的調用和響應。 315MHz的無線收發(fā)模塊實現(xiàn)多對一的無線組網方式，避免施工過程中的高架軌道鋪設地板麻煩的方式比有線組的靈活性，易用性優(yōu)勢。315M無線發(fā)射模塊編碼芯片PT2262樓層撥碼盤外置編碼表樓層數(shù)據(jù)單片機3片PT2272解碼網絡315M無線發(fā)射模塊控制信號外置編碼表 呼叫接收模塊硬件設計所有呼層信號通過標準信號線送到呼叫信號控制器。呼叫信號控制器為一MCS51單片機組成的控制系統(tǒng)，控制器將所有呼層信號經過信號處理后通過無線通信的方式將呼層信號傳送到吊籠主控制系統(tǒng)。 信號采集模塊本部分分為兩個部分，分別為重量信號采集模塊和加速度信號采集模塊。 重量信號采集模塊工作原理：首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉換成電壓信號。輸出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進行準確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經A/D轉換電路轉換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機中。在實際應用中，為提高數(shù)據(jù)采集的精度并盡量減少外界電氣干擾，還需要在傳感器與A/D芯片之間加上信號調整電路【3】。下圖為重量信號原理圖：A/D轉換器信號放大電路 壓力傳感器 重量信號硬件設計 圖中首先經過信號放大后，系統(tǒng)發(fā)出實際信號和測量信號，然后進行對比，得到對比后的值后放入單片機里。最終得出重量信號原理圖模塊【2】。 加速度信號模塊施工升降機在垂直作業(yè)過程中，經常伴隨著動載荷現(xiàn)象的發(fā)生，導致升降機時常出現(xiàn)誤報警的現(xiàn)象。通常采用較多的措施是加長濾波時間常數(shù)，但是會導致系統(tǒng)反應時間較慢，不符合實時響應的特點。另外，還有采用起重機械系統(tǒng)運動數(shù)學模型進行自適應動載荷濾波的方法。由于自適應濾波校零環(huán)節(jié)需要參考模型及對模型參數(shù)的精確確定,需要進行大量的數(shù)學運算，因此不宜采用。所以，本文采用了加速度的方法避免動載荷問題。 單片機通過對比標準重力加速度值和前一次采集加速度值，來修正采集的重量傳感器值。因此能有效減少升降機在起升和制動時由于加速度變化而產生的誤報警情況，為建筑施工安全運行提供重要保障。 加速度傳感器是一種慣性傳感器，一般由敏感元件、交換元件、測量電路三部分組成，可用如下框圖表示： 加速度傳感器設計圖 電容式加速度傳感器可以將振動位移參量的變化轉變成為電容量的變化，其基本敏感機理比較簡單。如圖所示，上下極板為固定電容極板具有公共電極，中間質量塊為可動電容極板。當有外界振動時可動極板跟隨振動，從而改變電容。上下電容同時改變，但是變化方向相反，稱為差動式。其特點是動態(tài)范圍較大，最大位移和最小位移之比可大，如果采用差動測量方法數(shù)值增大一倍，靈敏度高、響應時間短、穩(wěn)定性好。因為結構簡單，影響穩(wěn)定性的因素少、無內部和外部的各種摩擦和接觸應力誤差，對溫度變化的固有敏感性低。 1下固定極板；2客體；3簧片；4質量塊；5上固定極板；6絕緣體 電源模塊是系統(tǒng)能否正常工作的關鍵，也是本系統(tǒng)設計的核心模塊之一。考慮到電源電壓是否符合要求，電源容量是否滿足要求，負載特性和能力，有效地消除各種干擾等問題，本文采用開關電源。通過對系統(tǒng)的各個部分的電源電壓的電源要求的分析，需要三種，即，12V，5V。 單端反激式開關電源的基本原理：交流輸入電壓通過電網濾波器，整流和濾波得到直流電壓U1，通過電源開關VT或MOSFET斬波，高頻變壓器T降壓，輸出頻率所需的矩形波電壓，最后通過VD，C2輸出整流濾波電路組成，獲得所需的質量，高品質的輸出直流電壓UO。將切換使用的電流檢測電阻的電流轉換成電壓的反饋信號，與電壓控制回路的檢測電壓進行比較，以生成PWM波，然后控制輸出電壓。 從電網接入220V交流電源，經整流，濾波，穩(wěn)壓后得到兩個DC輸出。輸出12V250mA的，然后通過隔離，穩(wěn)壓5V，一路12V，300mA的直接供應繼電器吸合聲光報警，和其他動態(tài)負載。由于工作環(huán)境的復雜施工電梯功率，有許多間歇性的啟動和停止電機，負載變化，電源擾動。因此，開關電源的輸出，接入TVS管，以防止瞬態(tài)電流，用于過濾的π型濾波器電路中的高頻成分，和一個二極管串聯(lián)連接，以防止反向輸入引線，導致破壞電力發(fā)生。隔離的+5 V穩(wěn)壓輸出電壓調節(jié)器芯片。，主要用于加速度傳感器芯片和MCU電源。 A/D轉換模塊 A/D轉換器是把放大后的模擬電壓信號經A/D轉換電路轉換成數(shù)字量被送入到主控電路單片機中。 ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，內部結構如下所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型A/D轉換器、逐次逼近