【文章內(nèi)容簡介】 第三章 施工升降機(jī)安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)通過設(shè)置在各施工樓層的呼叫器，自動檢測每個(gè)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(yùn)行位置及載荷情況，自動選層并控制吊籠?？繉诱炯皽?zhǔn)確平層。當(dāng)允許吊籠在指定樓層停靠時(shí)，系統(tǒng)在吊籠接近到達(dá)指定樓層時(shí)自動發(fā)出減速停靠指令，使吊籠準(zhǔn)確?？吭谥付菍由希奖闶┕と藛T及施工物料的上、下。 單片機(jī)選型概述本設(shè)計(jì)采用 C8051F 系列單片機(jī)作為該系統(tǒng)的主控制器，C8051F系列單片機(jī)是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)，能有效地管理模擬和數(shù)字外設(shè)，可以關(guān)閉單個(gè)或全部外設(shè)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(jī)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)接口電路模塊，數(shù)碼管顯示模塊聲光報(bào)警模塊和其他組件。主控制芯片硅?；旌蠁纹瑱C(jī)C8051F單片機(jī)。通過收集升降機(jī)吊籠安裝在頂部的銷式重量傳感器的信號，經(jīng)過濾波，放大，A / D采樣，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。加速度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控負(fù)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(gè)樓層的每個(gè)樓層高度校準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖數(shù)，在解除操作時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出的脈沖的脈沖數(shù)字和相應(yīng)的樓層數(shù)作比較，以確定當(dāng)前的樓層號，以實(shí)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(jī)的操作參數(shù)，主要是負(fù)責(zé)，并且可以檢測各種參數(shù)U盤轉(zhuǎn)儲。 聲光報(bào)警模塊數(shù)碼顯示模塊重量信號采集模塊 C8051F單片機(jī)加速度信號采集模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊無線樓層呼叫接收模塊開關(guān)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(jī)主機(jī)。無線地板呼叫分機(jī)安裝在每層樓的入口處，主機(jī)安裝在施工升降機(jī)吊籠。在這個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)樓層擴(kuò)展設(shè)置一個(gè)唯一的樓層號，樓層呼梯時(shí)，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(jī)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(jī)處理。無線信號，以實(shí)現(xiàn)地板的調(diào)用和響應(yīng)。 315MHz的無線收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)多對一的無線組網(wǎng)方式，避免施工過程中的高架軌道鋪設(shè)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(jī)3片PT2272解碼網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)所有呼層信號通過標(biāo)準(zhǔn)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(jī)組成的控制系統(tǒng)，控制器將所有呼層信號經(jīng)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(gè)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(zhuǎn)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(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中。在實(shí)際應(yīng)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(diào)整電路【3】。下圖為重量信號原理圖：A/D轉(zhuǎn)換器信號放大電路 壓力傳感器 重量信號硬件設(shè)計(jì) 圖中首先經(jīng)過信號放大后，系統(tǒng)發(fā)出實(shí)際信號和測量信號，然后進(jìn)行對比，得到對比后的值后放入單片機(jī)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(jī)在垂直作業(yè)過程中，經(jīng)常伴隨著動載荷現(xiàn)象的發(fā)生，導(dǎo)致升降機(jī)時(shí)常出現(xiàn)誤報(bào)警的現(xiàn)象。通常采用較多的措施是加長濾波時(shí)間常數(shù)，但是會導(dǎo)致系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間較慢，不符合實(shí)時(shí)響應(yīng)的特點(diǎn)。另外，還有采用起重機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動數(shù)學(xué)模型進(jìn)行自適應(yīng)動載荷濾波的方法。由于自適應(yīng)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(jìn)行大量的數(shù)學(xué)運(yùn)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(jī)通過對比標(biāo)準(zhǔn)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(jī)在起升和制動時(shí)由于加速度變化而產(chǎn)生的誤報(bào)警情況，為建筑施工安全運(yùn)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(shè)計(jì)圖 電容式加速度傳感器可以將振動位移參量的變化轉(zhuǎn)變成為電容量的變化，其基本敏感機(jī)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(zhì)量塊為可動電容極板。當(dāng)有外界振動時(shí)可動極板跟隨振動，從而改變電容。上下電容同時(shí)改變，但是變化方向相反，稱為差動式。其特點(diǎn)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(yīng)時(shí)間短、穩(wěn)定性好。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，影響穩(wěn)定性的因素少、無內(nèi)部和外部的各種摩擦和接觸應(yīng)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(zhì)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(guān)鍵，也是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心模塊之一?？紤]到電源電壓是否符合要求，電源容量是否滿足要求，負(fù)載特性和能力，有效地消除各種干擾等問題，本文采用開關(guān)電源。通過對系統(tǒng)的各個(gè)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(guān)電源的基本原理：交流輸入電壓通過電網(wǎng)濾波器，整流和濾波得到直流電壓U1，通過電源開關(guān)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(zhì)量，高品質(zhì)的輸出直流電壓UO。將切換使用的電流檢測電阻的電流轉(zhuǎn)換成電壓的反饋信號，與電壓控制回路的檢測電壓進(jìn)行比較，以生成PWM波，然后控制輸出電壓。 從電網(wǎng)接入220V交流電源，經(jīng)整流，濾波，穩(wěn)壓后得到兩個(gè)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(yīng)繼電器吸合聲光報(bào)警，和其他動態(tài)負(fù)載。由于工作環(huán)境的復(fù)雜施工電梯功率，有許多間歇性的啟動和停止電機(jī)，負(fù)載變化，電源擾動。因此，開關(guān)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(gè)二極管串聯(lián)連接，以防止反向輸入引線，導(dǎo)致破壞電力發(fā)生。隔離的+5 V穩(wěn)壓輸出電壓調(diào)節(jié)器芯片。，主要用于加速度傳感器芯片和MCU電源。 A/D轉(zhuǎn)換模塊 A/D轉(zhuǎn)換器是把放大后的模擬電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路單片機(jī)中。 ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和