【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(dòng)檢測每個(gè)施工層的呼叫信號(hào),判斷呼叫信號(hào)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(dòng)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?？繒r(shí)，系統(tǒng)在吊籠接近到達(dá)指定樓層時(shí)自動(dòng)發(fā)出減速停靠指令，使吊籠準(zhǔn)確停靠在指定樓層上，方便施工人員及施工物料的上、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(chǔ)器，還具有在系線重新編程的能力即可用作程序存儲(chǔ)器又可用作于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，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(hào)采集模塊的重量，加速度信號(hào)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(chǔ)，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(hào)，經(jīng)過濾波，放大，A / D采樣，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。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(hào)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(hào)，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(chǔ)和接口電路模塊，用于存儲(chǔ)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(chǔ)。 聲光報(bào)警模塊數(shù)碼顯示模塊重量信號(hào)采集模塊 C8051F單片機(jī)加速度信號(hào)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(chǔ)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(hào)，樓層呼梯時(shí)，通過碼片PT2262的樓層編號(hào)，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(hào)由解碼芯片PT2272解碼，送單片機(jī)處理。無線信號(hào)，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(duì)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(hào)外置編碼表 呼叫接收模塊硬件設(shè)計(jì)所有呼層信號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)線送到呼叫信號(hào)控制器。呼叫信號(hào)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(hào)經(jīng)過信號(hào)處理后通過無線通信的方式將呼層信號(hào)傳送到吊籠主控制系統(tǒng)。 信號(hào)采集模塊本部分分為兩個(gè)部分，分別為重量信號(hào)采集模塊和加速度信號(hào)采集模塊。 重量信號(hào)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(hào)。輸出電壓信號(hào)通常很小，需要通過前端信號(hào)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(hào)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(hào)調(diào)整電路【3】。下圖為重量信號(hào)原理圖：A/D轉(zhuǎn)換器信號(hào)放大電路 壓力傳感器 重量信號(hào)硬件設(shè)計(jì) 圖中首先經(jīng)過信號(hào)放大后，系統(tǒng)發(fā)出實(shí)際信號(hào)和測量信號(hào)，然后進(jìn)行對(duì)比，得到對(duì)比后的值后放入單片機(jī)里。最終得出重量信號(hào)原理圖模塊【2】。 加速度信號(hào)模塊施工升降機(jī)在垂直作業(yè)過程中，經(jīng)常伴隨著動(dòng)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(huì)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(dòng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行自適應(yīng)動(dòng)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(duì)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(dòng)載荷問題。 單片機(jī)通過對(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)電容極板。當(dāng)有外界振動(dòng)時(shí)可動(dòng)極板跟隨振動(dòng)，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(dòng)式。其特點(diǎn)是動(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(hào)，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(dòng)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(dòng)和停止電機(jī)，負(fù)載變化，電源擾動(dòng)。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(hào)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