【正文】 液晶數(shù)據(jù)線寫地址。 //將 LOAD 置高 define CLrLOAD =0。 感謝我的父母和朋友們，感謝你們的支持與幫助，讓我有更大的勇氣去面對困難和挫折。從他們的身上我學(xué)到了很多 , 不僅僅是知識 ,更 多的是做人做事的態(tài)度方法。 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 參考文獻(xiàn) [1]張清國 . 建筑工程機械 [M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社， 2020 [2]丁元杰 .單片機原理及應(yīng)用 [M].機械工業(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 .單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [5]張文華 .基于 DSP 的塔式起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)研究 [D].哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學(xué) ,2020 [6]雷鵬 .基于無線網(wǎng)絡(luò)的塔式起重機運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計 [D].西安 :西安建筑科技大學(xué)， 2020 [7]張鳳山，董紅光 .塔式起重機構(gòu)造與維修 [M].北京 :人民郵電出版社， 2020 [8]張均漠 .單片機原理與運用 [M]北京 :北京航空大學(xué)出版社， 2020 [9]李浩 .塔機自動安全監(jiān)控系統(tǒng) [D].大連 :大連海事大學(xué)， 2020 [10]劉九卿 .軸銷式稱重傳感器及其運用 [J].科技應(yīng)用， 2020 [11]陳先鋒 .實用光電編碼器技術(shù) [M].北京 :人民郵電出版社， 2020 [12]張建中 .中國塔機的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及發(fā)展方向 .建設(shè)機械技術(shù)與管理 .2020 [13]馬松齡 . 塔式起重機運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)研究 [D].西安：西安建筑科技大學(xué) ,2020參考文獻(xiàn) 32 致謝 在本文即將完成之際 ,首先讓我在此表達(dá)對我的導(dǎo)師陶躍珍以及李志榮老師的深切感激之情 ,致以我最崇高的敬意。在操作方面可以向觸摸屏控制方向發(fā)展。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和用戶對塔機安全性能要求不斷提高 ,還可以在以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)和提高。在硬件設(shè)計中 ,選擇穩(wěn)定性好、測量精度高的各類傳感器 ,保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；采用電源技術(shù)、光電隔離技術(shù)、濾波技術(shù)等來提高系統(tǒng)的可靠性。 本文設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)可以實時顯示塔機起吊重量、塔機傾角、小車變幅、起重力矩等信息，給塔機操作人員以直觀提示。其流程圖如圖 45。 開始 系統(tǒng)初始化 LCD 初始化 配置 LCD命令口 延時等待 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換是否完成 清屏、顯示開 寫命令 寫數(shù)據(jù) 顯示起重量 顯示小車變幅 顯示起重力矩 顯示傾角 Y N 返回 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計 28 圖 44 按鍵程序流程圖 數(shù)據(jù)存儲模塊 塔機監(jiān)控系統(tǒng)中所有固定參數(shù)均采用 16 位保存，來保證存儲數(shù)據(jù)的精度和程序處理統(tǒng)一。為了保證系統(tǒng)正常運行，在軟件中必須設(shè)計去除抖動環(huán)節(jié)。 LCD 顯示流程圖如圖 43： 開始 關(guān)中斷 初始化 PIE 寄存器 初始化 ADC 采樣模式設(shè)置 延時等待 SPI 發(fā)送緩沖是否為空 啟動排序器開始轉(zhuǎn)換 存入結(jié)果寄存器 讀取數(shù)據(jù)液晶實時顯示 開中斷 返回 N Y 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 43LCD 顯示流程圖 按鍵中斷服務(wù)程 序設(shè)計 本文采用 4x4 的矩陣小鍵盤共有 16 個鍵 , 運用行描的方法實現(xiàn)按鍵的識別，再運用查表法對按鍵值進(jìn)行查詢。模塊工作時采用不斷刷新的模式，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示。每次啟動排序器，同時采樣 ADCINA0 和 ADCINB0 到 ADCINA7 和 ADCINB7等信號，由于一個周期內(nèi)各采樣兩次，則一次排序中共轉(zhuǎn)換 8 對模擬引腳的電壓。本次設(shè)計由于要同時提取塔機傾角、起重量、起重力矩等信息，采取同時采樣模式。 ADC 轉(zhuǎn)換時，首先設(shè)置 采樣窗的寬度，寬度范圍為 0~15。本文根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求和硬件布局設(shè)計了如圖 42 的軟件工作模塊 : ADC 的全部操作都是通過 ADC 寄存器進(jìn)行。 (6) D/A 轉(zhuǎn)換和輸出控制模塊：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬型號，然后將此控制信號送給輸出繼電器、電機等驅(qū)動機構(gòu)，當(dāng)發(fā)生危險時切斷塔機向危險方向運動的控制回路。 (4) 外擴存儲器模塊 :由于單片機系統(tǒng)存儲空間有限，利用外擴 RAM 存儲器來滿足塔機數(shù)據(jù)記錄和事故查詢的功能。 (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（如角度、起重量等）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進(jìn)行通道的選擇，以 及數(shù)據(jù)的存儲和讀取等。 系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩個部分，系統(tǒng)軟件采取順序掃描，不斷循環(huán)的工作方式。軟件系統(tǒng)主要包括：數(shù)據(jù)傳輸模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集模塊以及外擴存儲器、報警、輸出控制模塊的數(shù)據(jù)處理模塊。本文運用通用 C 語言軟件，對系統(tǒng)軟件進(jìn)行了模塊化設(shè)計，簡化了設(shè)計過程，增強了程序的可讀性和兼容性。單片機與 8255 外圍接口擴展電路圖如圖 312。目前普遍采用 8255 來進(jìn)行接口擴展。液晶顯示模塊接口電路如圖 311所示。 SED1330的硬件結(jié)構(gòu)可分為 MUP接口部分、管理控制部分以 及顯示驅(qū)動部分三個部分。自帶背光，背光均勻亮度高，不受光線強弱等條件的限制。采用中斷掃描方式接入一個四輸入與門來確保能及時響應(yīng)按鍵操作，又不過多占用 CPU工作時間。 圖 310 鍵盤掃描電路 識別有無按鍵按下時，將所有列線置低電平 ,將行線電平狀態(tài)讀入 ,如果有鍵按下 ,則有一根行線電平被拉至低電平 ,從而使行輸入不全為 1。行列式鍵盤掃描電路如圖 310所示。 圖 38 繼電器輸出電路 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 聲光報警由三極管 2SC1815 來驅(qū)動，輸入端接單片機 I/0 口， C4 和 C5 起濾波作用， D7 起保護(hù)作用，聲光報警電路如圖 39。本文選用達(dá)林頓輸出型光電耦合器 TIL113，其集電極輸出電流在 100mA 以上，輸入端可直接由 TTL 電平驅(qū)動，驅(qū)動電流只需l0mA。在本文中利用繼電器來將低電壓、小電流信 號轉(zhuǎn)換成高電壓、大電流信號，此處選用的繼電器輸入端額定電壓為 DC12V，線圈驅(qū)動電流為 80mA。其主要功能有驅(qū)動大功率開關(guān)，來控制斷電停機裝置以及聲光報警輸出。由光電耦合器輸出的信號經(jīng)非門 74HC04 進(jìn)一步整形后送入單片機。本文利用光電偶合器 4N25 組成邏輯變換電路，將 12V的脈沖電壓信號轉(zhuǎn)換成 TTL5V電平的脈沖信號。當(dāng)接近開關(guān)的感應(yīng)端接近某金屬時，三極管 TR 導(dǎo)通， 2 腳第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 20 與 3 腳導(dǎo)通，電阻 R13短路， LM339 的同相輸入端接地 ,比較器輸出低電平；當(dāng)近開關(guān)斷開時 ,比較器輸出高電平，這樣即可采集到所需的脈沖信號。 圖 36A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 開關(guān)量輸入通道電路設(shè)計 小車變幅采 用電感式接近開關(guān)檢測，電路如圖 37 所示。 在選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器時， 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)測系統(tǒng)的實時性， A/D 轉(zhuǎn)換器還必須具有較高的轉(zhuǎn)換速度。 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 35 起重重量模擬信號處理電路圖 A/D 轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)中傳感器所采集到的起重重量、塔機傾角的信號是連續(xù)變化的 模擬量 ,其中還含有許多干擾信號，會影響傳感器輸入處理器的數(shù)據(jù)保真性，所以必須清除干擾。圖中 R6 和 R12 為調(diào)零電阻 ,輸入信號經(jīng) U11 后變?yōu)榉聪螂妷狠斎脒\算放大器 U12,調(diào)節(jié) R8 的大小可以改變 U12的放大倍數(shù) ,信號經(jīng)反相放大后變?yōu)?0~5V電壓信號。為了匹配傳感器的輸出阻抗與放大器的輸入阻抗，減小誤差，放 大電路采用了超低漂移高精度運算放大器 OPA827。 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力 ,減少尖峰脈沖電流對元器件的影響 ,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。 12V DC 為傾角傳感器以及軸銷式起重量傳感器提供電源電壓 。 電源模塊設(shè)計 本系統(tǒng)所需電壓有 5V DC以及 12V DC。同時單片機會將塔機出現(xiàn)異常狀態(tài)的時間、相關(guān)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的信息存放到外擴 RAM 中。處理后的數(shù)據(jù)通過 LCD 進(jìn)行顯示，同時與與所設(shè)定的預(yù)警值和報警值進(jìn)行比較。其芯片引腳排列如圖 32。本文選用了外部數(shù)據(jù)存儲器 62256。 ADC0809引腳圖如圖 31。由單一的 +5V 電源供電，里面帶有所存功能的 8路選 1的模擬開關(guān)，由 A、 B、 C,引腳的編碼來決定所選的通道。 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展， A/D 轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計思想和制造技術(shù)多種多樣，為了滿足各種不同的檢測技術(shù)和控制任務(wù)的需要，大量的結(jié)構(gòu)不同，性能不同的 A/D轉(zhuǎn)換器層出不窮。 XTAL1： 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。如 EA______端為高電平（ 接 VCC 端），第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 16 CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）， EA______端必須保持低電平（接地）。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN__________信號。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 ALE/PROG___________： 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 RST： 復(fù)位輸入。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和一些控制信號。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 表 31 和 的第 二 功能 引腳號 功能特性 T2， 時鐘輸出 T2EX（定時 /計數(shù)器 2） 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 P2 口 : P2 口 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流 ） 4 個 TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (IIL)。 P1 口： P1 口 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 其各引腳功能如下： P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 /L d a n?? ? ?第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 14 第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件方案確定和主要芯片選型 單片機的選擇 考慮到與自己熟悉的 CPU 相近的芯片，在國內(nèi)有成熟的開發(fā)條件和穩(wěn)定的供貨來源，同時考慮微型機的字長、運算速度、中斷系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、片內(nèi) RAM、片內(nèi) ROM 的數(shù)量及定時器的數(shù)量等方面，本文選用 AT89C52 為 中央數(shù)據(jù)處理器 [4]。 傳感器所測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機處理后與塔機額定起重力矩進(jìn)行比較，在通過力矩限制器對塔機的運行狀態(tài) 進(jìn)行監(jiān)控和控制。 a— 實測光電編碼器的輸出脈沖數(shù) 。 塔機額定起重量 P 由軸銷式傳感器測得。 K— 安全系數(shù)； P— 塔機額定起重量（包括 起重重量和吊具重量） 。其中作用力包括塔機起重重量、吊具、鋼絲繩等的重量。本文設(shè)計了一種利用檢測起重重量和小車變幅幅度來檢測塔機力矩變化的電子式力矩限制器 [5]。現(xiàn)目前，最多運用的是弓形板力矩限制器，尤其是在老式塔機上面應(yīng)用廣泛。8%，其顯示誤差不超過177。我國在 GB 1260290《起重機械超載保護(hù)裝置安全技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：電氣型力矩限制器綜合誤差不得超過 177。使用單片機作為數(shù)據(jù)處理核心時，通過光電耦合器與單片機連接。 本文選用 DBS50 型輕載增量式光電編碼器，在同類產(chǎn)品中其性價比最高。相對于絕對式光電編碼器來說價格便宜，性價比高。 小車工作幅度可通過測量相關(guān)工作機構(gòu)導(dǎo)向滑輪所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)及導(dǎo)向滑輪的半徑間接測出。絕對式光電編碼器直接輸出二進(jìn)制數(shù)字信息。光敏元件所產(chǎn)生的信號 A、 B 彼此相差 900，利用 A、 B 相之間的相位差，可以判斷編碼器的轉(zhuǎn)向。增量式光電編碼器主要由光源、碼盤、監(jiān)測光柵、光敏元件和轉(zhuǎn)換電路組成。小車的工作幅度可以通過測量導(dǎo)向滑輪、旋轉(zhuǎn)齒輪等回轉(zhuǎn)體來測量，而測量回轉(zhuǎn)體一般選用旋轉(zhuǎn)編碼器。目前，小車行程限位器多用機械齒輪傳動式的行程開關(guān)，由于機械的頻繁接