【正文】 觸，限位器容易損壞，從而發(fā)生事故。 (22) (23) (24) 將公式帶入得到空心截面處的剪力 : (25) 其剪應(yīng)變?yōu)椋? (26) 中點(diǎn)處與軸線成 45O角處的主應(yīng)力、主應(yīng)變?yōu)?: (27) (28) 小車變幅測量 由于塔機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜多樣，地面設(shè)備、障礙物高低不定，塔機(jī)操作人員很難判斷小車工作幅度。2Ω 絕緣電阻 ≥5000MΩ 最大供橋電壓 15V 安全過載 150%. 溫度范圍 30℃ ~+70℃ 防護(hù)等級 IP6 IP77 輸出信號 0~20mV電壓模擬信號 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。輸入阻抗 750177。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 21示 [5][10]。軸銷式傳感器有著精度高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)合理、緊湊 、安裝更換便利的特點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上就是一根空心截面圓軸。 傳統(tǒng)的起重量傳感器其本質(zhì)就是一個(gè)限位開關(guān)，只能定性判斷是否超重，而不能反饋起重量到底是多少。 90176。 30176。 8176。 5176。 頻率響應(yīng) 0 28 Hz 復(fù)位精度 ≤176。% FS 滿度溫漂 40℃ TA85℃ 177。被測塔機(jī)傾斜角度的旋轉(zhuǎn)軸應(yīng)該垂直于傳感器底座上的直線邊。 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 磁敏傾斜角傳感器水平安裝在塔機(jī)塔帽頂端。其接線方式為 :紅色線接電源正極，黑色線接電源負(fù)極，黃色線接 X 輸出信號，藍(lán)色線接 Y 輸出信號。它采用高性能半導(dǎo) 體磁敏電阻作為其敏感元件（簡稱為 MR 元件），當(dāng)外界磁場變化時(shí)，它的阻值會(huì)產(chǎn)生數(shù)倍的變化。本系統(tǒng)中選用的是北京天海科科技發(fā)展有限公司的 QXJ2BZA 型磁敏傾斜角傳感器，對傾角的測量從 X 軸和Y 軸兩個(gè)方向進(jìn)行。 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 ,就可能在傾斜角過大的情況下發(fā)生塔機(jī)倒塌的嚴(yán)重事故。然后通過 LCD 顯示屏將相關(guān)的信息顯示出來。對塔機(jī)工作的起升、小車變幅進(jìn)行 實(shí)時(shí)跟蹤反饋，從最大限度上保障塔機(jī)的安全工作。本文采用了單片機(jī)為中心處理器的方式來開發(fā)塔機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)。這也使得不同生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的 PLC 硬件體第 2 章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 8 系互不兼容，編程語言及指令系統(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。其采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，在加上嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，使其具有很高的可靠性、抗干擾能力、配置靈活、編程簡單一、使用比較方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。 (3)以 PLC 為中央處理核心。但是工控機(jī)的體積比較大，不易于攜帶，功耗高。其可靠性比較高，對環(huán)境的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，實(shí)時(shí)性也比較好。工控機(jī)在主機(jī)接口、網(wǎng)絡(luò)通訊、軟件兼容性以及軟件升級等方面都遵守開放性原則。隨著最新的亞微米 CMOS工藝技術(shù)運(yùn)用于單片機(jī)上，單片機(jī)的運(yùn)算速度有了很大的提高。單片機(jī)系統(tǒng)具有體積小、便攜性能好、功耗低、使用者眾多等優(yōu)點(diǎn)。 在目前，國內(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。信息處理單元不僅要及時(shí)收集各個(gè)傳感器所采集來的塔機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息，還要按需對其進(jìn)行一系列的分析、處理和記錄，并且還要反饋給系統(tǒng)的輸出接口，從而控制整個(gè)塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。這便要求塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠能夠快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地處理現(xiàn)場復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)，以確保塔機(jī)各個(gè)環(huán)節(jié)能夠有效、安全地運(yùn)行。 (3) 提高監(jiān)測系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力。 論文解決的問題 (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)對塔機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。軟件運(yùn)行效率、時(shí)實(shí)性、交互性直接決定了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。 (3) 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。 (2) 監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。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)。中央智能控制單元可以由單片機(jī)、 PLC、 DSP 等處理器組成，提高了系統(tǒng)的整體性能也降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本。 (3) 系統(tǒng)高度集成化 采用集中分布式的基本結(jié)構(gòu)，以高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做中央控制單元，將運(yùn)行控制系統(tǒng)、自診斷監(jiān)控系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成。優(yōu)良的人機(jī)界面，通俗易懂，操作更加快捷、簡單，界面顯示的信息更加全面，顯示畫面更加直觀。在系統(tǒng)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 輸出信號，系統(tǒng)能夠檢測到傳感器出現(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。 (2) 軟件智能化 軟件智能化主要體現(xiàn)在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)自診斷能力和記錄功能以及優(yōu)良的人機(jī)界面三個(gè)方面。對輸入和輸出信號進(jìn)行隔離，防止外界環(huán)境對系統(tǒng)的干擾，加強(qiáng)硬件系統(tǒng)的抗干擾能力。塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)快速向著硬件可靠化、軟件智能化、系統(tǒng)高度集成化的方向發(fā)展。但是，國內(nèi)產(chǎn)品在穩(wěn)定性和可靠性上與國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遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略上還有待提高。近 幾年，國內(nèi)也研制出了一些塔機(jī)安全綜合監(jiān)測儀，將塔機(jī)起吊重量、回轉(zhuǎn)力矩、起吊高度、風(fēng)力大小等數(shù)據(jù)收集進(jìn)去，輪流切換并在屏幕上顯示，技術(shù)上取得了較大成功。有實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果顯示，國產(chǎn)塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)普理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 遍存在著漂移大，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，而國外產(chǎn)品則要好的多。雖然我國從五六十年代就開始引進(jìn)國外先進(jìn)的塔機(jī)，但是塔機(jī)的生產(chǎn)研究工作卻是在改革開放之后，隨著工業(yè)建設(shè)和民用建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，才漸漸被提上日程。利用這些高新技術(shù)不僅保證了塔機(jī)的工作安全，取得最佳的工作效率，也使它們的產(chǎn)品在國際上保持著領(lǐng)先的地位。1997 年德國利勃海爾公司率先應(yīng)用了全參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，而后這套系統(tǒng)迅速普及到歐美等發(fā)達(dá)國家。 較之國內(nèi)國外塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研制比較早，其監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)比較全面，數(shù)字化和智能化程度都很高。其中又以法國和德國生產(chǎn)的塔機(jī)最具代表性。 國際研究概況 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。而塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)防止了塔機(jī)安全事故的發(fā)生。 塔式起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究概況 隨著高層建筑物和大型工程不斷出現(xiàn)，塔式起重機(jī)向著大型化、高速化、智能化方向發(fā)展。小車運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒輪帶動(dòng)凸輪運(yùn)動(dòng)。其中一端收縮鋼絲繩，另一端放出鋼絲 繩，帶動(dòng)小車的運(yùn)動(dòng)。變幅變化時(shí)，電機(jī)通過減速機(jī)、卷筒帶動(dòng)鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)。 (3) 塔式起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu) 變幅機(jī)構(gòu)作用是改變吊鉤中心位置與塔式起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心軸線位置之間的距離。大多數(shù)的塔機(jī)是通過電機(jī)經(jīng)行星齒輪減速器帶動(dòng)小齒輪，使其圍繞大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)塔機(jī)的回轉(zhuǎn)。 (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)。通過原動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)變速器，然后通過卷筒、鋼絲繩、滾輪組等機(jī)構(gòu)將原動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)變?yōu)榈蹉^的垂直運(yùn)動(dòng)。 (1) 塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)通過吊繩實(shí)現(xiàn)物料的垂直上下運(yùn)動(dòng)，其構(gòu)實(shí)際上就是一臺(tái)可調(diào)速的卷揚(yáng)機(jī)。 塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作原理 目前使用的塔式起重機(jī)大多數(shù)都是變幅小車式，其主要機(jī)構(gòu)包括：起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)與行走機(jī)構(gòu)等幾大機(jī)構(gòu)組成，為塔式起重機(jī)的功 能執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 塔式起重機(jī)簡介 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 塔式起重機(jī)特點(diǎn) 塔式起重機(jī)屬于起重機(jī)門類中的一大專門類 型，它是工程建筑中應(yīng)用的重要起重設(shè)備 。由上表可以知道，塔機(jī)事故的發(fā)生主要是由于整體傾覆。有資料對1200 例塔機(jī)事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。但即便如此 ,目前在建筑施工中 ,由塔機(jī)引起的人員傷亡和設(shè)備事故依舊屢屢發(fā)生。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。而以定期維護(hù)、維修的方式也必定不能完全杜絕安全事故的發(fā)生 ，所以必然會(huì)過渡到以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)檢測維修制度。本文在分析并總結(jié)當(dāng)前塔式起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀和不足的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)一種基于單片機(jī)的塔機(jī)動(dòng)態(tài)平衡遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。近年來隨著各類高層、超高層建筑的興起和生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高 ,為提高工作效率 ,塔機(jī)也日益向大型化、高速化、智能化方向發(fā)展，因而對其安全性能也提出更高要求。到如今，塔機(jī)越來越多的運(yùn)用于工業(yè)和民用建筑領(lǐng)域來垂直搬運(yùn)和移動(dòng)貨物，可以說是大型建筑必不可少的工具之一。 MCU。傳感器 ABSTRACT With the develop of the architecture industry, the structure of tower cranes has been developed toward higher, bigger and intelligent. At the same time, the tower crane accidents also occur frequently. It can be said tower crane Accident has bee a major III threat to the safety of building construction. For the tower crane safe operation, reducing the accident caused by the economic loss and personnel. Research and development of an intelligent monitoring system of tower crane has important engineering application. This paper studied the technology of tower crane, and on this basis, design and development of tower crane monitoring system based on MCU. This paper firstly detail the tower crane working principle and control demand, analysis of domestic and international monitoring system of tower crane, Secondly, design of the tower crane monitoring system. The subject with the advanced control system from the angle sensor, shaft pin sensor, absolute photoelectric encoder, through innovative methods to install, improved tower crane safety monitoring of technical performance. Keywords: Tower crane。平衡 檢測 。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、絕對式光電編碼器 等，通過創(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。本文對塔式起重機(jī)工作原理及其監(jiān)控需求進(jìn)行了詳細(xì)闡述，分析了國內(nèi)外塔式起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。為使塔式起重 II 機(jī)安全運(yùn)行減少因事故造成的經(jīng)濟(jì)及人員損失，研究開發(fā)一種塔式起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有著極其重要的工程應(yīng)用價(jià)值。 2． 指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說明 ① 張清國 . 建筑工程機(jī)械 [M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社， 2020 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 ， 2020 3．進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)（論 文）各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱資料，學(xué)習(xí)傳感器及單片機(jī)的基本知識(shí) 3 月 4 日 —3 月 24 日 2 完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3 月 25 日 —4 月 21 日 3 完成軟件的編寫 4 月 22 日 —5 月 19 日 4 完成論文的撰寫 5 月 20 日 —6 月 2 日 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的修改、答辯準(zhǔn)備工作及畢業(yè)答辯 6 月 3 日 —6 月 23 日 摘 要 隨著 近年來高層建筑的興起，塔機(jī)在現(xiàn)代化建筑施工過程中起著作用越來越大的作用，并且不斷向智能化、大型化方向發(fā)展。 理工學(xué)院