【正文】 關(guān)中斷初始化PIE寄存器初始化ADC采樣模式設(shè)置延時(shí)等待SPI發(fā)送緩沖是否為空啟動(dòng)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(shí)時(shí)顯示開中斷返回NY圖42 ADC子程序流程圖LCD顯示模塊主要是對(duì)塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集到的塔機(jī)的塔機(jī)傾角、起重量、小車變幅、起重力矩等信息進(jìn)行顯示。由于不能完全使用16個(gè)通道，可采用2個(gè)通道分別采集同一種信號(hào)，然后取其平均值，這樣可以提高ADC的轉(zhuǎn)換精度。再標(biāo)定ADC內(nèi)核時(shí)一鐘，設(shè)置觸發(fā)模式（0表示啟動(dòng)或停止，1表示連續(xù)觸發(fā)），最后設(shè)置采樣模式（0表示順序采樣，1表示同時(shí)采樣）。 ADC寄存器由ADC控制寄存器、ADC通道選擇排序寄存器、ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器、ADC最大轉(zhuǎn)換通道數(shù)寄存器（它們都是16位寄存器）組成 ，其地址外圍是0x0000~7100到0x0000~711F。系統(tǒng)主程序流程圖如圖41：程序啟動(dòng)緊急停車系統(tǒng)初始化調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用D/A轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用LCD顯示子程序數(shù)據(jù)處理超限、超載判斷結(jié)束數(shù)據(jù)存儲(chǔ)報(bào)警YNYN圖41塔機(jī)監(jiān)控主程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換是塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，只有將傳感器采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，單片機(jī)才能對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示。(5) 報(bào)警模塊：對(duì)塔機(jī)各種異常情況，進(jìn)行報(bào)警。(3) 1330液晶顯示模塊:對(duì)采集來的起重量、塔機(jī)傾角、小車變幅、起重力矩等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。各模塊的主要功能如下:(1) 系統(tǒng)主程序模塊的主要功能包括:初始化和對(duì)各子函數(shù)的調(diào)用，系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、復(fù)位等。系統(tǒng)軟件是人機(jī)交互的渠道，擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)處理以及對(duì)各硬件模塊進(jìn)行調(diào)度和控制的功能。 本文的信號(hào)采集、處理、分析和報(bào)警等模塊都是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的。圖312系統(tǒng)外圍接口擴(kuò)展第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)還需要有相應(yīng)的系統(tǒng)軟件才能有效地完成塔機(jī)監(jiān)控。8255有PA、PB、PC三個(gè)擴(kuò)展I/0接口，一個(gè)2K位的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器和一個(gè)14位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可以擴(kuò)展系統(tǒng)的靜態(tài)存儲(chǔ)器，滿足系統(tǒng)外擴(kuò)256字節(jié)RAM的需要，與51系列單片機(jī)的接口也比較簡單，易于實(shí)現(xiàn)。圖311LCD顯示模塊接口電路 由于單片機(jī)的I/O口不足以滿足系統(tǒng)的需求，因而要對(duì)其接口進(jìn)行擴(kuò)展。LCD顯示模塊與單片機(jī)的接口電路，雖然實(shí)現(xiàn)的功能比較復(fù)雜，但接口電路比較簡單，實(shí)際上設(shè)計(jì)的是單片機(jī)與液晶顯示控制器SED1330的連接電路。與同類產(chǎn)品相比具有如下特點(diǎn)：有功能較強(qiáng)的I/O緩沖器；指令功能豐富；四位數(shù)據(jù)并行傳送，最大驅(qū)動(dòng)能力為640256點(diǎn)陣；能夠顯示圖形和文本。 液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)本文采用SED1330 (320240點(diǎn)陣)液晶顯示，高分辨率。識(shí)別按下的鍵時(shí)，依次置某一列線為低電平,其余列線為高電平,檢查各行線電平的變化,若某行線電平變低,可確定對(duì)應(yīng)行、列線的交叉點(diǎn)處的鍵被按下，通過掃描法找到哪個(gè)按鍵被按下,就可以對(duì)其賦鍵值。按鍵設(shè)置在行列式交叉點(diǎn)上,行列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端,行線通過上拉電阻接+5V電源被鉗制在高電平狀態(tài)。圖39聲光報(bào)警電路本系統(tǒng)采用的是4x4行列式鍵盤作為輸入設(shè)備。接口電路如圖38，圖中R22為限流電阻，D6為保護(hù)用二極管。同時(shí)為了隔離弱電與強(qiáng)電，還應(yīng)加入隔離裝置。一般來說單片機(jī)I/O輸出的開關(guān)量不足以驅(qū)動(dòng)一些功率開關(guān)（比如繼電器、電機(jī)等），所以在后向通道的一些大功率開關(guān)量控制接口中，常采用功率開關(guān)電路。塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，單片機(jī)利用后向通道實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測對(duì)象控制操作。光電偶合器的輸入端電流至少應(yīng)為6mA以上才能使光電耦合器的輸出端光敏三極管導(dǎo)通,則限流電阻R17取500Ω，LM339輸出端上拉電阻取1K。圖37開關(guān)量輸入通道電路圖由于比較器LM339輸出為0~12V，不能與系統(tǒng)的TTL5V邏輯電平兼容。圖中1腳接電源，3腳接地，2腳為輸出。本文選擇的是ADC0809型A/D轉(zhuǎn)換器，其與系統(tǒng)硬件電路連接如圖36。單片機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)量，傳感器輸出的模擬信號(hào)不能直接輸入單片機(jī)，必須先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后單片機(jī)才能進(jìn)行分析、和處理。為了保護(hù)A/D口，電路中加入濾波電容C13，以D3和D4構(gòu)成限幅電路。它具有高增益、低失調(diào)電壓和電流、低電壓漂移、高輸入阻抗、高共模抑制比、低溫度漂移等特點(diǎn)。圖34供電電路圖 傳感器輸出的模擬信號(hào)很微弱,不能直接送到A/D轉(zhuǎn)換器,還需要經(jīng)過放大、濾波、限幅等調(diào)理電路后才能輸入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換,電路如圖35所示。本文采用220V交流電經(jīng)變壓、整流、濾波后分別通過固定輸出穩(wěn)壓模塊LM781 LM7805轉(zhuǎn)成+12V、+5V直流電源。5V DC為單片機(jī)、譯碼器、鎖存器、光電編碼器、LCD顯示器等系統(tǒng)模塊提供電源電壓。塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖33。當(dāng)達(dá)到或者超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)通過蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，切斷塔機(jī)向危險(xiǎn)方向運(yùn)動(dòng)的控制電路。圖32 62256芯片引腳排列圖塔式起重機(jī)接近開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路繼電器、接觸器整形光電耦合隔離8255接口A/D模擬信號(hào)處理電路變送器起重傳感器、力矩限制器AT89C52LCD顯示鍵盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)報(bào)警 圖33塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)框圖在塔機(jī)工作時(shí)，傳感器采集到的塔機(jī)工作狀信息先進(jìn)行信號(hào)調(diào)理放大，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再送給單片機(jī)進(jìn)行分析處理。 62256是一種328的高集成度的RAM，采用單一+5V電源供電，雙列直插式28引腳封裝。圖31ADC0809引腳圖 由于AT89C52微處理器的,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只有256個(gè)字節(jié)，而本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)設(shè)定、顯示控制以及對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算等功能, 所以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,因而要對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展。0809完成一次轉(zhuǎn)換需要100us左右輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩存器，可以直接連接到單片機(jī)總線上。 本文選用ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器，它是一種逐次比較式8路模擬輸入，8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存端狀態(tài)。/VPP： 外部訪問允許。： 程序儲(chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTLFlash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。與AT89C51不同之處是，（）和輸入（），F(xiàn)lash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。其各引腳功能如下：P0口：第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 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(shí)考慮微型機(jī)的字長、運(yùn)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(shí)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(jī)處理后與塔機(jī)額定起重力矩進(jìn)行比較，在通過力矩限制器對(duì)塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和控制。a—實(shí)測光電編碼器的輸出脈沖數(shù)。塔機(jī)額定起重量P由軸銷式傳感器測得。 K—安全系數(shù)；P—塔機(jī)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(jī)起重重量、吊具、鋼絲繩等的重量。本文設(shè)計(jì)了一種利用檢測起重重量和小車變幅幅度來檢測塔機(jī)力矩變化的電子式力矩限制器[5]?，F(xiàn)目前，最多運(yùn)用的是弓形板力矩限制器，尤其是在老式塔機(jī)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(jī)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(jī)作為數(shù)據(jù)處理核心時(shí)，通過光電耦合器與單片機(jī)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(jià)比最高。相對(duì)于絕對(duì)式光電編碼器來說價(jià)格便宜，性價(jià)比高。小車工作幅度可通過測量相關(guān)工作機(jī)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(duì)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(hào)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(jī)械齒輪傳動(dòng)式的行程開關(guān)，由于機(jī)械的頻繁接觸，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)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(jí)IP6IP77輸出信號(hào)0~20mV電壓模擬信號(hào)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)028Hz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。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(hào)，藍(lán)色線接Y輸出信號(hào)。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?？瓶萍及l(fā)展有限公司的QXJ2BZA型磁敏傾斜角傳感器，對(duì)傾角的測量從X軸和Y軸兩個(gè)方向進(jìn)行。 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(duì)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(duì)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(jí)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(duì)其進(jìn)行一系列的分析、處理和記錄，并且還要反饋