【正文】 片 9 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 10 運(yùn)放電路LM324 11第四章 硬件設(shè)計(jì)方案 12 數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì) 12 壓力傳感器電路設(shè)計(jì) 12 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)電路設(shè)計(jì) 14 閃光報(bào)警電路設(shè)計(jì) 15結(jié)論 17參考文獻(xiàn) 19致 謝 20附 件一 原理圖 21附 件二 元器件清單 22附 件三 程序清單 23第一章 緒論 塔吊監(jiān)控研究現(xiàn)狀塔式起重機(jī)通常又稱為塔吊，是目前在建筑工地上使用得非常普遍的大型垂直吊裝起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備。由于塔吊體型龐大，一旦發(fā)生事故就必然是大事故或者是特大事故，不但造成人員的傷亡，往往還伴隨著巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何知道塔吊當(dāng)前所起吊貨物的重量和牽引小車在當(dāng)前位置是否超重至關(guān)重要，本文介紹的塔式起重機(jī)起重性監(jiān)控器就是為解決這個(gè)問(wèn)題而研制。因此，塔吊司機(jī)必須嚴(yán)格按照起重性能曲線操作，牽引小車在每一個(gè)位置所起吊的貨物都不能超過(guò)起重性能曲線上所對(duì)應(yīng)允許的最大吊重量，否則的話發(fā)生事故就不可避免了。 塔吊監(jiān)控研究的意義在事故多發(fā)的建筑行業(yè)，保證施工人員的人身安全，工地的建筑材料、及施工質(zhì)量、設(shè)備等財(cái)產(chǎn)安全是施工單位管理者關(guān)心的頭等大事?？紤]到設(shè)備及人員的安全，一套有效的現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于管理者來(lái)說(shuō)是非常有必要的。塔式起重機(jī)安全監(jiān)控設(shè)備的使用，一方面由于準(zhǔn)確地記錄了其運(yùn)行情況，為監(jiān)督部門(mén)提供了加大管理力度、嚴(yán)格執(zhí)法的依據(jù)。另一方面其塔吊監(jiān)控器及時(shí)報(bào)警功能要能及時(shí)提醒操作人員預(yù)防突發(fā)的安全隱患。為此，相關(guān)專業(yè)部門(mén)提出了有關(guān)塔吊監(jiān)控器的事項(xiàng)。本設(shè)計(jì)采用AT89C51作為主板的控制核心，AT89C51是一種低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，采用了AEMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，它有較小的精簡(jiǎn)I/O端口，體積很小。AT89C51在空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器并保存RAM數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至硬件復(fù)位，所以AT89C51非常適用做應(yīng)用系統(tǒng)的處理器。單片機(jī)處理的是數(shù)字信號(hào)，之前還應(yīng)需把放大的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。在運(yùn)行情況狀態(tài)下，如果檢測(cè)到超重或者計(jì)算后的力矩超限，則會(huì)提示閃光報(bào)警。延時(shí)時(shí)間為10ms為單位，因此可設(shè)定的延遲時(shí)間為0ms~255ms。處理過(guò)的信號(hào)通過(guò)單片機(jī)要通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，數(shù)碼管顯示七段數(shù)碼管連接單片機(jī)的P0口，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管選擇三極管操作簡(jiǎn)單可行，實(shí)際電路也簡(jiǎn)單，電機(jī)的運(yùn)行通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行。進(jìn)一步可以測(cè)出吊鉤的高度和小車的位移，兩個(gè)電機(jī)所控制不同對(duì)象，一個(gè)電機(jī)控制小車來(lái)回的位移，用來(lái)控制吊物與塔吊垂直的距離大小，另外一個(gè)電機(jī)用來(lái)起動(dòng)吊物。然而本設(shè)計(jì)電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，隨著重物的加大，當(dāng)重量值大于重量預(yù)警值時(shí)，控制器就會(huì)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管進(jìn)行閃光報(bào)警，鑒于本設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)操作模型設(shè)計(jì)，選擇閃光報(bào)警以顯示其功能的可行性，不能應(yīng)用于實(shí)際操作中，不易于被人們察覺(jué)。 整體設(shè)計(jì)框圖通過(guò)整體思路的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)芯片為核心主板的設(shè)計(jì)，外圍擴(kuò)展電路通過(guò)單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。主要性能參數(shù)：與MCS51產(chǎn)品指令完全兼容； 4k字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器；1000次擦寫(xiě)周期；全靜態(tài)操作；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；128*8字節(jié)內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口線；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；可編程串行UART通道；低功耗空閑和掉電模式。同時(shí)，AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保護(hù)RAM中的內(nèi)容，但晶振停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。該電路的兩個(gè)輸入端口與TTL/CMOS電平兼容，具有良好的抗干擾性，兩個(gè)輸出端可直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，每通道可通過(guò)500mA的持續(xù)電流，；同時(shí)具有較低的輸出飽和壓降，內(nèi)設(shè)抗浪涌保護(hù)電路適用于感性負(fù)載，使之在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開(kāi)關(guān)功率管時(shí)安全可靠；因此被廣泛用于玩具汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)功率管等電路上。 AT2501B管腳圖 功能描述序號(hào)符號(hào)功能1INA電機(jī)正轉(zhuǎn)輸入2VCC電源電壓3VOB電機(jī)反轉(zhuǎn)輸出4GND地5GND地6VOA電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出7VCC電源電源8INB電機(jī)反轉(zhuǎn)輸入： 邏輯功能表INAINBVOAVOB直流電機(jī)HLHL正轉(zhuǎn)LHLH反轉(zhuǎn)LLOPENOPEN停止HHXXX A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。學(xué)習(xí)并使用ADC0832可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。： ADC0832管腳頂視圖 芯片接口說(shuō)明 CS_ 片選使能，低電平使能。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 D0 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/使用。但由于D0端與D1端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將D0和D1并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)上使用。D0/D1的電平可任意。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片使能端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，D0/D1端則使用D1端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第3個(gè)脈沖下沉之前D1端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。與單元電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著特點(diǎn)，靜態(tài)電流大致為MC1471的靜態(tài)電流的五分之一，共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性，輸出電壓范圍也包含負(fù)電源電壓。第四章 硬件設(shè)計(jì)方案 數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)該課題時(shí)，首先想到的是通過(guò)課題的設(shè)計(jì)能夠顯示出吊物的高度和吊物的重量，從而有效的設(shè)計(jì)可以從數(shù)碼管上顯示出塔吊所運(yùn)行的狀況。在使用限流電阻時(shí)需要在每一段線上都串聯(lián)限流電阻，而不要在公共端上串聯(lián)電阻，如果在公共端上串聯(lián)一個(gè)限流電阻，則在顯示不同數(shù)字時(shí)，將會(huì)造成數(shù)碼管的亮度不同。簡(jiǎn)單地說(shuō)就集電極和發(fā)射極相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，基極是控制端，基極給高電平是，開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)基極給低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)合上。壓力傳感器是將輸入的機(jī)械應(yīng)變?chǔ)?轉(zhuǎn)換為變化的變換元件。通常ε =106 為一個(gè)微應(yīng)變。電阻變換器有金屬電阻變換器和半導(dǎo)體電阻變換器兩種類型。π是壓阻系數(shù)，π=(40~80)*1011m2/N,E是彈性變量，E=*1011N/m2,所以電阻的相對(duì)變化為（ΔR/R）≈πEε 要測(cè)量其他物理量，如壓力、力、加速等，就要先將應(yīng)變片貼在相應(yīng)的彈性元件上，這些物理量被轉(zhuǎn)換為彈性元件的應(yīng)變，再經(jīng)應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻輸出量。LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。 經(jīng)過(guò)LM324放大的約0~5V之間的電壓信號(hào)經(jīng)常adc0832的處理，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)軟件處理操作。如果作為由IN+與IN輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。通過(guò)前一級(jí)輸出的電壓信號(hào)，通過(guò)ADC0832 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并且轉(zhuǎn)換時(shí)間為32uS，所以A/D轉(zhuǎn)換頻率可以很快，數(shù)據(jù)的讀取以程序子程序的調(diào)用的形式出現(xiàn)，方便了程序的移植。： 壓力傳感器電路 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)電路設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路首先要從編碼器著手，本設(shè)計(jì)采用對(duì)方向盤(pán)旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量選用電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開(kāi)路型，輸出分辨率選用360個(gè)脈沖/圈，考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是雙向的，既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，需要對(duì)編碼器的輸出信號(hào)鑒相后才能計(jì)數(shù)。鑒相電路用來(lái)分辨A相超前還是B相超前，即實(shí)現(xiàn)判斷當(dāng)前編碼器的旋轉(zhuǎn)方向，我使用的方案是參考網(wǎng)絡(luò)上的經(jīng)典電路，74LS00與非門(mén)，74LS86異或門(mén)，74LS379D觸發(fā)器搭出來(lái)的電路。經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器后，Q1為高電平，Q2為低電平，C1保持低電平。實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)編碼器每圈輸出脈沖數(shù)來(lái)增減可逆計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)，如編碼器分度為1024脈沖/轉(zhuǎn)，另外，利用A、B信號(hào)相位相差90度的特點(diǎn)在計(jì)數(shù)電路的前端增加倍頻電路，可以提高編碼器的測(cè)量精度。通過(guò)DJ1+和DJ1電平高低情況來(lái)進(jìn)行控制電機(jī)。邏輯功能如下：(1)當(dāng)1腳（INA）為高電平，8腳（INB）為低電平時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)。(3)當(dāng)1腳（INA）為低電平，8腳（INB）為低電平時(shí)，電機(jī)停止。通過(guò)輸入高低電平的不同，從而有效地控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到所預(yù)期的效果。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的閃光報(bào)警就是在控制指示燈的程序中加入定時(shí)程序，按一定的時(shí)間間隔來(lái)交替點(diǎn)亮與熄滅指示燈。該電路中發(fā)光二極管一般反向連接，其正端接+5V，負(fù)端通過(guò)限流電阻與YO口線相連。： 閃光報(bào)警電路若P1．0控制塔吊系統(tǒng)吊鉤重量的超載報(bào)警。塔吊監(jiān)控的設(shè)計(jì)是否成功，關(guān)鍵貫徹兩個(gè)方面。而軟件的設(shè)計(jì)也相當(dāng)重要，不僅要考慮的元件的某些參數(shù)，還要考慮到其之間的轉(zhuǎn)換順序不可混亂。單片機(jī)雖然上過(guò)兩個(gè)學(xué)期，可對(duì)其學(xué)得不是很深，只是表面的了解，看懂某些簡(jiǎn)單的程序。然而對(duì)于設(shè)計(jì)本課題的塔吊監(jiān)控來(lái)說(shuō)的確是一件很難辦到的事情。剛開(kāi)始，可以說(shuō)沒(méi)有頭緒，于是去圖書(shū)館找資料，經(jīng)過(guò)自己的查找也未曾查到有關(guān)塔吊監(jiān)控的軟件設(shè)計(jì)資料，后來(lái)經(jīng)過(guò)仔細(xì)查看電路圖，決定分單元設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊。然后通過(guò)程序的調(diào)用，按順序輸出各個(gè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)換。軟件的設(shè)計(jì)完成并非完全是自己的能力所能達(dá)到的，而是通過(guò)查找網(wǎng)絡(luò)上的一些資源，同學(xué)的幫忙，才使得電路的設(shè)計(jì)完成。隨著畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，無(wú)論是軟件設(shè)計(jì)還是硬件，都是一次難得的挑戰(zhàn)。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己學(xué)得還可以，懂得很多，有點(diǎn)眼高手低。就拿本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容來(lái)說(shuō)，塔吊監(jiān)控的設(shè)計(jì)主要是從社會(huì)實(shí)踐角度設(shè)計(jì)的，便于監(jiān)控塔吊工作的狀態(tài)情況，實(shí)施安全操作。設(shè)計(jì)過(guò)程中花了很長(zhǎng)時(shí)間在網(wǎng)絡(luò)上查找相關(guān)資料，不僅要了解而且還會(huì)用，徹底的搞明白每一點(diǎn)。不過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)的是自己知識(shí)的不足，許多基本的知識(shí)都已忘記，另外相當(dāng)熟悉的知識(shí)也得不到有效利用，有點(diǎn)眼高手低的感覺(jué)，還要翻查課本，不能得到靈活掌握運(yùn)用，可見(jiàn)自己對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)的掌握還不夠好，理應(yīng)多在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)自己的不足，對(duì)于以后自己工作時(shí)更要努力