【正文】 ........................................................................... 23 第一章 緒論 塔吊監(jiān)控研究現(xiàn)狀 塔式起重機通常又稱為塔吊，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輸機械設備。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)濟損失 。因此，如何知道塔吊當前所起吊貨物的重量和牽引小車在當前位置是否超重至關重要，本文介紹的塔式起重機起重性 監(jiān)控器 就是為解決這個問題而研 制。因此，塔吊司機必須嚴格按照起重性能曲線 操作，牽引小車在每一個位置所起吊的貨物都不能超過起重性能曲線上 所對應允許的最大吊重量，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、設備等財產(chǎn)安全是施工單位管理者關心的頭等大事?？紤]到設備及人員的安全，一套有效的 現(xiàn)場及遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于管理者來說是非常有必要的。 塔式起重機安全監(jiān)控設備的使用 ， 一方面由于準確地記錄了其運行情況，為監(jiān)督部門提供了加大管理力度、嚴格執(zhí)法的依據(jù)。另一方面其塔吊監(jiān)控器及時報警功能要能及時提醒操作人員預防突發(fā)的安全隱患。為此，相關專業(yè)部門提出了有關塔吊監(jiān)控器的事項。本設計采用 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，采用了 AEMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造， 它有較小的精簡 I/O端口，體積很小。 AT89C51在空閑模式下， CPU暫停工作，而 RAM、定時 /計數(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 功能直至硬件復位，所以 AT89C51非常適用做應用系統(tǒng)的處理器。單片機處理的是數(shù)字信號，之前還應需把放大的模擬信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。在運行情況狀態(tài)下，如果檢測到超重或者計算后的力矩超限，則會提示閃光報警。延時時間為 10ms為單位，因此可設定的延遲時間為 0ms~255ms。 處理過的信號通過單片機要通過數(shù)碼管顯示出來，數(shù)碼管顯示七段數(shù)碼管連接單片機的 P0口，驅(qū)動數(shù)碼管選擇三極管操作簡單可行，實際電路也簡單 ， 電機的運行通過驅(qū)動芯片進行 。 進一步可以測出吊鉤的高度和小車的位移，兩個電機所控制不同對象，一個電機控制小車來回的位移，用來控制吊物與塔吊垂直的距離大小，另外一個電機用來 起動吊物。然而本設計 電機運行的同時，隨著重物的加大，當重量值大于重量預警值時，控制器就會 驅(qū)動發(fā)光二極管進行閃光報警 ，鑒于本設計是實驗操作模型設計，選擇閃光報警以顯示其功能的可行性， 不能應用于實際操作中，不易于被人們察覺。 整體設計框圖 通過整體思路的設計 ，該設計是以 AT89C51單片機芯片為核心主板的設計，外圍擴展電路通過單片機對數(shù)字信號的處理實現(xiàn)對應的功能。 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 Flash閃速存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作；三級加密程序存儲器； 128*8字節(jié)內(nèi)部 RAM； 32個可編程 I/O口線； 2個 16位定時 /計數(shù)器； 6個中斷源；可編程串行 UART通道；低功耗空閑和掉電模式。同時， 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 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硬件復位。該電路的兩個輸入端口與 TTL/CMOS 電平兼容，具有良好的抗干擾性，兩個輸出端可直接驅(qū)動直流電機正反轉(zhuǎn)運動，具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道可通過 500mA 的持續(xù)電流，峰值電流可達到 ；同時具有較低的輸出飽和壓降，內(nèi)設抗浪涌保護電路適用于感性負載，使之在驅(qū)動繼電器、直流電機、步進電機或開關功率管時安全可靠；因此被廣泛用于玩具汽車電機驅(qū)動、步進電機驅(qū)動和開關功率管等電路上。 圖 AT2501B 管腳圖 表 功能描述 序號 符號 功能 1 INA 電機正轉(zhuǎn)輸入 2 VCC 電源電壓 3 VOB 電機反轉(zhuǎn)輸出 4 GND 地 5 GND 地 6 VOA 電機正轉(zhuǎn)輸出 7 VCC 電源電源 8 INB 電機反轉(zhuǎn)輸入 邏輯功能 如表 ： 表 邏輯功能表 INA INB VOA VOB 直流電機 H L H L 正轉(zhuǎn) L H L H 反轉(zhuǎn) L L OPEN OPEN 停止 H H X X X A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種 8位分辨率、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換芯片。學習并使用 ADC0832可是使我們了解 A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機技術水平的提高。 管腳頂視圖 圖 ： CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8 圖 ADC0832 管腳頂視圖 芯片接口說明 CS_ 片選使能，低電平使能。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。 D0 數(shù)據(jù)信號輸出，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端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將 D0和 D1并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)上使用。 D0/D1的電平可任意。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片使能端 CLK輸入時鐘脈沖， D0/D1端則使用 D1端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 3個脈沖下沉之前 D1端應輸入 2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。與單元電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著特點 ，該運算放大器可以工作的低到 或者高達 32伏的電源下，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電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性，輸出電壓范圍也包含負電源電壓。 第四章 硬件設計方案 數(shù)碼 管顯示設計 在設計該課題時，首先想到的是通過課題的設計能夠顯示出吊物的高度和吊物的重量，從而有效的設計可以從數(shù)碼管上顯示出塔吊所運行的狀況。在使用限流電阻時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)一個限流電阻，則在顯示不同數(shù)字時，將會造成數(shù)碼管的亮度不同。簡單地說就集電極和發(fā)射極相當于一個開關，基極是控制端，基極給高電平是，開關是斷開基極給低電平時，開關合上 。壓力傳感器是將輸入的機械應變 ε 轉(zhuǎn)換為變化的變換元件。通常 ε =106 為一個微應變。電阻變換器有金屬電阻變換器和半導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,所以電阻的相對變化 為（Δ R/R）≈ π Eε 要測量其他物理量，如壓力、力、加速等，就要先將應變片貼在相應的彈性元件上，這些物理量被轉(zhuǎn)換為彈性元件的應變，再經(jīng)應變片將應變轉(zhuǎn)換為電阻輸出量。 LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。該四放大器可以工作在低到 32伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。 的功能。 作為單通道 模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 0~5V且 8 位分辨率時的電壓精度為 。但值得注意的是，在進行 IN+與 IN的輸入時，如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為 00H。經(jīng)過單片機軟件程序的設計，把數(shù)據(jù)存儲下來，為塔 吊高度顯示提供必要的數(shù)據(jù)。 常用的光電編碼器有 3相輸出， A相、 B相和 Z相， AB兩相一圈輸出 N的脈沖， z相一圈輸出一個脈沖， AB兩相相位差 90， A超前則正轉(zhuǎn)， B超前則反轉(zhuǎn)。 當 編碼器順時針旋轉(zhuǎn)時 ,A相信號在相位上超前 B 1/4周期。 相反之，當逆時針方向旋轉(zhuǎn)時， C1將保持低電平， C2形成的計數(shù)脈 沖可作為雙向計數(shù)器“ ”端的輸入信號，從而完成對編碼器輸出脈沖的計數(shù)。 經(jīng)過 單片機的軟件控制 ， 經(jīng)過單片機芯片輸出不同的高低電壓信號來驅(qū)動 從而確定電機的運行狀況。下面介紹一下有關電機驅(qū)動芯片 AE2501B管腳功能的介紹：其中 1腳控制電機正轉(zhuǎn)輸入信號， 8腳控制電機反轉(zhuǎn)輸入信號， 3腳控制電機反轉(zhuǎn)輸出， 6腳控制電機正轉(zhuǎn)輸出， 4和 5腳接地端， 2和7腳接電源端。 (2)當 1腳（ INA）為低電平， 8腳（ INB）為高電平時，電機反轉(zhuǎn)。（ 4）禁止是 1和 8腳同為高電平。 其設計總結(jié)電路圖如圖 ： 12P1bianmaqiCLR1CLK91D41Q21Q32D52Q72Q63D123Q103Q114D134Q154Q14U6SN74LS175123U7A74LS00456U7B74LS00CLR14UP5DWN4LD11CO12BO13A15QA3B1QB2C10QC6D9QD7U974LS193CLR14UP5DWN4LD11CO12BO13A15QA3B1QB2C10QC6D9QD7U1074LS193+5VD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1122334488776655U5AE2501bMG2MOTOR AC+5V30KR2330KR2247uFC7C6DJ1+ DJ1 圖 電機驅(qū)動電路 閃光報警電路設計 閃光報警是最 簡單，也是最常用的一種報警方式。閃光報警在硬件連接上非常簡單，通?？衫?AT89C5 1的 I／ 0口直接驅(qū)動發(fā)光二極管實現(xiàn)，如圖 1所示。限流電阻阻值的選擇要同時考慮發(fā)光二極管的驅(qū)動電流及 I／O口線的負載能力，一般可 選擇 330n或 ，則只需向相應的輸出口輸出低電平。 結(jié)論 先說明程序設計，然后再總結(jié)一下設計心得。軟件和硬件的設計，軟件是執(zhí)行硬件的驅(qū)動著，某些功能的實現(xiàn)，通過硬件的觀測來達到某種目的。 電路圖繪制完成后，下一步就要設計軟件的程序內(nèi)容，而我們學過的編程主要包括單片機匯編語言和 C語言的編程。而如果讓自己用單片機設計實現(xiàn)某種功能，恐怕是力不能及，只能勉強應付一下 簡單的小程序。所以，再三決定，選擇用 C語言來進行編程該電路的軟件設計， C語言相對單片機匯編語言來說會好的很多，簡單明了，況且對 C語言的了解或許應該比單片機更為深刻，所以決定用 C語言來編寫程序完成軟件操作。比如說測物重量模塊通過壓力傳感器的大小轉(zhuǎn)換顯示出塔吊的吊物重量，通過程序的時間把這一量的轉(zhuǎn)換單元模塊做出來，然后逐一設計編碼器脈沖輸出計數(shù)軟件設計，逐一把報警電路、塔吊小車位移等軟件的程序分單元模塊組合起來。最后簡單的程序設計算是給做出來了，但是可惜的是硬件的設計沒有完成，無法得到更加完美的理想結(jié)果，不過程序設計完全是按照電路原理圖的設計而設計，或許是對的。在此感謝他們，不過怎么說，軟件的兩周設計，的確有所收獲，其一：對 C語言編程的知識有了更深的一點了解，其二：知道C語言的程序如何實現(xiàn)控制硬件的操作。經(jīng)過八周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設計終于完成了。但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己 的看法有點太片面。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自 己原來知識還比較欠缺。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在 設計塔吊監(jiān)控時 ， 不僅要了解塔吊工作的原理， 按照其工作狀態(tài)時各種參數(shù)設計， 還有其工作時的工作幅度，負荷百分比，外圍環(huán)境的影響等等因素，無論每一個模塊設計，對我們來說都要花相當一段時間了解 ，然后再綜合起來，實現(xiàn)所需的功能。這樣才能更好的設計出塔吊監(jiān)控器。 還有一點就是 在這次畢業(yè)設計中 鍛煉 了我們的團隊合作精神 ， 三個班的 同學 共同努力，查閱相關的資料， 之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。 畢業(yè)設計雖然是對大學知識的一個總結(jié)，也可以作為今后實踐 工作的一個起點。 參考文獻 [1]張化利 .微控制器和大容量閃存在塔吊監(jiān)控器中的應用 [M].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟 .20xx(8). 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