大型起重机超载限制器的系统设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 大型起重机超载限制器的系统设计 【摘 要】大型起重机是一种蕴 含多种危险因素的设备，操作不当或超 载，可能导致翻车、折臂等严重后果， 因此强制要求安装超载限制装置，起到 保护作用。本文在研究国内外现有起重 机超载限制装置的基础上，设计开发了 一款简单实用的超载限制装置，并给出 了主要的硬件及软件设计流程。 中国论文网 /5/view-5758589.htm 【关键词】起重机；超载限制器； 硬件设计；软件设计 1、引言 大型起重机在冶金、机械、矿山、 铁路、码头、仓库等行业具有广泛应用， 而超载限制器作为大型起重的关键保护 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 装置之一，可以防止起重机出现烧毁电 机、钢绳裂断等事故，对实现现代化安 全生产，具有极其重要的意义。 本文在研究国内外现有超载限制 器的基础上，充分利用电子、单片机、 传感测试等方面的技术成果开发了一款 超载限制器，使可能发生的事故减少到 最低限度，或者在控制上达到最佳安全 状态。 当起重机超载限制器工作时，若 起重机承受的重物在额定值的 90%以内， 则该限制器能显示物体的实际重量，若 物体的重量超过额定值的 90%但在 105%以 内，该限制器在显示物体的实际重量的 同时发出声光预警信号，自动切断起重 机电源，同时该限制器配备超载技术装 置，可供安监部门检查。 2、系统总体设计 根据超载限制器的工作原理，系 统总体设计如图 1 所示，设计思路如下： 压力传感器检测的微弱电信号 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 （约 20uv）经放大后进行 A/D 变换， 然后讲数字信号送入单片机的 P1 口， 在正常工作状态下，单片机根据 P1 口 的信号进行处理判别后进行译码驱动显 示。 若物重超过额定值的 95%，则由 P3.0 口送出低电平驱动进行声光预警电 路。若物重达到或超过额定值的 105%，超载计数单元加 1，由 P3.1 口 送出低电平，驱动声光报警电路，并由 继电器切断起重机电源，对起重机起到 保护作用。 硬件部分还设计掉电保护电路， 当单片机系统的电源出现意外情况突然 下降或消失时，可由掉电保护电路保护 8031 内存单元的内容。这样能保障系统 的安全工作。 3、系统硬件设计 3.1 主控芯片 控制系统主控芯片选用价格低廉 的 MSC-51 系列单片机中的 8031 芯片， 其引脚图如图 2 所示。但 8031 芯片没 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 有内部程序存储器，使用时必须扩展外 部程序存储器。 8031 内的 I/O 口数量和种类较多 且齐全，尤其它有一个全双 2 的串行口， 该串行口是利用两根 I/O 口线构成的， 有四种工作方式，可通过编程选定， 8031 有 32 根 I/O 口线，分别为 P0，P1，P2，P3 口，每口对应 8 根线， 其中 P3 口是复用双功能口。 8031 有五个中断源，分别为两个 优先级，每个中断源的优先级是可编程 的。它的堆栈位置也是可编程的，堆栈 的深度可达 128 字节。 8031 有两个 16 位定时/计数器， 通过编程可以实现四种工作模式。8031 在内部 RAM 中设了四个通用工作寄存 器，共 32 个通用寄存器，以适应各种 中断或子程序嵌套的要求。 3.2 A/D 转换器 在单片机的实时测控和智能化仪 表等应用系统中，常需要将检测到的连 续变化的模拟量如温度压力、流量、速 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 度等转换成离散的数字量，才能输入到 单片机中处理。 本设计中选用的 AD 转换器为 MC14433，它是双积分式 A/D 转换器。 其最大输出电压为 199.9mV 和 1.999V 两档（由基准电压 VR 决定） ，抗干扰 能力强，转换精度高，但转换速度慢 （约每秒 110 次） 。采用双排 24 以引 脚封装形式。图 3 给出了 MC14433 与 单片机硬件连接关系。 3.3 存储器选择 单片机内部一般有一定容量的存 储器，但满足不了实际的需要，因此需 要配置外部存储器：包括程序存储器和 数据存储器。 由于 8031 它没有内部的 ROM， 故程序须放到外部的存储器中，所以必 须扩展外部的程序存储器。8031 有内部 的数据存储器，容量为 128 字节，本系 统所用的数据不多，故不扩展外部数据 存储器。 程序存储器的选择要结合实际系 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 统进行确定，程序存储器过小会造成系 统无法载入，另外还要考虑系统的扩展 和升级，所以扩展程序存储器要留一定 的裕量。此系统的程序不大，扩展一 2KB 的 2716EPROM 即可。2716 是 2K*8 字节的紫外线擦除电可编程只读 存储器，单一+5V 供电，工作电流为 75mA，维持电流为 35mA，读出时间最 大为 250nS， 24 脚双列直插式封装。图 4 给出了 2716 与单片机硬件连接关系。 图 4 8031 与 2716 的连接 3.4 电机电源切断电路 当物体重量达到或超过额定值的 105%时，系统会由单片机发出信号， 自动切断电动机电源，图 5 给出了该电 路的电路原理图。 图 5 电机电源切断电路 4、软件设计 根据超载限制装置的工作原理和 技术指标，软件设计主要包括以下几个 部分：初始化程序、数据采集子程序、 自重值显示程序、采集毛重值程序、预 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 警或报警程序、超载计数显示程序。限 于篇幅，本文仅给出系统主程序流