（毕业设计图纸全套）汽车式起重机力矩限制器的研制（含说明书）

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微处理器在电源失效或断开的情况下工作。当被确认后，该信号将直保持有效，直到电压跌到低于。而当返回并超过达时，系统重新开始工作。看门狗定时器看门狗定时器的作用是通过监视输入来监视微处理器是否激活。由于微处理器必须周期性的触发引脚以避免信号激活而使电路复位，所以引脚必须在看门狗超时时间终止之前受到由高至低信号的触发。重新设置门限出厂时设置的标准门限电压为，但在应用时，如果标准值不恰当，用户可以重新调整。串行存储器器件存储器部分是带块锁保护的串行阵列，阵列的内部组织是位。可提供最少为,次擦写和年的数据保存期，并具有串行外围接口和软件协议的特点，允许工作在简单的四总线上。主要是通过个位的指令寄存器来控制器件的工作，其指令代码通过输入端在前写入寄存器。表所列为的指令格式及其操作。时钟和数据时序当变低以后，线上的输入数据在的第个上升沿时被锁存。而线上的数据则由的下降沿输出。用户可以停止时钟，然后再启动它,以便在它停止的地方恢复操作。在整个工作期间，必须为低。状态寄存器状态寄存器包含四个非易失性状态位和两个易失性状态位。控制位用于设置看门狗定时器的操作和存储器的块锁保护。硬件连接图与的连线图该电路既支持手动复位，同时提供看门狗的复位。其中是复位输出的上拉电阻，是手动复位按钮，在此接高电平，说明此芯片始终允许读写操作。.作为片选线，.模拟输出线，.模拟输入线，.模拟时钟线。.人机通道设计个智能系统中，通常都要有人机对话功能它包括人对应用系统的状态干预和数据输入以及应用系统向操作者报告运行状态和运行结果。人机交互设计的好坏关系到整个系统的性能和水平。声音是人们最熟悉的交流手段，人们在提高计算机系统智能化水平时，在人机对话方面就是寻求最好的语音信息交换手段。目前，实现双向的人机语音交互还有定难度，语音还主要作为输出手段。在般的智能系统中，只是使用键盘作为操作者对应用系统的状态干预和数据输入设备利用指示灯和显示器向操作者报告系统运行状态和运行结果。在本系统中，分别使用了指示灯和显示器以及声音两种方式向操作者报告系统运行情况，以改善人机界面使用键盘作为输入手段。显示在本系统中，有个状态和个参数需要显示，显示信息量比较大。本系统中先后设计了以下几种方案。使用显示是种高性能低价格的多位显示驱动器。接口采用节省口的同步串行外设接口，可与多种单片机方便接口，可同时驱动位显示器或只独立。内部具有功能控制器寄存器，可方便寻址，对每位数字可单独控制刷新，不需重写整个显示器。显示亮度可数字控制，每位都具有闪烁使能控制位，还可禁止所有显示，达到降低功耗的效果。使用串行口和移位寄存器显示利用串行口和移位寄存器作为显示器的驱动接口，可以简化设计，节省的口线。单片机的串行口设定工作在方式时，串行口起个移位寄存器的作用，引脚作为显示数据的输出端，引脚输出移位时钟。输出时以字节为单位输出，低位在先，高位在后。串行口与串行输入并行输出的移位寄存器结合使用，每片的个输出经过限流电阻后分别接到个的端以及小数点端，就可以实现静态显示。以上两种显示的优点是接口电路简单，显示位数多，显示程序简单，主程序不必扫描显示器接口，故有更多的时间用于完成其它任务。在本系统中，选用了第种方案来做为显示单元，是种串行接口的位数码管显示驱动器。连接图和引脚图如图图引脚和连线图键盘本文键盘采用矩阵式按键，矩阵式按键可以节省口线。键盘的工作采用编程扫描方式，程序在每个周期中对键盘扫描次。如图所示，在该矩阵式键盘中，各按键开关均采用上拉电阻，这是为了保证在按键断开时，各口线有确定的高电平每个按键带个阻容吸收电路，用于吸收按键按下时的电流冲击和硬件上消除定的抖动。采用带三态门控制输出的锁存器扩展成选通输入的位并行口，作为键盘输入接口。对图所示的键盘进行编程，采用软件消斗的方法，以查询工作方式检测各按键的状态，当有且仅有按键按下时才予以识别，如果有两个或多个按键同时按下将不予以处理。图键盘示意图报警系统板硬件连线，其硬件连线图见图.把“单片机系统”区域中的.端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的端口上，．在“音频放大模块”区域中的端口上接上个欧或者是欧的叭。图报警电路原理图.串行扩展技术得应用与探讨串行扩展技术概述总线是计算机系统中模块到模块之间传送信息的束信号线，通过总线与各个模块进行通讯，完成各种功能。个单片机系统的核心是最小系统，它完成系统的基本功能，其它功能则由外围扩展的器件完成。外围器件的接口分为并行和串行两种，通过并行或串行总线与通讯。并行总线，通常采用的标准并行总线形式，即数据信息地址信息和控制信息各自独立，使用各自的总线，称为三总线结构。传统设计中，以并行三总线地址数据控制总线扩展为主。但是，随着系统复杂程度的提高，并行扩展暴露出了定的不足连线太多，系统连接复杂。总线上挂靠器件太多，系统的稳定性和可靠性下降。外部器件与混合编址，独立性差，操作和编程不方便。串行总线，仅需要或根数据线，配置以少数的控制线，就可以进行信息传送，用于系统的扩展，可以改善系统性能或满足些特殊要求。对于串行接口的器件，它们般具有以下特点数据访问采用串行编码方式，可靠性得到提高。器件统编码，与系统地址无关，操作独立性好。器件操作遵循统规范，软硬件具有良好的通用性。同使用并行总线扩展的系统相比较，使用串行总线扩展的系统具有以下的优点串行设备仅需要根根据软件和硬件的协议不同口线就可以完成通讯寻址数据输入输出设备控制等操作。因此它的接口简单，占用资源少。串行器件具有较小的封装。以串行的为例，容量从位到位都可以封装在个脚的或封装中。这对于那些希望减小产品尺寸减轻重量的设计具有重要的意义。由于使用的端口数目少，象寻址控制等功能都在片内集成，因此串行器件的功耗小，般不超过。另外，串行器件更容易实现低电压，从而进步降低功耗。由于上述原因，近年来各厂家相继开发出各种串行接口芯片，并形成串行扩展总线的概念。目前应用较多的串行扩展总线主要有的线制总线，的总线，的线制总线。这些总线有专门的接口支持，并已形成事实上的标准，众多厂家生产支持这些总线接口的各种器件。与总线简介总线总线是公司推出的种用于器件之间连接的二线制总线，它通过两根线在连到总线上的器件之间传送信汽车式起重机力矩限制器的研制摘要般只能携带个信号，通常称为过程变量。而采用现场总线后，在传输变量过程的同时，仪表的标识符和简单的诊断信息也可并传送数字信号的精确性是现场总线的又个优点，数字信号比模拟信号分辨率高，因此，可排除过去在模数转换中产生的误差。远程维护在采用数字通信和现场仪表后也将成为可能。由于现场总线是双向的，因此能够从中心控制室对现场智能仪表进行标定，调整及运行诊断，甚至可在故障发生前进行预测。采用现场总线构建系统当需要扩展功能时，其主节点上的控制器相当于中的核心控制器的任务量并没有明显增加，这部分工作都被扩展到总线上的现场设备中的智能控制器所分担了，主节点控制器起到的实际上是信息搜集信息综合和信息反馈的作用。因此当系统扩展功能，主节点控制器负担不重，系统的可扩展性主要取决于相应现场总线的负载能力。值得提的是，挂接在现场总线上的传感器执行器等并不是普通的现场设备，它们都是有微处理器控制的智能现场设备，从这个意义上来说，智能现场设备的价格肯定是比普通现场设备贵些。对于旧有系统改造，用户能否接受值得考虑。现场总线发展至今，大大小小已有余种，每种现场总线技术基本都有其自身的技术特点和传统的应用领域，如源于汽车工业，则大量应用于楼宇自动化。同时每类现场总线技术均有国际上的大公司为背景和依托。然而，在起重机领域尚未有关于制造商应用种现场总线于控制系统以及传感器制造商开发基于种现场总线的起重机相关的智能传感器的报道。因此通过现场总线形式构建的系统比较适合为各起重机制造商提供配套开发。至于具体选择何种现场总线，自主性相对较大，推出的时间则越早越好，目的是力争把自己的产品标准作为整个行业的标准。总体方案的设计.力距限制器的原理汽车式起重机工作时，在不同的仰角及臂杆长度下，对应不同的工作幅度，其额定的起重量是不同的。如果实际起重量小于额定起重量，起重机的工作是安全的，否则会出现损坏起重机部件甚至翻车断臂等恶性事故。根据取力方式的不同，可以通过多种方式确定种工况和状态下的实际起重量。本系统采用了变幅油缸取力的方式，根据臂长仰角变幅油缸的主压背压确定起重机的额定起重量和实际起重量。以油缸取力的汽车式起重机力限器为例，如图力距限制器系统的基本组成单元如下图起重机力矩限制器系统示意图微控制器系统作为力矩限制器系统的核心，其主要功能为•实时对各路传感器信号进行采样，获取起重机的变幅缸压力臂杆长度和臂杆仰角等工作参数，经过计算得出实际起重载荷和允许载荷及负荷率当负荷率大于时预报警，大于时报警并进行强制控制，使起重机不能继续向危险方向动作，如趴杆，伸臂，起升等。•通过显示和语音播报臂杆长度臂杆角度工作半径和起升高度等操作者关心的参数，提供友好的人机界面完成参数显示和工况设置及调试标定等辅助功能。•记录超载状况，为起重机的事故分析和设备维护提供参考。•实现其它的功能如臂杆使伸出的顺序控制，使起重机的工作符合些工况下的特殊规定和安全要求压力传感器通过检测变幅油缸上下腔的油压信号，以计算变幅油缸的推力。臂长传感器通过头部固定在臂杆端部的拉线，将臂杆长度变化转换为传感器内部测定元件角度的变化，以测定检测臂杆的实际长度。仰角传感器安装在第节臂杆上，由重锤带动角度测定元件转动，以检测臂杆仰角。连接电缆将各传感器及起重机上车控制盒与力限器主体相连。.力矩限制器的工作流程软件流程系统软件流程如图所示。开机后首先进行硬件自检，对内存掉电保护存储器各模拟量开关量口进行检查，如果出现硬件故障，则以相应代码进行报警。硬件自检通过后，程序以循环扫描的方式运行。首先读取键盘参数起重机结构参数以及各传感器信号然后由数据处理部分根据各个参数以及汽车起重机的数学模型进行计算处理，将计算得到的结果及相应参数显示在液晶显示器上最后判断是否有报警，若有报警则进行相应报警及制动保护图系统软件流程图系统硬件结构本系统硬件结构如图示。分为信号采集数据处理参数输入及显示报警制动保护四个部分。信号采集部分负责采集模拟量信号和开关量信号。模拟量信号有长度传感器信号角度传感器变幅油缸上下腔油压传感器信号，这些传感器信号均为电流信号，经过转换成为电压信号后送到转换芯片测量。数据处理部分的核心为单片机，各模拟量及开关量信号经过处理后送入单片机，结合汽车起重机的工作状况和结构参数，计算并显示出起重机的臂长仰角载重力矩百分比等参数判断是否有报警及制动保护信号，并作出相应处理。通过键盘输入的各项参数也由处理，并存入可掉电保存的芯片中。参数输入及显示部分由个显示器个芯片组成。当汽车起重机处于危险操作状况时，报警制动保护部分会为操作员提供声光预警。当情况紧急时，制动保护部分会强制停止危险操作，以保证起重机的安全。图系统硬件结构.力矩限制器的数学模型由于汽车起重机的机械结构复杂，当采用取上下油缸压力差的方法测载荷时，数据处理需要结合起重机的数学模型进行，因此，只有建立适合起重机作业现场使用的准确简洁的数学模型，才能既准确快速测量起重机的载荷，又能在调试时快速方便。如图所示为主臂铰点的中心，为主臂起升滑轮与起升钢丝绳切点，为变幅油缸上铰点，为变幅油缸下铰点为主臂臂长，变幅油缸长度，为起升钢丝绳长度，为主臂铰点到起升滑轮与钢丝绳切点距离角为主臂与水平面夹角，角为与水平面的夹角为重物重量,为主臂自重，为起升钢丝绳拉力。图汽车起重机示意图由图分析可知为钢丝绳倍率设则设，其中为传感器的信号电流与对应量的比值，为下油缸此时掉钩匀速运动周。记录各个角度下的其中油缸下铰点到主臂铰点的水平距离油缸下铰点到主臂铰点的垂直距离油缸