（图纸+论文）汽车式起重机力矩限制器的研制（全套完整）

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同的模拟量输入，其通道选择的地址编码见表转换结果通过三态输出锁存器输出，所以在系统连接时允许直接与系统数据总线相连。表通道地址表地址编码被选中的通道的工作时序见图图的工作时序图与单片机接口图是与单片机的连接示意图，路模拟输入量的变化范围是。的用作外部中断请求源，用中断方式读取转换结果。通过地址线.和读写线来控制转换器的模拟输入通道地址锁存启动和转换结果的输出。模拟输入通道地址的译码输入由提供，经地址锁存输出后与相连。在图中，将作为个外扩的并行接口，采用线选法，由.和作为启动转换和的信号，低三位地址线与，和连接，所以通道的地址为。启动转换的过程如下选中通道号。启动，即执行条“，”时，产生信号，使，有效。锁存通道号并启动转换。等待转换结束端发出正脉冲，申请中断，表示结束。读转换数据在中断服务程序中，执行“，”指令产生信号，使有效打开三态门，位数据便读入到中。各模拟输入通道的定义如下长度模拟信号通道角度模拟信号通道上铰压力信号通道下铰压力信号通道.基本系统的实现与扩展单片机系统的组成个单片机系统可看作是由单片机最小系统外围扩展组成。最小系统包括程序数据存储器接口及相应的连接等运行程序必要的资源，其中是核心。根据系统所需要的功能，在最小系统基础上扩展相应的功能，如,等，构成个单片机系统。图与单片机的连接示意图随着单片机应用的日益广泛，单片机的种类越来越多，单片机内部集成的功能也越来越多，单片机本身的功能己超出了个最小系统的应具备的功能。选择不同的单片机，系统的外围扩展也不同，甚至不需要扩展。同时，随着单片机系统的复杂程度增加，系统的外围扩展方法也在改变，串行扩展的应用在逐步增多。几类流行微控制器的介绍与最小系统的组成几类流行微控制器的介绍随着微控制器应用日益广泛，微控制器的种类也越来越多。各种微控制器各具特点，各具优势。选择种合适的单片机将会提高系统性能减少开发工作降低成本提高竞争力。下面对国内几类比较流行的单片机的主要特点作以比较。，在的基础上继续发展单片机，它的全部采用内核，指令系统与兼容。把原在片外的许多功能模块集成在片内片内可以选用不同类型不同型号的存储器除了标准外，还有增强,总线总线等多种串行接口可供选择。系列的单片机从年代开始，应用逐步增多，目前市场占有量第。它实行，根据用户的需要确定单片机的功能使用工艺，具有价格低集成度高高速低功耗等特点同相比，执行速度差不多的情况下处理。转换电路种类很多，根据转换原理可分为逐次逼近式双积分式并行式跟踪比较式串并式电荷平衡式等。目前使用最多的是前三种。其中并行式是种用编码技术实现的高速转换器，其速度最快转换速度在之间价格也很高，般用于高速度场合。逐次逼近式转换器在精度速度和价格上适中，是目前最常用的转换器。双积分转换器，具有精度高抗干扰性好价格低廉等优点，但速度较慢，经常用于速度要求不高的场合。在转换器件的选择中，首先搞清楚关于转换器的几个指标量概念分辨率分辨率表示输出数字量变化个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。转换器的分辨率定义为满刻度电压与之比值，其中为转换器的位数，例如个位转换器其分辨率为满刻度，若满刻度电压为，则能分辨率的最小电压值为。量化误差量化误差是由于转换的有限数字对模拟数值进行离散取值量化而引起的误差，量化误差般为是数字量的最小有效位所表示的模拟量，提高分辨率可减少量化误差。量化误差和分辨率是统的。转换精度转换精度指出了个实际转换在量化值上与理想转换器进行模数转换的差值，可以用两个方式来表示绝对精度用最低位的倍数表示，如等。用绝对精度除以满量程值的百分数来表示。转换时间与转换速率转换时间为完成次转换所需要的时间，即从输入端加入信号到输出端出现相应数码的时间转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。转换速度是转换时间的倒数，如转换时间长，则表示转换速度低。各种结构类型的转换器的转换时间有所不同，转换时间最短的为全并行转换器，其转换时间为，其次是逐次比较式转换器，其转换时间为.，再次为逐次逼近型，较慢的是双积分式。逐次逼近式转换器是种类最多应用最广的转换器。本文根据场合等综合考虑选用的转换器就是芯片。简介是种路模拟输入路数字输出的的逐次逼近法器件。主要技术指标和特性分辨率位。转换时间取决于芯片时钟频率，转换次时间为个时钟周期，当时，转换时间，最大允许值为。单电源。模拟电压输入范围单极性双极性，。具有可控三态输出锁存器。启动转换控制为脉冲式正脉冲，上升沿使内部所有寄存器清零，下降沿是转换器开始。的引脚和结构的引脚和内部逻辑框图分别位于图和图。它内部除转换部分外，还有模拟开关部分。图各引脚图结构框图各引脚定义如下路模拟量的输入端。转换器的数据控制端，为三态可控输出，可以直接与计算机数据线相连。模拟量输入通地址选择端，为低位，为高位。基准电压参考端，决定了输入模拟量的量程范围。为时钟信号输入端，决定了转换的速度，时钟信号输入范围为.地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。为启动转换信号，正脉冲有效。通常与系统信号相连，控制启动转换。转换结束信号，高电平有效。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汽车,起重机,力矩,限制器,研制,毕业设计,全套,图纸摘要起重机是种蕴含多种危险因素的设备，操作不当或超载，容易引起翻车折臂等无法挽回的后果，因此对于吨以上的起重机要求安装种保护设备，般称为力矩限制器。起重机力矩限制器是装备在起重机上的重要超载保护装置，它为起重机的安全工作提供了保障。本文在参考现有力矩限制器的基础上，充分利用单片机技术传感器技术等些技术成果，来实现起重机的超载力矩限制，努力确保不会出现因超载而造成意外事故。本系统具有精度高，通用性好，抗干扰能力强，功能多，比较低的建设成本以及系统的可扩展性能强等优点。本文所述的起重机力矩限制器的主控单元是以单片机为核心部件，转换器采用，对从各传感器采集到的数据进行变换，然后送至进行数据的判断，做出各种控制动作显示输入单元选用了芯片作为显示和输入控制复位监测芯片采用来实现开门狗定时器电源监测等。关键词力矩限制器超载保护单片机汽绪论.概述在国民经济建设中，施工的机械化程度越来越高，汽车起重机的应用越来越广，起重机的安全行也越来越受到人们的重视。国际劳动部规定吨以上的起重机必须安装保护装置。为了安全工作，操作者必须随时了解起吊情况，对于载荷极限固定的起重机，可只对吊车的重量进行估计，但是对于汽车履带吊固定回旋吊等臂干角度可变的起重机，其起吊重量的极限值是变化的，这样就要求在操作过程中，随时估计查表获知起吊重量。旦估计不准就容易超载，以致发生事故。同时降低了工作效率。通过安装起重机专用的安全保护装置，操作者可以从高度紧张的估算中解脱出来，根据装置的指示大胆操作，既消除了隐患，又减轻了操作者的疲劳程度，有利于提高工作效率。起重机力矩限制器，又简称力限器，它是种重要的起重机超载保护装置，它通过传感器实时检测起重机的几项工作参数，经过计算处理，自动显示拥护关心的几项参数并根据起重机的当前状况进行判断当起重机接近非安全范围时，系统报警并知道进行安全保护控制，禁止起重机向危险方向动作。实践证明，使用力矩限制器可以有效的预防翻车超载断臂等恶性事故的发生，充分利用起重机的工作能力，避免误操作对起重机的损坏，减轻劳动者的劳动强度，大大提高了工作效率。国外很多起重机制造商很早就进行了力矩限制器的研究和应用，并随着技术进步，目前已经达到了较高的水平。我国在这写反面起步比较晚，技术水平不高，应用范围不广，但随着经济的发展和安全意识的提高，国内对起重机的力矩限制器有了很大的要求。国家技术监督局专门制定和发布了起重机的机械安全装置技术规范，对力矩限制器的功能和性能检验等作了严