基于51單片機(jī)的塔吊監(jiān)控畢業(yè)設(shè)計(jì)塔吊狀態(tài)監(jiān)控器

1、基于51單片機(jī)的智能塔吊控制器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)人：于鑫摘要智能塔吊控制器為針對塔吊在工地實(shí)際施工中的安全隱患而研制?？刂破鲀?nèi)部有單片機(jī)最小系統(tǒng)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、E2PROM等集成電路組成，為了提高儀器的抗干擾能力和可靠性，在控制器內(nèi)外信號之間采用了全光電隔離措施；控制器外部有壓力傳感器、霍爾傳感器、控制和保護(hù)電路組成?？刂破髦饕瓿伤踉谑┕み^程中的高度、幅度、負(fù)載重量、力矩實(shí)時(shí)監(jiān)測、超限報(bào)警和保護(hù)等功能，為塔吊的安全施工提供保護(hù)措施，可廣泛應(yīng)用于各種塔吊控制場合。 關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī) 塔吊控制器 光電隔離Design of intelligent tower crane controller

2、based on 51 MCU AbstractThe intelligent tower controller is designed to aim at the safety hidden trouble that the tower crane can be exposed to in construction.The inside of the controller is composed by integrate circuits such as SCM(Single Chip Micyoco),real time clock, E2PROM and CMOS chip.In ord

3、er to improve the ability of antiiamming and dependability,it adoptes the whole photoelectricity isolation in the signal of inside and outside.The outside of the controller is composedby altitude sensor,extent sensor,weightsensor,the control and protection circuits.The controller is mainly used to c

4、omplete the functions such as the watch of the height,the extent,the weight of the load and the moment.Besides it can give an alarm and protect the instrument when the load exceeds the limit.The intelligent tower crane controller has many functions and its parameter can be conveniently intercalated.

5、So it can be used in many occasio.Keywords:51 SCM(single chip micyoco);tower crane controller；photoelectricity isolation目錄摘要2Abstract2第一章 緒論41.1 塔吊監(jiān)控研究現(xiàn)狀41.2 塔吊監(jiān)控研究的意義5第二章 方案設(shè)計(jì)62.1 整體設(shè)計(jì)思路62.2 整體設(shè)計(jì)框圖7第三章 設(shè)計(jì)輔助內(nèi)容83.1 AT89C51 單片機(jī)控制芯片83.2 AE2501B 電機(jī)驅(qū)動芯片93.3 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片103.4 運(yùn)放電路LM32411第四章 硬件設(shè)計(jì)方案124.1 數(shù)碼管顯

6、示設(shè)計(jì)124.2 壓力傳感器電路設(shè)計(jì)124.3 驅(qū)動直流電機(jī)電路設(shè)計(jì)144.4 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1.1 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。在日常的使用中，如果塔吊司機(jī)不知道牽引小車在某一位置時(shí)最大能吊起多重的貨物，也不知道正在吊的貨物有多重，所以塔吊存在發(fā)生塔身翻側(cè)、折斷和塔吊吊臂折斷等事故的危險(xiǎn)。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;而導(dǎo)致事

7、故的原因大部分都是因?yàn)樗踉谄鸬踟浳飼r(shí)超重。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)問題而研制。圖1.1-1 塔吊圖形表1.1-1 工作幅度塔吊根據(jù)吊臂長度的不同有45m、50m和55m等多種規(guī)格，而每一種不同吊臂長度規(guī)格的塔吊根據(jù)吊鉤的設(shè)置又有二倍率和四倍率之分，一旦吊臂長度確定，吊鉤倍率確定，則牽引小車在吊臂上每一個(gè)位置都對應(yīng)著一個(gè)最大吊重量，也就是說牽引小車在某一位置上所起吊貨物的重量不能超過在同一位置所對應(yīng)允許的最大吊重量，這種塔吊吊臂長度、吊鉤倍率與允許的最大吊重量三者之間嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系所形成的曲線，在

8、塔吊術(shù)語上就稱之為起重性能曲線。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起重性能曲線上所對應(yīng)允許的最大吊重量，否則的話發(fā)生事故就不可避免了?？梢娖鹬匦阅芮€對塔吊的安全運(yùn)行是何等的重要，換言之，本文介紹的塔式起重機(jī)起重性監(jiān)控器是塔吊司機(jī)安全操作的保證，為塔吊帶來一種既安全又實(shí)用而且也是塔吊必不可少的自動化裝備。1.2 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。建筑工地屬于環(huán)境復(fù)雜，人員復(fù)雜的區(qū)域?？紤]到設(shè)備及人員的安全，一套有效的現(xiàn)場及遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)對

9、于管理者來說是非常有必要的。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，管理者可以了解到現(xiàn)場的施工進(jìn)度，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場的生產(chǎn)操作過程，和現(xiàn)場材料的安全。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)督部門提供了加大管理力度、嚴(yán)格執(zhí)法的依據(jù)。進(jìn)而督促操作和指揮人員提高安全意識減少或杜絕安全事故隱患。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。唯一不利的是需要增加部分投資，但這與事關(guān)人民安全相比是非常值得的。為此，相關(guān)專業(yè)部門提出了有關(guān)塔吊監(jiān)控器的事項(xiàng)。第二章 方案設(shè)計(jì)2.1 整體設(shè)計(jì)思路塔式起重機(jī)起重性能監(jiān)控器的主板主要用于傳感器信號的檢測、處理。本設(shè)計(jì)采用AT89C5

10、1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、非易失性存儲技術(shù)制造，它有較小的精簡I/O端口，體積很小。此外，AT89C51設(shè)計(jì)和配置了震蕩頻率可為0HZ并通過軟件設(shè)置省電模式。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。首先從傳感器的形變量所轉(zhuǎn)換的電壓入口，由于外在的因素是非電量的變化，所以通過傳感器通過外在壓力的變化不失真地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量，并且經(jīng)過轉(zhuǎn)換的模擬電壓很

11、小，只有幾十或者幾百mV，要想該電壓能夠體現(xiàn)出所要表達(dá)的物理量，必須經(jīng)過運(yùn)放電路放大，把較小的信號放大得到約05V之間的電壓，以便符合單片機(jī)芯片工作的正常共工作電壓范圍。單片機(jī)處理的是數(shù)字信號，之前還應(yīng)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。因此主板芯片通過電壓的大小可以傳感器所感受的壓力大小。在運(yùn)行情況狀態(tài)下，如果檢測到超重或者計(jì)算后的力矩超限，則會提示閃光報(bào)警。但是在實(shí)際使用中，為了消除起動等情況下的重量沖擊信號，需要提供延時(shí)保護(hù)程序。延時(shí)時(shí)間為10ms為單位，因此可設(shè)定的延遲時(shí)間為0ms255ms。當(dāng)重量或者力矩超限時(shí)間大于本參數(shù)值乘以10ms時(shí)，才能提示閃光報(bào)警。處理過的信號

12、通過單片機(jī)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(jī)的P0口，驅(qū)動數(shù)碼管選擇三極管操作簡單可行，實(shí)際電路也簡單，電機(jī)的運(yùn)行通過驅(qū)動芯片進(jìn)行。有信號發(fā)生時(shí)，附著在電機(jī)上運(yùn)動的磁鋼，每經(jīng)過霍爾元件，霍爾元件會相應(yīng)地輸出一個(gè)脈沖，通過時(shí)間和脈沖的大小，進(jìn)而可以計(jì)算得到塔吊吊物高度和鋼絲繩所運(yùn)動的距離，通過霍爾提供的脈沖信號通過單片機(jī)輸出到電機(jī)驅(qū)動芯片，從而控制電機(jī)的運(yùn)行狀況。進(jìn)一步可以測出吊鉤的高度和小車的位移，兩個(gè)電機(jī)所控制不同對象，一個(gè)電機(jī)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(gè)電機(jī)用來起動吊物。報(bào)警電路就是讓相關(guān)責(zé)任人提早發(fā)現(xiàn)非正常運(yùn)行時(shí)所出現(xiàn)的問題，便于及時(shí)采

13、取措施面對，消除隱患所帶來的事故。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)，控制器就會驅(qū)動發(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。然而在實(shí)際建筑工地上，塔吊正常運(yùn)行工作時(shí)，當(dāng)?shù)跷锍^一定報(bào)警預(yù)警值，發(fā)出相關(guān)聲光報(bào)警，使人們對聲光報(bào)警產(chǎn)生的信號更為敏感，采取相應(yīng)的措施應(yīng)對，避免事故的發(fā)生。2.2 整體設(shè)計(jì)框圖通過整體思路的設(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)展電路通過單片機(jī)對數(shù)字信號的處理實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能。其中，主要有幾個(gè)單元模塊組成電機(jī)的驅(qū)動電路、霍爾傳感

14、器電路、數(shù)碼管顯示電路、壓力傳感器信號放大模擬轉(zhuǎn)換電路和和閃光報(bào)警電路組成，通過他們之間的關(guān)聯(lián)，從而確定出對應(yīng)的總體設(shè)計(jì)框圖，簡單設(shè)計(jì)框圖2.2-1：運(yùn)放數(shù)碼管顯示壓力傳感器驅(qū)動芯片閃光報(bào)警AT89C51A/D霍爾傳感器電機(jī)驅(qū)動芯片電機(jī)圖2.2-1 塔吊監(jiān)控設(shè)計(jì)框圖第三章 設(shè)計(jì)輔助內(nèi)容 3.1 AT89C51 單片機(jī)控制芯片AT89C51（圖三）L公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器

15、（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大AT89C51可為你提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。主要性能參數(shù)：與MCS-51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(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。功能特性概述：AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃存存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串口通信，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT

16、89C51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。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通訊口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。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。圖3.1-1 AT89C51引腳圖3.2 AE2501B 電機(jī)驅(qū)動芯片AE2501B為集控制與電機(jī)驅(qū)動一體的兩功能功功率放大驅(qū)動器，將分立元件集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。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)動直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)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

17、流，峰值電流可達(dá)到1.1A；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)動繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(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、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和開關(guān)功率管等電路上。其特點(diǎn)：低靜態(tài)電流，寬的電源電源范圍：3-9V，集控制與驅(qū)動一體，峰值電流1.1A，持續(xù)工作電流500mA，內(nèi)置反響續(xù)流二極管，始于感性負(fù)載，與標(biāo)準(zhǔn)TTL/CMOS輸出電平兼容，方便接口，讓輸入同為低時(shí)，馬達(dá)停止，電路處于低功耗待機(jī)狀態(tài)。圖3.2-1 AT2501B管腳圖表3.2-1 功能描述序號符號功能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6

18、VOA電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出7VCC電源電源8INB電機(jī)反轉(zhuǎn)輸入邏輯功能如表3.1-2：表3.1-2 邏輯功能表INAINBVOAVOB直流電機(jī)HLHL正轉(zhuǎn)LHLH反轉(zhuǎn)LLOPENOPEN停止HHXXX3.3 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832是美國國家半導(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。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的分辨率。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。其特點(diǎn)：8位分辨率；雙通道A/D轉(zhuǎn)換；輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；5V電源提供供電輸入電壓在05V之間；工作頻率

19、為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us；一般功耗僅為15mW。管腳頂視圖圖3.3-1：圖3.3-1 ADC0832管腳頂視圖 芯片接口說明 CS_ 片選使能，低電平使能。 CLK 芯片時(shí)鐘輸入 GND 芯片參考0電位（地）。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 D1 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 D0 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。ADC0832與單片機(jī)的接口電路如圖3.3-2：圖3.3-2 接口圖正常情況下ADC0832與單片機(jī)接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS，CLK，D0，D1。但由于D0

20、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。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用。D0/D1的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(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。在第1個(gè)脈沖的下沉之前D1端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、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。3.4 運(yùn)放電路LM324LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單

21、元電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著特點(diǎn)，該運(yùn)算放大器可以工作的低到3.0伏或者高達(dá)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(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)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(fù)電源電壓。其特點(diǎn)如下：1 短路保護(hù)輸出；2 真差動輸入及；3 低輸入偏置電流：最大為100納安；4 單電源工作：3.0伏到32伏；5 每一封裝四個(gè)放大器；6 內(nèi)部補(bǔ)償；7 共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源；8 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳輸出；9 在輸入端的靜電嵌位增加可靠性而不影響器件的工作。第四章 硬件設(shè)計(jì)方案4.1 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

22、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。在應(yīng)用數(shù)碼管進(jìn)行顯示時(shí)，首先需要考慮的問題是驅(qū)動電流，與發(fā)光二極管相同，數(shù)碼管的發(fā)光段也需要串聯(lián)限流電阻，以共陽極為例，串聯(lián)的限流電阻阻值越大，電流越小，亮度越低；電阻值越小，電流越大，亮度越高。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)，將會造成數(shù)碼管的亮度不同。用三極管控制共陽極數(shù)碼管是利用三極管的開關(guān)特性，比如用pnp三極管的話，集電極接地，然后通過基極控制三極管的通斷，當(dāng)通過單片機(jī)給基極一個(gè)低電平時(shí)，發(fā)射極導(dǎo)通

23、，集電極與發(fā)射極也之間也導(dǎo)通了，一般都是用三極管控制數(shù)碼管的位選引腳。簡單地說就集電極和發(fā)射極相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，基極是控制端，基極給高電平是，開關(guān)是斷開基極給低電平時(shí)，開關(guān)合上。設(shè)計(jì)圖如圖4.1-1所示：圖4.1-1 數(shù)碼管顯示電路 4.2 壓力傳感器電路設(shè)計(jì)由于力的大小無法直接讀出觀測到，需要通過一定的轉(zhuǎn)換條件可以顯示出要測得數(shù)據(jù)大小，通過壓力傳感器形變量的改變，通過電壓的輸出可以有效地轉(zhuǎn)換所得力的大小。壓力傳感器是將輸入的機(jī)械應(yīng)變 轉(zhuǎn)換為變化的變換元件。電阻變換器的輸入應(yīng)變 =L/L，即材料的長度相對變化量，它是一個(gè)無量綱的相對值。通常 =10-6 為一個(gè)微應(yīng)變。電阻變換器的輸出量為電阻值的

24、相對變化量R/R。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。根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)：/=且=E其中：是應(yīng)力（F/S);是壓阻系數(shù)，=(4080)*10-11m2/N,E是彈性變量，E=1.67*1011N/m2,所以電阻的相對變化為（R/R）E 要測量其他物理量，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。壓阻式傳感器的滿量程輸出信號為70350mV不等，其輸出阻抗很高，這就要求放大電路也有很高的輸入阻抗，不從傳感器輸出端吸收電流，以免破壞傳感器的工作狀態(tài)，這里介紹的是有芯片LM324組成的運(yùn)放電路。

25、LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性其工作特點(diǎn)1.短路保護(hù)輸出 2.真差動輸入級 3.可單電源工作：3V32V 4.低偏置電流：最大100nA 5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源 8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列9.輸入端具有靜電保護(hù)功能經(jīng)過LM324放大的約05V之間的電壓信號經(jīng)常adc0832的處理，把模擬

26、信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供單片機(jī)軟件處理操作。作為單通道模擬信號輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是05V且8位分辨率時(shí)的電壓精度為19.53mV。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。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時(shí)，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。通過前一級輸出的電壓信號，通過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。經(jīng)過單片機(jī)軟件程序的設(shè)計(jì)，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)。其設(shè)計(jì)圖如圖4

27、.2-1所示：圖4.2-1 壓力傳感器電路4.3 驅(qū)動直流電機(jī)電路設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動電路首先要從編碼器著手，本設(shè)計(jì)采用對方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測量選用電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開路型，輸出分辨率選用360個(gè)脈沖/圈，考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)動是雙向的，既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，需要對編碼器的輸出信號鑒相后才能計(jì)數(shù)。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(gè)脈沖，AB兩相相位差90，A超前則正轉(zhuǎn)，B超前則反轉(zhuǎn)。鑒相電路用來分辨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，74LS86-異或

28、門，74LS379-D觸發(fā)器搭出來的電路。當(dāng)編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),A相信號在相位上超前B 1/4周期。經(jīng)過D觸發(fā)器后，Q1為高電平，Q2為低電平，C1保持低電平。相反之，當(dāng)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，C1將保持低電平，C2形成的計(jì)數(shù)脈沖可作為雙向計(jì)數(shù)器“-”端的輸入信號，從而完成對編碼器輸出脈沖的計(jì)數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)編碼器每圈輸出脈沖數(shù)來增減可逆計(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量精度。經(jīng)過單片機(jī)的軟件控制，經(jīng)過單片機(jī)芯片輸出不同的高低電壓信號來驅(qū)動從而確定電機(jī)的運(yùn)行狀況。通過DJ1+和DJ1-電平高低情況

29、來進(jìn)行控制電機(jī)。下面介紹一下有關(guān)電機(jī)驅(qū)動芯片AE2501B管腳功能的介紹：其中1腳控制電機(jī)正轉(zhuǎn)輸入信號，8腳控制電機(jī)反轉(zhuǎn)輸入信號，3腳控制電機(jī)反轉(zhuǎn)輸出，6腳控制電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出，4和5腳接地端，2和7腳接電源端。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)。(2)當(dāng)1腳（INA）為低電平，8腳（INB）為高電平時(shí)，電機(jī)反轉(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。（4）禁止是1和8腳同為高電平。通過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。其設(shè)計(jì)總結(jié)電路圖如圖4.3-1所示：圖4.3-1 電機(jī)驅(qū)動電路4.4 閃

30、光報(bào)警電路設(shè)計(jì)閃光報(bào)警是最簡單，也是最常用的一種報(bào)警方式。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)間間隔來交替點(diǎn)亮與熄滅指示燈。閃光報(bào)警在硬件連接上非常簡單，通常可利用AT89C5 1的I0口直接驅(qū)動發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。該電路中發(fā)光二極管一般反向連接，其正端接+5V，負(fù)端通過限流電阻與YO口線相連。限流電阻阻值的選擇要同時(shí)考慮發(fā)光二極管的驅(qū)動電流及IO口線的負(fù)載能力，一般可選擇330n或360n.若使某發(fā)光二極管點(diǎn)亮，則只需向相應(yīng)的輸出口輸出低電平。設(shè)計(jì)電路如圖4.4-1所示：圖4.4-1 閃光報(bào)警電路若P10控制塔吊系統(tǒng)吊鉤重量的超載報(bào)警。結(jié)論先說明

31、程序設(shè)計(jì)，然后再總結(jié)一下設(shè)計(jì)心得。塔吊監(jiān)控的設(shè)計(jì)是否成功，關(guān)鍵貫徹兩個(gè)方面。軟件和硬件的設(shè)計(jì)，軟件是執(zhí)行硬件的驅(qū)動著，某些功能的實(shí)現(xiàn)，通過硬件的觀測來達(dá)到某種目的。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。電路圖繪制完成后，下一步就要設(shè)計(jì)軟件的程序內(nèi)容，而我們學(xué)過的編程主要包括單片機(jī)匯編語言和C語言的編程。單片機(jī)雖然上過兩個(gè)學(xué)期，可對其學(xué)得不是很深，只是表面的了解，看懂某些簡單的程序。而如果讓自己用單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)某種功能，恐怕是力不能及，只能勉強(qiáng)應(yīng)付一下簡單的小程序。然而對于設(shè)計(jì)本課題的塔吊監(jiān)控來說的確是一件很難辦到的事情。所以，再三決定，選擇用C

32、語言來進(jìn)行編程該電路的軟件設(shè)計(jì)，C語言相對單片機(jī)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(yīng)該比單片機(jī)更為深刻，所以決定用C語言來編寫程序完成軟件操作。剛開始，可以說沒有頭緒，于是去圖書館找資料，經(jīng)過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，后來經(jīng)過仔細(xì)查看電路圖，決定分單元設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊。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(shí)間把這一量的轉(zhuǎn)換單元模塊做出來，然后逐一設(shè)計(jì)編碼器脈沖輸出計(jì)數(shù)軟件設(shè)計(jì)，逐一把報(bào)警電路、塔吊小車位移等軟件的程序分單元模塊組合起來。然后通過程序的調(diào)用，按順序輸出各個(gè)量的信號轉(zhuǎn)換。最后簡單的程序設(shè)計(jì)算是給做出來了

33、，但是可惜的是硬件的設(shè)計(jì)沒有完成，無法得到更加完美的理想結(jié)果，不過程序設(shè)計(jì)完全是按照電路原理圖的設(shè)計(jì)而設(shè)計(jì)，或許是對的。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。在此感謝他們，不過怎么說，軟件的兩周設(shè)計(jì)，的確有所收獲，其一：對C語言編程的知識有了更深的一點(diǎn)了解，其二：知道C語言的程序如何實(shí)現(xiàn)控制硬件的操作。隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過八周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，無論是軟件設(shè)計(jì)還是硬件，都是一次難得的挑戰(zhàn)。但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看

34、法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己學(xué)得還可以，懂得很多，有點(diǎn)眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。就拿本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容來說，塔吊監(jiān)控的設(shè)計(jì)主要是從社會實(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。在設(shè)計(jì)塔吊監(jiān)控時(shí)，不僅要了解塔吊工作的原理，按照其工作狀態(tài)時(shí)各種參數(shù)設(shè)計(jì)，還有其工作時(shí)的工作幅度，負(fù)荷百分比，外圍環(huán)境的影響等等因素，無論每一個(gè)模塊設(shè)計(jì)，對我們來說

35、都要花相當(dāng)一段時(shí)間了解，然后再綜合起來，實(shí)現(xiàn)所需的功能。設(shè)計(jì)過程中花了很長時(shí)間在網(wǎng)絡(luò)上查找相關(guān)資料，不僅要了解而且還會用，徹底的搞明白每一點(diǎn)。這樣才能更好的設(shè)計(jì)出塔吊監(jiān)控器。不過在設(shè)計(jì)過程中可以發(fā)現(xiàn)的是自己知識的不足，許多基本的知識都已忘記，另外相當(dāng)熟悉的知識也得不到有效利用，有點(diǎn)眼高手低的感覺，還要翻查課本，不能得到靈活掌握運(yùn)用，可見自己對知識的學(xué)習(xí)的掌握還不夠好，理應(yīng)多在實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足，對于以后自己工作時(shí)更要努力學(xué)習(xí)，只有在實(shí)踐操作中，才能更好的了解自身的不足，激發(fā)自己學(xué)習(xí)的潛力。還有一點(diǎn)就是在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中鍛煉了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，三個(gè)班的同學(xué)共同努力，查閱相關(guān)的資料，之間互相

36、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(xué)。我的心得也就這么多，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時(shí)候才是真的學(xué)會了。畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然是對大學(xué)知識的一個(gè)總結(jié)，也可以作為今后實(shí)踐工作的一個(gè)起點(diǎn)。我們還應(yīng)在社會中學(xué)到跟多的應(yīng)用知識，在實(shí)踐操作中把理論的知識升華，通過實(shí)踐才能更好地發(fā)現(xiàn)不足，找到理論和實(shí)踐操作的差別。參考文獻(xiàn)1張化利.微控

37、制器和大容量閃存在塔吊監(jiān)控器中的應(yīng)用M.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì).2004(8).2馬家辰，孫玉德.MCS51 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1998,9:3-25.3徐志良.單片機(jī)原理與控制技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.4王曉明.單片機(jī)的單片控制M.北京：北京航空大學(xué)出版社，2002.致 謝大學(xué)三年學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的致意。感謝我的家人對我在大學(xué)三年來深造的默默支持：感謝我的母校浙江機(jī)電給了我學(xué)三年深造的機(jī)會，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高自己，感謝三年來老師和同學(xué)們的關(guān)系和鼓勵(lì)，感謝工行提供的助學(xué)貸款服務(wù)項(xiàng)目，所

38、有的這一切讓我充滿了感動，感謝你們對我的關(guān)心與幫助。這篇塔吊監(jiān)控課題的設(shè)計(jì)得到許多老師和同學(xué)們的關(guān)注，讓我更好地完成此次甚至是大學(xué)的最后一次有意義的設(shè)計(jì)，讓我學(xué)會了很多，從選題到查閱資料，課題原理的確定，期中元件的代換，后期的選型調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)你們都給予了悉心的指導(dǎo)，這兩個(gè)月來，兩位指導(dǎo)老師都給提供了明確的思路，設(shè)計(jì)方法，技術(shù)講解等等，圖書館的老師提供了各個(gè)參考資料提供給我做畢業(yè)設(shè)計(jì)作參考，同學(xué)的講解指導(dǎo)讓給我對這次設(shè)計(jì)更有信心，總之一切的一切，大的方面感謝學(xué)校提供了我學(xué)習(xí)的一切基本設(shè)施，感謝老師給予的知識講解，感謝同學(xué)們的熱情幫助等等的一切，你們都給予了很大的幫助，在此，我再一次真誠地向幫助

39、過我的老師和同學(xué)表示感謝！謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給他們！附 件一 原理圖附 件二 元器件清單表四名稱位置規(guī)格數(shù)量備注芯片U1AT89C511U3ADC08321U4、U5AE2501B2U674LS1751U774LS001U8LM3241U9、U1074LS1932數(shù)碼管DS1、DS22開關(guān)S1S44馬達(dá)MG1、MG22晶振Y112MHZ1三極管Q1、Q285502發(fā)光二極管D11壓力傳感器R110SMOWO壓力變送RW-ST01型測力1編碼器P1歐姆龍E6B2-CWZ6C.6001電阻R1R9、R1810K10R10R111K21/4WR16R176802R20R2330K4R28R31100K4R1

40、93301電容C110uF1C2、C330uF2C4、C747uF2電解電容C5、C60.01uF2瓷片電容附 件三 程序清單#include<AT89X51.H>#include<absacc.h> #include<intrins.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*-接口定義 -*/ sbit Menu = P25; /菜單選擇 sbit TZDJ = P24; /停止電機(jī) sbit ZFZ = P23; /正反轉(zhuǎn)選擇 sbit DJXZ = P22;/電機(jī)選擇sbit LE

41、D_DK1 = P21; /數(shù)碼管段控第1位sbit LED_DK2 = P20; /數(shù)碼管段控第2位sbit ADC0832_CS = P11;sbit ADC0832_CLK = P12; sbit ADC0832_DODI = P13; /停止電機(jī) sbit DJ1a = P14; /直流電機(jī)1控制+sbit DJ1d = P15;/直流電機(jī)1控制-sbit DJ2a = P16; /直流電機(jī)2控制+ sbit DJ2d = P17;/直流電機(jī)2控制-sfr DAT = 0x80; /數(shù)碼管8位段控?cái)?shù)據(jù)sfr JXQ_DAT = 0xB0; /鑒相器8位數(shù)據(jù)void Init();voi

42、d tzjcl();void LED_display();void delay();uchar Menu_value=0,DJXZ_value=0,ZFZ_value=0,TZD_value=0,TZDJ_value=0;uchar *LED_1,flag=0,ADC0832_Hd,ADC0832_Ld,i,k,ADC0832_dat=100, H_dat=10; /*-主函數(shù)-*/ void main(void) Init(); while(1) if(Menu=0)|(DJXZ=0)|(ZFZ=0)|(TZDJ=0) TH1 = 0xfc; TL1 = 0x18; TR1=1; LED_d

43、isplay(); void Init() ADC0832_CS = 1; LED_1=&ADC0832_dat; TMOD=0x10; TH1 = 0xfc; TL1 = 0x18; EA=1; ET1=1; TR1=0; /*-按鍵判斷與處理程序-*/ void t1(void) interrupt 3 using 0 TR1=0; flag=flag+1; if(flag=1) if(Menu=0) if(Menu_value!=2) Menu_value=Menu_value+1; else Menu_value=0; if(DJXZ=0) if(DJXZ_value!=1)

44、DJXZ_value=DJXZ_value+1; else DJXZ_value=0; if(ZFZ=0) if(ZFZ_value!=1) ZFZ_value=ZFZ_value+1; else ZFZ_value=0; if(TZDJ=0) if(TZDJ_value!=1) TZDJ_value=TZDJ_value+1; else TZDJ_value=0; loop:if(Menu=1)&&(DJXZ=1)&&(ZFZ=1)&&(TZDJ=1) TH1 = 0xfc; TL1 = 0x18; TR1=1; flag=1; else goto loop; if(flag=2) if(Menu=1)&&(DJXZ=1)&&(ZFZ=1)&&(TZDJ=1) flag=0; tzjcl(); else goto loop; /*-塔吊運(yùn)行程序-*/ void tzjcl() if(Menu_value=0) /運(yùn)行電機(jī) if(TZDJ_valu