单片机在臂架型起重机力矩限制器上的应用

 

关键固：单片机起重机力矩限制器智能化起重机作为大型起重运输机械，操作不当或超载，容易引起翻车、折臂等严重后果，国家规定对于16t以上的起重机要求安装安全保护设备。臂架型起重机力矩限制器实时测量起重机的起重量、臂杆的长度、臂杆转过的角度等参数，由程序控制起重作业，进行报警或强制停机。国外先进的力矩限制器运用模糊控制和专家系统，通过设置工作程序，自动芫成起重作业，并且能对起重机械进行全方位的监控，但维护保养比较困难，并且与我国目前的起重机配套较困难。本文在研究国内外现有力矩限制器的基础上，充分利用电子技术、传感测试技术等方面的成果，运用16位单片机80C196KC，研制了一种具有智能化的臂架型起重机力矩限制器，能够实时自动监测、计算起重力矩，当实测起重力矩达到设定起重力矩时，通过监控力矩开关信号，判断力矩是否继续增加，自动控制起重机的液压系统。所研制的臂架型起重机力矩限制器在某一型号的16t起重机上试用，满足了起重作业安全保护的要求。

 

单片机16MHz晶振，有很高的操作速度和数据吞吐能力，内部RAM488B，有24b的专用寄存器，CPU的操作直接面向256b的专用寄存器；80C196KC内有一个逐次逼近型的A/D转换器，共有8个输入通道。

 

其输入引脚ACH0ACH7与P0.0P0.7共享。内部的A/D转换器8b/10b可调，自带采样、保持电路，这样减少了外围电路，也减少了干扰和干扰源，增加了系统的稳定性和抗干扰性，并且缩小了控制板的尺寸，在本系统中采用10b转换方式。该限制器80C196KC单片机采用8位地址/数据复用总线，其主要作用是采集传感器信号、倍率设定值、数字输入信号，按起重性能曲线进行数据处理，输出控制信号。

 

2工作原理当实测起重力矩小于其相应工况下的额定起重力矩时，起重机作业正常进行；当实测起重力矩达到其相应工况下的额定起重力矩的90%时，报警装置显示黄色报警信号，开始预报警；当实测起重力矩等于或大于其相应工况下的额定起重力矩时，力矩限制器保存实测起重量、臂杆长度、臂杆转过的角度、工作幅度以及当前时间等超载数据，报警装置显示红色报警信号，同时控制蜂鸣器打开，以声音报警。

 

当实测起重力矩达到其相应工况下的额定起重力矩，通过监控力矩开关信号，判断力矩是否继续增加，如果实测起重力矩向增加的方向运动，力矩限制器输出控制信号控制起重机的液压系统，自动停止起重机作业；如果实测起重力矩向减少的方向运动，力矩限制器输出控制信号控制起重机的液压系统，起重机继续作业。

 

该力矩限制器系统如所示，主要包拮16等。

 

接口电路单元由80C196KC单片机及外围扩展电路构成，用来将采集的传感器信号、倍率设定值和数字输入信号，按起重性能曲线进行数据处理，记录违章数据，输出控制信号。为提高系统的稳定性和抗干扰性，设计了输入控制模块的接口电路、输出控制模块的接口电路及液晶显示模块接口电路。

 

80C196KC单片机内部无ROM，因此扩充（32KX8位）的EPROM程序存储器芯片27256.部分接口电路单元电路见。

 

时钟芯片DS12887内置可充电的锂电池，内部信息碰单元碰厉蝴输出控制单元单牌鹏元元充电电路能自动对锂电池充电，正常工作时保证时钟数据10年内不会失，内部有114b的RAM；时钟芯片在首次使用前必须初始化。

 

当力矩限制器监测实测起重力达到设定起重力矩时，80C196KC将超载作业的工作参数以及当前时间存储在DS12887内部的RAM，114b的RAM能够保存8次超载作业的工作参数以及当前时间数据，其中实测起重量、臂杆长度、臂杆转过的角度和工作幅度，以及所对应的时间数据在存储时按照整型类型16位）保存，时间数据在存储时按照字符类里8位）保存。

 

力矩限制器采用4组液晶显示单元，在起重作业过程中分别用来显示实测起重力矩、臂杆长度、臂杆转过的角度和工作幅度；检查超载数据时，采用键盘中断的方式，将存储在DS12887内部RAM的数据输出到液晶显示单元，超载作业的时间数据先在液晶显示单元上显示，然后显示超载作业的工作参数数据。液晶模块选用北京青云公司生产的通用仪器仪表液晶显示模块LCM045A，3线串口与单片机80C196KC连接，工作电压为2752V，功耗低，工作温度为-10C~60C，稳定可靠，视角对比度可调，液晶模块显示清楚。

 

单片机输出控制信号软件设计是力矩限制器的重要内容之一，采用C语言进行模块化软件设计，软件功能模块有自检及初始化模块、A/D转换模块、显示控制模块、数据存储模块、输出控制模块和键盘控制模块。

 

程序运行时，力矩限制器首先进行程序自检及初始化，然后对模拟信号进行A/D转换，将采集的数据实时显示在LCD上；如果实测起重力矩超载，软件会根据所采集的信息，输出声音报警或光报警或强制停机等信号；软件具有记录超载数据的功能。

 

为保证力矩限制器的正常工作，设计故障自我诊断模块，当发生故障时以代码的形式在LCD上显示。

 

41A/D转换子程序模块80C196KC可以同时引入8个不同的模拟量，A/D命令寄存器ADCOMMAND规定单片机模拟量输入通道号、A/D转换的位数10位或8位）以及启一8微机应用与智能化动A/D转换的方式；转换的结果存放在A/D结果寄存器内ADRESULT，因为只要启动一次A/D转换，A/D的结果便被清零，因此，存放于A/D结果寄存器的某一次A/D转换结果必须及时转移。

 

A/D转换的计算公式：考电压。

 

A/D转换子程序的程序流程图如所示。

 

4.2输出控制模块三极管放大后控制电磁阀导通或截止，电磁阀作为开关装置串联在起重机液压系统的电磁液动阀上。当实测起重力矩等于或大于其相应工况下的额定起重力矩，查询监控力矩开关信号，如果实测起重力矩向增加的方向运动，力矩限制器输出信号控制电磁阀导通，因此起重机的液压系统的电磁液动阀卸荷，自动停止起重作业；如果实测起重力矩向减少的方向运动，力矩限制器输出信号控制起重机继续作业。

 

43键盘中断模块键盘中断模块芫成人机交互功能，当操作人员按下键盘时，能够在液晶显示单元上显示所需要的信息。存储在时钟芯片DS12887的超载数据，通过中断的方式，能在任何时刻，从指定的液晶显示单元上显示数据。

 

该力矩限制器采用16位单片机，数据处理能力增强，能自动存储超载状态下的数据，提高了起重机操作的安全性。所研制的力矩限制器符合国家有关的技术标准，通过对传感器重新进行标定，改变软件设计和配备不同类型的传感器，能够适用于不同型号的起重运输机械。