《起重机超载限制器的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《起重机超载限制器的设计（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、起重机超载限制器的设计一概述本篇文章简要地讲述了起重机限制器的基本构成，并对其基本软硬件进行了简单的介绍。 起重机限制器主要用于对工矿企业和施工现场的起重机， 行车进行超载限制。 当它进行工作时，若起重机承受重物在额定值的 90%以内，则该限制器能显示重物的实际重量，若重物的重量超过额定值的 90%但在 105%以内， 该限制器显示重物的实际重量的同时发出声光预警信号，若重物的重量达到或超过额定值的 105%，该限制器将发出声光报警信号，同时自动切断起重机电源。该限制器还能自动记录超载的次数，供有关部门检查。二系统设计根据上述的工作原理和技术要求，可知该系统实际上是一个典型的数据采集与控制系统
2、，数据采集的对象是一路压力（拉力） ，故选用压力（拉力）传感器进行物理量的测量，控制对象是断电及报警装置，故选用继电器及声响电路进行断电和报警。1硬件设计硬件电路如下图所示，模拟信号放大部分选用运算放大器 OP07， A/D 转换器选用MC14433 ，系统主机选用 8031 单片机，扩充一片程序存储器 2716，地址及数据锁存器选用74LS373， 4 线 -7 线译码器选用 4511，驱动器选用 MC1413，基准电压源选用 MC1403，数码显示部分选用 BS212 共阴数码管，音响部分选用一片 KD9561 。由电路图可知， 硬件系统上电工作后， 由压力 （拉力） 传感器来的微弱电信号
3、 （约 20uV）经 OP07 送到 MC14433 进行 A/D 转换， MC14433 送出的 4 位 8421BCD 码及 4 位选通信号一起送到 8031 单片机的 P1 口， 8031 根据 P1 口来的信号进行处理判别后送到 4511和 MC1413译码驱动显示。若采集到的物重达到或超过额定值的 90%，则由 P3.0 送出低电平驱动声光预警电路。 105%，超载计数单元加 1，由 P3.1 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。硬件部分还设计了一个掉电保护电路，当 8031 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 内存单元中的内容
4、。（ 1）运算放大器 OP07 OP07 是高精度，低失调电压的精密运放集成电路 ,用于微弱信号的放大 ,如果使用双电源 .能达到最好的效果。下面介绍一下它的引脚图资料。1 4131 2 3 4 5 681112131415169A BP3. 14 511a b c d e f gVssBILTVddMC14433123456781011129 142 41 3Q0 -Q3DS1-DS42 7K2005 6pF5 6pF0.1 uF0.1 u F4 70 KC?0.1 u F1 00-5V0.1 uF5 V8 031P3.3P1. 0-P1.3P1. 4-P1.7VssEAVccALEXTAL
5、1XTAL2RSTPSENP2.2P2.1P2.0C?0.1 u FORU?NOT复 位0.1 u F1 0K5V555123456780.3 3 uF至 P3.73.5 V3 30 KVCC12+348INT0Vref+5V 5.6 kVCC2+3467 140 332 Vo ut1+5V1 K1 00D1 D8Q1Q837311 01120A0A7A8 A9A10910 1112131415161718 2024271 6BS21 2 X43 60+5V+5VP3.03 73Q1 Q4 Q5 Q83 4 7 813 14 17 18 11WRADP0 口+5V性能： 1) 低的输入噪声电压
6、幅度 0.35 VP-P (0.1Hz 10Hz) 2) 极低的输入失调电压 10 V3) 极低的输入失调电压温漂 0.2 V/ 4) 具有长期的稳定性 0.2 V/M?5) 低的输入偏置电流 1nA 6) 高的共模抑制比 126dB 7) 宽的共模输入电压范围 14V 8) 宽的电源电压范围 3V 22V （ 2） A/D 转换器 MC14433 双积分型由于两次积分时间比较长， 所以转换速度慢， 但精度可以做得比较高； 对周期变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也较好。常用的有 3? 位双积分 A/D 转换器 MC14433（精度相当于 11 位二进制数） 和 4? 位双积分 A/D 转换器
7、 ICL7135 （精度相当于 14 位二进制数） 。1. MC14433A/D 转换器简介MC14433 是 3? 位双积分型 A/D 转换器，优点：精度高、抗干扰性能好等，缺点：转换速度慢， 约 110 次 /秒。 与国内产品 5G14433 完全相同， 可互换。 被转换电压量程为 199.9mV或 1.999V。转换完的数据以 BCD 码的形式分四次送出。1） MC14433 的引脚功能说明各引脚的功能如下：1）电源及共地端VDD ：主工作电源 +5V 。VEE：模拟部分的负电源端，接 -5V。VAG ：模拟地端。VSS： 数字地端。VR： 基准电压输入端。2）外接电阻及电容端R1：积分
8、电阻输入端，转换电压 Vx=2V 时， R1=470 ； Vx=200mV 时， R1=27k 。C1：积分电容输入端，一般取 0.1 F。R1/C1： R1 与 C1 的公共端。CLKI 、 CLKO ：外接振荡器时钟调节电阻 RC， RC 一般 取 470 左右。3）转换启动 /结束信号端EOC：转换结束信号输出端，正脉冲有效。DU：启动新的转换，若 DU 与 EOC 相连，每当 A/D 转 换结束后，自动启动新的转换。4）过量程信号输出端OR* ：当 |Vx| V R，输出低电平。5）位选通控制端DS4DS1 ：分别为个、十、百、千位输出的选通脉冲， DS1 对应千位， DS4 对应个位
9、。每个选通脉冲宽度为 18 个时钟周期，两个相应脉冲之间间隔为 2 个时钟周期。如图所示6） BCD 码输出端Q0 Q3： BCD 码数据输出线。 Q3 为最高位， Q0 为最低位。 当 DS2、 DS3 和 DS4 选通期间，输出三位完整的 BCD 码数，但在 DS1（千位）选通期间，输出端 Q0 Q3 除了表示个位 0或 1 外， 还表示被转换电压的正负极性 （ Q2=1 为正） 、 欠量程还是过量程， 具体含义如表所示。表 11-2 DS1 选通时 Q3 Q0 表示的结果Q3 Q2 Q1 Q0 表 示 结 果1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 千位数为 0 千位数为 1 结果
10、为正结果为负输入过量程输入欠量程由表 11-2 可知：1）在 Q0=“ 0” 的条件下， Q3=0 表示千位（ 1/2 位） 为 1， “ Q3=1” 表示千位为 0。2） Q2 表示极性， “ 1” 为正极性， “ 0” 为负极性。3） Q0=“ 1” 表示过量程或欠量程 ,Q3=0 表示过量程， Q3=1 表示欠量程。（ 3）译码器 4511 4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码 七段码译码器，特点如下： 具有 BCD 转换、 消隐和锁存控制、 七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。其功能介绍如下：BI： 4
11、脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT： 3 脚是测试输入端，当 BI=1 ， LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示 “ 8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。 LE=1 时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。D A、 DB 、 DC 、 DD 、为 8421BCD 码输入端。a、 b、 c、 d、 e、 f、 g：为译码输出端，输出为高电平 1 有效。CD4511 的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端
12、接上限流电阻就可工作。8421 BCD 码对应的显示见下图 ：(4)地址及数据锁存器 74LS373 74LS373 是单片机种常用的芯片。它是带三态缓冲输出的 8D 触发器，起引脚图与结构原理图如下：E G 功 能0 0 直通 Qi = Di0 1 保持（ Qi 保持不变）1 X 输出高阻 G 输入端，与 8031ALE 连高电平：畅通无阻。低电平：关门锁存。图中 OE 使能端，接地。当 G=“ 1”时， 74LS373 输出端 1Q 8Q 与输入端 1D 8D 相同；当 G 为下降沿时，将输入数据锁存。2.软件设计在任务的总体设计思想和硬件确定之后， 就可以开始设计程序， 根据前面介绍的工
13、作原理和技术指标，软件设计应完成的任务为：(1)初始化程序初始化程序主要用来确定堆栈， 程序状态字， 对存储单元清零， 让数码管闪烁显示全零10 次。流程图如下所示：初始化程序流程图根据流程图，编程如下：START： MOV SP, #60H ;初始化MOV PSW, #00H CLR A ;清 21H,22H 单元ANL 21H, A ANL 22H, A MOV R0, #0AH ;全 0 闪烁十次LOOP： MOV A, #F0H ;全 0 显示MOVX R1, A ;送 P0 口显示LCALL DS1 ;调用延时子程序MOV A, #00H ;显示全暗MOVX R1, ALCALL D
14、S1 DJNZ R0, LOOP ;闪烁完十次否 . . （ 2）数据采集子程序起重机在实际工作前， 超载限制器应先检测出起重机挂钩， 承重绳等物体的重量， 这里把它们称为自重。 当起重机实际起吊重物时， 检测到的重量成为毛重， 而物体的实际重量等于毛重减去自重。程序中数据存储单元为 31H(千位和百位 )， 32H（十位和个位）数据采集子程序流程图如下：编程如下：IN1:MOV A, P1 ;输入转换结果JNB ACC.4, IN1 ;是千位选通否IN2:JNB ACC.3, IN3 ;千位为 1 否CLR A ;千位为 0 MOV 31H, A SJMP IN4 IN3:MOV 31H,
15、#10H ;千位为 1 送入 31H 高四位IN4:MOV A, P1 JNB ACC.5, IN4 ;是百位选通位否ANL A, #0FH ;提取百位值ORL A, 31H ;与千位值合并MOV 31H, A ;存入 31H 单元IN5: MOV A, P1 JNB ACC.6,IN6 ; 是十位选通位否SWAP A ;高低四位交换ANL A, #0F0H ; 提取十位值MOV 32H, A IN6:MOV A, P1 JNB ACC.7, IN6 ; 是个位选通位否ANL A, #0FH ; 提取个位值ORL A, 32H ; 与十位值合并MOV 32H, A ;存入 32H 单元RET
16、;子程序返回数据采集子程序流程图（ 3）自重值显示子程序系统开机工作后，首先调用数据采集子程序，获得自重值，然后分别将他们送到 27H和 28H 单元。自重显示程序是从 27H 和 28H 单元中提取千，百，十，个位值，再配上选通返回位后从数据总线输出。下面是程序流程图和对应的程序：根据流程图编程如下：MOV 27H, 31H ;千，百位送 27H MOV 28H, 32H ;十，个位送 28H MOV A, 27H ANL A, #0F0H ;提取千位值SWAP A MOV 11H, A ;存入 11H MOV A, 27H ANL A, #0FH ;提取百位值MOV 12H, A ;存 12H 单元MOV A, 28H ANL A, #0F0H ;提取十位值SWAP A MOV 13H, A ;存入
