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1、 摘要目前，很多厂矿企业车间使用的天车往往是多台配合使用。一直以来，因天车碰撞发生的安全事故给国民生产生活造成了巨大损失。传统的解决方案难以有效解决这一难题，本文将超声波测距技术应用于该系统，提出了一种较为可靠的方案。本设计采用AT89C51单片机为核心，搭建系统的控制模块，负责系统的调度，信号的处理，并给出相关的外围接口电路。超声波接收模块选用CX20106作为接收器，完成信号的采集处理放大。电机减速模块选用西门子MM440变频器，利用DAC0832将单片机的数字控制信号转换为模拟控制信号，然后将模拟信号输入到变频器中达到改变频率控制电机转速的目的。通过利用单片机对超声波往返时间的计算，达到
2、测量天车距离的目的。然后使用LCD1602液晶模块显示实时距离，并利用单片机判断天车距离是否达到报警距离和危险距离，并做出相应的处理。本文设计的天车防碰撞系统技术可靠经济实用，具有很好的使用价值。设计功能完善，接口资源丰富，可以方便的对系统进行二次开发。关键词：单片机；超声波；测距；报警51AbstractCranes are often used in many factories and mineAll along，safety incidents occurred in cranes collision caused a great loss of lives andpropertyTr
3、aditional solutions Can not effectively solve this problemIn this paper,radio frequency identification technology has been used in this system，proposed amore reliable optionThis design uses AT89C51 microcontroller as the core, to build the system control module, responsible for the scheduling, signa
4、l processing, and gives the associated peripheral interface circuit. CX20106 ultrasonic receiver module used as a receiver, signal acquisition and processing to complete amplification. Motor deceleration Siemens MM440 Inverter module selection, the use of the DAC0832 digital control signal the micro
5、controller converts the analog control signal, then the analog signal input to the inverter to change the purpose of frequency control motor speed. Through the use of single-chip ultrasonic round-trip time calculations, to achieve the purpose of measuring the distance crane. LCD1602 display module a
6、nd then use the real-time distance, and the use of the microcontroller to determine whether the alarm distance from the crane and dangerous distance, and make the appropriate treatment.This design of crane anti-collision technology, reliable and economical system, has a very good value. Functional d
7、esign, the interface is rich in resources, the system can be easily secondary development. Keywords: microcontroller； ultrasonic； range- distance；warning;目录第1章 绪论11.1天车防碰系统研究意义与前景11.2天车防碰系统的国内外发展11.3任务要求2第2章 方案论证32.1 总方案框图32.2 主控制模块的选择32.3 测距模块的选择42.4显示模块的选择62.5电机调速模块的选择7方案确定12第3章 硬件电路设计133.1 AT89C5
8、1主控制模块133.2 CX20106超声波接受模块153.3发射电路方案设计163.4系统显示电路设计163.5驱动电路的设计17第4章 软件设计254.1系统软件功能程序流程图254.2系统安全天车距离模型284.2.1系统安全跟车距离模型的建立284.2.2模型中各参数的确定31第5章 结论33致谢34参考文献35附录 36附录 37附录 55第1章 绪论1.1天车防碰系统研究意义与前景天车又称起重机、吊车，是现代工业生产中的一种重要装备，种类繁多，使用量大。它是一种用来起吊、放下和搬运重物的设备，在工矿企业中应用非常广泛。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设
9、在桥架上的轨道横向运行，构成矩形的工作范围，可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。随着天车在经济建设中的地位越来越重要，天车的使用越来越广泛，对于天车的使用、管理与安全检验等方面的要求也越来越严格，尤其是安全检验方面。为此，国家专门颁布了起重机安全检验大纲等规定，对起重机的安全防碰撞装置有了更新的要求。很多厂矿企业车间使用的天车往往是多台配合使用，以起吊大型超重的设备。在同一建筑物内，同层、上下层、或上中下三层设置轨道运行式起重机的情况下，由于调度不易，容易出现碰撞事故，造成操作人员生命威胁和财产损失。而且天车使用频繁、现场灰尘大、噪音大、电磁干扰严重、环境恶劣，尤其是夜间操
10、作时，视线昏暗，更容易出现生产事故。近年来，天车撞人致伤、致死事故屡屡发生。经分析，事故发生的原因是天车自带的安全装置即防碰撞装置未起作用或根本就没有安装防碰撞装置所致。因此，研究一种安全可靠，能够稳定运行的天车防碰系统有着重要的意义。1.2天车防碰系统的国内外发展天车防碰系统是石油、天然气、盐业、地矿等钻探作业中，钻机游动滑车顶撞天车事故安全预防的保障系统。随着微电子学、传感技术、自动化控制的迅猛发展，这些技术已经完全应用于天车防碰系统中，出现了新一代的数显防碰装置。在钻井过程中，它能对钻机游动滑车的上升或下放过程实行直观的高度显示，并对顶撞天车事故实施随钻监测、声光报警、自动控制，特别在雪
11、天、雨天、大雾天、夜间等特殊情况下，使司钻可直观方便地通过观察显示数据而清楚地知道此刻游动滑车所处的距离位置。天车防碰系统发展分为普通型防碰系统和数字型防碰系统。国内外1997年以前生产的天车上配备大多为普通型防碰系统，它是通过绞车滚筒轴上方的防碰肘阀(过卷阀)来控制刹车气路。国外IDECO公司系列天车、修井机所采用的天车防碰系统(KOoMEY公司的产品)均属此原理。国内部分产品离合器控制阀的进气不是来自天车防碰开关，天车防碰系统不起作用，离合器仍能结合进行作业，一旦滚筒过卷，刹车气缸作用，滚筒离合器不能自动断开，如果司钻没能及时关闭离合器控制阀，动力或传动系统的势能仍能输入滚筒，滚筒在动力或
12、传动系统的势能和刹车的共同作用下，不能保证迅速制动。自从1997年数显防碰天车问世以来，国内外生产的电驱动天车及部分机械驱动天车配备了此套装置。它是集显示天车游动滑车距离及防止游动滑车碰撞天车于一身的新型控制器，能显示游动滑车从0.1m至钻台以上200 m内任意位置距离，具有在特定位置报警并对绞车制动的动能，可以大大方便司钻的操作。该装置由可编程控制器、数显操作盘、编码器等主要部件组成。由安装在绞车滚筒轴端的编码器，将游车大钩的距离转换成绞车滚筒的旋转量，再把滚筒的旋转量转化成脉冲输出给可编程控制器，可编程控制器通过数学运算，将编码器送来的脉冲进行处理、转换后输出2路信号：一路送至数显操作盘以
13、供显示；一路输出给天车电动机，控制刹车动作。普通型天车防碰系统根据对现场使用情况的考查，工作基本正常。但由于天车防碰系统属于一种安全预防事故发生的装置，安全可靠很总要。普通型天车防碰系统属于传统机械式防碰系统。无法显示实时距离，设备可靠性差。 已经属于淘汰产品。数显型天车防碰系统数显天车防碰系统以其安全可靠、操作简便、数据直观等优点，已经完全被现场使用者所认可。在近几年现场使用情况的基础上，又对其进行了改进，使用性能不断趋于合理和完善，从而很好的满足了天车现场的需要。1.3任务要求该设计主要完成对天车距离的自动监测与报警。包括传感器与测量电路设计、报警电路设计、主机及扩展部分设计、通信部分和系
14、统软件设计。技术要求：（1）天车行进不能碰撞。（2）当天车之间的距离小于5米时，提出声光报警，当距离小于2米时，切断天车的电源，并启动制动装置，同时继续报警，只有当天车启动反向运动时才能重新开启天车。（3）距离检测范围：0.2m-8m，检测精度：0.1m；当距离小于5m时，控制天车减速，并以低速运行，防止因天车高速行进并瞬间急停造成吊钩的摆动。（4） 检测目标距离 并显示在液晶屏上；第2章 方案论证2.1 总方案框图如2.1系统方框图所示单片机作为主控制模块。超声波发生器发射超声波，之后接收模块接收到反馈信号。利用发射与接收的时间差t，来计算出天车的距离，利用单片机进行数据处理判断。 并进行距
15、离显示。当单片机判断为警报距离时，光报警模块便会启动。以提醒天车驾驶员注意，同时控制模块控制三相电机减速。当单片机检测到危险距离时，单片机会强制输出停止指令，令电动机马上停止。从而保证了人员安全。只有距离大于危险距离时，电机才能前进。主控制模块超声波发生器超声波接收传感器LCD显示声光报警 模块电源控制模块交流电机电机图2.1 系统方框图2.2 主控制模块的选择单片机的结构及其采用的半导体工艺，使之具有显著的特点，优异的性价比。大大降低了控制成本。单片机的体积小，可靠性高，其内部采用总线式结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力，可以用于恶劣的环境下工作。单片机的控制能力强大能满足设计要求单片机指令系统中均含有丰富的转移指令、I/O接口指令及位处理功能。单片机的逻辑控制功能均高于同一档次的微机。因此选用单片机作为主控制器。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能8位单片机，片内含4K bytes的可反复檫写的只读程序存储器(PERONM)和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功
