關(guān)鍵固：單片機起重機力矩限制器智能化起重機作為大型起重運輸機械，操作不當(dāng)或超載，容易引起翻車、折臂等嚴(yán)重后果，國家規(guī)定對于16t以上的起重機要求安裝安全保護(hù)設(shè)備。臂架型起重機力矩限制器實時測量起重機的起重量、臂桿的長度、臂桿轉(zhuǎn)過的角度等參數(shù)，由程序控制起重作業(yè)，進(jìn)行報警或強制停機。國外先進(jìn)的力矩限制器運用模糊控制和專家系統(tǒng)，通過設(shè)置工作程序，自動芫成起重作業(yè)，并且能對起重機械進(jìn)行全方位的監(jiān)控，但維護(hù)保養(yǎng)比較困難，并且與我國目前的起重機配套較困難。本文在研究國內(nèi)外現(xiàn)有力矩限制器的基礎(chǔ)上，充分利用電子技術(shù)、傳感測試技術(shù)等方面的成果，運用16位單片機80C196KC，研制了一種具有智能化的臂架型起重機力矩限制器，能夠?qū)崟r自動監(jiān)測、計算起重力矩，當(dāng)實測起重力矩達(dá)到設(shè)定起重力矩時，通過監(jiān)控力矩開關(guān)信號，判斷力矩是否繼續(xù)增加，自動控制起重機的液壓系統(tǒng)。所研制的臂架型起重機力矩限制器在某一型號的16t起重機上試用，滿足了起重作業(yè)安全保護(hù)的要求。

 

單片機16MHz晶振，有很高的操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力，內(nèi)部RAM488B，有24b的專用寄存器，CPU的操作直接面向256b的專用寄存器；80C196KC內(nèi)有一個逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，共有8個輸入通道。

 

其輸入引腳ACH0ACH7與P0.0P0.7共享。內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器8b/10b可調(diào)，自帶采樣、保持電路，這樣減少了外圍電路，也減少了干擾和干擾源，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，并且縮小了控制板的尺寸，在本系統(tǒng)中采用10b轉(zhuǎn)換方式。該限制器80C196KC單片機采用8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，其主要作用是采集傳感器信號、倍率設(shè)定值、數(shù)字輸入信號，按起重性能曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號。

 

2工作原理當(dāng)實測起重力矩小于其相應(yīng)工況下的額定起重力矩時，起重機作業(yè)正常進(jìn)行；當(dāng)實測起重力矩達(dá)到其相應(yīng)工況下的額定起重力矩的90%時，報警裝置顯示黃色報警信號，開始預(yù)報警；當(dāng)實測起重力矩等于或大于其相應(yīng)工況下的額定起重力矩時，力矩限制器保存實測起重量、臂桿長度、臂桿轉(zhuǎn)過的角度、工作幅度以及當(dāng)前時間等超載數(shù)據(jù)，報警裝置顯示紅色報警信號，同時控制蜂鳴器打開，以聲音報警。

 

當(dāng)實測起重力矩達(dá)到其相應(yīng)工況下的額定起重力矩，通過監(jiān)控力矩開關(guān)信號，判斷力矩是否繼續(xù)增加，如果實測起重力矩向增加的方向運動，力矩限制器輸出控制信號控制起重機的液壓系統(tǒng)，自動停止起重機作業(yè)；如果實測起重力矩向減少的方向運動，力矩限制器輸出控制信號控制起重機的液壓系統(tǒng)，起重機繼續(xù)作業(yè)。

 

該力矩限制器系統(tǒng)如所示，主要包拮16等。

 

接口電路單元由80C196KC單片機及外圍擴展電路構(gòu)成，用來將采集的傳感器信號、倍率設(shè)定值和數(shù)字輸入信號，按起重性能曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，記錄違章數(shù)據(jù)，輸出控制信號。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，設(shè)計了輸入控制模塊的接口電路、輸出控制模塊的接口電路及液晶顯示模塊接口電路。

 

80C196KC單片機內(nèi)部無ROM，因此擴充（32KX8位）的EPROM程序存儲器芯片27256.部分接口電路單元電路見。

 

時鐘芯片DS12887內(nèi)置可充電的鋰電池，內(nèi)部信息碰單元碰厲蝴輸出控制單元單牌鵬元元充電電路能自動對鋰電池充電，正常工作時保證時鐘數(shù)據(jù)10年內(nèi)不會失，內(nèi)部有114b的RAM；時鐘芯片在首次使用前必須初始化。

 

當(dāng)力矩限制器監(jiān)測實測起重力達(dá)到設(shè)定起重力矩時，80C196KC將超載作業(yè)的工作參數(shù)以及當(dāng)前時間存儲在DS12887內(nèi)部的RAM，114b的RAM能夠保存8次超載作業(yè)的工作參數(shù)以及當(dāng)前時間數(shù)據(jù)，其中實測起重量、臂桿長度、臂桿轉(zhuǎn)過的角度和工作幅度，以及所對應(yīng)的時間數(shù)據(jù)在存儲時按照整型類型16位）保存，時間數(shù)據(jù)在存儲時按照字符類里8位）保存。

 

力矩限制器采用4組液晶顯示單元，在起重作業(yè)過程中分別用來顯示實測起重力矩、臂桿長度、臂桿轉(zhuǎn)過的角度和工作幅度；檢查超載數(shù)據(jù)時，采用鍵盤中斷的方式，將存儲在DS12887內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)輸出到液晶顯示單元，超載作業(yè)的時間數(shù)據(jù)先在液晶顯示單元上顯示，然后顯示超載作業(yè)的工作參數(shù)數(shù)據(jù)。液晶模塊選用北京青云公司生產(chǎn)的通用儀器儀表液晶顯示模塊LCM045A，3線串口與單片機80C196KC連接，工作電壓為2752V，功耗低，工作溫度為-10C~60C，穩(wěn)定可靠，視角對比度可調(diào)，液晶模塊顯示清楚。

 

單片機輸出控制信號軟件設(shè)計是力矩限制器的重要內(nèi)容之一，采用C語言進(jìn)行模塊化軟件設(shè)計，軟件功能模塊有自檢及初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、輸出控制模塊和鍵盤控制模塊。

 

程序運行時，力矩限制器首先進(jìn)行程序自檢及初始化，然后對模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將采集的數(shù)據(jù)實時顯示在LCD上；如果實測起重力矩超載，軟件會根據(jù)所采集的信息，輸出聲音報警或光報警或強制停機等信號；軟件具有記錄超載數(shù)據(jù)的功能。

 

為保證力矩限制器的正常工作，設(shè)計故障自我診斷模塊，當(dāng)發(fā)生故障時以代碼的形式在LCD上顯示。

 

41A/D轉(zhuǎn)換子程序模塊80C196KC可以同時引入8個不同的模擬量，A/D命令寄存器ADCOMMAND規(guī)定單片機模擬量輸入通道號、A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)10位或8位）以及啟一8微機應(yīng)用與智能化動A/D轉(zhuǎn)換的方式；轉(zhuǎn)換的結(jié)果存放在A/D結(jié)果寄存器內(nèi)ADRESULT，因為只要啟動一次A/D轉(zhuǎn)換，A/D的結(jié)果便被清零，因此，存放于A/D結(jié)果寄存器的某一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果必須及時轉(zhuǎn)移。

 

A/D轉(zhuǎn)換的計算公式：考電壓。

 

A/D轉(zhuǎn)換子程序的程序流程圖如所示。

 

4.2輸出控制模塊三極管放大后控制電磁閥導(dǎo)通或截止，電磁閥作為開關(guān)裝置串聯(lián)在起重機液壓系統(tǒng)的電磁液動閥上。當(dāng)實測起重力矩等于或大于其相應(yīng)工況下的額定起重力矩，查詢監(jiān)控力矩開關(guān)信號，如果實測起重力矩向增加的方向運動，力矩限制器輸出信號控制電磁閥導(dǎo)通，因此起重機的液壓系統(tǒng)的電磁液動閥卸荷，自動停止起重作業(yè)；如果實測起重力矩向減少的方向運動，力矩限制器輸出信號控制起重機繼續(xù)作業(yè)。

 

43鍵盤中斷模塊鍵盤中斷模塊芫成人機交互功能，當(dāng)操作人員按下鍵盤時，能夠在液晶顯示單元上顯示所需要的信息。存儲在時鐘芯片DS12887的超載數(shù)據(jù)，通過中斷的方式，能在任何時刻，從指定的液晶顯示單元上顯示數(shù)據(jù)。

 

該力矩限制器采用16位單片機，數(shù)據(jù)處理能力增強，能自動存儲超載狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，提高了起重機操作的安全性。所研制的力矩限制器符合國家有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過對傳感器重新進(jìn)行標(biāo)定，改變軟件設(shè)計和配備不同類型的傳感器，能夠適用于不同型號的起重運輸機械。