汽车式起重机力矩限制器的研制【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 起重机 是一种蕴含多种危险因素的设备，操作不当或超载，容易引起翻车、折臂等无法挽回的后果，因此对于 16 吨以上的起重机要求安装一种保护设备，一般称为力矩限制器。 起重机力矩限制器是装备在起重机上的重要超载保护装置，它为起重机的安全工作提供了保障。本文在参考现有力矩限制器的基础上，充分利用单片机技术、传感器技术等一些技术成果，来实现起重机的 超载 力矩限制，努力确保不会出现因超载而造成意外事故。本系统具有精度高，通用性好， 抗干扰能力强， 功能多 ， 比较低的建设成本以及系统的可扩展性能强等优点。 本文所述的起重机 力矩限制器的主控单元是以单片机 核心部件， A/D 转换器采用 对从各传感器采集到的数据进行 变换，然后送至 行数据的 、判断，做出各种控制动作；显示、输入单元选用了 片作为显示和输入控制；复位监测芯片采用 实现开门狗定时器、电源监测等。 关键词：力矩限制器；超载保护； 片机；汽车起重机 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is on is an It of is on of In of of of up of is as a in of It In an a of is so of of be is by is by of is 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1 绪论 1 述 1 矩限制器技术概况以及发展趋势 2 程的主要 工作 3 决方案的选择 4 业控制计算机解决方案 4 片机解决方案 6 统可扩展行的探讨 6 散式控制系统改进 7 场总线 7 2 总体方案的设计 9 距限制器的原理 9 矩限制器的工作流程 10 件流程 10 统硬件结构 11 矩限制器的数学模型 12 矩限制器的调试 14 3 系统硬件方案的设计 16 统硬件设计概述 16 向通道的设计 16 号的拾取、变送 18 号的变换 21 介 22 本系统的实现与扩展 26 片机系统的组成 26 类流行微控制器的介绍与最小系统的组成 27 小系统的外围扩展 28 控制器系统构成的实用考虑 28 位监测、看门狗 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 脚介绍 32 作原理 33 件连接 35 机通道设计 35 示 36 盘 37 警 38 行扩展技术得应用 与探讨 38 行扩展技术概述 38 线简介 39 字语音技术 40 字语音技术概述 40 音合成与语音合成集成电路 40 列语音产品简介 40 脚功能 41 45 4 系统软件设计 48 件设计概述 48 程语言的选择与简介 48 件设计构思及软件结构 49 要功能的软件实现 50 5 抗干扰设计 53 件抗干扰 53 件抗干扰 54 6 结论与展望 57 参考文献 58 致谢 60 附录 61 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪论 述 在国民经济建设中 ，施工的机械化程度越来越高，汽车起 重机的应用 越来越广，起重机的安全行也越来越受到人们的重视。国际劳动部规定： 16吨以上的起重机必须安装保护装置。为了安全工作，操作者必须随时了解起吊情况，对于载荷极限固定的起重机，可只对 吊车 的重量进行估计，但是对于汽车、履带 吊 、固定回旋吊等臂干、角度可变的起重机，其起吊重量的极限值是变化的，这样就要求在操作过程中，随时估计、查表获知起吊重量。一旦估计不准就容易超载，以致发生事故。同时降低了工作效率。 通过安装起重机专用的安全保护装置，操作者可以从高度紧张的估算中解脱出来，根据装置的指示大胆操作，既消除了隐患， 又减轻了操作者的疲劳程度，有利于提高工作效率。起重机力矩限制器，又简称力限器，它是一种重要的起重机超载保护装置，它通过传感器 实时检测起重机的几项工作参数，经过计算处理，自动显示拥护关心的几项参数并根据起重机的当前状况进行判断；当起重机接近非安全范围时，系统报警并知道进行安全保护控制，禁止起重机向危险方向动作。实践证明，使用力矩限制器可以有效的预防翻车、超载断臂等恶性事故的发生，充分利用起重机的工作能力，避免误操作对起重机的损坏，减轻劳动者的劳动强度，大大提高了工作效率。 国外很多起重机制造商很早就进行了力矩 限制器的研究和应用，并随着技术进步，目前已经达到了较高的水平。我国在这写反面起步比较晚，技术水平不高，应用范围不广，但随着经济的发展和安全意识的提高，国内对起重机 的力矩限制器有了很大的要求。国家技术监督局专门制定和发布了起重机的机械安全装置技术规范，对力矩限制器的功能和性能检验等作了严格的规定。国家劳动部门也正式规定 16 吨以上的吊车必须装备力矩限制器。国内现在的起重机绝大多数都要安装力矩限制器，包括一些以有的力矩限制器，由于使用年限太久，系统损坏严重，也需要改装力矩限制器。可见国内市场需求巨大。国外的力矩限 制器价格昂贵，而且很难和国内的起重机配套，售后服务也不完善。在国内，岁有多家单位推出力矩限制器产品，但是由于种种原因，在功能、性能、使用可靠行等反面都没有达到令用户满意的程度。可以说国内起重机行业正在迫切呼唤符合国情、性能先进、功能完善、工作可靠的新型力矩限制器产品，用以满足国内的生产需求。 矩限制器技术概况以及发展趋势 目前，国际上起重机制造行业主要有格鲁夫、加藤、得玛克、神户和多田野等十几家制造商，其产品占据国际市场的大部分份额。它们大都根据自买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 己的起重机产品研制并配套专用的力限器，考察这些产品 状和趋势。 早期力限器采用全机械式结构，使用很多的齿轮、凸轮、行程开关 、电机等，通过这些机械部件的配合运动计算出载荷参数，并通过模拟指针表来显示。这种机械式的采样及计算、 显示都较粗糙，而且功能单一，设计、制造、维护、调整难度都很多，寿命也较短。这种机械式的力限器已 被淘汰。 日本 带吊的力限器是 70 年代末设计的产品，采用了大量的模拟电路对传感器信号进行处理计算，仍用模拟表显示，它相对机械式是个 大进步，但一定程度上仍存在精度低、设计维修难度大、 易损坏的问题 。 进入 80 年 代，随着微处理器技术的迅速发展，力限器的设计水平步入了一个新台阶 。 如神户 其它数字处理技术，通过 A/用软件来完成复杂的技术工作，系统的集成度和精度都得到了很多的提高。而且通用性好，对于不同型号的同系列起重机，只需更改相应的软件参数和传感器 t 程 。 具有系统自检功能，当系统硬件或工况设定出现问题时，能及时报替和显示故障代码。通常采用数码管显示，拨码盘设定工况，手动电位器进行调节标定。 力限器作了进一步的改进，具有零点 记忆功能，当显示载荷零点变动时通过简单操作即可记忆零点数据，及时调整。还可方便的记忆某工况下空载时不同幅度下的零点数据 。 经过内部处理分析，可减小摩擦等误差因素对测量结果的影响。内部电路更具合理性，采用开关技 术，提高了抗干扰及防护能力。采用新型高性能单片机及外围芯片，性能更稳定，功耗更低，系统集成度更高。 用点阵字符 示器，显示信息两大 ，强光下读数清晰，而且功耗极低。具有各种英文提示，发生故障时可显示故障内容及处理方法。采用薄膜印刷面板，更加美观且防水。通过薄膜轻触按键进行工况参数的设定或操作一向辅助功能，操作灵活、方便。 国内的力限器产品开发较早且有影响的有葛洲坝水电学院、北京电脑研究所和大连工程机械研究所。北京电脑所的产品完全仿照日本多田野公司的80年代产品。技术上缺少创新，而且实践证明，质量不稳定，返修率较高。葛洲坝水电学院的力限器是自行研制的，但据用户反映操作很不方便，在改装情况下经常达不到规定精度的要求，也存在故障高的问题，第一代产品己经大批量生产并有良好的经济效益，需要在此 基础 上开发更完善、性能更先进的第二代产品投入市 场 。 国内其他的研究单位在力限器的开发上还没有形买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 成一定的规模，无法参与市场竞争，据用户反映，国内产品的最主要问题是可靠性问题，在解决可靠性前提下还须提高整机性能及完善系统功能 。 纵观机电一体化技术的发展趋势和潮流，起重机机力限器的技术有以下的发展方向 : 1、在电路设计上采用最先进的计算机技术、电子技术和新年优异的新型集成电路元气件，提高整机集成度、电气性能、抗干扰性和故障防护能力 。如采用开关电源技术，将电源的输入与输出进行隔离，有效防止高电压脉冲对后续电路的影响，选用可自恢复的保险丝器件将系统电路分块保护，当 某一部分发生故障过电流时，自动切断，故障解除后自动恢复，使用数字电位器免除机械嗓声等 . 2、功能设计日趋完善，如具有超载记录功能，当发生超载时，自动记录时间、日期、工况，以及工作参数等，可为事故分析和设备维护保养提供参考依据 ，如重要液压回路的温度、油压、 发动机工况等。虽然这些己超出了力限器的限制范围，但这些参数也是使用者所关心的，这可以看作是力限器的外延 。 3、 改善人机接口，采用先进的显示方式 (如 阵显示器 )，增加显示信息量，提示更直观，使用声音报告代替数字显示提高人机交流的和 谐性， 设计更简便的操作方式，具有灵活的在线动态标定功能，简化调试、标定工作量。 4、性能进一步提高，具有吊重测量动态修正功能，减少起吊、摆动、 振荡等对吊重测量精度的影响，考虑结构变形、摩擦力误差因素，建立更准确的数学模型和完善的标定方式，提高系统精度。 5、在电路设计上简化器件的组成，实行模块化、标准化设计，便于 系统的测试、维护和扩展，提高系统的开放性，实现产品的系列化生产。 程的主要 工作 ： 课题的基本目标是结合国内外力限器的技术现状和发展趋势，针对汽车式起重机，在已有的力矩限制器的基础上，开发研制功能 齐备、技术先进、性能可靠的新一代起重机力矩限制器。 主要进行如下工作 : l、总体方案的研究 ； 2、语音开发设备的 初步 研究 ； 3、超载记录黑匣子的 初步 研究 ； 4、系统软硬件的设计 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5、样机的调试 ： 本设计的创新点在于可以采用更广的工况设定，应用范围十分的宽广。不仅仅是使用与汽车起重机。 重点解决如下问题 : 1、 着眼于完善系统功能，提高系统性能和追求技术的先进性并兼顾经济性，在此基础上提出新的总体方案并完成硬件电路的设计和系统软件开发 : 2、声音是人类交流的最有效的手段，是人机接口追求的最高境界 ； 在系统中使 用声音提示操作要点、报告工作状况和运行参数，提高人机交流的友好性。 3、为便于事故分析和设备维护，设计黑匣子记录模块完整、准确的记录超载工况。 4、系统功能的不断增多导致系统电路的复杂性上升并影响系统的性能，尝试简化系统设计，提高系统的性能，提高系统设计的模块化，便于系统的维护、扩展 。 5、力限器的工作条件恶劣，为保证长期正常工作，对系统的抗干扰性和可 靠性都有很高的要求。这就需要在系统的软件编写和硬件设计上采取许多必要 的手段和措施 。 本设计的优点在于：结构简单紧凑、 成本低、 具有性价比高等特点。 决方案的选择 基于所采用的中央处理器的不同，有两种比较合适的系统总体解决方案，一种是以工业控制计算机 (核心，另一种是以 8 位或 16 位高性能的单片机为监控核心，下面将对它们 的优缺点分别讨论 。 业控制计算机解决方案 工业控制计算机具有特殊的结构设计，所用芯片经过严格的质量筛选，整个系统严密密封 ， 适用于恶劣的工作环境 ， 工作环境温度可达 +80，平均无故障时间达 90,00000小时 ； 无论是硬件还是软件，都具有优良的开发环境，完备的开发手段 ，在升级换代方面更是易如反掌 ，如要增加内存及硬盘的容量，则只要再插上内存扩展条和更换大容量的硬盘即可，要增加模拟量输入，开关量输出，只要在扩展槽内插入一块相应的卡即可 ； 工业控制计算机具有标准化的总线结构，使其构成的测控系统在应用软件方面具有无可比拟的兼容性。系统以工业控制计算机为核心，通过某种总线形式的接口板接收传感器信号并输出控制信号，显示器和键盘均可采用工控机的标准配置 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1、 优点 : 利用工控机标准的体系结构，通用的操作系统及丰富强大的应用软件开发环境，可以大大降低系统的开发时间，提高效率，特别是开发图形汉字系统，对于工控机系统可 以说是随手拈来，这令单片机 +点阵图形显示器系统望尘莫及 ； 另一方面由于工控机结构标准，应用广泛，其自身就具有很高的可靠性，而单片机系统的可靠性保障则完全依赖于系统设计者，这不但加重了设计者的负担，而且所设计出来的系统的可靠性如何，也令人存有疑问，其对设计者的能力及知识都有很高要求。 采用工控机系统可开发出漂亮美观的图形人机界面，这里系统对于实时性的要求不是很高，我们可以利用目前流行的商用操作系统 统是一个美观漂亮的图形化系统，而且有丰富的软件开发工具，在它的基础上开发一 套汉字化的图形系统是很容易的，而且更可以开发出效果逼真的起重机工作过程全真动画模拟。工控机系统一方面为我们带来了性能优异的监控系统，另一方面更有丰富的资源储备和极强的系统扩展能力，例如如果想要查询该台起重机的工作状况和历史信息纪录，接上打印机打印出来或通过移动存储设备 (如软盘、 U 盘、移动硬盘等 )复制固然是很好很轻松的方法，但利用现在蓬勃发展的网络信息技术，将工地的大型作业设备的工控机连成局域网，在中央监视大厅，就可以直接察看了 ； 如果将其接入国际互联网，那在世界各地都可以 查 看了。再如对于起重机控制系统的一体化 趋势，正如上面提到的工控机系统完全能满足要求 2、 缺点 : 此方案的主要缺点是所需费用较高，便携性能差，再是开发技术难度较大。 所需解决的主要难题 : 工控机接口板的制作。工 用三总线的结构形式，主机板通过扩展槽这种开放式的总线体系结构与各种各样外围设备进行信息交换，总线的标准主要有 ， 需要选择使用一种总线 (工业上一般使用 ，并根据该总线的机械及电气标准制作其接口板。 工控机接口板驱动程序的开发。 密 性的考虑，对硬件设 备采取了屏蔽的策略，应用程序对硬件设备的访问需要通过设备驱动程序，编制虚拟设备驱动程序是一项艰苦且繁琐的工作。 片机解决方案 系统以高性能的八位或十六位单片机为监控核心，通过大屏幕点阵式图形液晶显示器向操作者提供用汉字表述的起重机起升状态信息及操作状态买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 提示，并可以动画模拟起重机工作过程，另外还需解决 A/电器输出控制及操作键盘等功能模块，是一个完整的、规模较大的单片机系统。 1、 优点 : 相对于以工业控制计算机为核心的方案 ， 该方案的主要优点为 : 单片机系统体积小，便携性能好。功耗低 ，在芯 片上集成了更多的功能，如先进的模拟 /数字接口、数字处理功能以及灵巧电源功能等。而且随着最新的亚微米 艺技术用于单片机，单片机的运算速度有了很大的提高，与 比较，速度上的差距越来越小 。 单片机技术日臻成熟，前人成功的开发经验可以大大缩短系统开发时间。 所需开发费用较低，技术难度也比前一方案低很多。 2、 缺点 : 该方案的最大缺点是系统的可扩展性与工控机方案比较不太理想。 所需解决的主要难题 : 系统的可扩展性 。 经过分析比较，我们认为从市场的角度出发，给用户提供的应该是具有极高性价比的产品，在 实现基本功能的前提下要让客户承受的起，正是基于上述考虑，我们放弃了工控机的解决方案。而且如果在系统可扩展性上做一些文章的话，单片机解决方案是一个不错的选择。单片机以其高可靠性、高性能比，在工业控制系统、数据采集系统、智 能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域中得到了极为广泛的应用。 统可扩展行的探讨 工业控制技术是当今世界上发展速度较快的应用技术之一，受其影响，工业控制系统的技术构成很难保持长期稳定不变。为了适应不断进步的技术，必须从结构设计上保证其技术构成的灵活性和可扩展性。面对日趋激烈的市场竞争，要求 我们的起重机力矩限制器必须能够在需要的时候重新定义自己的目标，在功能上具有一定的灵活性和可扩充性。具体的说，当用户提出需要系统监测更多的参数时，我们的系统能采取策略满足要求。 我们针对系统可扩展性提出了两种解决办法并分析了适用场合 。 散式控制系统改进 传统的基于单片机的集散式控制系统 把大量分散的单回路测控系统通过单片机进行集中统一管理，用各种 I/0功能模拟代替控制室仪表，利用单片机实现回路调节，工况连锁，参数显示，数据储存等多种功 能。由于所有的工作都需要单片机来控制，这对于作为系统核心的单片机的性能提出了很高的要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 传统的基于单片机的 是单片机自身的性能。随着电子技术以及制造工艺技术的迅猛发展，各大单片机制造厂商纷纷推出集成度更高、功能更强大而且与旧有型号的单片机相兼容的新产品，以方便用户顺利升级，可以说单片机自身的性能还是有保证的 ；另一个则是单片机在系统内是否已经接近或达到满负荷工作。如果是，那么需要系统添加额外功能时，单片机就不堪重负，难以完成任务 ； 如果系统控制核心的负荷量太轻，不外乎是 两种情况 :一是单片机的大材小用， 说明单片机的选型浪费， 这势必造成不必要的成本开销 ； 一是系统预留的功能太多，可能导致为实现这些功能而设计的接口器件占据了电路板上的太多位置，而导致系统的体积变得庞大起来。因此对于系统的总体方案设计人员提出了很高的要求，就是怎样找到一个最佳的契合点既满足系统的可扩展性，又兼顾了价格、系统体积因素等。 现场总线是连接智能现场设备与控制室之间的全数字式、开放的、双向的通信网络。它能够使用一对简单的双绞线给现场设备供电，并传输现场设备与控制室之间的通信信号。现场总线 的节点是现场设备或现场仪表，这些仪表都遵循统一的标准和规范，按照 系统化和开放性要求，实现数字化、智能化、标准化，并且增加远距离操作和就地控制功能。 采用现场总线的最大优点是可以大大节 约连接导线和维护费用。同时，现场总线能够传送多个过程变量。传统的 4 20常称为过程变量。而采用现场总线后，在传输变量过程的同时，仪表的标识符和简单的诊断信息也可一并传送 :数字信号的精确性是现场总线的又一个优点，数字信号比 4 20此，可排除过去在模 /数转换中产生的误差。远 程维护在采用数字通信和现场仪表后也将成为可能。由于现场总线是双向的，因此能够从中心控制室对现场智能仪表进行标定，调整及运行诊断，甚至可在故障发生前进行预测。 采用现场总线构建系统当需要扩展功能时，其主节点上的控制器 (相当于 的核心控制器 )的任务量并没有明显增加，这一部分工作都被扩展到总线上的现场设备中的智能控制器所分担了，主节点控制器起到的实际上是信息搜集、信息综合和信息反馈的作用。因此当系统扩展功能，主节点控制器负担不重，系统的可扩展性主要取决于相应现场总线的负载能力。 值得一提的是，挂接在现场总 线上的传感器、执行器等并不是普通的现场设备，它们都是有微处理器控制的智能现场设备，从这个意义上来说，智能现场设备的价格肯定是比普通现场设备贵一些。对于旧有系统改造，用户买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 能否接受值得考虑。 现场总线发展至今，大大小小已有 40余种，每种现场总线技术基本都有其 自身的技术特点和传统的应用领域，如 于汽车工业， 时每一类现场总线技术均有国际上的大公司为背景和依托 。然而，在起重机领域尚未有关于制造商应用某种现场总线于控制系统以及某传感器制造商开发基于某种现场总线的起 重机相关的智能传感器的报道。因此通过现场总线形式构建的系统比较适合为各起重机制造商提供配套开发。至于具体选择何种现场总线，自主性相对较大，推出的时间则越早越好，目的是力争把自己的产品标准作为整个行业的标准 。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 总体方案的设计 距限制器的原理 汽车式起重机工作时，在不同的仰角及臂杆长度下，对应不同的工作幅度， 其额定的起重量是不同的。如果实际起重量小于额定起重量，起重机的工作是 安全的，否则会出现损坏起重机部件甚至翻车、断臂等恶性事故。 根据取力方式的不同，可以通过多种方式确定某种工况和状态下的 实际起重量。本系统采用了变幅油缸取力的方式，根据臂长、仰角、变幅油缸的主压、背压确定起重机的额定起重量和实际起重量。 以油缸取力的汽车式起重机力限器为例，如图 2 图 2起重机力矩限制器系统示意图 1、微控制器系统 作为力矩限制器系统的核心，其主要功能为 : a实时对各路传感器信号进行采样，获取起重机的变幅缸压力、臂杆长度 和臂杆仰角等工作参数，经过计算得出实际起重载荷和允许载荷及负荷率 ； 当负荷率大于 90%时预报警，大于 100%时报警并进行强制控制，使起重机不能继续向危险方向动作，如趴杆，伸臂，起升等 。 b通过 示和语音播报臂杆长度、臂杆角度、工作半径和起升高度处理器系统 臂长传感器 角度传感器 压力传感器 1 压力传感器 2 键盘输入 显示面板 声音输出 控制输出 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 等操作者关心的参数，提供友好的人机界面 :完成参数显示和工况设置及调试标定等辅助功能。 c记录超载状况，为起重机的事故分析和设备维护提供参考。 d实现其它的功能 (如臂杆使伸出的顺序控制 )，使起重机的工作符合某些工况下的特殊规定和安全要求 ； 2、压力传感器 通过检测变幅油缸上下腔的油压信号，以计算变幅油缸的推力。 3、臂长传感器 通过头部 固定在臂杆端部的拉线，将臂杆长度变化转换为传感器内部测定元件角度的变化，以测定检测臂杆的实际长度。 4、仰角传感器 安装在第一节臂杆上，由重锤带动角度测定元件转动，以检测臂杆仰角。 5、连接电缆 将各传感器及起重机上车控制盒与力限器主体相连。 矩限制器 的 工作流程 系统软件流程如图 2示。开机后首先进行硬件自检，对内存、掉电保护存储器、各模拟量、开关量 I/O 口进行检查，如果出现硬件故障，则以相应代码进行报警。硬件自检通过后，程序以循环扫描的方式运行。首先读取键盘参数、起重机结构 参数以及各传感器信号；然后由数据处理部分根据各个参数以及汽车起重机的数学模型进行计算处理，将计算得到的结果及相应参数显示在液晶显示器上；最后判断是否有报警，若有报警则进行相应报警及制动保护 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2统软件流程图 本系统硬件结构如图 2为信号采集、数据处理、参数输入及显示、报警制动保护四个部分。 1、 信号采集部分负责采集模拟量信号和开关量信号。模拟量信号有长度传感器信号、 角度传感器、变幅油缸上 、 下腔油压传感器信号 ， 这些传感器信号 均为 4 20过转换 成为 0 4V 电压信号后送到 A/D 转换芯片 量。 2、 数据处理部分的核心为单片机 模拟量及开关量信号经过处理后送入单片机，结合汽车起重机的工作状况和结构参数， 算并显示出起重机的臂长、仰角、载重、力矩百分比等参数；判断是否有报警及制动保护信号，并作出相应处理。 通过键盘输入的各项参数也由 存入可掉电保存的 片 24 3、 参数输入及显示部分由 一个 个 4、 当汽车起重机处于危险操作状况时， 报警制动保护部分会为操作员提供声光预警。当情况紧急时，制动保护部分会强制停止危险操作，以保证买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 起重机的安全。 图 2统硬件结构 矩限制器的数学模型 由于汽车起重机的机械结构复杂，当采用取上下油缸压力差的方法测载荷时，数据处理需要结合起重机的数学模型进行，因此，只有建立适合起重机作业现场使用的准确简洁的数学模型，才能既准确快速测量起重机的载荷，又能在调试时快速方便。 如图 2示 升钢丝绳切点， 起升钢丝绳长度， 主臂铰点到起升滑轮与钢丝绳切点距离；角为主臂与水平面夹角，角为 T 为起升钢丝绳拉力。 I/V I/V I/V I/V 示 盘输入 报警 长度传感器 角度传感器 上腔油压传感器 下腔油压传感器 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2由图 2 c o s （ )c 设 1 2 c o 13 设 (0，其中 k 为传感器的信号电流与对应量的比值， I 为下油缸 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 Q ( 0)(131201 掉钩匀速运动一周。记录各个角度下的3120 013 )( 131201 )( 33131201 )()( 其中)c 2)s i n(221 )c 2)s i n(c )11 1缸下铰点 到 主臂 铰点的水平距离 1缸下铰 点到主臂铰点的垂直距离 2缸上铰点到主臂铰点的水平距离 2缸上铰点到主臂铰点的垂直 距 矩限制器 的 调试 第一步：测量起重机各个结构参数并输入系统。 第二步：空载调试。空载调试时，根据起重机性能表，在臂长固定在某一值的情况下使主臂不吊重物做匀速圆周运动，记录下各个角度下的上下油买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 缸传感器的空载电流差值。由于汽车起重机运行过程中臂长和仰角均是变化的，所以需记录多节臂长下的空载电流值，中间臂长的空载电流值以线性插值 推得。 第三步：传感器重量系数 重机起吊一标准重块，在某一臂长和角度下记录上下油缸传感器的电流差值，然后根据公式 1算得重量系数 k。 起重机运行过程中，系统根据测量到的臂长、仰角、上下油缸传感器信号差值，结合公式 33131201 )()( 即可算 得所吊重的重量。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 系统硬件 方案的设计 统硬件设计概述 图 3统硬件结构原理图 本着简化系统组成、提高系统先进性与可靠性以及模块化设计的原则，在 实现预定功能、满足系统的要求的前提下，大量采用了串行接口的电路完成系统的功能要求 。 向通道的设计 前向通道是被测对象与测控系统的联系通道，是原始参数输入通道。它将 获自传感器的信号变换处理并以一定的方式传送至 被测对象与单片机系统之间一座必不可少的桥梁。它主要有信号拾取电路、信号调节电路和信号变换电路等几部分组成。 I/V I/V I/V I/V 示 盘输入 报警 长度传感器 角度传感器 上腔油压传感器 下腔油压传感器 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3统显示操作面板 日期时间 声音 实际吊重量 时间调整 切换 标定 确认 额定吊重量 最大起升高度 工作幅度 主臂仰角 主臂臂长 力矩百分比条形码 电源 自检 工况 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 号的拾取、变送 1、 臂长、 仰角信号的拾取、变送 图 3度信号转换机构示意图 图 3度信号转换机构示意图 如上图 33仰角和臂长的转换机构示意图。工作时，仰角的变化转换成为电位器角度的变化 ； 臂杆伸缩通过拉线使卷线盘转动，经过齿轮减速到电位器轴上，臂杆长度的变化转换为电位器的角度变化。角度传感器实际使用量程为 0 90 ，长度传感器的最大量程为 30米。角度和长度传感器中的电位器信号如果通过长线直接传送到主机，由于以微弱的电压信号传输，容易收到外界电磁场的干扰，线路内阻对精度也有影响。在本系统中，采用了 两线变送方式，使用 4信号传输，变送示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3号变送示意图 2、压力 信号的拾取变送 压力测量在工业、航空、航天、汽车、气象、海洋、医疗等方面有大量的应用，利用压力可以测量液体、水的高度和压力，可以测量血压、气体质量和重量等参数。 压力有绝对压力，表压力，负压力（真空度）和差压等多种。绝对压力是指被测物体的单位面积上承受的全部作用力。地球表面承受大气形成的压力叫大气压力，绝对压力与大气压力之差称为表压，工业上常用的压力表就是用来测量表压的。绝对压力小于大气压力的值称为负压力（真 空度），常用真空表来测量。而二个压力的差值为差压。 压力（又称压强）的单位是帕（ 1 帕 =1 牛 /米 2，常用千帕（ 兆帕（ 示，工业上使用的压力单位有 Kg/ 种，它们之间的关系见表 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 表 3-1 利用被测压力使金属膜片之间的距离减少，电容量增加的原理制成的，其结构如图 3硅压阻式压力传感器是利用的压阻效应制成的新型压力 传感器，在一块单晶硅的基片上用扩散工艺制成的应变元件，在应变元件受到压力的作用，引起电阻值产生变化，在型硅品片上形成四个阻值相等的电阻条，构成一个惠斯电桥，特点是体积小，系数度高，测量范围宽，精度高 。 图 3文 压力信号的获取、变送使用了集成压力传感器模块，它使用 940出 4 20用两线变送方式。 单位 ) Kg/大气压 ) 05 0004 1 04 102 00 000 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 换 在实测 量和控制系统中常会遇到时间、数值都连续变化的物理量。这种连续变化的物理量，称之为模拟量，例如温度、压力、流量等都属于模拟量，与此对应的电信号是 模拟电信号。显然，模拟量要输入到计算机，首先要经过模拟量到数字量的转换（简称 A/D 转换），计算机才能接受处理。实现模拟信号到数字信号转换的设备称 A/D 转换器或 A/D 转换器实际上是计算机的一个输入设备 。 从各个传感器获得的信号经调节后是 1 5拟量必须由 A/D 转换成数字量， 能处理。 A/D 转换电路种类很多，根据转换原理可分为逐次逼近式、双积分式、并行式、跟踪比较式、串并式、电荷平衡式等。目前使用最多的是前三种。其中并行式 A/，其速度最快（转 换速度在 2050间）价格也很高，一般用于高速度场合。逐次逼近式 A/度和价格上适中，是目前最常用的 A/积分 A/有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，但速度较慢，经常用于速度要求不高的场合。 在 A/先搞清楚关于 A/D 转换器的几个指标量概念： 1、 分辨率 分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。转换器的分辨率定义为满刻度电压与 2n 之比值，其中 n 为 A/D 转换器的位数，例如一个 8 位 A/，若满刻 度电压为 5V，则能分辨率的最小电压值为 5/28=20 2、 量化误差 量化误差是由于 A/化）而引起的误差，量化误差一般为 1/2数字量的最小有效位所表示的模拟量，提高分辨率可减少量化误差