塔机安全监管系统.doc

电子电路设计大赛报告 作品名称 塔机安全监管系统 作 者 郭玉龙 张志强 李全勇 指导教师 张智杰 2010 年 5 月 23 日 目录目录 1 摘要及引言摘要及引言 2 2 方案比较与论证方案比较与论证 2 2 1单片机最小系统 3 2 2时钟模块 3 2 3显示模块 3 2 4存储模块 4 2 5信号采集模块 4 2 6报警模块 4 2 7电源模块 4 3 总体方案设计总体方案设计 5 3 1 硬件设计 6 3 2 软件设计 7 4 功能分析功能分析 8 5 总结总结 8 7 参考参考文文献献 9 8 附录附录 10 塔机安全监管系统塔机安全监管系统 摘要 摘要 本文详细的介绍了基于 STC89C58RD 单片机的塔机安全监管系统的设计 和应用 本系统用 HS320240 液晶屏实时读取显示当前时间和各种参数值和设 定值 通过按键设定系统参数值 进行信息查询 设置时间等 并用 DS1302 时钟芯片 通过 ATMEL24C64 进行数据存储 系统通过工业上比较成熟的 AD 芯片 TLC1543 将传感器采集来的信号经过 LM324 放大处理后 与 24C64 中 存储的数据比较 超出上限值报警 报警时 用 ULN2003 驱动继电器切断外部 电路 同时蜂鸣器响 LED 灯闪烁 关键词 关键词 STC89C58RD DS1302 ATMEL24C64 TLC1543 HS320240E Abstract Abstract thisthis paperpaper introducesintroduces thethe STC89C58RD STC89C58RD MCUMCU basedbased onon thethe securitysecurity supervisionsupervision systemsystem ofof towertower designdesign andand application application ThisThis systemsystem usesuses DS1302DS1302 clockclock chipchip toto setset time time throughthrough thethe keykey parameterparameter setting setting andand usesuses HS320240EHS320240E LCDLCD display display timetime andand variousvarious parametersparameters andand value value ThroughThrough IICIIC bus bus datadata ATMEL24C64ATMEL24C64 deposit deposit ThroughThrough thethe comparisoncomparison systemsystem ofof industrialindustrial TLC1543TLC1543 chip chip maturemature ADAD willwill bebe collectedcollected signalsignal processing processing andand 24C6424C64 storedstored inin thethe datadata controls controls beyondbeyond thethe limitlimit andand floorfloor willwill alarm alarm WhenWhen thethe alarmalarm relayrelay isis cutcut off off andand throughthrough externalexternal problemproblem circuit circuit andand atat thethe samesame time time LEDLED lightslights flashingflashing buzzerbuzzer rang rang Keywords Keywords STC89C58RDSTC89C58RD DS1302 DS1302 ATMEL24C64 ATMEL24C64 TLC1543 TLC1543 HS320240E 1 1 引言引言 伴随着国家经济持续良好运行 国内基础设施建设数量亦持续地增长 塔式起重 机 简称 塔机 由于其塔身高 吊臂长 作用范围广等特点 在基础设施建设 中具有极其广泛的应用 然而 由于自身缺陷以及工作环境恶劣等诱因 塔机事故 层出不穷 解决塔机安全性问题迫在眉睫 本作品就是针对这一问题而设计 它 主要应用于塔机的实时监控 避免因为操作失误造成安全事故 本作品用 HS320240E 液晶屏实时显示时间和各种参数值和设定值 通过 AD 芯片 TLC1543 将传感器采集来的信号经 LM324 放大处理后 与 24C64 中存储的上 限值比较 超限将声光报警 并能通过按键改变上限值 修改时间 实现报警 范围的改变 每次塔机工作的参数 包括主钩重量 主钩高度 回转角度 小 车行程 都存储到 24C64 中 系统自动永久保存最近工况数据和超限值 为正 确分析事故原因提供依据 通过按键查询信息 所有参数的设定都设有密码保 护 防止随意更改 而且通过参数的整定和系数的设定 可以应用到多种塔机 的监控上 实现广泛而且方便的应用 2 2 方案比较与论证方案比较与论证 2 12 1 主控芯片选择主控芯片选择 方案一 AT89S52 单片机价格低廉 可反复擦写 但是不能加密 并且 FLASH 只有 8K 不能满足要求 方案二 STC89C58RD 单片机是一款相对较大内存的单片机 内有 32K 的 Flash 16K 的 EEPROM 能存储较大的程序 它的特点如下 1 加密性强 无法解密 2 超强抗干扰 3 降低单片机时钟对外部电磁辐射 4 超低功耗 5 在系统可编程 无需编程器 可远程升级 综合考虑两种方案的性价比 最终决定采用方案二 2 22 2 时钟模块时钟模块 方案一 时间显示用 DS1302 时钟芯片 DS1302 时钟芯片是一款常用的时 钟芯片 实时时钟计数秒 分钟 小时 日 月 周 一年有闰年 随意工业温度 范围 40 C 85 C 占用 I O 口少 价格低廉 方案二 用 DS12C887 时钟模块 此芯片能显示世纪 不用再加外部电路 直接接单片机接口 不用外部加电池 内部电池可掉电工作十年之久 价格较 贵 综合考虑两种方案的性价比和 I O 口资源 最终决定采用方案一 2 32 3 液晶显示模块液晶显示模块 方案一 使用 HS320240E 液晶显示屏 指令功能强 可组合成各种输入 显示 移位方式以满足不同的要求 接口简单方便 可与 8 位微处理器或微 控制器相联 可靠性高 寿命为 50 000 小时 方案二 使用 12864 液晶屏 价格低 使用方法简单 综合考虑两种方案的性价比 最终决定采用方案一 2 42 4 数据存储模块数据存储模块 方案一 使用 ATMEL 公司的 28C64 24C64 是一款 8K 8 bit 的存储芯 片 但是占用 I O 口资源多 读写驱动程序麻烦 方案二 24C64 也是一款 8K 8 bit 大小的存储芯片 但是它是基于 IIC 总线协议 读写驱动程序简单 只占用两个 I O 口 价格也很低廉 综合考虑两种方案的性价比 最终决定采用方案一 2 52 5ADAD 转换模块转换模块 方案一 本系统所选用的是工业上比较成熟的 AD 芯片 TLC1543 特性如 下 1 10 位分辨率 A D 转换器 2 11 个模拟输入通道 3 固有的采样与保持功能 4 片内系统时钟 5 转换结束 End of Conversion EOC 输出 6 串行输出至单片机 占用单片机资源少 方案二 ADC0809 是 8 位分辨率的 AD 芯片 占用大量单片机资源 综合考虑两种方案的性价比 最终决定采用方案一 2 62 6声光报警模块声光报警模块 经过综合比较 报警时 通过 ULN2003 达林顿管阵列驱动芯片 使继电器动作 切断出现安全问题的外部电路 同时蜂鸣器响 LED 灯闪烁 实现声光报警 2 72 7电源模块电源模块 方案一 使用开关电源 输出电流大 体积小 方案二 使用 MEW20 S5D15B 电源模块 此模块可承受的输入电压范围宽 可适用不同工作场合 输出稳定 综合考虑工作条件和工作场合 最终决定采用方案二 3 总体方案设计总体方案设计 3 13 1 硬件方案设计图硬件方案设计图 TLC1543A D 模块 STC89C58 RD 单片 机 320 240 液晶屏 24C64 存储模块 声光报警模块 DS1302 时钟模块 键盘输入模块 继电器输出 图图 1 1 塔机监管系统图塔机监管系统图 经过我们的细心设计和缜密论证 最终确定硬件方案如下 1 电源模块 采用输入电压较宽的 MEW20 S5D15B 电源模块 2 控制核心 采用内存较大的 STC89C58RD 单片机 3 AD 采集模块 使用 TLC1543 AD 芯片采集模块 4 显示模块 使用功能强大的 HS320240E 进行实时显示 5 数据存储模块 使用 24C64 存储芯片进行数据存储 6 报警模块 利用 ULN2003 驱动继电器切断主电路 同时声光报警 7 时钟模块 利用 DS1302 时钟芯片显示时间 8 键盘模块 四个独立按键和一个复位按键进行操作 3 23 2 系统软件设计系统软件设计 程序流程图 功能键按下 输入密码 结束 密码正确 选择页面 工况设置信息查询时间设置零点设置声光报警 是 是 否 否 是 否 重量超限 力矩超限 高度超限 行程超限 角度超限 重量继电器力矩继电器高度继电器角度继电器行程继电器 是 是 是 是 否 否 否 否 实时读取 液晶显示 4 4 功能分析 功能分析 塔式起重机 简称塔机 以其塔身高 吊臂长 抬吊重量大 覆盖范围广 工作效率高等结构技术特点 在建筑领域中占有重要地位 得到了极其广泛的应用 开始 初始化 否 但由塔机引起的人员伤亡和设备损毁事故屡屡发生 重大事故发生率居高不下 塔 机的安全问题引起了社会的广泛重视 我国建筑安全监管部门正在制定塔机参 数安全监测的相关标准 将强制要求塔机设备安装安全保护系统 该装置是综合应用微电子技术 信息传感技术 信息通讯技术的高科技智 能产品 是动态检测的数字式电子记录装置 可广泛应用于载重 起重机械 实 现对其工作状况的安全保护监测 该装置主要应用在塔机上 它可以对塔机安 全施工状况实时记录并存储每一工作循环的工况参数 随时将塔机违规操作进 行科学检测 为管理者对设备进行有效管理提供真实可靠的数据 有效的预防 和抑制事故的发生 杜绝安全生产隐患 产品功能 1 数据记录 在塔机运行过程中 以 800ms 秒为采样周期实时采集塔机的工作参 数 主要包括载重量 力矩等 可以累积储存上千条的工作记录 2 安全保护 该装置可实现塔机多种安全限制器的功能 如起重力矩限制 起重 量限制 起升高度限制 幅度限制和回转角限制等 在超载时 系统将发出控 制信号 允许起重机向安全方向运行 禁止其向危险方向运行 一旦塔机运行 到危险位置 继电器切断电路 3 临界报警 当起重量 起重力矩超过 90 额定值时自动发出声光报警 同时切 断相应主电路 4 实时显示 液晶屏幕实时显示塔机工作的关键参数 起重量 幅度 起重力矩 等 和主要操作 提升 变幅等 产品优点 1 适用面广 适用于各种类型塔式起重机 2 安装方便 系统安装无需对塔机进行改造 3 单机区域限制 可通过预设参数防止吊钩进入限制工作区域 4 密码功能 所有参数的设定都设有密码保护 防止随意更改 5 适应性强 20 60 超宽工作温度范围 耐老化 抗粉尘 可在恶劣的露天 条件下可靠工作 5 5 总结 总结 通过两个多月的不懈努力 我们的作品基本功能终于实现了 但是我们还 在不断的找问题 使我们的产品更加完善 争取早日应用到实际生产中 为人 民的生命财产安全提供一道有力的屏障 在这次比赛里 我们的创新意识和团