1  引言

    為防止起重機(jī)因操作不當(dāng)和過大的起重力矩而發(fā)生傾翻、折臂等事故，起重機(jī)必須安裝力矩限制器，以確保安全作業(yè)，且作為安全保護(hù)裝置的力矩限制器必須具有很高的可靠性、穩(wěn)定性和檢測(cè)精度。為此，我們采用ATMEGA128單片機(jī)為力矩限制器的主控CPU，設(shè)計(jì)中采用了一些新技術(shù)和方法，提高了系統(tǒng)的測(cè)試精度和抗干擾能力。

2  系統(tǒng)組成及功能

    該力矩器限制器主要由壓力傳感器、角度傳感器、長(zhǎng)度傳感器、測(cè)量及數(shù)據(jù)傳輸與處理系統(tǒng)等組成。來自外界的待測(cè)信號(hào)：主/副鉤起吊重量、起重臂的角度、起重臂的長(zhǎng)度（汽車吊），分別經(jīng)各自的傳感器檢測(cè)、前置預(yù)處理、信號(hào)放大后，通過電纜傳輸?shù)娇刂破鲀?nèi)，由ATMEGA128單片機(jī)A/D輸入，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理后求得起重機(jī)的起重臂角及工作幅度、實(shí)際起重量、額定起重量、實(shí)際起重量與額定起重量的百分比等，顯示并作輸出控制；在報(bào)警時(shí)記錄數(shù)據(jù)；另外通過串行口可與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

    該系統(tǒng)的主要功能是：

    1、實(shí)現(xiàn)起重機(jī)起重力矩的安全監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示起重機(jī)的工作幅度、實(shí)際起重量、額定起重量，起重臂角，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等。

    2、中文會(huì)話式人機(jī)界面設(shè)置預(yù)警值、報(bào)警值、鋼絲繩數(shù)、起重臂的長(zhǎng)度等參數(shù)；實(shí)時(shí)時(shí)鐘校正；工作方式選擇；實(shí)際起重量零位校正。

    3、當(dāng)起重機(jī)實(shí)際起重量與額定起重量的百分比大于或等于預(yù)警值時(shí)，指示燈閃亮作預(yù)警處理。

    4、當(dāng)起重機(jī)實(shí)際起重量與額定起重量的百分比大于或等于報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)聲光報(bào)警，同時(shí)切斷起重機(jī)向危險(xiǎn)方向的動(dòng)作，但允許其向安全方向動(dòng)作。并對(duì)危險(xiǎn)、超載等異常起重工作情況進(jìn)行記錄，以便進(jìn)行分析查詢管理。

3  硬件設(shè)計(jì)

    力矩限制器應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，且起重機(jī)對(duì)其可靠性要求非常高，因此在設(shè)計(jì)時(shí)主要從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確性與可靠性以及抗干擾等方面考慮。系統(tǒng)主控制器采用ATMEGA128單片機(jī)，其片內(nèi)集成了128K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器，4K字節(jié)在線可編程EEPROM，4K字節(jié)SRAM，外圍有2個(gè)全雙工UART串行通訊接口。本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1

3．1數(shù)據(jù)采集通道

    主/副鉤起重量及其相應(yīng)工作幅度經(jīng)各自的傳感器檢測(cè)并經(jīng)放大處理后送A/D轉(zhuǎn)換器，采用單片A/D多路信號(hào)分時(shí)轉(zhuǎn)換的方法以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并降低成本。起重量采用橋式壓力傳感器檢測(cè)，其輸出電壓信號(hào)為0~20mV,一般情況下，人們將此毫伏信號(hào)直接通過電纜傳送到系統(tǒng)的放大電路中進(jìn)行放大處理。但實(shí)踐表明，該電壓信號(hào)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下遠(yuǎn)距離傳送時(shí)經(jīng)常受到干擾，影響了系統(tǒng)的檢測(cè)精度與正常工作。為解決此問題，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用

傳感器信號(hào)經(jīng)前置預(yù)處理，放大到0~5V電壓，送CPU進(jìn)行A/D采樣見圖2。