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1、基于单片机的起重机负载限制器的设计摘 要本设计简要的介绍了起重机负载限制器的基本构成，该系统由压力传感器，A/D转换器，解码器芯片，单片机等几部分组成,并且对起重机负载限制器的软件部分及硬件部分进行了设计。论文中对光电报警保护电路、显示电路、无线数据发送电路、无线数据接收电路及数据采集电路进行了设计。起重机负载限制器主要是用于对工矿企业和施工现场的起重机进行超载限制，用以对起重机起到保护作用，它根据所吊重物的额定的重量做限制设定，在本设计中，当吊起的重物达到限定值的90%或者超过了限定值时，系统的报警电路就会工作，给操作人员以一定的提醒，这样有效地保证了起重机的安全运行。而且本负载限制器的设计
2、避免了传统的有线数据传输所带来的不便利性，并且本系统功能多、操作简单、扩展性强。关键词：单片机；起重机；负载限制器；无线数据传输Design of crane load limiter based on MCUABSTRACTThis paper briefly introduced the crane load limit device basic composition, it mainly consists of pressure sensor, A/D converter, decoder chip, singlechip more parts of crane load limit,
3、 and the software is part and hardware is simply introduced. Paper photoelectricity alarming protective circuit, display circuit, wireless data sending circuit, wireless data receiving circuit and data acquisition circuit made some simple introduction .Crane load limit device is mainly used in minin
4、g enterprises and construction site of the crane for overload restrictions for crane to protect. It according to the weight of the hanging heavy do limit set rated, When lift weights reach the allowable value or more than 90 percent of limited value, system alarm circuit will work, to guarantee the
5、power crane safe operation. And this load is design avoids the limits of traditional cable data transmission brings convenience, and this system not function is much, the operation is simple, extensible.Keywords: single chip；crane ；load limiter ；wireless data communication目 录1 绪论11.1 起重机在工业生产中的重要性11
6、.2 现状及国内外发展趋势11.3 起重机负载限制器的原理及意义22 系统的硬件设计42.1 系统设计原理42.2 数据采集电路的设计62.2.1 数据采集系统介绍62.2.2 数据采集电路的组成72.3发送与接收电路的设计152.3.1 发送与接收电路中所需芯片的介绍152.3.2 发送与接收电路图172.4显示与报警电路的设计182.5系统报警阈值的设置203 系统软件设计223.1 主程序流程图223.1.1 初始化程序233.1.2 发送与接收程序243.1.3 显示子程序263.1.4 中断服务子程序INT0273.1.5 延时子程序DS1, DS2 ,DS328总 结30致 谢31
7、参考文献321 绪论1.1 起重机在工业生产中的重要性起重机属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中的应用越来越广，作用也越来越大。所以起重机在工业生产中极其重要，它工作的正常与否严重影响工业生产的安全性，同时，起重机的使用为工业生产带来了效益。起重机是现代工业企业中实现生产过程机械化、自动化、减轻繁重体力劳动、提高劳动生产率的重要工具和设备。如在港口码头和铁路车站，没有起重机，装卸工作就
8、不能进行；在冶金生产中，起重机用于金属生产的全部过程；现代建筑工程，不能离开起重机；在农业和林场，最困难、最费力的工作也由起重机来完成；在核发电站中，采用特殊的起重机，用以代替人的操作去担当对人体健康有严重危害的作业。现代工业不仅对起重机的安全和高效提出越来越多的要求，而且随着自动化控制以及计算机管理系统的日益广泛，起重机从单一的搬运工具逐步演变成自动化、柔性化生产中的重要组成部分。今天，计算机控制的自动化起重机在包括钢材诸运、造纸、垃圾焚烧发电、飞机制造及维修等各个工业领域发挥着重要作用。1.2 现状及国内外发展趋势二战以后的几十年来，各主要发达工业国家先后开始重视对设计技术的研究，起重机的
9、设计技术水平也得到快速发展。英国从60年代开始，就以国家政策和财力来支持发展与推广创新设计,德国提出“设计就是科学”，使其设计学的发展已达到相当规模,美国成立了“设计委员会”,日本同样也非常重视设计技术的发展，将设计看作是技术、经济、美学和人机工程学的一体化整体，并极力推广和采用新技术。总之经济技术发达国家越来越重视设计工作并大量引入创新设计，使得整个机电产品也包括起重机械产品的造型设计、安全可靠性、技术经济性等方面发生着越来越快的变化，设计水平也日益提高。我国起重机设计的发展经历了一个曲折的过程。以前多是以模仿原苏联的设计为主，凭借设计者的经验，产品设计的局限性很大。从60年代起，开始了新产
10、品、新部件的开发设计与实验研究工作，从而使设计从仿制和经验设计逐渐走向实验研究和计算分析阶段。到了80年代，随着宝钢等一些超大型企业对国外起重机的引进及与国外进行联合设计国内制造等形式的采用，开始在国内引入了一些国际上的先进技术与设计方法。同时将计算机应用技术引入设计领域，对起重机设计工作的发展起了很大的推动作用。 但是，我国起重机设计领域仍存在不少问题，主要是大多中小企业对设计研究分析不够，资金投入少，人员培训工作跟不上发展的需要，一直没形成开发新产品或更新老产品的设计和应变能力，对引进的先进技术和产品，没有从设计的角度进行消化，更没有能力进行再创新工作。没有形成合理的设计人员梯队，产品仍然
11、是几十年不变样，目前仍以照抄照搬为生存方式，没有自己的知识产权，只是在应付低价拿来的合同。为数不多的几个大型企业则在创新设计中快速发展，使得国内起重机设计能力和水平逐步与国外的先进设计缩短了距离。这些企业已大量采用新的计算机新技术，二维CAD早已普及，三维设计已推广。电气设计采用ED等先进设计手段，引入定子调压和变频调速，PLC参与系统控制，采用了大量高新传感元器件，实现了定位准确，操控方便，其安全可靠性也逐步提高8。通过专家系统的应用，极大地推进了创新设计的进程，并且利用系统论和信息论等现代计算机应用技术研究成果，使得起重机的创新设计开始向智能化方向发展。全自动起重机是一门新兴的技术，可以预
12、计，随着自动化控制、计算机等技术的发展，全自动控制起重机技术会飞速的发展。工业制造部门在向高速、高效、连续性生产发展的过程中，也会推动起重机向自动化、可靠性、安全性以及精确性方面不断发展。1.3 起重机负载限制器的原理及意义起重机械在运行过程中，要承受各种载荷（如静载、动载、交变载、冲击载、振动载等），各承载零件和结构件会产生相应的应力和变形，如果超过一定的限度，就会丧失功能甚至破坏，从而造成机械自身的危险，甚至对工作人员照成人身伤害。 起重机在作业过程中，承受载荷的复杂性不仅反映在载荷种类的多样性上，而且随着起重机作业的工作状况的不同而表现出多变的特征。载荷是起重机及其组成零部件正常工作受力
13、分析的原始依据，也是零部件报废或事故原因判断分析的依据，载荷确定得准确与否将直接影响计算结果的安全性和事故结论的正确性。因此，在起重机上安装负载限制器不仅是对起重机械安全的一种保护装置，同时也是保证起重机安全运行的一种防护措施。本篇设计中介绍的负载限制器主要由压力传感器，A/D转换器，解码器芯片，单片机等几部分组成。当起重机起吊后，传感器受到压力产生与负载成比例的电信号，之后完成重量与电信号的转换，本设计中将电压信号的基准分别设定在额定值的90%，105%，120%，当负载的重量达到额定值的90%时，预报警器动作，但是不限制起重机的继续工作；当负载重量达到105%时，为避免启动时冲击负载引起的
14、瞬间虚假超载，设置了一个延时电路，重新判断后如果超载确实存在，则立即切断电机电源，如果重新判断后为不超载，则电机继续工作；如果负载重量大于120%，立即切断电机电源，起重机停止作业，同时报警器工作。2 系统的硬件设计2.1 系统设计原理系统大体主要分为两个模块，每个模块分别用一片单片机控制。模块1完成数据的采集与无线发送；模块2完成数据的接收、显示和报警保护。其系统模块框图如图2.1所示。系统主要包括传感器、数据采集系统、无线发送与接收电路、显示电路和报警保护电路，设计原理图如图2.2所示。它的工作原理为：压力传感器将起重机的负载重量转换为电压信号，通过调理将该信号转换为A/D转换器所需的电压
15、，然后由单片机控制启动A/D转换器，将其量化、编码，所得到的数字信号存储在单片机中，最后控制启动编码芯片，将采集的数据发送；另一单片机控制解码器将信号接收，经数据处理将负载的重量显示出来，并与起重机的带负载额定值比较，实现超载报警保护4。数据采集数据发送数据接收显示报警保护单片机1#单片机2#(a) (b)图2.1 限制器设计框图 压力传感器无线发送无线接收单片机22显 示报警保护单片机1数据采集图2.2 限制器设计原理图本系统的功能是基于单片机的控制实现的，所以在此处对单片机做一下简单的介绍。单片机是微型计算机发展中的一个重要分支，其发展十分迅速。单片机由于具有高可靠性、集成度高、价格低廉和
16、容易产品化等特点，因此在智能仪器仪表、工业实时控制、智能终端、通信设备、医疗器械、汽车电器和家用电器等领域得到了广泛应用。单片机又称单片微控制器，它把一个计算机系统集成到一块芯片上，其主要包括微处理器（CPU）、存储器（随机访问存储器RAM、只读存储器ROM）和和各种输入/输出接口（包括定时器/计数器、并行I/O接口、串行口、A/D转换器以及脉冲宽度调制等）。相对于微型计算机，单片机扩展了各种功能，如A/D、PWM、计数器的捕获/比较逻辑/高速I/O口、WDT等，突破了微型计算机的传统内容，所以更准确的反映了其本质的称呼应该是微控制器。单片机主要用于嵌入式应用，故又被称为嵌入式微控制器（emb
17、edded microcontroller）。国际上常把单片机称为微控制器（MCU，Micro Controller Unit）,而国内则比较习惯称为单片机。单片机的优点：集成度高；存储量大；性能高、速度快；抗干扰性强；指令丰富。单片机主要的应用领域有：在测控系统中的应用；在智能化仪器仪表中的应用；在机电一体化中的应用；在智能接口中的应用 1-2。单片机应用系统的基本结构如图2.3所示，在图2.3中，复位电路、时钟电路和电源组成单片机的最小应用系统。 单片机复位电路时钟电路串行通信设备A/D转换电源键盘输入显示输出开关量I/OD/A转换图2.3 单片机应用系统的基本结构就通用单片机而言，世界上
18、一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型有：美国Intel公司的MCS51系列及其增强型系列；美国Motorola公司的6801系列和6805系列；美国Atmel公司的89C51等单片机；美国Zilog公司的Z8系列及SUPER8；美国Fairchild公司的F8系列和3870系列；美国Rockwell公司的6500/1系列；美国TI（德克萨司仪器仪表）公司的TMS7000系列以及NS（美国国家半导体）公司的NS8070系列等。尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是Intel公司的MCS51系列单片机和美国At
19、mel公司的89C51单片机。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内具有4K字节的可反复擦写1000次的只读程序存储器（PEROM）和128字节的随机存取数据存储器（ROM），全静态工作0Hz-24MHz，低功耗的闲置和掉电模式。该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51系列单片机的指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。AT89C51单片机功能强大，可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。所以此设计中采用AT89C51。2.2 数据采集电路的设计2.2.1 数据采集系统介绍数
20、据采集是指将温度、流量、压力、位移等模拟量采集成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。数据采集与传输系统一般由信号调整电路、多路开关、采样保持电路、A/D转换器、单片机、电平转换接口、接收端（单片机、PC或其他设备）等组成。其中A/D转换器是DAS的核心器件，它实现模拟量与数字量的转换并与计算机或微控制器（单片机）接口；传感器实现非电量信号与电信号之间的转化；信号调理电路实现信号的转换和标准化；采样保持器是获取输入信号并在其后A/D转换期间使信号保持不变，当被测信号为高频信号时，应采用该电路3。数据采集系统一般框图如图2.4所示。如果要采集多路模拟信号时，一般用多路模拟开关巡回
21、检测的方式，即一种数据采集的方式。利用多路开关（MUX）让多个被测对象共用同一个采集通道，这就是多通道数据采集系统的实质。当采集高速信号时，A/D转换器前端还要加上采样/保持（S/H）电路。多路数据采集输入通道的结构框图如图2.5所示。 被测物理量 传感器 预处理 ADC 输入接口 MCU电平转换接口 PC键 盘显示器图2.4 数据采集系统一般框图被测量被测量被测量信号 调理信号 调理信号 调理开关电路S/HA/DMCU图2.5 多路数据采集输入通道的结构框图2.2.2 数据采集电路的组成本设计中由于只有一个模拟信号，所以该电路不使用多路模拟开关（MUX）。电路设计过程为：首先对压力传感器转化
22、的电压信号1.5mV2.0V进行预放、滤波和放大得到05V的电压信号，然后经A/D转换送入单片机，再将所采集的信号输出，驱动发光二极管。下面介绍了数据采集电路的组成，包括压力传感器，预放电路，滤波及放大电路，ADC0809与AT89C51的接口电路。1. 压力传感器根据设计要求，本系统所采用的压力传感器为适用于起重机的BK-6A型压力传感器。此传感器弹性体为两端支撑，中间受力的桥式结构，结构紧凑，抗侧压力强，精确度高，性能稳定。输出信号为模拟信号,输出电压为1.5 mV2.0V，激励电压12VDC,负载电阻为700。工作温度范围是-10+60，外接电压为+8V,滞后时间为0.4s,采用全封、防
23、水、防尘式结构。压力传感器的内部结构可以看做为一个单臂电桥如图2.6所示。图中电阻R1，R2，R3，R4的阻值是相等的并且是固定值，本设计中取值为1000K。R为变化值，它随着外加压力的变化而改变。根据本设计中所选的压力传感器的性能，R的取值范围为7501000K。图2.6 单臂电桥电桥的输出端b，d在外接输入阻抗比较大的仪表或者放大器时，可以视为开路，输出的电压为零，那么输出电压为Uo。此时通过桥路的电流分别为： （2.1） （2.2）那么b，d两端电压分别为，整理之后即可得出输出电压 （2.3）一般的情况下，忽略公式（2.3）中分母的,所以就可以得出 （2.4）所以就可以得出了压力传感器的
24、输出电压为1.5 mV2.0V2. 预放电路预放电路最主要的功能是完成阻抗的变换，由于压力传感器工作在非线性状态，它的输出阻抗也是非线性的，为使后续放大器工作在恒定的阻抗条件下，必须加入一个阻抗变换电路。在本设计中采用由OP07芯片构成的预放电路，OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的优点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。OP07有以下特点，超低偏移：150V最大；低输入偏置电
25、流：1.8nA；低失调电压漂移：0.5V/；高电源电压范围：3V至22V。OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚，6为输出，7接电源+。OP07引脚图如图2.7所示，预放电路图如图2.8所示。图2.7 OP07引脚图图2.8 预放电路图3. 滤波及放大电路系统中放大电路的设计要求是将1.5mV2V的电压信号放大到05V的标准信号，以满足后级A/D转换电路输入电压的要求6。滤波放大电路如图2.9所示，其滤波电路采用的是RC滤波，放大电路采用LM324运放实现。图2.9中，LM324运放组成一个同相放大器，同相放大器的放大倍数K=U0/
26、Ui，根据虚短、虚断得：U+=U，I+=I=0，U+=Ui。因为 （2.5）所以 （2.6）根据放大要求，放大倍数K=2.5，系统中选R2=1K， R1=1.5K。图2.9 滤波放大电路4. ADC0809与AT89C51的接口电路（1）AT89C51与ADC0809芯片介绍AT89C51单片机的有下述工作特性：内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次；内含28字节的RAM；具有32根可编程I/O线；具有2个16位可编程定时器；具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构；具有1个全双工的可编程串行通信接口；具有一个数据指针DPTR；两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；具有
27、可编程的3级程序锁定定位；AT89C51的工作电源电压为5（10.2）V且典型值为5V,最高工作频率为24MHz。AT89C51引脚排列如图2.10所示，AT89C51的功能框图如图2.11所示。 图2.10 AT89C51单片机引脚图TXDRXDP0 P1 P2 P3扩展控制外部中断振荡器和时钟电路数据存储器128字节程序存储器14KBCPU两个16位定时器计数器中断控制总线扩展控制器并行可编程I/O口可编程串行口内部总线图2.11 AT89C51的功能框图AT89C51的复位电路图如图2.12所示，时钟电路图如图2.13所示。图2.12 AT89C51的复位电路图图2.13 AT89C51
28、的时钟电路图（2） A/D转换器芯片ADC0809介绍ADC0809芯片，8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100s左右。ADC0809的内部逻辑结构图如图2.14所示。 图2.14 ADC0809内部逻辑结构在图2.14中8位模拟开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，表2.1为通道选择表。 ADC0809芯
29、片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列如图2.15所示，下面对它的管脚简单的做一下介绍。IN7IN0：模拟量输入通道。ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START：转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。A、B、C:地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。CLK:时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz
30、的时钟信号。EOC:转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0:数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连,D0为最低位，D7为最高。 OE:输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc: +5V电源。 Vref:参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。 典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V)。表2.1 通道选择表CBA被选择的通道000IN000
31、1IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7图2.15 ADC0809引脚图（3）ADC0809与AT89C51的接口电路图ADC0809与AT89C51的接口电路图如图2.16所示，AD转换电路采用常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809。图2.16中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，当输出地址为7FF8H即可选通通道IN0，实现对压力传感器输出的模拟量进行转换。图2.16中ADC0809的转换结束状态信号EOC接到89C51的INT1引脚，当AD转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。
32、在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。图2.16 ADC0809与AT89C51的接口电路图2.3发送与接收电路的设计2.3.1 发送与接收电路中所需芯片的介绍无线发送与接收电路包括编解码芯片PT2262/PT2272、发送模块（F05P）和接收模块（J04V）。PT2262/PT2272 是台湾普城公司生产的一种CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272 最多可有12 位(A0A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平)， PT2262 最多可有6 位(D0D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编
33、码芯片 PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源，其17 脚为低电平，所以315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电工作，其第17 脚输出经调制的串行数据信号，当17 脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17 脚为低平期间315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2
34、262 的17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100的调幅。(1) PT2262/PT2272 特点CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽为2.6V到15V，数据最多可达6位，地址码最多可达531441 种。(2) PT2262/PT2272 应用范围车辆防盗系统，家庭防盗系统，遥控玩具，其他电器遥控。(3) PT2262与PT2272引脚图PT2262引脚图如图2.17所示，PT2272引脚图如图2.18所示。(4) 管脚说明A0A11：地址管脚,用于进行地址编码；D0D5：数据输入端，有一个为“1”即有编码发出；Vc
35、c：电源正端（）；Vss：电源负端（）；TE：编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC1：振荡电阻输入端，与OSC2 所接电阻决定振荡频率；OSC2：振荡电阻振荡器输出端；Dout：编码输出端（正常时为低电平）；DIN：数据信号输入端，来自接收模块输出端；VT：输出端（常低），解码有效确认。图2.17 PT2262引脚图 图2.18 PT2272引脚图无线发送模块选用的是F05P，F05V采用SMT工艺声表稳频，是一款小体积、低功耗、低电压微功率发射模块，ASK方式调制，可通过FCC认证。适合短距离无线遥控报警及单片机数据传输，F05V无数据输入时休眠电流为1A。无线接收模块选用的
36、是J04V，J04V是一款小体积，低电压型超外差接收模块，典型应用电压3V，极限值2.43.6V，J04V具有休眠功能，休眠电流小于1A。2.3.2 发送与接收电路图由单片机来控制的无线发送电路如图2.19所示，无线接收电路如图2.20所示，需要注意PT2262的14脚TE端低电平维持的时间必须大于PT2262连续发送三组码的周期，PT2262发码的周期与2262的振荡电阻有关，PT2262的TE端置高后PT2262停止发码，17脚变为低电平，F05P进入休眠状态。如果不需要单片机来控制可以将14脚接地或者用按纽开关来控制，也可以从4个数据端用4个4148控制PT2262的18脚电源，需要将1
37、4脚接地。PT2262的18脚为三态地址编码。悬空状态码型比较好，如果没有特别要求最好不要把地址码全部置高或置低，这样容易误码。1013脚为数据码只有二种状态置高或置低，可以任意设置，PT2272的1013脚就有对应的输出。PT2262与PT2272的地址编码必须一致。 由于J04V是低功耗、低电压超再生接收模块，只消耗0.2mA的电流，图2.20中采用4.7K电阻从5V取得3.2V再加220UF电解电容滤波给J04V供电，虽然J04V具有较宽的工作电压范围但电压在33.2V时才具有最佳的经受灵敏度。图2.20电路J04V和PT2272都是低功耗低电压器件当然也可以直接采用二节1.5V电池供电
38、。如果PT2272驱动的负载功率较大需要采用小体积高容量的锂-亚硫酰氯电池，否则会引起接收电路的不稳定。PT2272的D0D3可以直接与单片机连接。也可以去掉PT2272，由单片机直接解码5。图2.19 无线发送电路图 图2.20 无线接收电路图2.4显示与报警电路的设计1显示电路MC14511 是将锁存、译码、驱动三种功能集于一身的“三合一”器件。锁存器的作用是避免在计数过程中出现跳数现象，便于观察和记录。用译码器将BCD码转换成7段码，再经过大电流反相器，驱动共阴极LED数码管。译码器属于非时序电路，其输出状态与时钟无关，仅取决于输入的BCD码。 MC14511是双列14脚封装的，四线A、
39、B、C、D为BCD码输入端，高电平有效，A为低位输出端MCMMMMMMCCMMMMMMMMMMMM，D为高位端。七段ag输出高电平以驱动共阴极数码管发光，LE为为锁存控制端，高电平时能够锁存输入的BCD码，LT为灯测试反相控制端，BI为消隐反相控制端。AT89C51控制的显示电路如图2.21所示。图2.21 显示电路图2报警电路 声光报警电路由单片机P3.7口控制，输出报警信号(高低电平间隔1 s的脉冲信号)，驱动声光报警电路，直至按复位键RESET和开关键。声光报警电路由555定时器、扬声器和普通发光二极管组成，电路图如图2.22所示。其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压出入
40、端5脚与单片机AT89C51的P3.7端相连，受P3.7脚输出的脉冲信号控制。由电容C4的充冲放电作用，当P3.7为1时，555输出脉冲的振荡频率较低，当P3.7为0时，555输出脉冲的振荡频率较高。该脉冲信号经隔置电容C2加到扬声器上，扬声器将发出高、低交替的2种叫声，同时P3.7脚输出的高低电平间隔1 s的脉冲信号经电阻R1加到发光二极管LED上，LED将闪烁发光，达到声光同时报警的效果7。当报警器检测到房内的异常信息后，除了在电脑室现场产生声光报警信号外，还需要将现场信息通知到值班人员。图2.22 报警电路图2.5系统报警阈值的设置起重机额定负载Q是指综合考虑设备的强度、可靠性、安全性等
41、性能后确定的允许起重机起吊的最大物体重量，此重量是在静态下的真实重量。而在现场工作中，由于外界因素的影响，在起吊过程中存在加速度a，因此实际作用于起重机起吊绳上的力F由两部分组成。即F=Q+Fw ，Fw=ma（Fw为由加速度引起的动载荷，m为起重重物的质量）。加速度a的变化范围通过实际测量总结得到。系统中假设a的最大值为1，则作用于起吊绳的力F近似为1.1Q。此时若不考虑动载荷的影响就会得到错误的报警，从而降低了起重机的起重范围。所以，在起重机额定负载的基础上再加上动载荷后与检测到的值比较，才能得出是否报警。但由于加速度a受外界因素影响而不易确定，动载荷的大小也就很难确定。而重物从静止到匀速起
42、吊的过程是肯定出现的，这一过程的时间只有几秒（系统中设置3s），所以通过延时可解决a的不确定性。最终，系统设定3个报警阈值：（1）大于90%Q小于Q；（2）大于Q小于105%Q；（3）大于120%Q；其中，（1）是实现负载声光预报警，提醒操作人员，起重机继续工作；（2）是通过3s的延时，若检测值还是大于Q，则声光报警并起重机断电停止起吊。若经过延时后，检测值小于Q，则声光报警但起重机继续工作；（3）则是声光报警，起重机立即停止工作。本设计中设定的负载额定值Q为10t。3 系统软件设计在任务的总体设计思想和硬件确定之后，就可以开始设计程序，根据前面介绍的工作原理和技术指标，软件设计如下。3.1
43、主程序流程图本设计的主程序流程图如图3.1所示。无线发送无线接收接收结束否？YN显示初始化数据存储、转换与额定负载Q比较0.9Q0.9Q正常工作延时3S预报警不影响工作QN声光报警并起重机停止工作Y开始数据采集结束1.05Q图3.1 主程序流程图3.1.1 初始化程序初始化程序主要用来确定堆栈，程序状态字，对存储单元清零，让数码管闪烁显示全零10次。初始化流程图如图3.2所示。开始数码管显示全0数据堆栈 程序状态字存储器清零延时数码管全灭延时闪10次否？YN结束图3.2 初始化流程图初始化程序：START：MOV SP, #60H MOV PSW, #00H CLR A ANL 21H, AA
44、NL 22H, AMOV R0, #0AH LOOP：MOV A, #F0H MOVX R1, A MOV A, #00H MOVX R1, A DJNZ R0, LOOP 3.1.2 发送与接收程序发送与接收程序流程图如图3.3所示。送PT2262地址码启动PT2262开始接收完否？给PT2272设置与PT2262相同的解码地址接收数据存储数据发送数据结束NY图3.3 发送与接收程序流程图发送程序：MOV P0， #70H MOV A， #40H XCHD A， R0SETB P3.2 MOV P2， ACLR P3.2 MOV R3； #00H MOV R3， A MOV A， R0SWAP AMOV R0， AMOV A， R3XCHD A， R0SETB P3.2MOV P2， ACLR P3.2MOV A， R1SWAP AORL A， #40HSETB P3.2MOV P2， ACLR P3.2接收程序：MOV 40H，#01MOV 41H，
