塔机安全监管系统

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1、摘要及引言............................................................................................22、方案比较与论证..................................................................................22.1单片机最小系统.........................................................................32.2时钟模块..................................................................................................32.3显示模块..................................................................................................32.4存储模块..................................................................................................42.5信号采集模块.........................................................................................42.6报警模块..................................................................................................42.7电源模块..................................................................................................43、总体方案设计......................................................................................53.1硬件设计..........................................................................................63.2软件设计..........................................................................................74、功能分析..............................................................................................85、总结.......................................................................................................87、参考文献..............................................................................................98、附录....................................................................................................10塔机安全监管系统摘要：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：STC89C58RD+；DS1302；ATMEL24C64;TLC1543;HS320240EAbstract:thispaperintroducesthe‘STC89C58RD+’MCUbasedonthesecuritysupervisionsystemoftowerdesignandapplication.ThissystemusesDS1302clockchiptosettime,throughthekeyparametersetting,andusesHS320240ELCDdisplay,timeandvariousparametersandvalue.ThroughIICbus,dataATMEL24C64deposit.ThroughthecomparisonsystemofindustrialTLC1543chip,matureADwillbecollectedsignalprocessing,and24C64storedinthedatacontrols,beyondthelimitandfloorwillalarm.Whenthealarmrelayiscutoff,andthroughexternalproblemcircuit,andatthesametime,LEDlightsflashingbuzzerrang.Keywords:STC89C58RD+;DS1302;ATMEL24C64;TLC1543;HS320240E1.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.方案比较与论证2.1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。2.2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。2.3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。2.4数据存储模块方案一：使用ATMEL公司的28C64。24C64是一款8K*8bit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*8bit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。2.5AD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。2.6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。2.7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3.1硬件方案设计图图1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TLC1543AD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。TLC1543AD模块STC89C58RD+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3.2系统软件设计程序流程图4．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。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开始初始化否产品,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