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汽车 起重机 力矩 限制器 研制

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汽车式起重机力矩限制器的研制,汽车,起重机,力矩,限制器,研制

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ABCDDCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2007Sheet ofFile:D:Program FilesDesign Explorer 99 SEExamplesPREVIO16.DDBDrawn By:P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.010P3.111P3.212P3.313P3.414P3.515P3.616P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728/PSEN29ALE30/EA31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40AT80S528Q127Q136Q145Q154Q163Q172Q181Q191D22D33D44D55D66D77D88D9OC1C1174LS5731Y11A21B32Y42A52B6GND73A83B93Y104A114B124Y13VCC1474LS02DIG02DIG111DIG26DIG37DIG43DIG510DIG65DIG78SEG A14SEG B16SEG C20SEG D23SEG E21SEG F15SEG G17SEG DP22VCC19ISET18DIN1LOAD12CLK13GND4DOUT24GND6MAX72191234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpDS11234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpDS21234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpDS31234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpDS41234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpDS51234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpDS61234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpDS7/CS1SO2/WP3Vss4SI5SCK6RES7VCC8X50451234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpDS0+5v10K100pF100pF100pF+5vADDA25ADDB24ADDC23START6ALE22D021D120D219D318D48D515D614D717EOC7CLK10IN-026IN0127IN0228IN031IN042IN053IN064IN075OE9ref(+)12ref(-)16ADC0809+5v0.1uF+5v2SC1815S110K3.3K5.6KPB2130UPC02A+5V30pF30pF12MHZ+5v+5v?中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名：魏海强 学 号： 14030342 学 院：应用技术学院 专 业：机械工程及其自动化专业 设计题目：汽车式起重机力矩限制器的研制 专 题： 指导教师： 马 驰 职 称： 讲师 2007 年 6 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 应用技术学院 专业年级 机自03-7班 学生姓名 魏海强 任务下达日期：2007年 3 月 15 日毕业设计日期： 2007年 3 月 15 日至 2007 年 6 月 15 日毕业设计题目： 汽车式起重机力矩限制器的研制毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1. 调研、查阅相关的资料及文献2. 在调研、查阅相关的资料及文献基础上提出可行性系统设计3. 传感器选型以及具体的安装4. 硬件系统设计5. 软件电路设计6. 制作实物电路，模拟力矩限制器工作状况院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日 中国矿业大学2007届本科生毕业设计 第60页摘 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AT89C52为核心部件，A/D转换器采用ADC0809，对从各传感器采集到的数据进行变换，然后送至AT89C52进行数据的、判断，做出各种控制动作；显示、输入单元选用了MAX7219芯片作为显示和输入控制；复位监测芯片采用X5045来实现开门狗定时器、电源监测等。关键词：力矩限制器；超载保护；AT89C52；单片机；汽车起重机AbstractCrane moment limiter that is equipped on the crane is an important overload protective device .It provides safeguard for the safety work of crane .This paper is based on the efficient experience learnt through the comparison and analysis of the present domestic and foreign moment limiter .In this paper ,the anther proposes the idea of separating the main control unit of system and the display unit ,which can enhance generation and function ,greatly reduce building and maintenance costs ,increase the precision of control and boost up expansibility of system.MCU AT89S52 is used as a core component in the main control unit of system .It samples signals from the sensors, calculates, judges and executes the corresponding control action. In the display unit, the author chooses AT89S52 an the controller. Liquid Crystal Display, which can provide both interaction between people and machines and a large amount of information, is applied, so that parameters of the working conditions of crane can be displayed one is supported by the communication protocol that is developed by the author.The adjusting and running of the system indicates that the whole design is feasible and reliable, and the presumed functions have been conducted successfully.Keywords: crane; moment limiter; overload protect; date transmission; communication portico目 录1 绪论 1 1.1 概述1 1.2 力矩限制器技术概况以及发展趋势2 1.3 课程的主要工作31.4 解决方案的选择41.4.1 工业控制计算机解决方案41.4.2 单片机解决方案61.5 系统可扩展行的探讨61.5.1 集散式控制系统改进71.5.2 现场总线72 总体方案的设计 9 2.1 力距限制器的原理9 2.2 力矩限制器的工作流程102.2.1 软件流程102.2.2 系统硬件结构112.3 力矩限制器的数学模型122.4 力矩限制器的调试143 系统硬件方案的设计16 3.1 系统硬件设计概述16 3.2 前向通道的设计163.2.1 信号的拾取、变送183.2.2 信号的变换213.2.3 ADC0809简介22 3.3 基本系统的实现与扩展263.3.1 单片机系统的组成263.3.2 几类流行微控制器的介绍与最小系统的组成273.3.3 最小系统的外围扩展283.3.4 微控制器系统构成的实用考虑- AT89S5228 3.4 复位监测、看门狗X5045323.4.1引脚介绍323.4.2工作原理333.4.3 硬件连接35 3.5 人机通道设计353.5.1 显示363.5.2 键盘373.5.3 报警38 3.6 串行扩展技术得应用与探讨383.6.1 串行扩展技术概述383.6.2 与SPI总线简介39 3.7 数字语音技术403.7.1 数字语音技术概述403.7.2 语音合成与语音合成集成电路403.7.3 ISD系列语音产品简介403.7.4 引脚功能413.7.5 ISD1420454 系统软件设计 48 4.1 软件设计概述 484.2 编程语言的选择与简介484.3 软件设计构思及软件结构494.4 主要功能的软件实现505 抗干扰设计53 5.1 硬件抗干扰535.2 软件抗干扰546 结论与展望57参考文献58致谢 60附录 611 绪论1.1概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。1.2力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。它们大都根据自己的起重机产品研制并配套专用的力限器，考察这些产品.基本反映了国外技术的发展历程、现状和趋势。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LS248履带吊的力限器是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MLS330A型履带吊力限器，Z80CPU及其它数字处理技术，通过A/D变换来完成模拟到数字的转换，利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。KATOLS248V型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。GROVE公司的DS359GW型力限器的设计更突出体现了人机界面的优化。选用点阵字符LCD显示器，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.增加检验量，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 LCD点阵显示器)，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。1.3课程的主要工作：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: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。1.4解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 (PC)为核心，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。1.4.1工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-40+80，平均无故障时间达90,000-230,000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。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 Windows来做开发，Windows系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PC采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 ISA,MCA,STD,EISA,GESA,PCI等，需要选择使用一种总线(工业上一般使用ISA总线)，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。Windows系统出于系统保密性的考虑，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。1.4.2单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提示，并可以动画模拟起重机工作过程，另外还需解决A/D转换，继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 CMOS工艺技术用于单片机，单片机的运算速度有了很大的提高，与 IPC相比较，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。1.5系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 。1.5.1集散式控制系统改进传统的基于单片机的集散式控制系统DCS(Distributed Control System)，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。传统的基于单片机的DCS系统的可扩展性取决于两方面的因素。一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。1.5.2现场总线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420mA控制回路一般只能携带一个信号，通常称为过程变量。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420mA模拟信号分辨率高，因此，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 DCS中的核心控制器)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 CAN源于汽车工业，LONWORKS则大量应用于楼宇自动化。同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 。2 总体方案的设计2.1力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2-1力距限制器系统的基本组成单元如下:臂长传感器处理器系统键盘输入角度传感器显示面板压力传感器1声音输出控制输出压力传感器2图2-1 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LCD显示和语音播报臂杆长度、臂杆角度、工作半径和起升高度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。2.2力矩限制器的工作流程2.2.1软件流程系统软件流程如图2-2所示。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图2-2 系统软件流程图2.2.2系统硬件结构本系统硬件结构如图2-3示。分为信号采集、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420mA电流信号，经过转换成为04V电压信号后送到A/D转换芯片ADC0809测量。2、 数据处理部分的核心为单片机AT89S52，各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，AT89S52计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AT89S52处理，并存入可掉电保存的EPROM芯片24C256中。3、 参数输入及显示部分由一个LED显示器、一个MAX7219芯片组成。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，以保证起重机的安全。24C256制动保护ADC0809A/D转换下腔油压传感器上腔油压传感器角度传感器长度传感器I/VI/VI/VI/VLED显示AT89S52键盘输入报警图2-3 系统硬件结构2.3力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2-4所示O为主臂铰点的中心，C为主臂起升滑轮与起升钢丝绳切点，B为变幅油缸上铰点，D为变幅油缸下铰点；OA为主臂臂长，BD变幅油缸长度，AC为起升钢丝绳长度，OC为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OC与水平面的夹角；mg为重物重量,N为主臂自重，T为起升钢丝绳拉力。图2-4汽车起重机示意图由图2-4分析可知：（n为钢丝绳倍率）设 则设，其中k为传感器的信号电流与对应量的比值，I为下油缸Q此时掉钩匀速运动一周。记录各个角度下的其中油缸下铰点到主臂铰点的水平距离油缸下铰点到主臂铰点的垂直距离油缸上铰点到主臂铰点的水平距离油缸上铰点到主臂铰点的垂直距2.4力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k调试。起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，结合公式即可算得所吊重的重量。3 系统硬件方案的设计3.1系统硬件设计概述24C256制动保护ADC0809A/D转换下腔油压传感器上腔油压传感器角度传感器长度传感器I/VI/VI/VI/VLED显示AT89S52键盘输入报警图3-1 系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。3.2前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CPU，是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。图3-2系统显示操作面板工况自检电源力矩百分比条形码主臂臂长主臂仰角额定吊重量工作幅度最大起升高度日期时间声音实际吊重量时间调整切换标定确认3.2.1信号的拾取、变送1、臂长、仰角信号的拾取、变送图3-3 角度信号转换机构示意图图3-4 长度信号转换机构示意图如上图3-3、3-4，为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090，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 4-20mA 的信号传输，变送示意图图 3-5信号变送示意图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（Pa），1帕=1牛/米2，常用千帕（KPa），兆帕（MPa）表示，工业上使用的压力单位有Kg/cm2和mmHg，mmHg几种，它们之间的关系见表3-1：表3-1单位Pa(帕)Kg/cm2atm(大气压)MmHgMmH201Pa11.0997*1059.869*10-67.500*10-30.101971Kg/ cm29.80665*10410.96784735.5591041mmHg1.333*1021.359*10-31.316*10-3113.5951mmH209.8063750.999*10-40.962*10-47.35*10-21a.电容式压力传感器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3-7所示b.硅压阻式压力传感器 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3-7本文压力信号的获取、变送使用了集成压力传感器模块，它使用940VDC的激励电压，输出 420mA，采用两线变送方式。3.2.2信号的变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ADC，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15V的电压模拟量。模拟量必须由A/D转换成数字量，CPU才能处理。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/D是一种用编码技术实现的高速A/D转换器，其速度最快（转换速度在20ns50ns之间）价格也很高，一般用于高速度场合。逐次逼近式A/D转换器在精度、速度和价格上适中，是目前最常用的A/D转换器。双积分A/D转换器，具有精度高、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/D转换器件的选择中，首先搞清楚关于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/D转换器其分辨率为满刻度1/28，若满刻度电压为5V，则能分辨率的最小电压值为5/28=20mv。2、 量化误差量化误差是由于A/D转换的有限数字对模拟数值进行离散取值（量化）而引起的误差，量化误差一般为1/2LSB（LSB：Least Significant Bit）是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。量化误差和分辨率是统一的。 3、 转换精度：A/D转换精度指出了一个实际A/D转换在量化值上与理想A/D转换器进行模/数转换的差值，可以用两个方式来表示：绝对精度：用最低位（LSB）的倍数表示，如1/2LSB等。用绝对精度除以满量程值的百分数来表示。4、 转换时间与转换速率转换时间为完成一次A/D转换所需要的时间，即从输入端加入信号到输出端出现相应数码的时间转换时间越短，适应输入信号快速变化能力越强。 转换速度是转换时间的倒数，如转换时间长，则表示转换速度低。各种结构类型的A/D转换器的转换时间有所不同，转换时间最短的为全并行A/D转换器，其转换时间为550ns，其次是逐次比较式A/D转换器，其转换时间为0.4s，再次为逐次逼近型，较慢的是双积分式。逐次逼近式A/D转换器是种类最多、应用最广的A/D转换器。本文根据场合等综合考虑选用的A/D转换器就是ADC0809芯片。3.2.3 ADC0809简介ADC0809是一种8路模拟输入8路数字输出的的逐次逼近法A/D器件。1、 主要技术指标和特性分辨率：8位。转换时间：取决于芯片时钟频率，转换一次时间为64个时钟周期，当CLK=500kHz时，转换时间，最大允许值为800kHz。单一电源：+5V。模拟电压输入范围：单极性05V；双极性5V，10V。l 具有可控三态输出锁存器。启动转换控制为脉冲式（正脉冲），上升沿使内部所有寄存器清零，下降沿是A/D转换器开始。ADC0809的引脚和结构ADC0809的引脚和内部逻辑框图分别位于图3-8和图3-9。它内部除A/D转换部分外，还有模拟开关部分。图3-8 ADC0809各引脚图3-9 ADC0809结构框图各引脚定义如下：l ：8路模拟量的输入端。l ：A/D转换器的数据控制端，为三态可控输出，可以直接与计算机数据线相连。l A、B、C：模拟量输入通地址选择端，A为低位，C为高位。l 、：基准电压参考端，决定了输入模拟量的量程范围。l CLK：为时钟信号输入端，决定了A/D转换的速度，时钟信号输入范围为50kHz800kHz.l ALE：地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。l SC：为启动转换信号，正脉冲有效。通常与系统信号相连，控制启动A/D转换。l EDC：转换结束信号，高电平有效。表示一次A/D转换已完成，可作为中断触发信号，也可以用程序查询的方法检测转换是否结束。l OE：输入允许信号，高电平有效。可与系统读选通信号相连。当计算机发出次信号时，ADC0809三态门被打开，此时可以通过数据线读到正确的转换结果。多落模拟开关最多允许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。8路模拟开关的切换由地址锁存和译码电路控制，3根地址线与A、B、C引脚直接相连，通过ALE锁存。改变不同的地址，可以切换8路模拟通道，选择不同的模拟量输入，其通道选择的地址编码见表3-1A/D转换结果通过三态输出锁存器输出，所以在系统连接时允许直接与系统数据总线相连。表3-2通道地址表地址编码被选中的通道CBA000001010011100101110111ADC0809的工作时序见图3-10图3-10 ADC0809的工作时序图2、 ADC0809与AT89S52单片机接口图3-11是ADC0809与AT89S52单片机的连接示意图，8路模拟输入量的变化范围是。ADC0809的EOC用作外部中断请求源，用中断方式读取A/D转换结果。AT89S52通过地址线P2.0和读、写线、来控制转换器的模拟输入通道地址锁存、启动和转换结果的输出。模拟输入通道地址的译码输入A、B、C由提供，经地址锁存输出后与A、B、C相连。在图中，将ADC0809作为一个外扩的并行接口，采用线选法，由P2.7和 、 作为启动转换START 和ALE 的信号，低三位地址线与ADDA，ADDB和ADDC连接，所以IN0通道的地址为7FF8H。启动A/D转换的过程如下：A、选中通道号。B、启动A/D，即执行一条“MOVX DPTR，A”时，产生信号，使ALE，START 有效。锁存通道号并启动A/D转换。C、等待A/D转换结束：EOC 端发出一正脉冲，申请中断，表示A/D结束。D、读A/D转换数据：在中断服务程序中，执行“X，DPTR”指令产生信号，使OE有效打开三态门，8位数据便读入到CPU中。ADC0809各模拟输入通道的定义如下：长度模拟信号通道：角度模拟信号通道：上铰压力信号通道：下铰压力信号通道3.3基本系统的实现与扩展3.3.1 单片机系统的组成一个单片机系统可看作是由单片机最小系统+外围扩展组成。最小系统包括 CPU、程序、数据存储器、I/0接口及相应的连接等运行程序必要的资源，其中CPU是核心。根据系统所需要的功能，在最小系统基础上扩展相应的功能， 如A/D,PWM等，构成一个单片机系统。图3-11 ADC0809与AT89S52单片机的连接示意图随着单片机应用的日益广泛，单片机的种类越来越多，单片机内部集成的功能也越来越多，单片机本身的功能己超出了一个最小系统的应具备的功能。 选择不同的单片机，系统的外围扩展也不同，甚至不需要扩展。同时，随着单片机系统的复杂程度增加，系统的外围扩展方法也在改变，串行扩展的应用在逐步增多。3.3.2 几类流行微控制器的介绍与最小系统的组成1、几类流行微控制器的介绍随着微控制器应用日益广泛，微控制器的种类也越来越多。各种微控制器各具特点，各具优势。选择一种合适的单片机将会提高系统性能、减少开发工作、降低成本、提高竞争力。下面对国内几类比较流行的单片机的主要特点作以比较。PHILIPS，在 MCS-51的基础上继续发展 8OC51单片机，它的 CPU全部采用8051内核，指令系统与8051兼容。PHILIPS把原在片外的许多功能模块集成在片内；片内可以选用不同类型、不同型号的存储器；除了标准UART外，还有增强DART, 总线、CAN总线、ACESS BUS等多种串行接口可供选择。MOTOROLA系列的单片机从90年代开始，应用逐步增多，目前市场占有量第一。它实行CSIC(Customer Specifide Integrated Circuit)，根据用户的需要确定单片机的功能；使用HCMOS工艺，具有价格低、集成度高、高速、低功耗等特点；同8051相比，执行速度差不多的情况下，68HC05/11时钟频率； 只有8051系列的三分之一，因此可以更有效地降低噪声和提高系统的抗干扰能力；MOTOROLA单片机的工作电压允许范围为 36伏，容易满足系统可靠地工作。MICROCHIP(微晶)单片机以RISC独树一帜，在某些专用领域有着独特优点。它采用RISC技术，节省一半以上的程序空间和两倍以上的执行速度；提供OTP型产品，实现产品上市的零等待；接口方式丰富，片内集成了模拟比较器、A/D,PWM输出等，采用串行总线接口，如,SPI等；另外还具有高速、低功耗和工作电压范围宽等特征。2、最小系统的构成通常，单片机最小系统由CPU,ROM,RAM、译码电路、I/O口组成，一个最小系统至少需要 6片 IC。除了使用上述独立器件组成系统外，IC厂家近年生产了很多高集成度的芯片，使最小系统的构成大大简化。a.使用自带大量 ROM和 RAM 的微处理器直接构成最小系统。如以上介绍的单片机都有多种型号可直接构成各种功能的最小系统，其它功能如A/D,监控电路也可在一起集成。b.采用 CPU+PSD器件构成最小系统。PSD是WSI公司开发的高性能可编程微处理器外围芯片，它把 EPROM,RAM,PLD、地址译码锁存器和I/O 口集成在一片IC上，功能极为强大，可以和任何总线型单片机接口；可并联或级联使用；具有加密功能；I/O口线可按位任意配置。3.3.3最小系统的外围扩展根据需要，一般需要在最小系统的基础上扩展特定的功能，如A/D、时钟、 显示等，满足系统的需要。外围器件的扩展可分为并行扩展和串行扩展两种。 传统设计中，以并行三总线 (地址、数据、控制总线)扩展为主。随着一个系统的功能越来越多，系统构成越来越复杂，必然要求有新的解决方法。一方面，可以寻求最大程度的功能集成的集成电路，减少外围器件的数量；另一方面，使用串行总线扩展系统的一部分功能，减少系统的连接。3.3.4微控制器系统构成的实用考虑- AT89S52一种微控制器的选择需要从多个方面考虑，首先，各种方案都有其优缺点，必须根据系统的功能要求，在满足功能要求的前提下，优化系统的构成；其次，要想使用某种微控制器设计好一个系统，必须对这种微控制器本身及其系统比较熟悉；最后，开发设备和产品的供货渠道以及成本要求也确定能否采用某种产品。综合以上考虑，本系统中使用了AT89S52单片机，扩展了相应 EPROM, SRAM构成最小系统，而 A/D、参数 EEPROM、数据 EEROM、显示等采用了串行扩展，在一定程度上简化了系统设计。AT89S52 主要性能： 与 MCS-51单片机产品兼容 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器l 1000 次擦写周期l 全静态操作：0Hz33Hz 三级加密程序存储器l 32 个可编程 I/O 口线l 三个 16 位定时器/计数器l 八个中断源l 全双工 UART 串行通道 l 低功耗空闲和掉电模式 l 掉电后中断可唤醒l 看门狗定时器l 双数据指针l 掉电标识符AT89S52功能特性描述：AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8位 CPU和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个 16位定时器/计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至 0Hz静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52单片机引脚结构图3-12 AT89S52单片机引脚结构图图-13 AT89S52单片机方框图3.4复位监测、看门狗工控系统以及通信系统设备等，常常要求系统在任何异常情况下都能自动复位恢复工作，这样的系统选用复位监测器作为系统的复位产生器是最理想的。近年来已陆续出现了多种专用复位监测器，这种复位监测芯片能保证复位电路可靠的工作。随着技术的发展，这类芯片已发展为多功能芯片，即除了能够提供复位脉冲外，还有其他的可选择的功能。例如其中比较典型的X5045代表了新一代串行复位监测器的发展趋势，他是可编程看门狗定时器、电源监测电路和非易失性串性EEPROM的完美组合，他的运用极大地节省了系统的空间和资源，同时简化了电路的设计，缩短了产品的开发周期，在便携式仪器和低功耗器件中已经得到了广泛的应用。本设计就是选取X5045做为系统的最主要抗干扰措施，X5045是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM三种功能于一身的可编程电路。这种组合设计减少了电路对电路板空间的需求。X5045中的看门狗对系统提供了保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗将通过RESET信号向CPU作出反应。X5045提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为止。X5045的存储器与CPU可通过串行通信方式接口，共有4096个位，可以按512x8个字节来放置数据。3.4.1引脚介绍X5045的管脚排列如图3-14所示，它共有8个引脚，各引脚的功能如下：CS：电路选择端，低电平有效；SO：串行数据输出端；SI：串行数据输入端；SCK：串行时钟输入端；WP：写保护输入端，低电平有效；RESET：复位输出端；VCC：电源端；VSS：接地端。图3-14 X5045引脚图3.4.2工作原理1、上电复位向X5045加电时会激活其内部的上电复位电路，从而使RESET引脚有效。该信号可避免系统微处理器在电压不足或振荡器未稳定的情况下工作。当VCC超过器件的Vtrip门限值时，电路将在200ms（典型）延时后释放RESET以允许系统开始工作。2、低电压监视工作时，X5045对VCC电平进行监测，若电源电压跌落至预置的最小Vtrip以下时，系统即确认RESET，从而避免微处理器在电源失效或断开的情况下工作。当RESET被确认后，该RESET信号将一直保持有效，直到电压跌到低于1V。而当VCC返回并超过Vtrip达200ms时，系统重新开始工作。3、看门狗定时器看门狗定时器的作用是通过监视WDI输入来监视微处理器是否激活。由于微处理器必须周期性的触发CS/WDI引脚以避免RESET信号激活而使电路复位，所以CS/WDI引脚必须在看门狗超时时间终止之前受到由高至低信号的触发。4、重新设置VCC门限X5045/45出厂时设置的标准VCC门限电压为Vtrip，但在应用时，如果标准值不恰当，用户可以重新调整。5、SPI串行存储器器件存储器部分是带块锁保护的CMOS串行EEPROM阵列，阵列的内部组织是x8位。X5045可提供最少为1000,000次擦写和100年的数据保存期，并具有串行外围接口（SPI）和软件协议的特点，允许工作在简单的四总线上。X5045主要是通过一个8位的指令寄存器来控制器件的工作，其指令代码通过SI输入端（MSB在前）写入寄存器。表1所列为X5045的指令格式及其操作。6、时钟和数据时序当CS变低以后，SI线上的输入数据在SCK的第一个上升沿时被锁存。而SO线上的数据则由SCK的下降沿输出。用户可以停止时钟，然后再启动它,以便在它停止的地方恢复操作。在整个工作期间，CS必须为低。7、状态寄存器状态寄存器包含四个非易失性状态位和两个易失性状态位。控制位用于设置看门狗定时器的操作和存储器的块锁保护。3.4.3硬件连接图3-15 X5045与AT89S52的连线图该电路既支持手动复位，同时提供看门狗的复位。其中R1是复位输出的上拉电阻，S1是手动复位按钮，在此接高电平，说明此芯片始终允许读写操作。P1.0作为片选线，P1.1模拟输出线，P1.2模拟输入线，P1.3模拟时钟线。3.5人机通道设计一个智能系统中，通常都要有人机对话功能它包括人对应用系统的状态干预和数据输入以及应用系统向操作者报告运行状态和运行结果。人机交互设计的好坏关系到整个系统的性能和水平。声音是人们最熟悉的交流手段，人们在提高计算机系统智能化水平时，在人机对话方面就是寻求最好的语音信息交换手段。目前，实现双向的人机语音交互还有一定难度，语音还主要作为输出手段。在一般的智能系统中，只是使用键盘作为操作者对应用系统的状态干预和数据输入设备；利用指示灯和显示器向操作者报告系统运行状态和运行结果。在本系统中，分别使用了 LED指示灯和 LCD显示器以及声音两种方式向操作者报告系统运行情况，以改善人机界面:使用键盘作为输入手段。3.5.1显示在本系统中，有32个状态和6个参数需要显示，显示信息量比较大。本系统中先后设计了以下几种方案。1、使用 MAX7219显示MAX7219是一种高性能、低价格的多位 LED显示驱动器。接口采用节省 I/O口的同步串行外设接口(SPI)，可与多种单片机方便接口，可同时驱动8位LED显示器 (或 64只独立 LED)。MAX7219内部具有158RAM功能控制器寄存器，可方便寻址，对每位数字可单独控制、刷新，不需重写整个显示器。显示亮度可数字控制，每位都具有闪烁使能控制位，还可禁止所有显示，达到降低功耗的效果。2、使用串行口和移位寄存器显示利用串行口和移位寄存器作为显示器的驱动接口，可以简化设计，节省CPU的I/O口线。单片机AT89S52的串行口设定工作在方式0时，串行口起一个移位寄存器的作用，RXD引脚作为显示数据的输出端，TXD引脚输出移位时钟。输出时以字节为单位输出，低位在先，高位在后。串行口与串行输入并行输出的移位寄存器74HC573结合使用，每一片74HC573的8个输出Q7Q0经过限流电阻后分别接到一个LED的ag端以及小数点Dp端，就可以实现静态显示。以上两种显示的优点是接口电路简单，显示位数多，显示程序简单，主程序不必扫描显示器接口，故有更多的时间用于完成其它任务。在本系统中，选用了第一种方案来做为显示单元，MAX7219是一种串行接口的8位数码管显示驱动器。连接图和引脚图如图3-16图3-16 MAX7219引脚和连线图3.5.2键盘本文键盘采用24矩阵式按键，矩阵式按键可以节省I/O口线。键盘的工作采用编程扫描方式，程序在每个周期中对键盘扫描一次。如图3-17所示，在该矩阵式键盘中，各按键开关均采用上拉电阻，这是为了保证在按键断开时，各I/O口线有确定的高电平；每个按键带一个阻容吸收电路，用于吸收按键按下时的电流冲击和硬件上消除一定的抖动 。采用带三态门控制输出的 8D锁存器 74HC573扩展成选通输入的8位并行口，作为键盘输入接口。对图3-17所示的键盘进行编程，采用软件消斗的方法，以查询工作方式检测各按键的状态，当有且仅有一按键按下时才予以识别，如果有两个或多个按键同时按下将不予以处理 。图3-17键盘示意图3.5.3报警系统板硬件连线，其硬件连线图见图3-181. 把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN端口上，2在“音频放大模块”区域中的SPK OUT端口上接上一个8欧或者是16欧的叭。 图3-18报警电路原理图3.6串行扩展技术得应用与探讨3.6.1串行扩展技术概述总线是计算机系统中模块到模块之间传送信息的一束信号线，CP通过总线与各个模块进行通讯，完成各种功能。一个单片机系统的核心是最小系统，它完成系统的基本功能，其它功能则由外围扩展的器件完成。外围器件的接口分为并行和串行两种，通过并行或串行总线与 CPU通讯。并行总线，通常采用INTEL的标准并行总线形式，即数据信息、地址信息和控制信息各自独立，使用各自的总线，称为三总线结构。传统设计中，以并行三总线 (地址、数据、控制总线)扩展为主。但是，随着系统复杂程度的提高，并行扩展暴露出了一定的不足:1、 连线太多，系统连接复杂。2、 总线上挂靠器件太多，系统的稳定性和可靠性下降。3、 外部器件与RAM混合编址，独立性差，操作和编程不方便。串行总线，仅需要1或2根数据线，配置以少数的控制线，就可以进行信息传送，用于系统的扩展，可以改善系统性能或满足某些特殊要求。对于串行接口的器件，它们一般具有以下特点:4、 数据访问采用串行编码方式，可靠性得到提高。5、 器件统一编码，与系统地址无关，操作独立性好。6、 器件操作遵循统一规范，软硬件具有良好的通用性。同使用并行总线扩展的系统相比较，使用串行总线扩展的系统具有以下的优点:1、 串行设备仅需要 2-4根 (根据软件和硬件的协议不同I/O口线就可以完成通讯、寻址、数据输入输出、设备控制等操作。因此它的接口简单，占用资源少。2、 串行器件具有较小的封装。以串行的EEPROM为例，容量从2K位到64K位都可以封装在一个 8脚的 PDIP或 SOIC封装中。这对于那些希望减小产品尺寸、减轻重量的设计具有重要的意义。3、 由于使用的端口数目少，象寻址、控制等功能都在片内集成，因此串行器件的功耗小，一般不超过3mA。另外，串行器件更容易实现低电压，从而进一步降低功耗。由于上述原因，近年来各厂家相继开发出各种串行接口芯片，并形成串行扩展总线的概念。目前应用较多的串行扩展总线主要有MOTOROLA的3线制SPI总线，NS的Microware总线，Philip的2线制总线。这些总线有专门的接口支持，并已形成事实上的标准，众多厂家生产支持这些总线接口的各种器件 。3.6.2 与SPI总线简介1、总线HC(Inter Intergraded Circuit)总线是PHILIPS公司推出的一种用于IC器件之间连接的二线制总线，它通过两根线在连到总线上的器件之间传送信息；根据器件内部地址识别每个器件；具备多主机系统所需的总线裁决和高低速设备同步等功能。IC总线具有完善的规约，巧妙的寻址方式，可以十分方便地用于由单片机和外围器件组成的系统，大大简化单片机系统的结构。这样的系统 价格低，器件间总线简单，结构紧凑，硬件和软件可以做成结构独立的模块， 模块运行后还能增加和减少，而不影响整体结构，可以实现单片机系统装配化。2、SPI总线SPI(Serial Peripheral Interface)是MOTOROLA推出的同步串行外围接口，是用于与各种外围器件进行通信的一种三线制串行总线，具有较高的数据传送速率。3.7数字语音技术3.7.1 数字语音技术概述声音是人类进行交流的最主要的手段，语音是众多信息载体中具有最大新信息容量的信号。在智能系统中，人们在提高计算机系统智能化水平时，在人机对话方面就是寻求最好的语音信息交换手段。模拟的语音记录、还原技术很早就得到普遍应用。由于语音的信息量大，实时性强，实现语音的数字化首先需要抽象出人类发音的主要特征，其次要有快速的数字信号处理能力进行语音的采样计算。因此数字语音处理技术依赖于语音合成理论和数字信号处理技术两方面的突破。随着计算机技术和超大规模集成电路的发展，数字语音技术己经得到迅猛发展。如今数字语音技术己经在工业控制、通讯领域、交通领域、消费产品等领域得到了非常广泛的应用。目前，语音接口作为输出时，可广泛用于报告设备运行状态和运行结果，提示系统操作要点以及各种语音告警等。作为输入，主要是语音的记录、语音库的建立和语音识别，由于语音识别技术在技术上具有的难度，目前很难应用在微控制器系统中。因此，实现双向的语音接口还有相当大的难度。一般所指的语音技术只是语音的输出。3.7.2语音合成与语音合成集成电路语音合成的信号，是一种由声波转变为模拟电量，并经模数转换形成数字 量的数字信号。当由该数字量转换成模拟量，并通过扬声器之类的电声转换媒 介，就可使声音得到再现。语音合成集成电路就是可以完成以上功能的专用语音处理电路，它以各种方式对声音进行采样并转换为数字量存储，放音时从存储器中取出变换成声音信号，实现声音的检索、合成等。现在常用的语音芯片有美国的ISD公司、TI公司、MOTOROLA公司、日本东芝、台湾华邦公司等。这些语音产品在技术和工艺上已经十分的成熟，而且各具特色，目前继续向更大容量、更优音质、更高智能、更具灵活性的方向发展。3.7.3 ISD系列语音产品简介ISD系列具有音质自然、使用方便、单片存储、反复录放、功耗低等许多特点，因此在多种场合下得到了广泛的应用。ISD系列语音芯片有ISD1100、ISD1200、ISD1400、ISD2500、ISD4000、ISD5000等几个子系列，这几种产品除录放时间不同外，其中ISD4000、ISD5000系列带有串行外围接口SPI，必须采用微处理器或单片机通过串口或I/O口对他进行寻址和控制，不能独立使用。其余系列既可用单片机控制，也可独立使用。ISD1100/1200/1400系列主要特点有如下：1、 单片机的语音录放时间为8s20s2、 可连续，也可分段录音，可分80/160段3、 高质量、自然的语音还原技术4、 片内有调整好的时钟，也可以选用外部时钟5、 有边沿/电平触发2种放音模式6、 无需开发系统7、 自动进入节电模式，维持电流0.5A8、 5V单电源工作9、 不耗点信息保存100年（典型值）10、 100000次录音周期（典型值）ISD系列产品基本外部元件包括：麦克风、扬声器、开关和少数电阻、电容，再加上电源或电池，这样就构成了一个完整的语音录放系统。内部功能块包括内部时钟、前置放大器、滤波器、自动增益控制器（AGC）、功率放大器、控制逻辑和模拟存储器等。ISD1100/1200/1400系列不分段时外围线路很简单，也可按最小段长为单位任意组合分段，芯片有四种操作模式，大大提高了控制的灵活性。下面以ISD1100/1200/1400系列的三个型号说明型号和性能的对照关系，见表3-3型号时间/s输入采样频率/kHz地址分段数信息分辨率/ms外部时钟频率/kHz1110106.480125819.21212125.380150682.71420206.4160125819.2表3-3 ISD基本型号和性能对照表3.7.4 引脚功能ISD1100/1200/1400系列芯片的引脚基本是一样的，如图3-19。下面介绍个引脚名称及作用。1、 录音 (REC): REC 输入是低电平有效录音信号当 REC 为低时开始录音在录音过程中REC必须保持为低电平,REC信号优先于放音信号PLAYE 和PLAYL,如果在放音过程中REC被拉低,放音将立即终止,录音开始。当REC变高或内部存储器已录满信息时录音操作结束。录制完毕后在结束处会记录一个结束标志。这样在分段放音时会结束放音，当 REC变高后器件会自动进入掉电 模式；注意 REC 信号将被延迟 50ms 防止开 关抖动引起重复触发。2、 PLAYE 触发放音：当此管脚上检测到低电平跳变时将开始放音操作，遇到结束标志，EOM 或存储器的尾部放音将停止。结束放音后器件自动进入掉电等待模式，在过程中将PLAYE变高不会终止当前的放音操作。3、 PLAYL 电平放音:当此管脚的信号由高变为0时,将开始放音操作PLAYL变为高电平,遇到结束标EOM或存储器的尾部放音将停止。结束放音后，器件自动进入掉电等待模式。（注：在放音中，如果遇到结束标志或到达存储器尾部，如PLAYL或PLAYE保持为低电平器件仍将进入掉电等待模式，内部时钟和时序停止。但是PLAYE和PLAYL的上升沿没有防抖动延迟，任何下降时序，特别是开关抖动，将会引起另外一次的放音。)4、 电源输入 VCCA VCCD：ISD1400内部的模拟电路和数字电路使用不同的电源回路以减小噪声的干扰，这些电源回路通过不同的引脚引出。注意尽量靠近系统电源连接在一起，务必在靠近器件处加退藕措施地输入 VSSAVSSD。同VCCA VCCD类似，ISD1400内部模拟地和数子地也使用不同的回路，这些管脚在尽可能靠近器件处连接接地。5、 录音 LED 输出 RECLED ：当处于录音操作时，RECLED输出为低电平。它可以驱动一个 LED显示表明现在正处于录音状态。另外，在放音中，如果遇到结束标志（EOM），RECLED将输出一个短的低脉冲。6、 麦克输入（MIC）：麦克输入将信号传送到前置放大器，增益由自动增益电路（AGC）控制，增益在-15dB到24DB外部的麦克必须是 AC耦合。通过一个电容连接到该脚。电容的数值和该管脚器件内部的电（10K）决定 ISD1400输入的低频截止频率。关于低频截止频率的计算见应用信息。7、 麦克基准（MIC REF）：MIC REF 是麦克前置放大的反向输入。当器件使用该输入脚并以差分形式连接到麦克时，能减低噪声和实现共模抑制。8、 自动增益控制（AGC）：AGC 动态调整前置放大器的增益，能在一个很宽的范围内适应麦克的输入电平。 AGC 电路能以很小的失真记录宽范围的声音，例如从很低的声音到很高的声音AGC的起控时间由电路内部的一个5K电阻和一个外部连接的电容决定。释放时间由外部的电阻 R5 和电容 C6 决定，二者并联连接在 AGC 管脚和 VSSA 模拟地之间。在大多数应用中，470K 欧姆和 4 7uF的取值能较好的满足需要。9、 模拟输出（ANA OUT）：此管脚为用户提供前置放大器的输出。前置放大器的电压增益由 AGC管脚上的电平决定。10、 模拟输入（ANA IN）：ANA IN将输入的信号传送到录音电路。对于麦克输入，ANA OUT脚必须通过外部电容连 接到 ANA IN脚。这个电容的数值与 ANA IN内部的 30K 欧姆的输入电阻能提供又一个音频带宽的低频截止频率。如果输入信号来自麦克以外，可以通过电容直接耦合到 ANA IN 管脚。11、 外部时钟输入（XCLK）：ISD1400系列的外部时钟输入管脚内部设有下拉电阻。ISD1400 在出厂时配置成使用内部时钟，能保证最小的录放音时间。以 ISD1420 来讲，在参数规定的范围内使用能保证 20 秒的录放音时间。在商业级温度范围内和规定的操作电压范围内，取样时钟有2 .25%的变化，但能保证规定最小的录放音时间。对于一些器件，实际的录放音时间可能会比通常的录放音时间要多。12、 喇叭输出（SP+，SP-）：SP+和SP-能直接驱动低至10欧姆的喇叭，也可以使用单输出，但需要注意：对于直接驱动发声装置，使用两个反极性的输出的功率是使用单输出功率的 4倍。另外，同时使用 SP+和 SP-可以不使用喇叭的耦合电容。对于使用单个输出必须在 SP+和喇叭之间接一个耦合电容。在录音状态中两个喇叭输出为高阻状态。在掉电模式中保持为 VSSA。根据 A6A7的电平不同，电路可以进入两种不同的工作模式：地址模式和操作模式。如果A7A6至少有一位为低电平，则电路认为 A0A7全部为地址位。A0A7的数值将作为本次 录音或放音操作的起始地址。A0A7全部为纯输入引脚，不会象操作模式中 A0A7还可能 输出内部地址信息，输入的 A0A7的信息在 PALYE。PLAYL 或 REC 的下降沿被电路锁存到内部使用。13、 地址输入（A0-A7）：根据最高两位地址位的数值，地址输入有两种功能。当 A7A6至少有一位为 0时，输入认为是地址输入，输入的地址被当作当前录音或放音的 起始地址。这些地址管脚全部为输入管脚与操作模式中能输出地址信息不同。 地址输入在 信号 PLAYE、PLAYL、或 REC的下降沿被锁存操作模式。ISD1420 内部具备有多种操作模式，并能以最少的元件实现较多的功能，下面将详细描述。操作模式的选择使用使用地址管脚来实现。但实际的地址在 ISD1420的有效地址外部，当地址的最高两位 A7A6为高电平时，其余的地址位将被成为状态标志位而不再是地址位。因此，操作模式和寻址模式不能兼容，也就是说不能同时使用。在使用操作模式时必须注意两点：第一， 所有的操作开始于地址 0，也就是 ISD1420的起始地址 以后的操作根据操作模式的不同可以从其它地址开始。 另外，在操作模式中当 A4=1，从录音变换到放音而不是从放音到录音器件地址指针复位到 0；第二，操作模式的执行必须是 A7A6高电平在 PALYL、PLAYE 或 REC 变为低电平时开始执行。当前的操作模式将一致有效。直到下一次的控制信号变低并取样地址线上的信息开始新的操作操作模式描述：可以使用微处理器来控制操作模式，也可以直接使用直接连线来实现需要的功能。A0 信息检索信息检索允许用户在内容跳转浏览，而不必关系每个信息的实际物理位置。 每个控制信号的 低电平脉冲将内部地址指针转移到下一个信息位置。这种模式只能在放音中使用，通常与A4操作同时应用。A1 删除 EOM 结尾标志A1 操作模式允许多次记录的信息组合成一个信息，结束标志只出现在最后录制信息的结尾。当配置成这种模式后多次录制的信息在放音时会形成连续的信息。A2 没有使用A3 循环播放A3 操作模式能够实现自动连续的信息播放，播放的信息处于的地址空间的开始。如果一个信息充满了 ISD1420，则用循环模式可以从头到尾连续的播放。PALYE 脉冲可以启动播放，PLAYL 脉冲可以结束播放。A4 连续寻址在通常的操作中，当放音操作遇到结尾标志 EOM 时，地址指针将复原到 0。A4操作模式将禁止地址指针的复位，允许信息能连续录制和播放，当电路处于静止状态 不是处于录音或放音状态，即可的设置该脚为低电平将复位地址指针。3.7.5 ISD 1420在这里我们选择ISD 1420来做为系统的语音芯片。ISD引脚图如图3-19所示：图3-19 ISD1400引脚图ISD1110/ISD1420内部结框图如图3-20所示图3-20 ISD1420内部结框图其时序图如图3-21所示：图3-21 ISD时序图4 系统软件设计4.1软件设计概述单片机的程序设计有其自身的特点。首先，单片机系统的系统程序与应用程序密不可分，系统程序与应用程序必须在一起考虑；其次，在单片机系统中，硬件与软件紧密结合，软件直接操作硬件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计难易和质量。同时，很多时候，软件可以替代硬件的功能，当然，需要付出 额外占用 CPU时间的代价。在程序设计时，往往存在着时间与空间的矛盾体。在一些程序编译编译器 中，有着时间优化和空间优化的选项，但时间优化与空间优化不能同时存在。这些编译器在处理这些优化时实际是在采用时间换取空间或者空间换取时间的策略。在设计程序时，我们也可以采取这样的策略提高系统的性能。比如，日前程序存储器的容量已不是设计的关键因素，我们可以利用存储器的空间实现程序响应速度的加快。除了有自身的特点外，单片机的程序设计同样具有一般软件设计的特点。首先，应有一个合理的算法，以合理的资源耗费实现预定的功能；其次，设计的软件应有较好的可读性，可维护性。做到这一点往往需要使用高级语言，采用结构化的设计。随着软件技术的发展，在程序设计上提出了许多新的思想，比如面向对象设计， 事件驱动等方法。虽然单片机系统中不可能完全实现这些方法，但也可以对单片机软件设计给予有益的启示。比如，利用事件驱动的思想可以细分模块，减少各部分之间的耦合性，便于测试，便于阅读。在本系统中，系统要实时监测、显示起重机的工作状况，同时用声音报告设备运行状态和运行结果，提示系统操作要点以及各种语音告警等。相对于系统其它部分，声音输出属于超低速器件，无法与采样、液晶显示等部分同步工作，所以系统要同时处理两类无法合并的任务，初步具有实时多任务的雏形。4.2编程语言的选择与简介计算机语言的种类非常的多，总的来说可以分成机器语言，汇编语言，高级语言三大类。 计算机所能识别的语言只有机器语言，即由0和1构成的代码。但通常人们编程时，不采用机器语言，因为它非常难于记忆和识别。 目前通用的编程语言有两种形式：汇编语言和高级语言。 汇编语言的实质和机器语言是相同的，都是直接对硬件操作，只不过指令采用了英文缩写的标识符，更容易识别和记忆。 高级语言是目前绝大多数编程者的选择。和汇编语言相比，它不但将许多相关的机器指令合成为单条指令，并且去掉了与具体操作有关但与完成工作无关的细节，例如使用堆栈、寄存器等，这样就大大简化了程序中的指令。同时，由于省略了很多细节，编程者也就不需要有太多的专业知识。在这里我们采用汇编语言来实现单片机程序的功能。4.3 软件设计构思及软件结构整个系统软件采用模块化结构设计，由主程序、中断服务程序和功能子程序组成，主要通过中断服 务程序实现多功能的实时处理。系统软件主流程图如图4-1 所示。4.3.1主程序完成对系统的初始化（包括预置定时器T0的控制字、中断控制字、预置标志位等）、零点检测与校正、系统自检等。4.3.2 T0 中断服务程序用 T0 作为定时器，定时采集起传感器数据。T0 定时时间到，则转入采样中断处理服务子程序，其流程图如图4-1所示。采样子程序完成对当前传感器压力、长度、角度信号进行采样，计算出实际起吊重量和工作幅度值并送MAX7219显示，然后根据当前实际工作幅度，求出对应的额定起重量，并完成比较和置相关标志位，用位操作通过 P3.0端口发出报警信号，驱动继电器等执行部件，保护限动时则记录超载数据至X5045中以供查询。一般单片机测控系统检测信号时含有各种噪音和干扰，会导致较大的测量误差，影响系统正常工作，故本系统在软件上采用算术平均值滤波法抑制这些干扰。一般起重机的起重量工作幅度曲线不是标准曲线，即使对其进行回归运算等处理得到相应的起重曲线的计算公式，但编制相应软件的工作十分麻烦，同时也会影响单片机的运行速度。因此程序中预先将起重机的额定起重量曲线以表格的形式存入程序存储器中，工作过程中系统根据当前动臂倾角计算出实际工作幅度，然后根据实际工作幅度在程序存储器中查表，再采用线性插值的方法得出对应的额定起重量。这样使单片机避开了复杂费时的数学运算，同时又保证能取到起重量工作幅度曲线上的任一点，大大提高了程序的运行速度。图4-1 系统软件主流程图4.4 主要功能的软件实现4.4.1显示显示分为数据显示和状态显示显示子程序：DISP: MOV R0,#00H MOV R1,#0CH LCALL SHONG ;关断显示 LCALLYAN MOV R0,#00H MOV R1,#0FH LCALL SHONG ; 测试寄存器0FH送0,处于正常显示 MOV R0,#0FFH MOV R1, #09H LCALL SHONG ;译码寄存器09H送00FH , MOV R0,#03H MOV R1,#0BH LCALL SHONG MOV R0,#08H MOV R1,#0AH LCALL SHONG ;亮度寄存器0AH送07H MOV R0, #01H MOV R1,#0CH LCALL SHONG ;退出关断状态 MOVR0,25H MOV R1,#01H LCALLSHONG MOV R0,26H MOV R1,#02H LCALL SHONG ;十位送数 RET4.4.2键盘本文采用24矩阵式键盘，采用了查询方式的键盘处理程序，该程序主要包括按键查询和按键功能程序转移两部分，为了防止出现在操作键盘时引起误操作和操作失控等现象，还做了软件去抖动处理。案件的触电在闭合和断开时均会产生抖动，这时的触点的逻辑电平是不稳定的，如不妥善处理，将会引起案件命令的错误执行或重复执行。使用软件方法可以去抖动，即检测出键闭合后，执行一个延时程序产生20ms的延时，让前沿抖动小时后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平则确认为有键按下。当检测动按键释放后，也要给20ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。4.4.3采样计算根据采力方式，需要获得起重机的臂长、仰角、变幅油缸的主压和背压四个参数，然后通过计算确定允许载荷、实际载荷、幅度、最大起升高度等数据。 MOV R0,#0A0H MOV R2,#8H SETB IT1 MOV IE #10000100B MOV DPTR,#0FEF8H MOVX DPTR,A SJMP $ MOVX A,DPTR MOVX R0,A INC DOPER INC R0 MOVX DPTR,A DJNZ R2,BACK CLR EA BACK:RET15 抗干扰设计起重机工作环境范围广，工作现场的干扰比较严重。所以在设计上必须采取必要的软硬件措施，免除或减小各种干扰因素对它的影响或损害，提高工作的稳定性和可靠性。工业环境中的千扰一般都是以脉冲的形式进入系统电路的，进入的渠道主要有三条：1、 空间干扰，通过电磁波辐射进入。2、 过程通道干扰，通过与主机相连的前向通道、后向通道、及与主机的相互通道进入。3、 供电系统干扰，一般情况下空间干扰在强度上远小于其它两通道窜人的干扰，而且空间干扰可用良好的屏蔽与正确的接地、高频滤波加以解决。故微机系统中应重点防止供电系统与过程通道的干扰。5.1 硬件抗干扰1、屏蔽与接地措施用金属外壳将整机包围起来，再将金属外壳接地就能起到屏蔽的作用，对于各种通过电磁感应引起的干扰特别有效。屏蔽外壳的接地与系统的参 考点相连，而且只能在一处相连。所有引入、引出线都应采用屏蔽线，其屏蔽层应和外壳在同一点接系统参考点。参考点不同的系统应分别屏蔽，不可共处一个屏蔽装置.2、供电系统抗干扰系统的供电不直接使用起重机的直流电源，DC-DC变换之后向系统供电，获得离质量的直流电压。使用不同DC-DC模块将模拟地和数字地隔离开。3、过程通道抗干扰措施过程同道是前向接口、后向接口或主机与主机之间进行信息传输的路径，在过程通道中长线传输的干扰是主要因素。随着系统主振频率愈来愈高，微机系统过程同通道的长线传输愈来愈不可避免。例如，按照经验公式计算，当微处理器的主振频率为 1MHZ时，传输大于 0.5m 或主振为4MHZ时，传输线大于0.3m，即作为长线传输处理.单片机应用系统中，传输线上的信息多为脉冲波，它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减、通道千扰等。为了保证长线传输的可靠性，主要有光电祸合隔离技术、双绞线传输、阻抗匹配等。长线传输时，用电流传输代替电压传输，可获得较好的抗干扰能力。 本设计中考虑到拉力、角度的传感部分离系统较远，因此采用的传感器直接输出420mA的电流在长线上传输，在接收端上使用 250欧姆的精密电阻，将此电流转换为 15V的电压，然后送入A/D转换器。4、印制电路板设计的抗干扰措施印制电路板的布线设计的优劣，对系统的抗干扰性能影响也很大。合理的布线就是力求将系统中各元器件之间、电路之间可能产生的不利影响限制在最低程度，使由于电路的分布电容、磁漏、电磁互感以及有其它由噪声引起的干扰得到抑制。从抗干扰的角度考虑，起码应注意以下几个问：l 去耦电容配置（a）电压输入端跨接 100uf的电解电容. （b）每个集成电路芯片都应安装一个0.01f的陶瓷电容器，每隔几个芯片安装一个10f的电容.（c）电容引线不能太长，特别是高频旁路电容不能带引线。l 地线和电源线布置系统中既有数字电路，又有模拟电路，布局时应尽量使它们分开，而两者的地线不要相混，要分别与电源地线相连。接地线应尽量加粗，越粗越