一種起重機力矩限制器的製造方法
2023-09-21 22:18:35 1
一種起重機力矩限制器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及涉及一種起重機力矩限制器，包括單片機和與單片機相連接的狀態信息存儲模塊，單片機的輸入端與數據採集通道模塊和鍵盤參數輸入模塊相連，單片機的輸出端與點陣液晶顯示模塊和報警制動保護模塊相連；採集通道模塊由長度傳感器、角度傳感器、壓力傳感器和連接在三者輸出端的A/D轉換模塊；長度傳感器安裝在起重機主臂鉸盤處，角度傳感器安裝在吊鉤上方的主臂上，壓力傳感器使用專用夾具安裝在鋼絲繩上。它利用傳感器與單片機對起重機多個工作參數進行在線測量的智能化設備，具有參數設置、實時狀態顯示、超限報警制動等功能。利用它可以提高起重機的自動化程度、控制精度和操作安全性。
【專利說明】—種起重機力矩限制器
【技術領域】
[0001]本發明涉及起重機【技術領域】，具體是涉及一種起重機力矩限制器。
【背景技術】
[0002]起重機在工程建設和事故救援中起著非常重要的作用，在使用起重機進行起重作業時，起重機在工作過程中的力矩是不斷變化的，而其所能承受的力矩是一個定值，工作幅度越大，起重機所能吊起的重物就越輕，如果起重力矩超過限制會導致吊臂折斷甚至整機傾覆等惡性事故，因此，在起重機上安裝靈敏可靠的力矩限制器是必不可少的安全防範措施之一 O
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種起重機力矩限制器，它是利用傳感器與單片機對起重機多個工作參數進行在線測量的智能化設備，具有參數設置、實時狀態顯示、超限報警制動等功能。利用它可以提高起重機的自動化程度、控制精度和操作安全性。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案:一種起重機力矩限制器，包括AT89C52單片機和與AT89C52單片機相連接的狀態信息存儲模塊，所述AT89C52單片機的輸入端與數據採集通道模塊和鍵盤參數輸入模塊相連，所述AT89C52單片機的輸出端與點陣液晶顯示模塊和報警制動保護模塊相連；所述採集通道模塊由長度傳感器、角度傳感器、壓力傳感器和連接在三者輸出端的A/D轉換模塊；所述長度傳感器安裝在起重機主臂鉸盤處，所述角度傳感器安裝在吊鉤上方的主臂上，所述壓力傳感器使用專用夾具安裝在鋼絲繩上。
[0005]優選的，所述長度傳感器、角度傳感器、壓力傳感器的輸出端與A/D轉換模塊之間還設計有V/I轉換電路。
[0006]優選的，所述A/D轉換模塊為12位A/D轉換器MAX197。
[0007]優選的，所述V/I轉換電路由一隻TL074晶片與少量外圍器件構成。
[0008]優選的，所述TL074晶片是一個內含4個運算放大器(IC1A?IC1D)的集成塊。
[0009]優選的，所述點陣液晶顯示模塊採用點陣圖形式液晶模塊MGL (S) -240128E。
[0010]優選的，所述狀態信息存儲模塊採用CMOS電可擦除可編程只讀存儲器。
[0011]本發明與現有技術相比具有的有益效果是:(I)本發明的力矩限制器作為起重機的安全保護裝置，具有體積小、功能多、可靠性高、操作方便等優點，符合國家有關技術標準和工作精度的要求。它可以準確地對起重機的起重量和工作幅度進行監控，對起重機的安全作業起到很好的保護作用。(2)本發明的力矩限制器採用多參數顯示及超載報警使操作人員能及時了解起重機的工作狀況，提高了工作效率，有效預防事故的發生。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1本發明的系統硬體組成框圖；
[0013]圖2本發明的力矩限制器工作原理圖；
[0014]圖3本發明的力矩限制器V/I轉換電路圖。
[0015]圖中標號為:1_AT89C52單片機，2-採集通道模塊，21-長度傳感器，22-角度傳感器，23-壓力傳感器，24-A/D轉換模塊，3-報警制動保護模塊，4-鍵盤參數輸入模塊，5-點陣液晶顯不模塊，6-狀態彳目息存儲模塊。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0017]參照圖1至圖3可知，一種起重機力矩限制器，包括AT89C52單片機I和與AT89C52單片機I相連接的狀態信息存儲模塊6，所述AT89C52單片機I的輸入端與數據採集通道模塊2和鍵盤參數輸入模塊4相連，所述AT89C52單片機I的輸出端與點陣液晶顯示模塊5和報警制動保護模塊3相連；所述採集通道模塊2由長度傳感器21、角度傳感器22、壓力傳感器23和連接在三者輸出端的A/D轉換模塊24 ;所述長度傳感器21安裝在起重機主臂鉸盤處，所述角度傳感器22安裝在吊鉤上方的主臂上，所述壓力傳感器23使用專用夾具安裝在鋼絲繩上。
[0018]系統中的MCU採用AT89C52單片機，它採用CHMOS工藝及高密度、非易失存儲技術製造，與80C51引腳和指令系統完全兼容，其內部所含功能部件為:1個8位CPU ；1個片內振蕩器及時鐘電路；8KB PEROM ；3個16位定時/計數器；21個特殊功能寄存器；4個8位並行I/O 口，共32條可編程I/O端線；I個可編程全雙工串行口 ；8個中斷源。
[0019]數據採集通道中使用長度傳感器、角度傳感器和壓力傳感器。它們分別採集主臂伸長長度、主臂仰角和起重載荷的信號，放大後利用V/I轉換電路將微弱電壓信號轉換成4?20mA電流信號，該電流信號送到主控制器後，選用專用晶片RCV420實現4?20mA電流信號與O?5V電壓信號的精確轉換,最後將電壓信號送入A/D轉換器進行轉換。壓力傳感器的安裝要滿足安裝方便，測量準確，線性度好。系統使用專用夾具，將傳感器直接安裝在鋼絲繩上，通過檢測鋼絲繩張力來反映起重載荷。實踐證明，這種方式安裝簡便，檢測精度聞。
[0020]起重機主臂與水平線的夾角稱為主臂仰角。該角度反映了起重機的工作幅度和傾覆危險程度，直接關係到工作是否安全，因此也需要精確測量。系統採用重錘式結構測量該角度。
[0021]數據採集A/D轉換器選用多量程、多路模擬輸入通道、12位A/D轉換器MAX197。該A/D轉換器具有轉換速度快、精度高及單片機讀取方便等特點。主臂伸長長度、主臂仰角及起重量等信號送入MAX197的CHO、CH1、CH2通道，可通過編程選擇某通道，將模擬量轉換成相應的數字量，再由單片機讀入進行數據處理。
[0022]壓力傳感器及角度傳感器輸出的-1?IV微弱電壓信號會因為線路壓降和各種幹擾等影響測量精度。電流信號與電壓信號相比有更好的抗幹擾性，適合遠距離傳輸。利用I只TL074與少量外圍器件構成V/I轉換電路，如圖3所示。TL074是I個內含4個運算放大器(IC1A?IC1D)的集成塊。由IClA構成的控制放大器,其同相輸入端送入要轉換的電壓VI，而其反相輸入端則引入2個電壓:第I個電壓是由IClB構成的電壓跟隨器的輸出電壓VB，VB = V2，作用是在電路傳輸函數中提供I個調偏電壓；第2個是由IClC和IClD構成的同相串級差動放大器電路的輸出電壓VC，其值等於電流敏感電阻RCS兩端電壓降的2倍。由2個電阻Rl組成的分壓器將VB、VC電壓等分後再相加送到IClA的反相輸入端。為保證V/1轉換工作在線性區，控制放大器IClA必須送出足夠大的電流流過RCS，所以在IClA後加I個由電晶體BC639構成的電流放大極。
[0023]設流過RCS的轉換電流為IL，則V1 = IL.RL
[0024]由IClD構成的運算放大電路知:
[0025]VD = (1+R2/R2)V10 = 2IL.RL
[0026]而V12 = IL(RCS+RL)
[0027]由IClC構成的運算放大電路可知
[0028]VC = (I +R2/R2) V12- (R2/R2) VD = 21L (RCS+RL) -21LRL = 21L RCS
[0029]VE = VB/2+VC/2 = (V2+2ILRCS)/2
[0030]對IC1A，因為有 VE = Vl
[0031]所以Vl = (V2+2ILRCS)/2
[0032]故整個電路的傳輸函數為
[0033]IL= (Vl-0.5V2)/RCS
[0034]圖3中V2 = -3V, RCS = 125 Ω，當輸入電壓為O?20mV時，IL的電流為4?20mA.試驗結果表明，該電路的線性度優於0.02%.該V/I轉換電路調試好密封后與壓力傳感器、角度傳感器安裝在一起，電源與電流信號通過一對雙絞線傳送，提高了抗幹擾能力，並節省了傳輸線，較好地解決了微弱信號在惡劣環境中遠距離傳輸的問題。
[0035]進一步地，所述點陣液晶顯示模塊5採用點陣圖形式液晶模塊MGL(S)_240128E。其點陣數量為240X 128，點陣尺寸是0127mm，液晶屏在外部顯示控制器的控制下，可顯示8X8,8X16，16X16等點陣的字符和漢字，同時還可以顯示圖形。可以圖形形式實時顯示主臂長度、主臂仰角、最大起重高度、工作幅度、實際起重量、額定起重量、力矩質量百分數等工作參數或根據檢測數據實時繪出起重機的動態模擬圖。
[0036]進一步地，所述狀態信息存儲模塊6採用CMOS電可擦除可編程只讀存儲器。容量為IK (64X 16位)，採用CMOS工藝製造，單一+5V電源，8腳DIP封裝，不僅具有硬體和軟體防寫功能，而且與TTL電路完全兼容。由於93C46具有成本低、接口簡單、工作可靠等一系列獨特的優點，可十分方便地與各種型號的微處理器相連，本實施例中，可對起重機在工作過程中，實時記錄其實際起重量、額定起重量、主臂伸長長度、主臂仰角等起重機的工況，作為事故分析的原始依據。
[0037]數據採集通道中2使用長度傳感器21、角度傳感器22和壓力傳感器23。它們分別採集主臂伸長長度、主臂仰角和起重載荷的信號，放大後利用V/I轉換電路將微弱電壓信號轉換成4?20mA電流信號，該電流信號送到主控制器後，選用專用晶片RCV420實現4?20mA電流信號與O?5V電壓信號的精確轉換，最後將電壓信號送入A/D轉換器24進行轉換。A/D轉換器24將轉換後的信號傳送到AT89C52單片機I後，AT89C52單片機I根據起重機主臂伸長長度和主臂仰角計算出工作幅度，通過查表得到當前工作幅度下起重機可承受的最大起重量，即額定起重量，安裝在鋼絲繩上的壓力傳感器23可以得到當前實際起重量。實際起重量與額定起重量的比值稱為力矩質量百分數，即力矩質量百分數=(實際起重量/額定起重量)X100%，力矩限制器根據力矩質量百分數判斷當前工作狀態是否安全。如果出現故障，報警制動保護模塊3進行聲光報警。
[0038]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種起重機力矩限制器，其特徵在於:包括AT89C52單片機和與AT89C52單片機相連接的狀態信息存儲模塊，所述AT89C52單片機的輸入端與數據採集通道模塊和鍵盤參數輸入模塊相連，所述AT89C52單片機的輸出端與點陣液晶顯示模塊和報警制動保護模塊相連；所述採集通道模塊由長度傳感器、角度傳感器、壓力傳感器和連接在三者輸出端的A/D轉換模塊；所述長度傳感器安裝在起重機主臂鉸盤處，所述角度傳感器安裝在吊鉤上方的主臂上，所述壓力傳感器使用專用夾具安裝在鋼絲繩上。
2.根據權利要求1所述的一種起重機力矩限制器，其特徵在於:所述長度傳感器、角度傳感器、壓力傳感器的輸出端與A/D轉換模塊之間還設計有V/I轉換電路。
3.根據權利要求1所述的一種起重機力矩限制器，其特徵在於:所述A/D轉換模塊為12位A/D轉換器MAX197。
4.根據權利要求2所述的一種起重機力矩限制器，其特徵在於:所述V/I轉換電路由一隻TL074晶片與少量外圍器件構成。
5.根據權利要求4所述的一種起重機力矩限制器，其特徵在於:所述TL074晶片是一個內含4個運算放大器(IC1A?IC1D)的集成塊。
6.根據權利要求1所述的一種起重機力矩限制器，其特徵在於:所述點陣液晶顯示模塊採用點陣圖形式液晶模塊MGL(S) -240128E。
7.根據權利要求1所述的一種起重機力矩限制器，其特徵在於:所述狀態信息存儲模塊採用CMOS電可擦除可編程只讀存儲器。
【文檔編號】B66C23/90GK104045011SQ201410298348
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】王遠志 申請人:王遠志