1  引言

    為防止起重機因操作不當(dāng)和過大的起重力矩而發(fā)生傾翻、折臂等事故，起重機必須安裝力矩限制器，以確保安全作業(yè)，且作為安全保護裝置的力矩限制器必須具有很高的可靠性、穩(wěn)定性和檢測精度。為此，我們采用ATMEGA128單片機為力矩限制器的主控CPU，設(shè)計中采用了一些新技術(shù)和方法，提高了系統(tǒng)的測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、長度傳感器、測量及數(shù)據(jù)傳輸與處理系統(tǒng)等組成。來自外界的待測信號：主/副鉤起吊重量、起重臂的角度、起重臂的長度（汽車吊），分別經(jīng)各自的傳感器檢測、前置預(yù)處理、信號放大后，通過電纜傳輸?shù)娇刂破鲀?nèi)，由ATMEGA128單片機A/D輸入，進行相應(yīng)的運算處理后求得起重機的起重臂角及工作幅度、實際起重量、額定起重量、實際起重量與額定起重量的百分比等，顯示并作輸出控制；在報警時記錄數(shù)據(jù)；另外通過串行口可與上位機進行數(shù)據(jù)傳送。

    該系統(tǒng)的主要功能是：

    1、實現(xiàn)起重機起重力矩的安全監(jiān)測，實時顯示起重機的工作幅度、實際起重量、額定起重量，起重臂角，實時時鐘等。

    2、中文會話式人機界面設(shè)置預(yù)警值、報警值、鋼絲繩數(shù)、起重臂的長度等參數(shù)；實時時鐘校正；工作方式選擇；實際起重量零位校正。

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

    4、當(dāng)起重機實際起重量與額定起重量的百分比大于或等于報警值時，系統(tǒng)聲光報警，同時切斷起重機向危險方向的動作，但允許其向安全方向動作。并對危險、超載等異常起重工作情況進行記錄，以便進行分析查詢管理。

3  硬件設(shè)計

    力矩限制器應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境惡劣，且起重機對其可靠性要求非常高，因此在設(shè)計時主要從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄準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，其片內(nèi)集成了128K字節(jié)的Flash存儲器，4K字節(jié)在線可編程EEPROM，4K字節(jié)SRAM，外圍有2個全雙工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多路信號分時轉(zhuǎn)換的方法以簡化設(shè)計并降低成本。起重量采用橋式壓力傳感器檢測，其輸出電壓信號為0~20mV,一般情況下，人們將此毫伏信號直接通過電纜傳送到系統(tǒng)的放大電路中進行放大處理。但實踐表明，該電壓信號在工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境下遠距離傳送時經(jīng)常受到干擾，影響了系統(tǒng)的檢測精度與正常工作。為解決此問題，在本系統(tǒng)設(shè)計中采用

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