起重机超载电路设计_图文

目 录

第一章 绪论 ............................................................................................................................................ 1

1.1 起重机超载器的介绍 ........................................................................................................ 1 1.2 国内外超载器的发展 ........................................................................................................ 1 第二章 系统硬件设计 ............................................................................................................................ 2

2.1系统方框图 ................................................................................................................................. 2 2.2系统硬件设计概述 ..................................................................................................................... 2 2.3各子电路的简介 ......................................................................................................................... 3

2.3.1电源电路 ......................................................................................................................... 3 2.3.2 传感器电路 .................................................................................................................... 3 2.3.3 A/D转换电路 ................................................................................................................. 5 2.3.4复位电路及振荡时钟电路 ............................................................................................. 6 2.4人机通道的设计 ......................................................................................................................... 7

2.4.1显示器的设计 ................................................................................................................. 7 2.4.2 键盘的设计 .................................................................................................................... 9 2.4.3 报警电路的设计 .......................................................................................................... 11 2.4.4超载器控制盒的设计 ........................................................................................... 13

第三章 系统软件设计 .......................................................................................................................... 15

3.1软件设计概述 ............................................................................................................................ 14 3.2软件设计构思与软件结构 ........................................................................................................ 14 结 论 .................................................................................................................................................. 29 参 考 文 献 ............................................................................................................................................ 30 致 谢 .................................................................................................................................................. 32 附 录1 起重机超载器主电路图 附 录2 PCB图

起重机超载电路设计

第一章 绪论

1.1 起重机超载器的介绍

起重机超载器（Crane Overload Limiter）[2]是一种重要的起重机超载保护装置。它主要装备在汽车吊、轮胎吊和履带吊等大型起重机上。通过系统内的传感器对起重机的关键工作参数进行实时检测，经过分析计算和数据处理得到结果并结合起重机的当前工况进行判断：当实际载荷接近起重机的非安全工作范围时，系统预报警。超过非安全工作范围时，系统报警并自动进行安全保护控制，禁止起重机向危险方向动作。

1.2 国内外超载器的发展

伴随微电子技术、计算机技术、智能仪表技术及传感器技术的迅速发展，现今起重机用户己不满足于起重机仅仅拥有载荷、超载功能，他们希望获得更多关于起重机工作状态的准确信息，包括起升高度、风速、起升角度、工作幅度甚至钢丝绳状况、油温、振动情况等信息，基于上述原因，起重机超载器的功能不断得到延伸，信息集成度更高也更加人性化。

国外许多起重机制造商对起重机超载器的研究和应用较早，目前已达到较高水平。我国在这方面的工作起步较晚，技术水平不高，应用范围不广。但随着社会经济的发展和安全管理意识的提高，国内起重机的制造商和用户对起重机超载器产生了很大需求。国家技术监督局专门制定并发布了《起重机安全规程》（GB

6067-1985），《起重机械超载保护装置安全技术规范》（GB 12602-1990），《臂架型

起重机起重力矩器通用技术条件》（GB 7950-1999）等国家标准，要求各类起重机械装备载荷、超载，并对超载器的功能、性能检验等进行了严格规定。国家劳动和社会保障部也规定16t以上的起重机必须装备起重机超载器。国内现有的起重机械除近年来进口的较先进的起重机，绝大多数都需要加装起重机超载器。一些己有超载器的起重机，由于过年限使用以及系统损坏等问题，也需要改装起重机超载器。由此可见，国内市场需求巨大。然而国外的起重机超载器价格昂贵，而且与国产起重机的配套困难。国内的研究人员在超载器的国产化道路上进行着工作，也取得了一定的成果，但在产品的稳定性以及可靠性上还有待提高。

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可以这样讲，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、工作可靠的新型起重机超载器产品，以满足内需。

第二章 系统硬件设计

2.1系统方框图

系统主要由主机部分、报警制动保护、状态信息存储、控制盒及显示部分等组成，图

2-1为系统组成框图。

压力传感器 A/D 转 换 器 C51 键盘参数输入 LED数码显示 报警制动保护 状态信息存储 图2-1 系统组成框图

2.2系统硬件设计概述

A/D转换器选用ADC0809，系统主机选用C51单片机，数码显示部分选

用BS212共阳数码管，音响部分选用一片KD9561。

硬件系统上电工作后，来自压力（拉力）传感器的微弱电信号（约20μV）经滤波电路后送到ADC0809进行A/D转换，ADC0809送出的8位信号一起送到

C51单片机的P1口，C51根据P0口来的信号进行处理判别后送LED显示。

若采集到的物重达到或超过额定值的90%，则由P2.5送出低电平驱动声光预警电路。若采集到的物重达到或超过额定值的105%，超载技术单元加1，由P2.6送出低电平，驱动声光报警电路，并由继电器切断起重机电源。 硬件电路图见附录。

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345起重机超载电路设计 2.3各子电路的简介 2.3.1电源电路 U1LM78051D2T1IN4007D1IN4007TRANS1D5D6IN4007C12200uFC30.1FVinGNDVout3+5VIN40072C5100uFC70.1F 图2-2 电源电路 220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路整流桥整流和滤波电容滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和;滤波电容的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。 2.3.2 传感器电路 半导体的压阻效应 ：固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为 压阻效应。 半导体材料的压阻效应特别强。 压阻式传感器的灵敏系数大，分辨率高。频率响应高，体积小。它主要用于测量压力、加速度和载荷等参数。 因为半导体材料对温度很敏感，因此压阻式传感器的温度误差较大，必须要有温度补偿。 主要优点是灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍, 温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多。 3 TitleSizeBDate:File:Numb14-MayE:\\徐慧玲起重机超载电路设计

23 图2-3 压阻式压力传感器结构简图 1—低压腔 2—高压腔 3—硅杯 4—引线 5—硅膜片 采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀半导体电阻应变薄膜 工作原理 ： 膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点产生应力。 四个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应的电压，电压与膜片两边的压力差成正比。 优点： 体积小，结构比较简单，动态响应也好，灵敏度高，能测出十几帕的微压，长期稳定性好，滞后和蠕变小，频率响应高，便于生产，成本低。测量准确度受到非线性和温度的影响。智能压阻式压力传感器利用微处理器对非线性和温度进行补偿。如图2-4为压阻式传感器电路图。 +5VC96.8uFC130.01uF832VCCR4RES4R10120ΩR11120ΩR12120ΩR6U4A1LMV358输出电压4100KΩR510KΩ 图2-4 压阻式传感器 4 起重机超载电路设计

2.3.3 A/D转换电路

A/D转换器芯片ADC0809简介 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100μs左右。图2-5为ADC0809引脚图。

图2-5 ADC0809引脚图

ADC0809是一种逐次比较式8路模拟输入8位数字量输出的A/D转换器。 对ADC0809主要信号引脚的功能如下： IN7～IN0--模拟量输入通道。

ALE—地址锁存允许信号。对应ALE跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。 START上升沿时，START--转换启动信号复位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。本信号有时节简写为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。通常实用频率为500Khz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。实用中该状态信

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起重机超载电路设计

号即可作为查询的状态标志，又可作为中断信号使用。

D7～D0—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。其典型值为+5V（Vref(+)=+5V, Vref(-)=0V）

2.3.4复位电路及振荡时钟电路

计算机在启动运行时都需要复位，复位使处理器CPU和系统中的其他器件都处于一种初始状态，并从这个初始状态开始工作。C51单片机有一个复位引脚

RST[4]。 RST(RESET)是复位信号输入端，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚

加上持续时间大于2个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。为了可靠的复位，复位时间都在10ms以上。当RST引脚为低电平时，单片机退出复位，CPU从初始状态开始工作[3]。 2345此次设计的复位电路为上电自动复位电路，如图2-6所示。 对于C51单片机，在RST复位引脚端接一个电容至+5V和一个电阻至地端，就能实现上电自动复位。在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在复位端引脚上产生一定时间的高电平信号，只要高电平信号时间足够长就可以使C51单片机有效地复位。 U712345678131215143156pFVCCC12C1022uF956pF1716Y112M1918P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWRRXDTXDALE/PPSEN10113029P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P2739383736353433322122232425262728C51C11R131KΩ图2-6 复位电路及振荡时钟电路 单片机必须在时钟的驱动下才能工作。C51单片机内部有一个时钟振荡电路， 6 起重机超载电路设计

只需外接振荡源，就能产生一定频率的时钟信号送到单片机的各个单元，决定单片机的工作速度。

图2-6就是内部时钟工作方式的原理图，这是一种常用的方式。这种方式是内接振荡源，一般选石英晶体振荡器。此电路在加电后延迟大约10ms振荡器起振，在

XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的

频率决定。电路中的两个电容有两个作用，一是帮助振荡器起振，二是对振荡器的频率起微调作用。

2.4人机通道的设计

2.4.1显示器的设计

发光二极管（LED）显示器是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。

本系统需要显示的数据为：实际物体重量，显示的重量为实际重量的10倍，因此在观看时，应该将屏幕上的值缩小10倍。这样可以省略在程序设计时，要考虑小数点的设计的麻烦。因为可以通过自动方式将物体实重值计算出来，所以本设计不必显示毛重、自重值，其中实际物重=毛重－自重。3位数码管显示的主要内容为物体的实际重量，即毛重减自重的值。 图2-7为七段数码管引脚图

图2-7 七段数码管引脚图

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这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如图2-8所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。

图2-8 三极管的内部结构图

那么，实际的数码管的引脚是怎样排列的呢？对于单个数码管来说，从它的正面看进去，左下角那个脚为1脚，以逆时针方向依次为1~10脚，左上角那个脚便是10脚了，上面两个图中的数字分别与这10个管脚一一对应。注意，3脚和8脚是连通的，这两个都是公共脚。 显示电路如图2-9

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起重机超载电路设计 LED1LG3611BHLED2LG3611BHLED3LG3611BHabacdfgbeecfddpgpdabacfbdgeecfddpgpd9991234567812345678R74.7KΩR84.7KΩR94.7KΩP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P2.0P2.1P2.212345678abacdfgbeecfddpgpdVCCVCCVCC+5VQ29012+5VQ39012+5VQ49012 图2-9 显示电路 2.4.2 键盘的设计 在单片机应用系统中，键盘是人机交互的重要组成部分，用于向单片机应用系统输入数据或控制信息。键盘形式一般分为式键盘和矩阵式键盘两种。式键盘的结构简单，大占用资源多，通常用于按键较少的场合，大多数单片机应用采取这种方式。矩阵式键盘的结构相对复杂些，但占用的资源少，通常用于按键较多的场合。 本系统的键盘采用了两个式按键，来控制开关电源和数值调整。其中数值调1整在本文代表起重重量输入的模拟值，即模拟起重吊物的重量，从而可以实现超载报23警。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[9] [10]口有确定的高电平。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。

下面给出键盘的结构，如图2-10所示。

其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键工作不会影响其他I/O口线的状态。每一个按键的电路是的，占用一条数据线，当其中任意一个按键按下时，它所对应的数据线的电平就变成低电平，读入单片机就是逻辑0，表示键闭合，若无键闭合，则所有的数据线的电平都是高电平。多用于所需按键不多的场合。可采用

JNB（或JB）来查询哪一个按键按下，并转向相应的功能处理程序[11] [12]。

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+5V5.1kΩ×8D0D1D2D3D4D5D6D7S1S2S3S4S5S6S7S8

图2-10 键盘结构

按键在按下或释放时，由于弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如右图所示，抖动时间的长短与开关的特性有关。如图2-11所示的电压波形，抖动时间一般在5～10ms。

稳定 前沿抖动 后沿抖动 图2-11按键抖动信号波形

软件上采取的措施是在检测到有按键按下时，执行一个10ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态；同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而消除抖动的影响[13]。

硬件去抖的方法主要有利用R-S触发器和滤波电路。如图2-12所示是一种由

R-S触发器构成的去抖动电路，当触发器翻转时，触点抖动不会对其产生任何影响。

键盘输出经双稳态电路之后变为规范的矩形方波。在键数较少时，可采用硬件去抖；

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而当键数较多时，采用软件去抖。本文选硬件去抖。

5.1kΩ74LS00&+5V&5.1kΩ74LS00

图2-12 按键去抖动电路

2.4.3 报警电路的设计

报警在起重机超载器的使用中有很重要的作用，当起重机起重时若起重的重量过高，而操作人员不清楚的话，很可能引起意外事故。因此报警电路的作用在于当起重机的起重重量达到额定值的90%～105%以内黄灯显示，当超过额定值的105%则报警，并且红灯显示。

报警电路芯片选用是KD9561,KD9561[5] [6]是一款专门用于声光控制系统的芯片，与其它线性音频功放相比较，具有结构简单、效率高、性价比优异这几项突出的优点，虽音质不尽完善，但警报发生器却无高保真之需。图2-13为KD9561的内部结构图

图2-13 KD9561的内部结构图

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图2-14 KD9561芯片引脚图 3设计中需要的报警电路如图2-15所示。模拟声光报警最常用的方法是采用模拟声音集成电路芯片，如 KD-956X系列，是一种采用 CMOS工艺、软封装的声报警IC芯片，能够产生一系列的声光报警效果。它内部具有振荡器、节拍器、音色发生器、地址计数器、控制和输出级等部分[7]。它设有两个选声端SEL1和SEL2，改变这两端的电平，可以选择不同的内部程序，VSS接电源负端，改变跨接在OSCl和OSC2之间的外接振荡电阻R，可以调节模拟声音的放音节奏，R阻值越大，报警声音越急促，一般在180kΩ～290kΩ的范围内选择。外接的小功率三极管9013是为了驱动扬声器。当系统检查到报警信号后，使三极管9013导通，便发出报警声音。电路的高电平KD9561输 出的音频信号经三极管推动电动式扬声器LS1发出宏亮的报警声[7] [8]。 +5VU3R15KΩR21.5KΩ1234SEL2VSSNCOUTKD9561D3D4VDDOSC1OSC2SEL18765R3270KΩLS1SPEAKERQ19013黄红2U6A74LS051P2.5P2.6 图2-15 报警电路 12 起重机超载电路设计

2.4.4超载器控制盒的设计

由图2-16我们可以知道，超载器的控制盒主要包括物重显示，黄灯和红灯显示，喇叭及电源开关，通过显示屏幕可以直观的看到所测物体的重量。电源开关各用一个键来控制，当超过额定值90%时，黄灯亮。当超过额定值的105%时，红灯亮，且喇叭响，提醒操作人员注意[14]。

电源 开 喇叭

关 黄灯 红灯 实际物重

超载控制盒

图2-16控制盒示意图

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第三章 系统软件设计

3.1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的难易和质量。同时，很多时候元件可以代替硬件的功能，当然，需要付出额外占CPU[15] [16]时间的代价。

在程序设计时，往往存在着时间和空间的矛盾体。在一些编译器中，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唤起时间的策略。在设计程序时，我们也可以采用这样的策略提高系统的性能[17]。

除了自身的特点外，单片机的程序设计同样具有一般软件设计的特点。首先，应具有一个合理的算法，以合理的资源耗费实现预定的功能。其次，设计的软件应具有较好的可读性和维护性。做到这一点，往往需要采用结构化的设计[18]。

随着元件技术的提高，在程序设计上出现了许多新的思想，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与有益的启示。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。

单片机的程序设计语言有：汇编语言，C51高级语言等，本系统采用的是汇编语言[19]。

3.2软件设计构思与软件结构

根据上述介绍的超载器工作原理和技术要求，可知该应用系统实际上是一个典型的数据采集与控制系统，数据采集的一个对象是一路压力（拉力），故选用压力传感器进行物理量的测量，控制对象是断电及报警装置，故选用继电器及声响电路进行断电及报警。软件设计部分主要由10个部分分别讲解了主系统的构成，其中每个部分都用汇编语言编写。

整个软件部分，从功能上可分为数据采集、自重值显示、毛重值显示、显示子程

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序、报警或预警显示、超载计数单元值显示、超限判断等几部分组成。 系统主程序流程图如图3-1所示。 毛重（2）送毛重（1）单元 取自重、显示 取毛重（1） 延时0.5s 正常显示 初始化 取毛重（2） N 毛重（2）-毛重（1） N 显示超过数否 调用STEP Y 开中断 Y Y N 超过90%Y N 报警 Y 图3-1 系统主程序流程图 预警 记超载次数 超过105%否 Y 根据程序主流程图[20]，我们可以逐个进行分解，以便可以更加详细了解系统的软件部分。

程序设计。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，根据前面的工作原理和技术指标，软件应完成的主要任务为：

a.初始化程序主要用来确定堆栈，程序状态字，对存储单元清 “0”，让数码管

闪烁显示全0十次，流程图如图3-2显示。根据流程图[21]，编程如下：

STAR： MOV SP, #60H ；初始化

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MOV PSW, #00H

CLR A ；清21H,22H单元 ANL 21H, A ANL 22H, A

MOV R0, #0AH ；全0闪烁十次

LOOP： MOV A, #0F0H ；全0显示

MOVX @R1, A ；送P0口显示 LACALL DS1 ；调用延时子程序 MOV A，#00H ；显示全暗 MOVX @R1, A LACALL DS1

DJNZ R0, LOOP ；闪烁完十次否

…… 开始 确定堆栈、程序状态字 存储物重单元端0 数码管显示全零 延时DS1 数码管全灭 延时DS1 N 闪烁十次 否 Y 取自重显示 图3-2 初始化程序流程图

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b.数据采集子程序。起重机在实际工作前，超载器应先检测出起重机挂钩，承重

绳等物体的重量，这里把它们称为自重。当起重机实际起吊重物时，检测到的重量为毛重，而物体的实际重量等于毛重减自重。数据采集程序流程图如图3-3所示。

IN1： MOV A, P1 ；输入转换结果

JNB ACC, 5, IN4 ；是百位选通位否 ANL A, #0FH ；提取百位值 MOV 31H, A IN2： MOV A, P1

JNB ACC, 6, IN5 SWAP A ANL A, #0F0H MOV 32H, A IN3： MOV A, P1

JNB ACC, 7, IN6 ANL A, #0FH ORL A, 32H MOV 32H, A RET

； 赋给31H单元

；是十位选通位否

；高低四位变换

；提取十位值 ；暂存到32H高4位

； 是个位选通位否 ；提取个位值 ；与十位值合并 ；存入32H单元 ；子程序返回

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图3-3 数据采集子程序流程图

返回 个位选通位否 十位选通位否 输入转换结果 开始 N 百位选通位否 Y 暂存，输入转换结果 N Y 合并，输入转换结果 N Y 合并，暂存

C．自重值显示程序。系统开机工作后，首先调用数据采集子程序，获得自重值，然

后分别将它们送到27H单元和28H单元。自重值显示程序是从27H单元和28H单元中提取百，十，个位值，再配上选通位后从数据总线输出。为了使人眼能看到连续一段时间内的自重值显示，程序中应使显示部分循环一定的次数，并将每一位的显示时间适当加长。图3-4是自重值显示程序的流程图。编程如下:

MOV 27H, 31H ；百位送27H单元 MOV 28H, 32H ；十、个位送28H单元

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MOV A, 27H

ANL A, #0FH ；提取百位值 MOV 11H, A ；存入11H单元 MOV A, 28H

ANL A, #0FH ； 提取十位值 SWAP A

MOV 12H, A MOV A, 28H

ANL A, #0FH MOV 13H, A MOV R0, #0FFH LOOP1：MOV A, 11H

ORL A, #20H MOVX @R1, A LCALL DS2 MOV A, 12H

ORL A, #40H MOVX @R1, A LCALL DS2 MOV A, 13H

ORL A, #80H MOVX @R1, A LCALL DS2 DJNZ R0, LOOP1

； 存入12H单元 ；提取个位值 ；存入13H单元 ； 设显示次数

；组合百位值和选通位 ；输出到显示器 ；延时 ；组合十位值和选通位 ；输出到显示器 ；延时 ；组合个位值和选通位 ；输出到显示器 ； 延时

； 显示次数到否

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分离百、十、个位 置循环次数 显示百位 调延时DS2 显示十位 调延时DS2 显示个位 调延时DS2 循环完否 N

Y 毛重 图3-4 自重值显示程序流程图

d.采集毛重程序。由于起重机或行车在吊起物体时存在一定的加速度，这势必

影响到传感器测得信号值的正确性。因此在这里当程序执行完自重测量和显示后，延时约0.5s后再进行毛重测量。同时采用两次采样，采样间隔为0.5s。如果相隔0.5s的两次采样值的高2位相等，则表明测量值没有受到加速度产生的“峰值”的影响，为正常值；否则放弃第一次采样，再进行一次采样与比较，直到两次采样值相等为止。图3-5为毛重采样程序流程图。根据流程图其编程如下：

OUT1： LCALL DS3 ；延时0.5s OUT2： LCALL IN1 ；调用采集子程序

MOV 23H, 31H ；将毛重（1）值送到23H，24H单元 MOV 24H, 32H

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LCALL DS3 ；延时0.5s

AAA： LCALL IN1 ；调用采集子程序

MOV 25H, 31H ；将毛重（2）值送到25H，26H MOV 26H, 32H

MOV A, 25H ；毛重（2）值的百位传送 CJNE A, 23H, BBB ；将毛重（2）值和毛重（1）值比较 AJMP CCC ；相等则转入下面程序

BBB： MOV 23H, 25H :不相等毛重（2）值送到23H，24H单元

MOV 24H, 26H

SJMP AAA ；重新采样

图3-5 采集毛重程序流程图

毛重（1）=毛重（2）否 毛重（2）值送到23H，24H单元 采集毛重（2） 存入23H，34H单元 采集毛重（1） 延时0.5s 延时0.5s

N Y 超重判断

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e. 判断是否报警或预警程序[22] 。在执行该程序之前，在中断服务程序中已将毛

重值减去自重值，并将物体实际重量的千位和百位存于21H单元，十位和各位存于

22H单元，该程序首先判断物体重量是否达到或或超过额定值的90%，如果达到或

超过这一限值，预警黄灯亮，并使音响电路发出鸣叫，其次判断物体的重量是否达到或超过额定值的105%，如果超过这一限值，报警红灯亮，并使音响电路发出报警声，数码管显示当前物体重量并不再变化，超载计数内容加1。图3-6为预警、报警程序流程图。

N 物重超过90%否 Y 报警 报警 物重超过105%否 超载计数单元加1

Y N 正常显示

图3-6 预警、报警程序流程图

CLR C ；清进位标志 MOV A, 21H ；是否超过90% CJNE A, 90%H, SUB1 ；高2位比较 MOV A, 22H

CJNE A, 90%L, SUB1 ；低2位比较

SUB0： CRL P3.0 ；预警

SJMP SUB2

SUB1： JNC SUB0 ；超过额定值90%否SJMP ADD1 ；向下执行显示程序

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SUB2： CRL C

MOV A, 21H ；是否超过105% CJNE A, 105%H, SUB5 ；高2位比较 MOV A, 22H

CJNE A, 105%L, SUB5 ；低2位比较

SUB3： MOV A, 20H ；超载、计数单元加1

INC A MOV 20H, A

SUB4： CRL P3.1 ；报警、断电

LCALL ADD2 ；调用显示子程序 SJMP SUB4 ；循环显示

SUB5： JNC SUB3

ADD1： LCALL ADD2 ；调用显示子程序

JNB P3.4, STEP ；显示超载计数单元内容否

HH： LJMP OUT2 ；循环采集 f.显示子程序。显示子程序类似于自重显示程序部分。程序如下： ADD2： MOV A, 21H ；显示子程序

ANL A, #0FH ；取百位

MOV 15H, A

MOV A, 22H ；取十位 ANL A, #0F0H SWAP A MOV 16H, A

MOV A, 22H ；取个位 ANL A, #0FH MOV 17H, A

MOV A, 15H ；显示百位 ORL A, #20H

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MOVX @R1, A LCALL DS2

MOV A, 16H ；显示十位 ORL A, #40H MOVX @R1, A LCALL DS2

MOV A, 17H ；显示个位 ORL A, #80H MOVX @R1, A LCALL DS2

RET ；返回主程序

g.超载计数单元值显示程序。主程序中通过访问P3.3口是否为“0”进入STEP[23]

[24]

中，该程序首先将十六进制数转换成使十进制数，再进行组合显示。采用循环显示

一段时间后返回主程序。程序流程图如图3-7所示。根据流程图编程如下:

显示 图3-7 超载计数单元值显示程序流程图

除以10取商得十位数 取余数为个位数 除以100取商得百位数 组合百、十、个位数 STEP： MOV A, 20H ；取超载计数单元内容

MOV B, #H ；设除数位100 DIV AB

MOV 19H, A ；取商为百位数 MOV A, B ；取余数继续除 MOV B, #0AH ；设除数位10

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DIV AB

MOV 1AH, A ；取商为十位数 MOV 1BH, B ；取余数为个位数 MOV R7, #0FFH ；置循环显示次数

SS： MOV A, 19H

ORL A, #20H ；组合百位显示码 MOVX @R1, A ；输出到显示器 LCALL DS2 ；延时 MOV A, 1BH

ORL A, #80H ；组合个位显示码 MOVX @R1, A ；输出到显示器 LCALL DS2 ；延时

DJNZ R7, SS ；循环显示次数到否 AJMP HH ；跳转执行

h.中断服务子程序INT0。由INT0发出中断请求，中断服务程序接着向定时器555的下触发端送一个低电平，并置PCON[25]（电源控制寄存器）的PD位（掉电

方式位）为“1”。程序流程图如图3-8所示。

返回 图3-8 中断服务子程序INT0流程图

保护现场 入口 置PCON的PD=1 置P3.7输出0

注：PD=1时，激活掉电工作方式。中断服务子程序用来实现掉电保护。根据流程图编程如下:

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INT0： PUSH ACC ；保护现场

PUSH PSW

MOV 87H, #02H ；置PCON的PD为“1” CLR P3.7

POP PSW ；恢复现场 POP ACC

RET1 ；中断返回

i.中断服务程序INT1。中断服务程序INT1通过十六进制减法及十进制调整实

现十进制数相减，来获得物体的实际重量。

由于传感器、放大器及A/D转换器存在一定的误差，当程序出现自重减自重为负值时，采取让显示器显示全0的办法进行处理。中断服务子程序INT1的程序流程图如图3-9所示[38]。

中断返回 图3-9 中断服务子程序INT1的程序流程图

十进制调整 百位 十进制调整 十位、个位减法 入口 保护现场 根据流程图编程如下:

INT1： PUSH ACC ；保护现场

PUSH PSW

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MOV PSW, #08H ；重置工作寄存器

JB P3.5, REL ；对P3.5判断是否对超载计数器清0 MOV 20H, #00H ；超载计数器清0

REL： MOV R3, #06H ；设置十进制调整值

DAA0：DAA1：DAA2：DAA3：DAA4： MOV R4, #60H ClR C MOV A, 24H MOV R0, 28H

SUBB A, R0 JNC DAA1 CLR C

JNB AC, DAA0 SUBB A, R3 SUBB A, R4

SETB C MOV 22H, A SJMP DAA3

JNB AC, DAA2 SUBB A, R3 MOV 22H, A MOV A, 23H

MOV R0, #0

SUBB A, R0 JC ADD0 JNB AC, DAA4 CLR AC

SUBB A, R3 MOV 21H, A

；对十位、个位作减法 ；需十进制调整否 ；:需十进制调整 ；对结果进行十进制调整

；恢复C为“1”

22H单元 ；需十进制调整否

；进行十进制调整

；判断结果为负否 ；需十进制调整否 ；进行十进制调整

；相减结果（百位）送23H单元

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；相减结果（十、个位）送 起重机超载电路设计

DDD： POP PSW ；恢复现场

POP ACC

RETI ；中断返回

ADD0： CLR A ；结果为负清0

ANL 15H, A ANL 16H, A ANL 17H, A ANL 18H, A ANL 21H, A ANL 22H, A SJMP DDD

以上程序中自重值存储在27H，28H单元；毛重值存储在23H，物体实重值存储在21H，22H单元。 延时子程序DS1、DS2、DS3

DS1： MOV R1, #0FFH DEC1： MOV R2, #0FFH

DJNZ R2, ﹩ DJNZ R1, DEC1 RET

DS2： MOV R1, #04H DEC2： MOV R2, #0FFH

DJNZ R2, ﹩ DJNZ R1, DEC2 RET

DS3： MOV R3, #04H DEC3: LCALL DS1

DJNZ R3, DEC3 RET

24H单元；28

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结 论

本课题的设计工作经过不懈的努力，目前基本告以段落，可得到如下结论： （1）系统的总体方案是可行的，正确的，设计的超载器基本实现了原定的功能要求，整个超载器运行稳定、使用方便，具有很强的抗干扰性，为设计化打下了基础。

（2）系统的硬件、软件和人机界面设计对通用性作了充分的考虑，系统只需要稍作修改就可以应用于汽车吊、履带吊以及轮胎吊，方便二次开发，节约成本。 （3）在进行硬件设计时，着重考虑的是精度问题和可靠性问题。由于本论文的课题针对的是大型的起重机设备，因此物重测量的精度是决定起重机整体精度的主要因素。模数转换器的选择注重较高的分辨率，本系统选择模数转换器ADC0809。

当然，起重机的设计是一个实践性很强的课题。要使其实用化，能够经受实际应用的严格考验，还要进行许多深入细致的工作，对超载器以及其它的起重机安全防范技术必然会有不断的新要求。

通过本文的工作，对起重机超载器的发展提出如下的几点展望： （1）功能会更加齐全，记录故障状态。

（2）为更便于用户使用，参数信息显示使用大屏幕显示，用图形方式直观表示起重机的运行状态，使用户可以十分方便的观看所进行的操作的结果，在出现故障时，系统自检出来之后，可以详细注明故障原因，意见解决方法。

（3）超载器作为起重机上最先进的机电装置，其功能不仅局限于超载安全监控，应该不断扩展，发展成为多方面、多功能的起重机工作状态的监控系统。还可以进一步结合先进的机械故障诊断理论和技术，对起重机工作时可能发生的机械故障做出先期预报。

（4）关注相关的电子、计算机、传感器等方面的发展，选择更先进的器件及电路方案，不断提高系统的硬件水平，促进整机的各项性能的提高。

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参 考 文 献

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致 谢

通过努力论文终于按期保质完成了，我首先向关心、帮助和指导过我的老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意!

在论文工作中，一直得到老师的亲切关怀和悉心指导。老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和敏捷的思维给我留下了铭心的印象，我将终生受用。

论文工作即将结束，回顾这几个月来的经历，面对现在的收获，我感到很高兴。毕竟在大学所学的知识得到了应用，得到了证实的机会。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!也深深地感谢我的家人给予我的全力支持!

2010年5月

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123456DD+5VU3LS1R1R21U15KΩ1.5KΩ2SEL2VDD8LM78053VSSOSC17R31OSC26270KΩD2VinVout3+5V4NCOUTSEL15SPEAKERDNGKD9561T1Q1IN4007C1C3C5D49013D1D62200uF0.1F2100uFC7D30.1FIN4007IN4007黄红TRANS1D5LED1LED2LED3LG3611BHLG3611BHLG3611BHIN40072+5VQ2bcpbbCd+5VQ3cpd+5VQ4cpd654321090129ag90129Ca9012dg9CCCCagU6A11111119VVdVd+5VC974LS05fefefepppabcdefgdabcdefgddC6.8uFRP1abcdefg10k*8CC13112345678123456781234567812345678R7R8R90.01uFRES2RES2RES28P2.5P2.63U4AU5U71262112IN-0msb2-1202P10P0039VCCR4LMV358272-2IN-12-3193P11P0138P12P02374282-4184P13P0336RES4IN-22-585P14C51P0435R10R12R612-6156P15P0534120Ω120ΩIN-32-7147P16P0633100KΩ2lsb2-8178P17P0732IN-4R1171321R53EOCIN-5C1112INT1P2022120Ω10KΩ25INT0P2123SW-PB4ADD-AIN-6ADD-B2415P2224S12356pF14T1P2325B5ADD-CIN-7Y1T0P2426P2.5S2ALE2212M31P2527P2.6BC12EA/VPP2628SW-PB16ref(-)ENABLE919P27R14R15START618X15.1K+5V12ref(+)CLOCK10C1506pFX25.1KADC0809VCC9RESETRXD10U9ACAP17TXD11+5V2R1316RDALE/P301RES2WRPSEN29374ALS02U9B54674ALS02VCC041U8AU8BA5QDD29QDSSD12ACLK3CLK11Title6QDC8QDCSizeNumberRevision74LS7474LS741VCC3B1Date:14-MFile:徐慧ay玲-2010Sheet of E:\\\\protel\\xuhuiling01.ddbDrawn By:123456 附 录1 起重机超载器主电路图

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附 录2 PCB图

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