起重机智能超载限制器的研制

论文摘要

电子技术在称重方面的应用,促进了称重技术向自动化、集成化、功能多样化和智能化方向发展。起初应用于起重机械（如桥式、门式等）的超载限制器大多是机械式的,因其体积大,结构较复杂,故现已被电子式的取代。人们对测量、控制精度及准确性要求越来越高的同时,在系统的性能及可靠性方面也提出了更高的要求。因此,在保证现有限制器功能的前提下,提高系统的集成性及可靠性,成为提高产品品质的关键。现有的超载限制器都是采用屏蔽电缆线将称重传感器采集的信号传输到后一级,然后再进行处理（如放大、A/D转换、单片机控制等）,这样会引起信号的衰减,降低整个系统的灵敏度；再者,在工业现场,由于环境因素和工作性质的影响,屏蔽电缆线易受到损坏,严重的情况下会失去传输信号的能力,又因屏蔽电缆线的安装特点,不宜去检测（或判断）故障源所在,这就给检测与维护带来了困难。本设计超载限制器采用短距离无线传输模块nRF24L01来替代屏蔽电缆线,克服了采用屏蔽电缆线易引起的问题。本文首先阐明了论文的研究背景和意义,然后分析了国内外超载限制器的研究现状,概述了本论文的主要研究内容和工作。论文针对提出的需求,设计了超载限制器的主、副钩称重传感器部分,分析了传感器的安装方案,保证了所采集信号的准确性,也为信号的后级处理奠定了基础。在第2章提出了两种设计方案,在确定方案的前提下,分别设计了超载限制器的发送端和接收端硬件电路,总体上采用模块化的设计思想。在发送端将称重传感器模块、放大电路模块、A/D转换模块、单片机（AT89S52）及外围电路模块、无线模块nRF24L01、电源模块等模块集成为一体（谓之功能集成传感器）。详细分析了各模块的设计；接收端也同样采用了AT89S52作为核心控制芯片,分析设计了继电器控制模块、电源模块、无线模块nRF24L01、声光报警模块,在扩展8255A的基础上设计了数码管显示模块。根据模块化的设计思想编译了软件系统的相应软件。无线通信系统的一个关键问题是防止同频段的其它设备的干扰,本设计基于nRF24L01的可选工作频道及很短的频道切换时间,采用跳频展频技术（FHSS, Frequency-Hopping Spread Spectrum）来解决由Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee等2.4G频段设备引入的无线传输干扰问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内产品现状
• 1.2.2 国外产品现状
• 1.3 论文的主要研究内容及结构
• 第2章 总体方案拟定
• 2.1 控制系统的技术指标
• 2.2 控制系统的功能要求
• 2.3 控制系统的方案设计
• 2.3.1 硬件部分设计
• 2.3.2 软件部分设计
• 第3章 称重传感器设计
• 3.1 称重传感器的设计原则
• 3.2 称重传感器设计的理论依据
• 3.2.1 传感器的静态特性
• 3.2.2 金属电阻的应变效应
• 3.2.3 局部刚度差原理
• 3.2.4 差动电桥原理
• 3.3 称重传感器的设计
• 3.3.1 设计要求
• 3.3.2 弹性元件材料的选择
• 3.3.3 应变片的选择及测量电路
• 3.3.4 称重传感器结构设计
• 3.3.5 称重传感器力学分析
• 3.3.6 确定弹性梁长度
• 3.3.7 强度和刚度校核
• 3.4 称重传感器的安装
• 第4章 控制系统硬件电路设计
• 4.1 硬件电路的设计原则
• 4.2 控制系统原理框图
• 4.3 发送部分硬件电路设计
• 4.3.1 测量放大电路
• 4.3.2 微处理器的选择
• 4.3.3 模/数转换电路
• 4.4 接收部分硬件电路设计
• 4.4.1 继电器控制电路
• 4.4.2 键盘接口电路
• 4.4.3 I/O扩展接口电路
• 4.4.4 数码管接口电路
• 4.4.5 声光报警接口电路
• 4.5 无线通信硬件电路设计
• 4.6 电源设计
• 第5章 控制系统软件设计
• 5.1 控制系统软件设计原则
• 5.2 系统软件设计
• 5.2.1 发送部分程序设计
• 5.2.2 接收部分程序设计
• 5.2.3 跳频抗干扰
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文