專利名稱：起重機(jī)用智能液晶力矩限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于物理量的測(cè)量及控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及采用微機(jī)處理數(shù)據(jù)、液晶及指示燈多種方式顯示的起重機(jī)用的力矩限制器的設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。
起重機(jī)力矩限制器是國(guó)家強(qiáng)制要求安裝在起重機(jī)械上的安全保護(hù)裝置，傳統(tǒng)的力矩限制器是一套電子電路保護(hù)裝置，它在測(cè)量精度，可靠性，靈活性，通用性等方面都存在著不足之處現(xiàn)有較高檔次的力矩限制器，主要是將傳感器測(cè)得的信號(hào)送入計(jì)算機(jī)(一般采用單片機(jī))進(jìn)行處理，其結(jié)果由指示燈或發(fā)光二極管顯示，當(dāng)起重機(jī)工作接近正常工作的閾值時(shí)，由蜂鳴器報(bào)警。使操作人員及時(shí)處理達(dá)到安全工作的目的。這種力矩限制器屬于一種被動(dòng)的顯示、報(bào)警裝置，沒有人機(jī)對(duì)話及智能處理功能，另外，該裝置抗干擾能力、測(cè)量精度、可靠性都有待于提高，其顯示方式簡(jiǎn)單，清晰度低。
本實(shí)用新型的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計(jì)出一種起重機(jī)用智能液晶力矩限制器，使其具有人機(jī)對(duì)話，能主動(dòng)、被動(dòng)控制起重機(jī)工作，且有良好的顯示狀態(tài)，工作可靠，精度高，有較好的抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型提出一種起重機(jī)用智能液晶力矩限制器，包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元及數(shù)據(jù)顯示單元，其特征在于所說(shuō)的數(shù)據(jù)采集單元由分別安裝在起重機(jī)相應(yīng)部位的重力傳感器，角度傳感器和長(zhǎng)度傳感器以及與所說(shuō)的傳感器相連的壓頻轉(zhuǎn)換電路所組成，所說(shuō)的數(shù)據(jù)處理單元由單片機(jī)及其相應(yīng)的外圍電路以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)處理與控制程序，所說(shuō)的數(shù)據(jù)顯示單元由安裝在面板上的液晶屏顯示板及其驅(qū)動(dòng)電路所組成，還包括安裝在面板上的多個(gè)功能鍵及其控制電路以及控制輸出電路。
本實(shí)用新型還可包括與所說(shuō)的單片機(jī)相連的語(yǔ)音輸出電路。還包括與所說(shuō)的單片機(jī)相連的黑匣子電路。所說(shuō)的液晶屏顯示板還可包括多個(gè)指示燈及熒光屏。所說(shuō)的液晶屏背面放置相同大小的場(chǎng)致發(fā)光板；或者在所說(shuō)的液晶屏背面放置一塊全反射膜板，全反射膜板與液晶屏成一小夾角，其間夾入一契形透明有機(jī)玻璃，使液晶屏更清晰。
本實(shí)用新型還可在所說(shuō)的場(chǎng)致發(fā)光板或全反射膜板后面安裝一塊相同大小的高效發(fā)熱層及其控溫電路。或者在所說(shuō)的液晶顯示屏背面鍍一層透明電熱膜。使液晶屏在低溫環(huán)境下也能正常工作。
本實(shí)用新型有如下特點(diǎn)a、采用高性能單片微機(jī)和傳感器數(shù)字處理技術(shù)，提高了重量、臂長(zhǎng)、仰角等參數(shù)的檢測(cè)精度和抗干擾能力。
b、采用明亮色彩的液晶(LCD)大屏顯示或發(fā)光二極管(LED)、LCD，混合顯示，使數(shù)字和圖形兼?zhèn)洌纯蓽?zhǔn)確反映工作數(shù)量的具體數(shù)值，又可以圖形方式直觀顯示各量程的百分比值，特別是解決了LCD的背景光源問(wèn)題和低溫工作問(wèn)題。
c、具有良好的人機(jī)對(duì)話功能及緊急狀態(tài)下的自處理能力。
d、具有類似民航客機(jī)使用的“黑匣子”功能，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)能記錄起重機(jī)的工作狀況及時(shí)間，以便分析查找事故原因。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本實(shí)施例面板布局圖。
圖3為本實(shí)施例液晶屏顯示板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)施例液晶屏顯示板另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實(shí)施例傳感器輸入板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本實(shí)施例微處理器板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本實(shí)施例控制輸出板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本實(shí)施例鍵盤及指示燈板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為本實(shí)施例液晶驅(qū)動(dòng)顯示板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為本實(shí)施例語(yǔ)音輸出板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為本實(shí)施例黑匣子板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12為本實(shí)施例主程序流程圖。
圖13為本實(shí)施例中斷服務(wù)程序流程圖。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出一種起重機(jī)智能液晶力矩限制器實(shí)施例，現(xiàn)結(jié)合圖1～13詳細(xì)描述如下圖1為本實(shí)施例總結(jié)結(jié)構(gòu)框圖，本實(shí)施例由七個(gè)功能模板組成微處理器板、傳感器輸入板、控制輸出板、液晶驅(qū)動(dòng)及顯示板、鍵盤及指示燈板、語(yǔ)音輸出板(或稱人機(jī)對(duì)話板)、黑匣子板。在實(shí)際制作時(shí)，可以分別做七塊板，然后由接插件和電纜連接，也可以把其中幾塊模板做成一塊，這樣可減少互相間的連接。本實(shí)施例將液晶驅(qū)動(dòng)及顯示板、鍵盤及指示燈板、黑匣子板做在微處理器板上。上述各功能模板均安裝在一盒體內(nèi)，重量傳感器，臂長(zhǎng)傳感器和角度傳感器及輸出控制繼電器，通過(guò)電纜與盒體中的功能模板相連。三個(gè)傳感器，放置在起重機(jī)相應(yīng)機(jī)械部位上。
盒體的面板布置如圖2所示，面板的上方安裝一塊液晶顯示屏，它包括重指示1，百分比指示2，模擬指示3，報(bào)警指示4，還可根據(jù)需要設(shè)計(jì)顯示其他內(nèi)容。液晶屏下方及左方安裝一組指示燈(或發(fā)光二極管)5，分別顯示工作正常、異常、重量、仰角、長(zhǎng)度、工作半徑、高度方位角等顯示，面板右下方為4×4鍵盤6，各鍵位功能如圖所示。鍵盤用來(lái)接受人輸入的各種命令，面板上還有一語(yǔ)音報(bào)告孔7。
為解決液晶背景光源及低溫特性問(wèn)題，本實(shí)施例設(shè)計(jì)了兩種液晶顯示屏結(jié)構(gòu)，如圖3、4所示。圖3中液晶屏(LCD)31下面依次放置一塊與液晶屏相同大小的場(chǎng)致發(fā)光屏(EL)32，和高效發(fā)熱片(FWD)33，EL和FWD的厚度均在1mm左右，F(xiàn)WD連有一簡(jiǎn)單的溫控電路，為使液晶片具有良好的抗振性，采用斑馬條34與LCD片壓接的地方加墊硅橡膠條，實(shí)現(xiàn)外剛性接觸。斑馬條固定在電路板35上，電路板上開有數(shù)個(gè)散熱孔。圖4中，LCD屏41背面鍍有透明電熱膜42，其下面安裝一塊鍍有全反射膜的全反射板43，該反射板與LCD屏成3°～7°的小夾角，兩板之間嵌入一楔形透明有機(jī)玻璃板44。上述兩種結(jié)構(gòu)均較好地解決了液晶屏的背光問(wèn)題及低溫問(wèn)題，且成本較低。
以下詳細(xì)說(shuō)明各功能模板的功能及其構(gòu)成。
圖5為傳感器輸入板本實(shí)施例，采集的信號(hào)有三個(gè)重力、角度和長(zhǎng)度，分別由重力傳感器，角度傳感器和長(zhǎng)度傳感器測(cè)量，產(chǎn)生0～5V的模擬信號(hào)GA，θA和LA，這三個(gè)傳感器分別放置在易測(cè)取的機(jī)構(gòu)中，然后通過(guò)電纜線傳輸?shù)奖倔w盒內(nèi)的微處理器板上。為了提高測(cè)量的抗干擾能力，并不是直接傳輸0～5V的模擬信號(hào)，而是將之通過(guò)壓頻轉(zhuǎn)換電路(由LM131完成)變換成0～100KHz的頻率信號(hào)，分別為Gf，θf(wàn)，Lf，然后將這三個(gè)信號(hào)通過(guò)長(zhǎng)線傳送給微處理器板U18098，傳感器輸入板和微處理器板共地。
圖6為微處理器板微處理器板以Intel公司的高性能16位單片板8098為核心，擴(kuò)展了8K的程序存儲(chǔ)器(2764)和24根口線(8255)由集成芯片74LS373完成地址鎖存，74LS138完成地址譯碼。2764的地址為000H～1FFFH，8255的地址為PA口2000H；PB口2001H；PC口2002H。
8098單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、處理、控制、顯示等功能，是力矩限制器的核心。微處理器板和其它功能板的連接采用了三種方式一是直接與8098的高速輸入口連接；二是通過(guò)微處理器板上的接口芯片8255連接，三是直接通過(guò)數(shù)據(jù)、地址、控制總線連接。
輸入模板的三個(gè)頻率信號(hào)Gf，θf(wàn)，Lf直接輸入到8098的高速輸入口HIS1，HIS2，HIS3上，由高速輸入口完成對(duì)頻率信號(hào)的采集。
控制輸出板與8255的PC口相連，8098發(fā)出的控制信號(hào)，通過(guò)8255的PC口送達(dá)控制輸出板。鍵盤及指示燈板與8255的PA口，PB口相連，其中PA口為輸入口，監(jiān)視鍵盤上各鍵是否按下，PB口為輸出口，控制指示燈的“亮”和“滅”。液晶驅(qū)動(dòng)及顯示板，語(yǔ)音輸出板和黑匣子板則通過(guò)數(shù)據(jù)、地址、控制總線與微處理器板相連，它們各有自己相應(yīng)的地址。
圖7為控制輸出板微處理器發(fā)出的控制指令，通過(guò)U48255的PC0-PC3口線傳到本板，然后通過(guò)光電隔離器件TIL113傳遞到繼電器線圈，由繼電器觸點(diǎn)控制動(dòng)力源。繼電器觸點(diǎn)不常閉型，當(dāng)起動(dòng)力矩超過(guò)105％時(shí)，由微處理器發(fā)出指令，繼電器觸點(diǎn)斷開，以切斷起降控制電源，避免事故的發(fā)生。
圖8為鍵盤及指示燈板鍵盤采用4×4鍵盤。其狀態(tài)由U48255的PA口8根線檢測(cè)，以確定哪個(gè)鍵被壓下。由微處理器發(fā)出的指示燈控制由U48255的PB口傳送到本板，然后由75452驅(qū)動(dòng)電路，控制指示燈。亮”和“滅”。
圖9為液晶驅(qū)動(dòng)及顯示板液晶驅(qū)動(dòng)及顯示板由大規(guī)模集成芯片HD61602及51段×4的大屏幕液晶盒組成。它與微處理器板的連接采用數(shù)據(jù)、地址、控制總線連接，該板的地址為4000H-4FFFH。
HD61602是日立公司生產(chǎn)的大規(guī)模液晶驅(qū)動(dòng)電路，采用FP-80封裝形式，具有2.2V至5.5V較廣的電壓適應(yīng)范圍，最多可驅(qū)動(dòng)9段×17位。關(guān)于其詳細(xì)資料可參閱有關(guān)手冊(cè)。
大屏幕液晶盒是定做的51段×4的大屏幕液晶顯示，包括兩個(gè)5位顯示、單位顯示、時(shí)間、圖符顯示等。
圖10為語(yǔ)音輸出板，語(yǔ)音輸出板由接口電路8255，語(yǔ)音芯片YYH402，功放芯片LM386及2M位的存儲(chǔ)器27020組成。它與微處理器板的連接采用數(shù)據(jù)、地址總線形式。該板的地址為8000H-8003H。由接口電路8255控制語(yǔ)音芯片YYH402的工作狀態(tài)，并從語(yǔ)音存儲(chǔ)器27020中取出欲播出的內(nèi)容，由YYH402還原成聲音信號(hào)，通過(guò)功放電路LM386從喇叭中播出。
2M位的存儲(chǔ)器27020存儲(chǔ)了128K8bd的聲音信號(hào)，共分為16段，每段8K，每段播出時(shí)間為6秒左右。前8段存放故障報(bào)警和緊急情況揭示報(bào)警八向語(yǔ)音，后8段即64K存儲(chǔ)空間存放了報(bào)值用約20個(gè)語(yǔ)音特征字“1，2，3，4，5，6，7，8，9，0”，“點(diǎn)”、“噸”、“米”、“度”、“力矩”、“重量”、“角度”、“工作半徑”等，每個(gè)字約占0.5K空間。這樣語(yǔ)音報(bào)告分兩種形式一是故障，緊急情況報(bào)告，直接調(diào)用前64K的語(yǔ)句。二是報(bào)告當(dāng)前值，用后64K的特征字進(jìn)行組合，形成語(yǔ)句。
圖11為黑匣子板黑匣子板電路由一塊電可改寫的存儲(chǔ)器E2PROM2864完成，它與微處理器板的連接采用數(shù)據(jù)、地址、控制總線連接方式。地址空間為6000H-7FFFH。
E2PROM2864共8K單元，每次寫入黑匣子時(shí)，需用10個(gè)單元，前5個(gè)單元寫入力矩、角度、長(zhǎng)度值，第6～8單元記錄時(shí)間值，最后2個(gè)單元寫入下一次存放的首地址。第二次寫入首地址為第一次寫入后續(xù)未寫入的單元，當(dāng)8K單元全寫滿后，各單元恢復(fù)為FFH，然后從8K空間的第一個(gè)單元寫起，因?yàn)镋2PROM2864每個(gè)單元可改寫10000次，故一片2864記錄次數(shù)為800×10000＝8×106次，可滿足一般工程需要。
本實(shí)施例的控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采取了模塊化設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)了軟件的易維護(hù)性。整個(gè)系統(tǒng)軟件包括一個(gè)主程序，一個(gè)中斷服務(wù)程序和若干個(gè)子程序，同時(shí)在軟件設(shè)計(jì)中采取了冗余，“看門狗”等抗干擾設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)了軟件運(yùn)行的可靠性。
圖12為主程序流程框圖，其工作過(guò)程為開機(jī)后，首先完成微處理器各接口、緩沖區(qū)參數(shù)的初始化。然后調(diào)入系統(tǒng)自檢子程和傳感器自檢子程，在確定系統(tǒng)正常工作后，顯示“P”，表示成功。否則顯示故障點(diǎn)的代碼，這對(duì)可借助于鍵盤和顯示逐一查找。在系統(tǒng)能正常工作后，利用采集來(lái)的數(shù)據(jù)，計(jì)算力矩、角度和長(zhǎng)角值，這由三個(gè)子程序完成，并時(shí)刻監(jiān)視力矩的大小。多力矩＞90％額定力矩時(shí)，進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)告，當(dāng)力矩105％額定力矩時(shí)，進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)告，并提示操作人員正確的操作方法，如果隨后力矩仍然增大，則計(jì)算機(jī)接管操作人員的工作，切斷起升電源，避免出現(xiàn)更大的危險(xiǎn)。如果力矩比較小，不超過(guò)90％，則計(jì)算機(jī)一直處于循環(huán)監(jiān)測(cè)中。
二、中斷服務(wù)子程中斷服務(wù)子程為10ms定時(shí)中斷程序，每10ms到，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，采集力矩、角度、長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，然后掃描鍵盤，監(jiān)視是否有鍵被按下，如果有鍵被按下，在確定哪個(gè)鍵被按下后，去執(zhí)行相應(yīng)的鍵子程序，然后刷新顯示并返回。
整個(gè)系統(tǒng)軟件包括30多個(gè)子程序，包括系統(tǒng)自檢子程、傳感器自檢子程、力矩計(jì)算子程、角度計(jì)算子程、長(zhǎng)度計(jì)算子程、控制子程、十六個(gè)按鍵各自的鍵子程、浮點(diǎn)乘法子程等。
其中，系統(tǒng)自檢子程，主要檢驗(yàn)微處理器板上CPU，RAM，接口等主要芯片的好壞，通過(guò)寫入數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)比較的方法實(shí)現(xiàn)。傳感器自檢子程，則用來(lái)檢驗(yàn)三個(gè)傳感器是否能正常工作，控制子程則是發(fā)出控制指令，控制繼電器線圈，切斷起重機(jī)起升或下降回路的電源。
權(quán)利要求1.一種起重機(jī)用智能液晶力矩限制器，包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元及數(shù)據(jù)顯示單元，其特征在于所說(shuō)的數(shù)據(jù)采集單元由分別安裝在起重機(jī)相應(yīng)部位的重力傳感器，角度傳感器和長(zhǎng)度傳感器以及與所說(shuō)的傳感器相連的壓頻轉(zhuǎn)換電路所組成，所說(shuō)的數(shù)據(jù)處理單元由單片機(jī)及其相應(yīng)的外圍電路以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)處理與控制程序，所說(shuō)的數(shù)據(jù)顯示單元由安裝在面板上的液晶屏顯示板及其驅(qū)動(dòng)電路所組成，還包括安裝在面板上的多個(gè)功能鍵及其控制電路以及控制輸出電路。
2.如權(quán)利要求1所述的力矩限制器，其特征在于所說(shuō)的外圍電路包括與所說(shuō)的單片機(jī)相連的語(yǔ)音輸出電路。
3.如權(quán)利要求1所述的力矩限制器，其特征在于所說(shuō)的外圍電路包括與所說(shuō)的單片機(jī)相連的黑匣子電路。
4.如權(quán)利要求1所述的力矩限制器，其特征在于所說(shuō)的液晶屏顯示板包括與所說(shuō)的單片機(jī)相連的多個(gè)指示燈。
5.如權(quán)利要求1所說(shuō)的力矩限制器，其特征在于所說(shuō)的液晶顯示屏背面放置相同大小的場(chǎng)致發(fā)光板。
6.如權(quán)利要求1所說(shuō)的力矩限制器，其特征在于所說(shuō)的液晶顯示屏背面放置一塊全反射膜板，全反射膜板與液晶顯示屏成一小夾角，其間夾入一楔形透明有機(jī)玻璃。
7.如權(quán)利要求5或6所說(shuō)的力矩限制器，其特征在于所說(shuō)的場(chǎng)致發(fā)光板或全反射膜板后面安裝一塊相同大小的高效發(fā)熱層及其控溫電路。
8.如權(quán)利要求5或6所述的力矩限制器，其特征在于所說(shuō)的液晶顯示屏背面鍍一層透明電熱膜。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的力矩限制器，其特征在于所說(shuō)的數(shù)據(jù)處理單元包括16位8098單片機(jī)，擴(kuò)展的8K程序存儲(chǔ)器芯片2764、24根口線8255，地址鎖存集成芯片74LS373，地址譯碼集成芯片74LS138，所說(shuō)的激晶驅(qū)動(dòng)電路由大規(guī)模集成芯片HD61602構(gòu)成，它與單片機(jī)的數(shù)據(jù)地址控制總線相連接，所說(shuō)的鍵盤、指示燈控制電路由集成芯片75452構(gòu)成，它由所說(shuō)的8255的PA8根線相連，所說(shuō)鍵盤為4×4鍵盤，所說(shuō)的語(yǔ)音輸出電路由接口電路8255芯片，語(yǔ)音芯片YYH402，功放芯片LM386及2M位的存儲(chǔ)器27020組成，它與單片機(jī)的數(shù)據(jù)控制總線相連接，所說(shuō)的控制輸出電路由充電隔離器和繼電器構(gòu)成，光電隔離器通過(guò)所說(shuō)的24根口線與單片機(jī)相連，繼電器與動(dòng)力源相連，所說(shuō)的黑匣子電路由與單片機(jī)的數(shù)據(jù)、地址、控制總線相連的可改寫的存儲(chǔ)器E2PROM2864構(gòu)成。
專利摘要起重機(jī)用智能液晶力矩限制器涉及采用微機(jī)處理數(shù)據(jù)、液晶及指示燈多種方式顯示的起重機(jī)用的力矩限制器的設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。本裝置由七個(gè)功能模板組成，包括微處理器板、傳感器輸入板、控制輸出板、液晶驅(qū)動(dòng)及顯示板、鍵盤及指示燈板、語(yǔ)音輸出板和黑匣子板，各功能模板相互連接并均安裝在一盒體內(nèi)，三個(gè)傳感器及繼電器通過(guò)電纜與盒體相連。本裝置具有人機(jī)對(duì)話，良好的顯示效果、工作可靠、精度高、有較好的抗干擾能力等諸多優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B66C23/00GK2232430SQ9520057
公開日1996年8月7日 申請(qǐng)日期1995年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月20日
發(fā)明者呂東明 申請(qǐng)人:呂東明