專利名稱：起重機用智能液晶力矩限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于物理量的測量及控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及采用微機處理數(shù)據(jù)、液晶及指示燈多種方式顯示的起重機用的力矩限制器的設(shè)計制造領(lǐng)域。
起重機力矩限制器是國家強制要求安裝在起重機械上的安全保護裝置，傳統(tǒng)的力矩限制器是一套電子電路保護裝置，它在測量精度，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，主要是將傳感器測得的信號送入計算機(一般采用單片機)進行處理，其結(jié)果由指示燈或發(fā)光二極管顯示，當起重機工作接近正常工作的閾值時，由蜂鳴器報警。使操作人員及時處理達到安全工作的目的。這種力矩限制器屬于一種被動的顯示、報警裝置，沒有人機對話及智能處理功能，另外，該裝置抗干擾能力、測量精度、可靠性都有待于提高，其顯示方式簡單，清晰度低。
本實用新型的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計出一種起重機用智能液晶力矩限制器，使其具有人機對話，能主動、被動控制起重機工作，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。
本實用新型提出一種起重機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，其特征在于所說的數(shù)據(jù)采集單元由分別安裝在起重機相應(yīng)部位的重力傳感器，角度傳感器和長度傳感器以及與所說的傳感器相連的壓頻轉(zhuǎn)換電路所組成，所說的數(shù)據(jù)處理單元由單片機及其相應(yīng)的外圍電路以及存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)處理與控制程序，所說的數(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)動電路所組成，還包括安裝在面板上的多個功能鍵及其控制電路以及控制輸出電路。
本實用新型還可包括與所說的單片機相連的語音輸出電路。還包括與所說的單片機相連的黑匣子電路。所說的液晶屏顯示板還可包括多個指示燈及熒光屏。所說的液晶屏背面放置相同大小的場致發(fā)光板；或者在所說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玻璃，使液晶屏更清晰。
本實用新型還可在所說的場致發(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?；蛘咴谒f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。
本實用新型有如下特點a、采用高性能單片微機和傳感器數(shù)字處理技術(shù)，提高了重量、臂長、仰角等參數(shù)的檢測精度和抗干擾能力。
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)?，即可準確反映工作數(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的背景光源問題和低溫工作問題。
c、具有良好的人機對話功能及緊急狀態(tài)下的自處理能力。
d、具有類似民航客機使用的“黑匣子”功能，當發(fā)生事故時能記錄起重機的工作狀況及時間，以便分析查找事故原因。
附圖簡要說明

圖1為本實用新型實施例總體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本實施例面板布局圖。
圖3為本實施例液晶屏顯示板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實施例液晶屏顯示板另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實施例傳感器輸入板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本實施例微處理器板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本實施例控制輸出板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本實施例鍵盤及指示燈板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為本實施例液晶驅(qū)動顯示板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為本實施例語音輸出板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11為本實施例黑匣子板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12為本實施例主程序流程圖。
圖13為本實施例中斷服務(wù)程序流程圖。
本實用新型設(shè)計出一種起重機智能液晶力矩限制器實施例，現(xiàn)結(jié)合圖1～13詳細描述如下圖1為本實施例總結(jié)結(jié)構(gòu)框圖，本實施例由七個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)動及顯示板、鍵盤及指示燈板、語音輸出板(或稱人機對話板)、黑匣子板。在實際制作時，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。本實施例將液晶驅(qū)動及顯示板、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，臂長傳感器和角度傳感器及輸出控制繼電器，通過電纜與盒體中的功能模板相連。三個傳感器，放置在起重機相應(yīng)機械部位上。
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，報警指示4，還可根據(jù)需要設(shè)計顯示其他內(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。鍵盤用來接受人輸入的各種命令，面板上還有一語音報告孔7。
為解決液晶背景光源及低溫特性問題，本實施例設(shè)計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題及低溫問題，且成本較低。
以下詳細說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施例，采集的信號有三個重力、角度和長度，分別由重力傳感器，角度傳感器和長度傳感器測量，產(chǎn)生0～5V的模擬信號GA，θA和LA，這三個傳感器分別放置在易測取的機構(gòu)中，然后通過電纜線傳輸?shù)奖倔w盒內(nèi)的微處理器板上。為了提高測量的抗干擾能力，并不是直接傳輸0～5V的模擬信號，而是將之通過壓頻轉(zhuǎn)換電路(由LM131完成)變換成0～100KHz的頻率信號，分別為Gf，θf，Lf，然后將這三個信號通過長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，擴展了8K的程序存儲器(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；二是通過微處理器板上的接口芯片8255連接，三是直接通過數(shù)據(jù)、地址、控制總線連接。
輸入模板的三個頻率信號Gf，θf，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頻率信號的采集。
控制輸出板與8255的PC口相連，8098發(fā)出的控制信號，通過8255的PC口送達控制輸出板。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)動及顯示板，語音輸出板和黑匣子板則通過數(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U48255的PC0-PC3口線傳到本板，然后通過光電隔離器件TIL113傳遞到繼電器線圈，由繼電器觸點控制動力源。繼電器觸點不常閉型，當起動力矩超過105％時，由微處理器發(fā)出指令，繼電器觸點斷開，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，以確定哪個鍵被壓下。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)動電路，控制指示燈。亮”和“滅”。
圖9為液晶驅(qū)動及顯示板液晶驅(qū)動及顯示板由大規(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9段×17位。關(guān)于其詳細資料可參閱有關(guān)手冊。
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5位顯示、單位顯示、時間、圖符顯示等。
圖10為語音輸出板，語音輸出板由接口電路8255，語音芯片YYH402，功放芯片LM386及2M位的存儲器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控制語音芯片YYH402的工作狀態(tài)，并從語音存儲器27020中取出欲播出的內(nèi)容，由YYH402還原成聲音信號，通過功放電路LM386從喇叭中播出。
2M位的存儲器27020存儲了128K8bd的聲音信號，共分為16段，每段8K，每段播出時間為6秒左右。前8段存放故障報警和緊急情況揭示報警八向語音，后8段即64K存儲空間存放了報值用約20個語音特征字“1，2，3，4，5，6，7，8，9，0”，“點”、“噸”、“米”、“度”、“力矩”、“重量”、“角度”、“工作半徑”等，每個字約占0.5K空間。這樣語音報告分兩種形式一是故障，緊急情況報告，直接調(diào)用前64K的語句。二是報告當前值，用后64K的特征字進行組合，形成語句。
圖11為黑匣子板黑匣子板電路由一塊電可改寫的存儲器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，需用10個單元，前5個單元寫入力矩、角度、長度值，第6～8單元記錄時間值，最后2個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空間的第一個單元寫起，因為E2PROM2864每個單元可改寫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。
本實施例的控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計采取了模塊化設(shè)計方法，增強了軟件的易維護性。整個系統(tǒng)軟件包括一個主程序，一個中斷服務(wù)程序和若干個子程序，同時在軟件設(shè)計中采取了冗余，“看門狗”等抗干擾設(shè)計方法，增強了軟件運行的可靠性。
圖12為主程序流程框圖，其工作過程為開機后，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。否則顯示故障點的代碼，這對可借助于鍵盤和顯示逐一查找。在系統(tǒng)能正常工作后，利用采集來的數(shù)據(jù)，計算力矩、角度和長角值，這由三個子程序完成，并時刻監(jiān)視力矩的大小。多力矩＞90％額定力矩時，進行語音報告，當力矩105％額定力矩時，進行語音報告，并提示操作人員正確的操作方法，如果隨后力矩仍然增大，則計算機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。如果力矩比較小，不超過90％，則計算機一直處于循環(huán)監(jiān)測中。
二、中斷服務(wù)子程中斷服務(wù)子程為10ms定時中斷程序，每10ms到，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，采集力矩、角度、長度數(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。
整個系統(tǒng)軟件包括30多個子程序，包括系統(tǒng)自檢子程、傳感器自檢子程、力矩計算子程、角度計算子程、長度計算子程、控制子程、十六個按鍵各自的鍵子程、浮點乘法子程等。
其中，系統(tǒng)自檢子程，主要檢驗微處理器板上CPU，RAM，接口等主要芯片的好壞，通過寫入數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)比較的方法實現(xiàn)。傳感器自檢子程，則用來檢驗三個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，切斷起重機起升或下降回路的電源。
權(quán)利要求1.一種起重機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，其特征在于所說的數(shù)據(jù)采集單元由分別安裝在起重機相應(yīng)部位的重力傳感器，角度傳感器和長度傳感器以及與所說的傳感器相連的壓頻轉(zhuǎn)換電路所組成，所說的數(shù)據(jù)處理單元由單片機及其相應(yīng)的外圍電路以及存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)處理與控制程序，所說的數(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)動電路所組成，還包括安裝在面板上的多個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，其特征在于所說的外圍電路包括與所說的單片機相連的語音輸出電路。
3.如權(quán)利要求1所述的力矩限制器，其特征在于所說的外圍電路包括與所說的單片機相連的黑匣子電路。
4.如權(quán)利要求1所述的力矩限制器，其特征在于所說的液晶屏顯示板包括與所說的單片機相連的多個指示燈。
5.如權(quán)利要求1所說的力矩限制器，其特征在于所說的液晶顯示屏背面放置相同大小的場致發(fā)光板。
6.如權(quán)利要求1所說的力矩限制器，其特征在于所說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玻璃。
7.如權(quán)利要求5或6所說的力矩限制器，其特征在于所說的場致發(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，其特征在于所說的數(shù)據(jù)處理單元包括16位8098單片機，擴展的8K程序存儲器芯片2764、24根口線8255，地址鎖存集成芯片74LS373，地址譯碼集成芯片74LS138，所說的激晶驅(qū)動電路由大規(guī)模集成芯片HD61602構(gòu)成，它與單片機的數(shù)據(jù)地址控制總線相連接，所說的鍵盤、指示燈控制電路由集成芯片75452構(gòu)成，它由所說的8255的PA8根線相連，所說鍵盤為4×4鍵盤，所說的語音輸出電路由接口電路8255芯片，語音芯片YYH402，功放芯片LM386及2M位的存儲器27020組成，它與單片機的數(shù)據(jù)控制總線相連接，所說的控制輸出電路由充電隔離器和繼電器構(gòu)成，光電隔離器通過所說的24根口線與單片機相連，繼電器與動力源相連，所說的黑匣子電路由與單片機的數(shù)據(jù)、地址、控制總線相連的可改寫的存儲器E2PROM2864構(gòu)成。
專利摘要起重機用智能液晶力矩限制器涉及采用微機處理數(shù)據(jù)、液晶及指示燈多種方式顯示的起重機用的力矩限制器的設(shè)計制造領(lǐng)域。本裝置由七個功能模板組成，包括微處理器板、傳感器輸入板、控制輸出板、液晶驅(qū)動及顯示板、鍵盤及指示燈板、語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)，三個傳感器及繼電器通過電纜與盒體相連。本裝置具有人機對話，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。
文檔編號B66C23/00GK2232430SQ9520057
公開日1996年8月7日 申請日期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 申請人:呂東明