基于51单片机的智能塔吊控制器设计毕业设计(编辑修改稿)

基于51单片机的智能塔吊控制器设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

VCC 电源电压 3 VOB 电机反转输出 4 GND 地 5 GND 地 6 VOA 电机正转输出 7 VCC 电源电源 8 INB 电机反转输入 逻辑功能 如表 ： 表 逻辑功能表 INA INB VOA VOB 直流电机 H L H L 正转 L H L H 反转 L L OPEN OPEN 停止 H H X X X A/D 模数转换芯片 ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种 8位分辨率、双通道 A/D转换芯片。 由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的分辨率。 学习并使用 ADC0832可是使我们了解 A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。 其特点： 8位分辨率；双通道 A/D转换； 输入输出电平与 TTL/CMOS相兼容； 5V电源提供供电输入电压在 0~5V之间；工作频率为 250KHZ，转换时间为 32us；一般功耗仅为15mW。 管脚顶视图 图 ： CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8 图 ADC0832 管脚顶视图 芯片接口说明 CS_ 片选使能，低电平使能。 CLK 芯片时钟输入 GND 芯片参考 0 电位（地）。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 D1 数据信号 输入，选择通道控制。 D0 数据信号输出，转换数据输出。 CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/使用。 CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/使用。 ADC0832 与单片机的接口电路 如图 ： MCS51CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8ADC0832VCC10KR?WR110KR?WR1VCCVCCGNDGND 图 接口图 正常情况下 ADC0832与单片机接口应为 4条数据线，分别是 CS， CLK， D0， D1。 但由于 D0端与 D1端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将 D0和 D1并联在一根数据上使用。 当 ADC0832未工作时其 CS输入端应为 高电平，此时芯片禁用。 D0/D1的电平可任意。 当要进行 A/D转换时，须先将 CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。 此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片使能端 CLK输入时钟脉冲， D0/D1端则使用 D1端输入通道功能选择的数据信号。 在第 1个脉冲的下沉之前 D1端必须是高电平，表示启始信号。 在第 3个脉冲下沉之前 D1端应输入 2位数据用于选择通道功能。 运放电路 LM324 LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。 与单元电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著特点 ，该运算放大器可以工作的低到 或者高达 32伏的电源下，静态电流大致为 MC1471的静态电流的五分之一，共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性，输出电压范围也包含负电源电压。 其特点如下： 1 短路保护输出； 2 真差动输入及； 3 低输入 偏置电流：最大为 100纳安； 4 单电源工作： 32伏； 5 每一封装四个放大器； 6 内部补偿； 7 共模范围扩展到负电源； 8 行业标准引脚输出； 9 在输入端的静电嵌位增加可靠性而不影响器件的工作。 第四章 硬件设计方案 数码 管显示设计 在设计该课题时，首先想到的是通过课题的设计能够显示出吊物的高度和吊物的重量，从而有效的设计可以从数码管上显示出塔吊所运行的状况。 在应用数码管进行显示时，首先需要考虑的问题是驱动电流，与发光二极管相同，数码管的发光段也需要串联限流电阻，以共阳极为例，串联的限流电阻阻值越大，电流越小，亮度越低；电阻值越小，电流越大，亮度越高。 在使用限流电阻时需要在每一段线上都串联限流电阻，而不要在公共端上串联电阻，如果在公共端上串联一个限流电阻，则在显示不同数字时，将会造成数码管的亮度不同。 用三极管控制共阳极数码管 是利用三极管的开关特性，比如用 pnp三极管的话，集电极接地，然后通过基极控制三极管的通断，当通过单片机给基极一个低电平时，发射极导通，集电极与发射极也之间也导通了，一般都是用三极管控制数码管的位选引脚。 简单地说就集电极和发射极相当于一个开关，基极是控制端，基极给高电平是，开关是断开基极给低电平时，开关合上。 设计图如图 ： 680R2680R3680R4680R5680R6680R7680R8680R91KR101KR11K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS1K1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS2Q18550abcdefgdpabcdefgdpabcdefgdpQ28550+5V+5V 图 数码管显示电路 压力传感器电路设计 由于力的大小无法直接读出观测到，需要通过一定的转换条件可以显示出要测得数据大小，通过压力传感器形变量的改变， 通过电压的输出可以有效地转换所得力的 大小。 压力传感器是将输入的机械应变 ε 转换为变化的变换元件。 电阻变换器的输入应变 ε =Δ L/L，即材料的长度相对变化量，它是一个无量纲的相对值。 通常 ε =106 为一个微应变。 电阻变 换器的输出量为电阻值的相对变化量Δ R/R。 电阻变换器有金属电阻变换器和半导体电阻变换器两种类型。 根据半导体材料的压阻效应：Δρ /ρ =ς π 且ρ =Eε 其中：ς是应力（ F/S)。 π 是压阻系数， π =(40~80)*1011m2/N,E是弹性变量， E=*1011N/m2,所以电阻的相对变化 为（Δ R/R）≈ π Eε 要测量其他物理量，如压力、力、加速等，就要先将应变片贴在相应的弹性元件上，这些物理量被转换为弹性元件的应变，再经应变片将应变转换为电阻输出量。 压阻式传感器的满量程输出信号为 70~350mV不等，其输出阻抗很高，这就要求放大电路也有很高的输入阻抗，不从传感器输出端吸收电流，以免破坏传感器的工作状态，这里介绍的是有芯片 LM324组成的运放电路。 LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。 与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。 该四放大器可以工作在低到 32伏的电源下，静态电流为 MC1741的静态电流的五分之一。 共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性 其工作特点 作： 3V~32V ：最大 100nA。 的功能。 经过 LM324 放大的约 0~5V 之间的电压信号经常 adc0832 的处理，把模拟信号转换为数字信号供单片机软件处理操作。 作为单通道 模拟信号输入时 ADC0832 的输入电压是 0~5V且 8 位分辨率时的电压精度为。 如果作为由 IN+与 IN输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。 但值得注意的是，在进行 IN+与 IN的输入时，如果 IN的电压大于 IN+的电压则转换后的数据结果始终为 00H。 通过前一级输出的电压信号，通过 ADC0832 转换成数字量，并且转换时间为 32uS，所以 A/D 转换频率可以很快，数据的读取以程序子程序的调用的形式出现，方便了程序的移植。 经过单片机软件程序的设计，把数据存储下来，为塔 吊高度显示提供必要的数据。 其设计图如图 所示： RdRaRcRbR110CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8U3ADC0832680R16680R1720KR18+5V+5V2311411U8LM324+5V 图 压力传感器电路 驱动直流电机电路设计 电机驱动电路首先要从编码器着手，本设计采用 对方向盘旋转角度的测量选用电编码器作为传感器，其输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用 360个脉冲 /圈，考虑到 电机 转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。 常用的光电编码器有 3相输出， A相、 B相和 Z相， AB两相一圈输出 N的脉冲， z相一圈输出一个脉冲， AB两相相位差 90， A超前则正转， B超前则反转。 鉴相电路用来分辨 A相超前还是 B相超前，即实现判断当前编码 器的旋转方向，我使用的方案是参考网络上的经典电路， 74LS00与非门， 74LS86异或门， 74LS379D触发器搭出来的电路。 当 编码器顺时针旋转时 ,A相信号在相位上超前 B 1/4周期。 经过 D触发器后， Q1为高电平， Q2为低电平， C1保持低电平。 相反之，当逆时针方向旋转时， C1将保持低电平， C2形成的计数脉 冲可作为双向计数器“ ”端的输入信号，从而完成对编码器输出脉冲的计数。 实际应用中可根据编码器每圈输出脉冲数来增减可逆计数的个数，如编码器分度为 1024脉冲 /转，另外，利用 A、 B信号相位相差 90度的特点在计数电路的前端增加倍频电路，可以提高编码器的测量精度。 经过 单片机的软件控制 ， 经过单片机芯片输出不同的高低电压信号来驱动 从而确定电机的运行状况。 通过 DJ1+和 DJ1电平高低情况来进行控制电机。 下面介绍一下有关电机驱动芯片 AE2501B管脚功能的介绍：其中 1脚控制电机正转输入信号， 8脚控制电机反转输入信号， 3脚控制电机反转输出， 6脚控制电机正转输出， 4和 5脚接地端， 2和7脚接电源端。 逻辑功能如下： (1)当 1脚（ INA）为高电平， 8脚（ INB）为低电平时，电机正转。 (2)当 1脚（ INA）为低电平， 8脚（ INB）为高电平时，电机反转。 (3)当 1脚（ INA） 为低电平， 8脚（ INB）为低电平时，电机停止。 （ 4）禁止是 1和 8脚同为高电平。 通过输入高低电平的不同，从而有效地控制电机的正反转，达到所预期的效果。 其设计总结电路图如图 ： 12P1bianmaqiCLR1CLK91D41Q21Q32D52Q72Q63D123Q103Q114D134Q154Q14U6SN74LS175123U7A74LS00456U7B74LS00CLR14UP5DWN4LD11CO12BO13A15QA3B1QB2C10QC6D9QD7U974LS193CLR14UP5DWN4LD11CO12BO13A15QA3B1QB2C10QC6D9QD7U1074LS193+5VD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1122334488776655U5AE2501bMG2MOTOR AC+5V30KR2330KR2247uFC7C6DJ1+ DJ1 图 电机驱动电路 闪光报警电路设计 闪光报警是最 简单，也是最常用的一种报警方式。 单片机应用系统中的闪光报警就是在控制指示灯的程序中加入定时程序，按一定的时间间隔来交替点亮与熄灭指示灯。 闪光报警在硬件连接上非常简单，通常可利用 AT89C5 1的 I／ 0口直接驱动发光二极管实现，如图 1所示。 该电路中发光二极管一般反向连接，其正端接 +5V，负端通过限流电阻与 YO口线相连。 限流电阻阻值的选择要同时考虑发光二极管的驱动电流及 I／O口线的负载能力，一般可 选择 330n或 ，则只需向相应的输出口输出低电平。 设计电路如图 ： R1D1U1AT89C51+5V 图 闪光报警电路 若 P1． 0 控制塔吊系统吊钩重量的超载报警。 结论 先说明程序设计，然后再总结一下设计心得。 塔吊监控的设计是否成功，关键贯彻两个方面。 软件和硬件的设计，软件是执行硬件的驱动着，某些功能的实现，通过硬件的。