塔式吊车无线遥控装置的设计

2014-08-15孔艳梅徐万东

时代农机 2014年11期

孔艳梅，徐万东

（1.山东水利职业学院机电工程系，山东日照276826；2.山东五征集团，山东日照276826）

1 系统总体结构

本系统是一种无线遥控装置，主要由安装在吊车顶部操作室里的固定式控制器和手持式无线遥控器两部分组成。其中手持式无线遥控器可为多台（现设计最多为3台），根据需要每个操作员各持一台，可以在吊车周围或建筑物上适当的地方进行操作。固定式控制器在吊车控制室内，输出的各个节点连接到电机控制柜上，当收到遥控器的命令后，对电机进行相应的控制操作。控制线与原有的操作按钮和开关为并行连接，如不用无线控制器时，吊车仍可由司机手动操作。

固定式控制器安装在吊车控制室内，由交流220V电源供电，只要吊车电源有电，控制器就上电等待操作。手持式遥控器最多配三台，分别设定为“1号机”、“2号机”和“3号机”，除编号不同外，其余功能完全一样。

2 控制器总体设计

本系统是采用单片机设计控制，配合专用无线通讯模块实现遥控操作。

单片机采用ATMEL公司的AT89LV52芯片，该芯片是低电压、高性能CMOS的8位单片机，其输出指令与MCS-51兼容，工作电压范围为2.7～6V，8位数据总线，3个16位定时/计数器，8个中断源。

手持式无线遥控器主要由单片机、指示电路、键盘电路、通信控制电路及电源管理电路等组成。采用3.7V锂电池供电，由程序预设置遥控器的地址，开机后数码管显示的数字即为本机号。按下某一键后，单片机检测到按键信息，通过无线通讯电路发送出去，固定式控制器接收到信号后按约定好的协议进行相应的操作，同时伴有“嘀”的声音。

固定式控制器主要由单片机电路、输出状态指示电路、看门狗电路、继电器控制电路、通信控制电路和电源管理电路组成。

3 系统工作简述

无论是一台还是多台遥控器在上电后均不能直接对控制器进行控制，须经过一定的操作，得到控制器的授权后才能对控制器实现控制。任何状态下控制器只允许一台遥控器能对其控制，当需要改变遥控器控制时，遥控器之间需经过“控制权交接”操作。所以，工作过程可分为单机工作和多机工作两种状态。

当有两台或三台遥控器均需要控制时，则为多机工作状态。

根据上面所述，最先索要控制权的机号能够获得授权控制，当另外的遥控器也需要控制权，或者已获得控制权的遥控器需要让出控制权时，就需要遥控器间进行“控制权交接”操作。

4 硬件设计

包括手持式遥控器和固定式控制器的设计两部分。

手持式遥控器为操作人员遥控操作的部分，主要功能是通过按下不同的控制按键，使其发出命令，由固定式控制器接收并处理。为此，该部分设计主要包括微处理器、电源电路、键盘电路、显示电路和通信电路等部分。

选用ATMEL公司的产品AT89LV52，该芯片是低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8K字节的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256字节的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。AT89LV52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。AT89LV52可工作于2.7～6.0V电源。

手持式遥控器由于体积较小，因此采用锂电池供电，锂电池最大供电电压为4.2V，本系统选用MIC29302作为电源转换芯片，输出3.3V电压给微处理器和无线收发模块供电。

本系统采用独立式按键，每个按键开关均采用了上拉电阻，这是为了保证在按键断开时，各I/O口有确定的高电平。采用查询式方式进行编程，方法是：先逐位查询每条I/O接口线的输入状态，如某一条I/O接口线输入为低电平，则可确认该I/O接口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。

本系统显示电路包括数码管显示和指示灯显示：数码管驱动芯片选用了74HC164，74HC164为8位移位寄存器（串行输入，并行输出），指示灯显示代表当前遥控器的状态，采用发光二极管电路。

固定式控制器安装在吊车控制室内，与控制吊车电机的交流接触器相连接，实现吊车的控制操作。该部分设计主要包括微处理器、电源电路、复位电路、继电器驱动电路和通信电路等部分。固定式控制器选用的微处理器芯片为ATMEL公司的产品AT89C52。

本装置采用15V开关电源供电，经过7812和7805芯片降压后给继电器和微处理器、无线收发模块供电。

为了防止系统在执行过程中产生的“死机”、“程序跑飞”等现象，需要设计复位电路使其正常工作。采用CD4060分频计来产生复位脉冲。

本系统继电器选用946H-1C-12D欣大继电器，该继电器为UL安全认证；标准型和高感度型线圈；2A超小型继电器；线圈功耗200～360mW；动作功耗110mW～200mW。驱动芯片选用ULN2003。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成。

无线收发模块采用FC-201SP微功率无线数传模块。

5 系统软件设计

本监控系统软件设计采用C语言编程，主要分为两部分，即手持式无线遥控器的软件设计和固定式控制器的软件设计。

本系统采用无线通讯模块进行通讯，当按下手持式遥控器面板上的某一按键后，单片机检测到该按键信息，通过无线通讯电路发送出去，固定式控制器接收到信号后按约定好的协议进行相应的操作。通信协议采用自定义通信协议。

系统整体软件设计主要包括手持式无线遥控器的软件设计和固定式控制器的软件设计。

任取一台遥控器，点按键盘上的“开机”键，遥控器即上电工作，显示窗中的数码管显示本机号码（假如显示“1”号），但还不能对控制器进行控制操作，需要控制器授权。方法是点按一下“1号机”键（与显示的数字一致），则对应1号机的指示灯闪烁，表示在向控制器要控制权。如控制器允许，则闪烁的灯为常亮状态，表示该机可以对控制器进行控制操作了；如不允许，则闪烁灯灭，表示本机无权对控制器控制，或按任何键均不起作用。对单机控制时，控制器会立刻授权，不会拒绝的。遥控器取得控制权后即可进行控制操作，调用控制子程序，并且等待其它命令。

固定式控制器直接连接到控制吊车的交流接触器上，当无线通讯模块接收到遥控器发出的信号后传给单片机，单片机根据协议使相应的继电器动作，继电器上的节点连接到吊车上的电气控制开关，通过节点的闭合与断开实现吊车的各个动作。

固定式控制器上电后，首先将全部继电器关闭，等待手持式遥控器的索要控制权命令，当收到该命令后，根据自定义的协议回发同意命令，由遥控器接收后即可进行控制操作。然后，固定式控制器等待开启命令，当收到该命令后，回发确认命令，说明吊车已进入工作状态。这时就等待各个方向的操作了，比如收到前进命令后，单片机使控制前进的继电器吸合，进而控制吊车外部电路的交流接触器，实现吊车的前进操作。当收到停止命令后，控制继电器关闭，回到初始状态，必须由遥控器重新操作，才可进行控制。当长时间没有收到命令时，即遥控器长时间没有操作时，控制继电器同样关闭。

固定式控制器在收到手持式遥控器发来的命令后，首先根据自定义的协议判断命令的类型，如果是索要控制权或启停的命令，回发确认命令，如果是控制操作的命令，则控制相应的继电器吸合，然后继续等待命令。