基于应变式压力传感器的智能吊塔系统设计(附件)【字数：12272】
摘 要由于我国建筑行业的迅速发展，吊塔(塔式起重机)已经被广泛使用。但是却有许多安全隐患存在于其中，从而引发了许多事故。因此，对吊塔的安全监测尤为重要。论文以设计一个智能监测系统来有效避免吊塔安全事故的发生为根本出发点。首先提出了设计吊塔安全监测系统的现实意义，并且探讨了有关吊塔安全监测系统在国内外的研究状况以及提出本论文的主要工作。其次，根据本论文要完成的功能要求对系统中所涉及的一些关键技术和硬件设施进行比较筛选，从而提出一个相对完整的系统设计方案。最后，论文设计了以MSP430f169单片机为核心处理器，能够对由应变式压力传感器采集到的数据进行运算处理，处理后的数据可以交由LCD液晶显示模块显示并存储，还可以结合zigbee无线传输技术实现对数据的无线传输。该系统具备了越限报警的功能，能够有效预防吊塔安全事故的发生，减小事故发生率。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2吊塔安全监测国内外研究现状 2
1.2.1国外研究现状 2
1.2.2国内研究现状 3
1.3本论文主要工作与安排 4
1.3.1主要工作 4
1.3.2主要安排 4
第二章 系统总方案设计 5
2.1吊塔起升重量监测传感器的选择 5
2.2电阻应变式压力传感器 6
2.2.1电阻—应变效应 6
2.2.2电阻应变片基本结构 7
2.3 核心处理芯片的选择 8
2.4 数据显示器的选择 9
2.5 数据的无线传输 10
2.6 系统总方案设计的提出 11
第三章 系统硬件设计 12
3.1 电源电路硬件设计 12
3.2 数据采集电路硬件设计 12
3.3 LCD液晶显示电路硬件设计 14
3.4 报警电路硬件设计 15
3.5 Zigbee数据无线传输硬件设计 15
3.5.1系统的主节点硬件设计 16
3.5.2系统的从节点硬件设计 16
第四章 软件设计 18
4.1系统主程序流程图 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
8
4.2 软件设计相关程序 18
4.2.1 系统初始化 18
4.2.2 数据采集程序 20
4.2.3 LCD显示程序 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 25
第一章 绪论
随着科技的进步，我国进入了经济迅猛发展的黄金时期，人民日益增长的经济文化需求使得城市化进程不断向前推进，因此人们在对生活空间的利用上，越来越多的趋向于纵向发展，一座座高楼大厦像雨后春笋一般拔地而起。吊塔(即塔式起重机)便变得随处可见,可是怎样才能够安全的使用吊塔来进行高空作业呢？这个问题也愈加引起了人们的重视。
1.1引言
吊塔，即塔式起重机，具有施工强度大，操作简单方便，运转灵活高效等特点。作为现代建筑施工重要的机械设备，它能够减轻建筑工人们的劳动强度，减少施工过程中所需的人力，大大提高了施工效率，为建筑公司节省了大量的成本。但是由于它是在高空中调运货物，属于高空危险作业，因此存在着很大的危险性[1]。根据不完全统计，从2007年到2016年之间，各地对政府部门正式上报的在役吊塔安全事故就已达152例。
在役吊塔安全事故发生的类型主要有以下几类：吊物坠落砸人、机体倾覆、高处坠落、挤压碰撞等。下图11所示为我国2007年间至2016年间的152例吊塔安全事故按发生类型的饼状分布图[2]：
图11 20072016吊塔安全事故发生类型分布图
该饼状图中我们能看出，在各种塔吊安全事故中，比重较突出的是吊塔在起吊物品的过程中物体坠落而砸到工人，比例竟然高达56%。这主要是由于在吊塔进行起吊重物的过程中，建筑用材捆绑不恰当或者设备陈旧老化、疏于检修，使得吊塔的螺栓等部件出现松弛、掉落情况等引起的。
吊塔在使用的过程中经常会出现这样或者那样的问题，因此吊塔安全事故发生的原因也就多种多样了。所以我们要是对塔吊事故按照产生缘由的角度剖析问题时，就可以从如下几个方面入手，如饼状图12就统计出了从2007年至2016年的8年时间里塔吊发生安全事故的各种原因分析。
图12 20072016年吊塔安全事故原因分析
上图显示：2007年到2016年间，由于安全管理原因而导致事故发生率占比为56%，由于操作因素的比例为28%，而设备因素与环境因素分别占7%和5%。由此可见大多数吊塔安全事故的发生都是由于安全管理存在疏漏所导致的。所以在吊塔进行作业的过程中，能够拥有完善可靠的安全监测管理系统是非常重要的。
1.2吊塔安全监测国内外研究现状
进入新时代以后，飞速发展的经济带动了建筑行业的蓬勃发展，吊塔的广泛使用却带来了许多安全隐患。吊塔的安全使用问题也越来越多的得到世界各国的关注和重视，并且吊塔的安全监测系统的研发和制作也有了近几十年的历史。不管是国内还是国外都有专门的机构或者单位，在研制吊塔安全监测系统上都投入了大量的时间和金钱[3]。
1.2.1国外研究现状
信息技术、计算机技术以及自动化技术的迅猛发展使得世界各国对以微型计算机为核心的吊塔安全监测系统的研发趋之若鹜。国外吊塔监测技术发展较早的厂商。例如，德国著名的LIEBHERR(利勃海尔)、法国的POTAIN(波坦)、美国的CRANE(克瑞)公司等[4]。他们生产的吊塔性能好，安全性高、可靠性强，因此占据了大部分市场。所以他们的安全监测产品基本上能够代表国外安全监测保护系统最先进技术现状及发展趋势。
LIEBHERR(利勃海尔)公司是德国吊塔制作的巨头，具有50多余年的吊塔生产历史。该公司在最新生产的吊塔上安装了EMS(电子监控系统)，使得对吊塔的设计更加模块化。该系统通过超声波技术引导装置去抓取重物，对吊塔机身轨迹的测定利用编码轨系统来完成，利用测量索和角度发生器对重物的起升高度进行测量。运用当前先进的监测设备并结合LCD显示对吊塔运行中的各项参数进行图形化显示，进而反馈给吊塔操作人员，这就给吊塔操作人员提供了更加直观、详细的吊塔工作实时参数，以便他们更好的采取合理的安全措施。
法国POTAIN在新技术的应用方面不断创新。为了保证吊塔在运行过程中的安全，公司对吊塔参数监控的范围进行扩展。例如在他的MD系列吊塔中，配备了新的onboard计算机系统、对话控制系统以及微机辅助保养等系统。这样就能够使吊塔监控参数扩大到53种，并且能够对20多种常见故障进行易损件磨损程度进行采集，从而估算出吊塔的使用寿命并进行相关信息进行存储处理如果被监测的参数一旦超出范围，系统就会向操作人员发出灯光警示信号，并在显示器上直观的告诉操作人员超标项目，从而方便操作人员及时控制和检修[4]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2吊塔安全监测国内外研究现状 2
1.2.1国外研究现状 2
1.2.2国内研究现状 3
1.3本论文主要工作与安排 4
1.3.1主要工作 4
1.3.2主要安排 4
第二章 系统总方案设计 5
2.1吊塔起升重量监测传感器的选择 5
2.2电阻应变式压力传感器 6
2.2.1电阻—应变效应 6
2.2.2电阻应变片基本结构 7
2.3 核心处理芯片的选择 8
2.4 数据显示器的选择 9
2.5 数据的无线传输 10
2.6 系统总方案设计的提出 11
第三章 系统硬件设计 12
3.1 电源电路硬件设计 12
3.2 数据采集电路硬件设计 12
3.3 LCD液晶显示电路硬件设计 14
3.4 报警电路硬件设计 15
3.5 Zigbee数据无线传输硬件设计 15
3.5.1系统的主节点硬件设计 16
3.5.2系统的从节点硬件设计 16
第四章 软件设计 18
4.1系统主程序流程图 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
8
4.2 软件设计相关程序 18
4.2.1 系统初始化 18
4.2.2 数据采集程序 20
4.2.3 LCD显示程序 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 25
第一章 绪论
随着科技的进步，我国进入了经济迅猛发展的黄金时期，人民日益增长的经济文化需求使得城市化进程不断向前推进，因此人们在对生活空间的利用上，越来越多的趋向于纵向发展，一座座高楼大厦像雨后春笋一般拔地而起。吊塔(即塔式起重机)便变得随处可见,可是怎样才能够安全的使用吊塔来进行高空作业呢？这个问题也愈加引起了人们的重视。
1.1引言
吊塔，即塔式起重机，具有施工强度大，操作简单方便，运转灵活高效等特点。作为现代建筑施工重要的机械设备，它能够减轻建筑工人们的劳动强度，减少施工过程中所需的人力，大大提高了施工效率，为建筑公司节省了大量的成本。但是由于它是在高空中调运货物，属于高空危险作业，因此存在着很大的危险性[1]。根据不完全统计，从2007年到2016年之间，各地对政府部门正式上报的在役吊塔安全事故就已达152例。
在役吊塔安全事故发生的类型主要有以下几类：吊物坠落砸人、机体倾覆、高处坠落、挤压碰撞等。下图11所示为我国2007年间至2016年间的152例吊塔安全事故按发生类型的饼状分布图[2]：
图11 20072016吊塔安全事故发生类型分布图
该饼状图中我们能看出，在各种塔吊安全事故中，比重较突出的是吊塔在起吊物品的过程中物体坠落而砸到工人，比例竟然高达56%。这主要是由于在吊塔进行起吊重物的过程中，建筑用材捆绑不恰当或者设备陈旧老化、疏于检修，使得吊塔的螺栓等部件出现松弛、掉落情况等引起的。
吊塔在使用的过程中经常会出现这样或者那样的问题，因此吊塔安全事故发生的原因也就多种多样了。所以我们要是对塔吊事故按照产生缘由的角度剖析问题时，就可以从如下几个方面入手，如饼状图12就统计出了从2007年至2016年的8年时间里塔吊发生安全事故的各种原因分析。
图12 20072016年吊塔安全事故原因分析
上图显示：2007年到2016年间，由于安全管理原因而导致事故发生率占比为56%，由于操作因素的比例为28%，而设备因素与环境因素分别占7%和5%。由此可见大多数吊塔安全事故的发生都是由于安全管理存在疏漏所导致的。所以在吊塔进行作业的过程中，能够拥有完善可靠的安全监测管理系统是非常重要的。
1.2吊塔安全监测国内外研究现状
进入新时代以后，飞速发展的经济带动了建筑行业的蓬勃发展，吊塔的广泛使用却带来了许多安全隐患。吊塔的安全使用问题也越来越多的得到世界各国的关注和重视，并且吊塔的安全监测系统的研发和制作也有了近几十年的历史。不管是国内还是国外都有专门的机构或者单位，在研制吊塔安全监测系统上都投入了大量的时间和金钱[3]。
1.2.1国外研究现状
信息技术、计算机技术以及自动化技术的迅猛发展使得世界各国对以微型计算机为核心的吊塔安全监测系统的研发趋之若鹜。国外吊塔监测技术发展较早的厂商。例如，德国著名的LIEBHERR(利勃海尔)、法国的POTAIN(波坦)、美国的CRANE(克瑞)公司等[4]。他们生产的吊塔性能好，安全性高、可靠性强，因此占据了大部分市场。所以他们的安全监测产品基本上能够代表国外安全监测保护系统最先进技术现状及发展趋势。
LIEBHERR(利勃海尔)公司是德国吊塔制作的巨头，具有50多余年的吊塔生产历史。该公司在最新生产的吊塔上安装了EMS(电子监控系统)，使得对吊塔的设计更加模块化。该系统通过超声波技术引导装置去抓取重物，对吊塔机身轨迹的测定利用编码轨系统来完成，利用测量索和角度发生器对重物的起升高度进行测量。运用当前先进的监测设备并结合LCD显示对吊塔运行中的各项参数进行图形化显示，进而反馈给吊塔操作人员，这就给吊塔操作人员提供了更加直观、详细的吊塔工作实时参数，以便他们更好的采取合理的安全措施。
法国POTAIN在新技术的应用方面不断创新。为了保证吊塔在运行过程中的安全，公司对吊塔参数监控的范围进行扩展。例如在他的MD系列吊塔中，配备了新的onboard计算机系统、对话控制系统以及微机辅助保养等系统。这样就能够使吊塔监控参数扩大到53种，并且能够对20多种常见故障进行易损件磨损程度进行采集，从而估算出吊塔的使用寿命并进行相关信息进行存储处理如果被监测的参数一旦超出范围，系统就会向操作人员发出灯光警示信号，并在显示器上直观的告诉操作人员超标项目，从而方便操作人员及时控制和检修[4]。
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