塔式吊車無線遙控裝置的設(shè)計(jì)

孔艷梅，徐萬東

（1.山東水利職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系，山東 日照276826；2.山東五征集團(tuán)，山東 日照276826）

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)是一種無線遙控裝置，主要由安裝在吊車頂部操作室里的固定式控制器和手持式無線遙控器兩部分組成。其中手持式無線遙控器可為多臺（現(xiàn)設(shè)計(jì)最多為3臺），根據(jù)需要每個操作員各持一臺，可以在吊車周圍或建筑物上適當(dāng)?shù)牡胤竭M(jìn)行操作。固定式控制器在吊車控制室內(nèi)，輸出的各個節(jié)點(diǎn)連接到電機(jī)控制柜上，當(dāng)收到遙控器的命令后，對電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。控制線與原有的操作按鈕和開關(guān)為并行連接，如不用無線控制器時(shí)，吊車仍可由司機(jī)手動操作。

固定式控制器安裝在吊車控制室內(nèi)，由交流220V電源供電，只要吊車電源有電，控制器就上電等待操作。手持式遙控器最多配三臺，分別設(shè)定為“1號機(jī)”、“2號機(jī)”和“3號機(jī)”，除編號不同外，其余功能完全一樣。

2 控制器總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是采用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制，配合專用無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)遙控操作。

單片機(jī)采用ATMEL公司的AT89LV52芯片，該芯片是低電壓、高性能CMOS的8位單片機(jī)，其輸出指令與MCS-51兼容，工作電壓范圍為2.7～6V，8位數(shù)據(jù)總線，3個16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，8個中斷源。

手持式無線遙控器主要由單片機(jī)、指示電路、鍵盤電路、通信控制電路及電源管理電路等組成。采用3.7V鋰電池供電，由程序預(yù)設(shè)置遙控器的地址，開機(jī)后數(shù)碼管顯示的數(shù)字即為本機(jī)號。按下某一鍵后，單片機(jī)檢測到按鍵信息，通過無線通訊電路發(fā)送出去，固定式控制器接收到信號后按約定好的協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的操作，同時(shí)伴有“嘀”的聲音。

固定式控制器主要由單片機(jī)電路、輸出狀態(tài)指示電路、看門狗電路、繼電器控制電路、通信控制電路和電源管理電路組成。

3 系統(tǒng)工作簡述

無論是一臺還是多臺遙控器在上電后均不能直接對控制器進(jìn)行控制，須經(jīng)過一定的操作，得到控制器的授權(quán)后才能對控制器實(shí)現(xiàn)控制。任何狀態(tài)下控制器只允許一臺遙控器能對其控制，當(dāng)需要改變遙控器控制時(shí)，遙控器之間需經(jīng)過“控制權(quán)交接”操作。所以，工作過程可分為單機(jī)工作和多機(jī)工作兩種狀態(tài)。

當(dāng)有兩臺或三臺遙控器均需要控制時(shí)，則為多機(jī)工作狀態(tài)。

根據(jù)上面所述，最先索要控制權(quán)的機(jī)號能夠獲得授權(quán)控制，當(dāng)另外的遙控器也需要控制權(quán)，或者已獲得控制權(quán)的遙控器需要讓出控制權(quán)時(shí)，就需要遙控器間進(jìn)行“控制權(quán)交接”操作。

4 硬件設(shè)計(jì)

包括手持式遙控器和固定式控制器的設(shè)計(jì)兩部分。

手持式遙控器為操作人員遙控操作的部分，主要功能是通過按下不同的控制按鍵，使其發(fā)出命令，由固定式控制器接收并處理。為此，該部分設(shè)計(jì)主要包括微處理器、電源電路、鍵盤電路、顯示電路和通信電路等部分。

選用ATMEL公司的產(chǎn)品AT89LV52，該芯片是低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大。AT89LV52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。AT89LV52可工作于2.7～6.0V電源。

手持式遙控器由于體積較小，因此采用鋰電池供電，鋰電池最大供電電壓為4.2V，本系統(tǒng)選用MIC29302作為電源轉(zhuǎn)換芯片，輸出3.3V電壓給微處理器和無線收發(fā)模塊供電。

本系統(tǒng)采用獨(dú)立式按鍵，每個按鍵開關(guān)均采用了上拉電阻，這是為了保證在按鍵斷開時(shí)，各I/O口有確定的高電平。采用查詢式方式進(jìn)行編程，方法是：先逐位查詢每條I/O接口線的輸入狀態(tài)，如某一條I/O接口線輸入為低電平，則可確認(rèn)該I/O接口線所對應(yīng)的按鍵已按下，然后，再轉(zhuǎn)向該鍵的功能處理程序。

本系統(tǒng)顯示電路包括數(shù)碼管顯示和指示燈顯示：數(shù)碼管驅(qū)動芯片選用了74HC164，74HC164為8位移位寄存器（串行輸入，并行輸出），指示燈顯示代表當(dāng)前遙控器的狀態(tài)，采用發(fā)光二極管電路。

固定式控制器安裝在吊車控制室內(nèi)，與控制吊車電機(jī)的交流接觸器相連接，實(shí)現(xiàn)吊車的控制操作。該部分設(shè)計(jì)主要包括微處理器、電源電路、復(fù)位電路、繼電器驅(qū)動電路和通信電路等部分。固定式控制器選用的微處理器芯片為ATMEL公司的產(chǎn)品AT89C52。

本裝置采用15V開關(guān)電源供電，經(jīng)過7812和7805芯片降壓后給繼電器和微處理器、無線收發(fā)模塊供電。

為了防止系統(tǒng)在執(zhí)行過程中產(chǎn)生的“死機(jī)”、“程序跑飛”等現(xiàn)象，需要設(shè)計(jì)復(fù)位電路使其正常工作。采用CD4060分頻計(jì)來產(chǎn)生復(fù)位脈沖。

本系統(tǒng)繼電器選用946H-1C-12D欣大繼電器，該繼電器為UL安全認(rèn)證；標(biāo)準(zhǔn)型和高感度型線圈；2A超小型繼電器；線圈功耗200～360mW；動作功耗110mW～200mW。驅(qū)動芯片選用ULN2003。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。

無線收發(fā)模塊采用FC-201SP微功率無線數(shù)傳模塊。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語言編程，主要分為兩部分，即手持式無線遙控器的軟件設(shè)計(jì)和固定式控制器的軟件設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)采用無線通訊模塊進(jìn)行通訊，當(dāng)按下手持式遙控器面板上的某一按鍵后，單片機(jī)檢測到該按鍵信息，通過無線通訊電路發(fā)送出去，固定式控制器接收到信號后按約定好的協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的操作。通信協(xié)議采用自定義通信協(xié)議。

系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)主要包括手持式無線遙控器的軟件設(shè)計(jì)和固定式控制器的軟件設(shè)計(jì)。

任取一臺遙控器，點(diǎn)按鍵盤上的“開機(jī)”鍵，遙控器即上電工作，顯示窗中的數(shù)碼管顯示本機(jī)號碼（假如顯示“1”號），但還不能對控制器進(jìn)行控制操作，需要控制器授權(quán)。方法是點(diǎn)按一下“1號機(jī)”鍵（與顯示的數(shù)字一致），則對應(yīng)1號機(jī)的指示燈閃爍，表示在向控制器要控制權(quán)。如控制器允許，則閃爍的燈為常亮狀態(tài)，表示該機(jī)可以對控制器進(jìn)行控制操作了；如不允許，則閃爍燈滅，表示本機(jī)無權(quán)對控制器控制，或按任何鍵均不起作用。對單機(jī)控制時(shí)，控制器會立刻授權(quán)，不會拒絕的。遙控器取得控制權(quán)后即可進(jìn)行控制操作，調(diào)用控制子程序，并且等待其它命令。

固定式控制器直接連接到控制吊車的交流接觸器上，當(dāng)無線通訊模塊接收到遙控器發(fā)出的信號后傳給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)協(xié)議使相應(yīng)的繼電器動作，繼電器上的節(jié)點(diǎn)連接到吊車上的電氣控制開關(guān)，通過節(jié)點(diǎn)的閉合與斷開實(shí)現(xiàn)吊車的各個動作。

固定式控制器上電后，首先將全部繼電器關(guān)閉，等待手持式遙控器的索要控制權(quán)命令，當(dāng)收到該命令后，根據(jù)自定義的協(xié)議回發(fā)同意命令，由遙控器接收后即可進(jìn)行控制操作。然后，固定式控制器等待開啟命令，當(dāng)收到該命令后，回發(fā)確認(rèn)命令，說明吊車已進(jìn)入工作狀態(tài)。這時(shí)就等待各個方向的操作了，比如收到前進(jìn)命令后，單片機(jī)使控制前進(jìn)的繼電器吸合，進(jìn)而控制吊車外部電路的交流接觸器，實(shí)現(xiàn)吊車的前進(jìn)操作。當(dāng)收到停止命令后，控制繼電器關(guān)閉，回到初始狀態(tài)，必須由遙控器重新操作，才可進(jìn)行控制。當(dāng)長時(shí)間沒有收到命令時(shí)，即遙控器長時(shí)間沒有操作時(shí)，控制繼電器同樣關(guān)閉。

固定式控制器在收到手持式遙控器發(fā)來的命令后，首先根據(jù)自定義的協(xié)議判斷命令的類型，如果是索要控制權(quán)或啟停的命令，回發(fā)確認(rèn)命令，如果是控制操作的命令，則控制相應(yīng)的繼電器吸合，然后繼續(xù)等待命令。

6 調(diào)試

塔式吊車無線遙控裝置是為方便吊車控制設(shè)計(jì)的，固定式控制器安裝在吊車控制室內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。本裝置的接入不改變原有任何線路。

安裝好本套系統(tǒng)之后：先給儀器送上電，依次按下開機(jī)鍵，本機(jī)機(jī)號鍵，獲得控制權(quán)后就可以在電工的配合下就可以進(jìn)行方向操作控制了。在按下按鍵的同時(shí)觀察固定式控制器上的繼電器指示燈以及吊車電機(jī)控制柜里交流接觸器的吸合情況，反復(fù)試驗(yàn)各個方向的控制，確保準(zhǔn)確無誤。

[1]王立新等.塔式遙控吊車[J].科協(xié)論壇,2009,（1）:30-31.

[2]趙健.全新實(shí)用電子電路叢書一實(shí)用聲光及無線電遙控電路300例[M].北京:中國電力出版社,2005.

[3]陳永甫.無線電遙控入門[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[4]王俊峰,薛鴻德.現(xiàn)代遙控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2005.