黑匣子節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

橋式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)需要檢測的運(yùn)行參數(shù)較少 ，但是通訊接口需要較多。總和考慮節(jié)點(diǎn)單片機(jī)選用 C8051F020。系統(tǒng)的電源模塊的電源輸入設(shè)計(jì)有外部交流 220 V 供電和直流 +12 V 供電兩種模式。長期監(jiān)測需要采用外部供電模式 ，為減少電源超導(dǎo)線接線的安全隱患 ，橋式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)首先利用 AC/DC 將 220 交流轉(zhuǎn)換為 +12 V 直流。

系統(tǒng)通過 SPI 對 SD 卡進(jìn)行讀寫擦除操作 ，SPI 總線主要通過四根線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ：同步時(shí)鐘線 SCK、主入 / 從出數(shù)據(jù)線 MISO、主出 / 從入數(shù)據(jù)線 MOSI、從機(jī)片選擇線 CS（低電平有效）。黑匣子節(jié)點(diǎn)電路中最重要的是采集電路和通訊電路設(shè)計(jì)。下面分別介紹。

1.1 電路設(shè)計(jì)

1）采集模塊電路設(shè)計(jì)。開關(guān)量采集模塊的電路的設(shè)計(jì)較為簡單 ，可以先根據(jù)光耦的驅(qū)動電流確定輸入電阻的大小 ，然后選擇一個(gè)電容 ，使其與該輸入電阻構(gòu)成一個(gè) RC 濾波回路 ，再過濾通道上的毛刺干擾即可。系統(tǒng)共設(shè)計(jì) 12 路開關(guān)量采集通道 ，各通道用一個(gè)公共地。開關(guān)量采集電路

2）通訊接口電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)單片機(jī)集成了串行通訊接口 ，使用這些串行通訊接口和 RS485 接口驅(qū)動芯片就可以構(gòu)成總線型通訊網(wǎng)絡(luò) ，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊 ，即完成系統(tǒng)設(shè)定的采集任務(wù)。RS485 通訊采用星型結(jié)構(gòu) ，這種結(jié)構(gòu)具有接口簡單、靈活性好、價(jià)格低、易于控制等優(yōu)點(diǎn) ，已經(jīng)非常廣泛的在工控系統(tǒng)中使用。美國 TI 公司生產(chǎn)的 SN75LBC184 是一種 RS485 接口芯片。可以與單片機(jī)里連接 ，把 TTL 信號轉(zhuǎn)化為 RS485 信號。應(yīng)用該芯片完成電路圖

1.2 程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)單片機(jī)需要完成以下工作。1）讀取開關(guān)狀態(tài)并計(jì)時(shí)（第一路開關(guān)為橋機(jī)總電源按鈕 ，上電與斷電后分別記錄時(shí)間 ，用來記錄工作時(shí)間。其他開關(guān)量只在變化后存儲上傳）。

2）分別向各 RS485 接口發(fā)送查詢命令 ，并接受各模塊采集的數(shù)據(jù) ，分別計(jì)時(shí)。

3）把所得數(shù)據(jù)和時(shí)間按照統(tǒng)一格式發(fā)送到 SPI 接口 ，存入SD 卡 ，并上傳。本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)需要查詢開關(guān)量 ，通過 RS485 總線查詢起重量、起升高度、同一軌道兩車間距 ，通過 IC 查詢實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù) ，通過 SPI 把讀取數(shù)據(jù)存儲到 SD 卡中 ，通過串口 0，發(fā)送的 DTU模塊 ，完成一個(gè)工作周期。

橋式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)計(jì)

起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是包括節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置、接收和處理終端發(fā)回的數(shù)據(jù) ，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、系統(tǒng)用戶界面設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析軟件設(shè)計(jì)等。

1.1 軟件功能模塊

1）用戶登錄分級管理。軟件實(shí)現(xiàn)用戶分級管理。A 類用戶具有修改用戶名、密碼、遠(yuǎn)程修改參數(shù)、刪除歷史記錄等權(quán)限 ；B 類用戶具有遠(yuǎn)程參數(shù)修改權(quán)限 ；C 類用戶只有查看權(quán)限。系統(tǒng)登陸界面

2）服務(wù)器數(shù)據(jù)接收。當(dāng)該服務(wù)器接收到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包后，它首先判斷該數(shù)據(jù)包是終端（遠(yuǎn)程主機(jī)）發(fā)來的數(shù)據(jù)包還是修改參數(shù)的數(shù)據(jù)包 ，如果兩者都不是 ，說明接收到了異常的數(shù)據(jù)包 ，那么將進(jìn)行異常處理。如果是修改參數(shù)的數(shù)據(jù)包 ，那么接下來發(fā)送指令到終端（遠(yuǎn)程主機(jī)）如果是終端（遠(yuǎn)程主機(jī)）發(fā)來的數(shù)據(jù)包 ，數(shù)據(jù)超過了閥值將進(jìn)行軟件和硬件報(bào)警然后將該數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫 ; 如果沒有發(fā)生異常 ，那么除了正常顯示之外 ，

將直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲工作。

3）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫作為監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲部分 ，它的性能直接影響到整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的性能 ，本系統(tǒng)采用工廠模式三層架構(gòu)開發(fā)數(shù)據(jù)庫。通常意義上的三層架構(gòu)就是將整個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為 ：表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）、數(shù)據(jù)訪問層（DAL）。區(qū)分層次的目的即為了“高內(nèi)聚 ，低耦合”的思想。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是從用戶對數(shù)據(jù)的需求出發(fā)、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的過程，既要滿足應(yīng)用功能需求，又要具有良好的數(shù)據(jù)庫性能。數(shù)據(jù)庫模塊是監(jiān)控平臺軟件中的核心部分。該軟件模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)庫維護(hù)等功能。在該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲主要包括 ：①測點(diǎn)采集的各個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù) ；②測點(diǎn)的基本信息 ；③監(jiān)測設(shè)備的報(bào)警信息 ；④測試節(jié)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)等。

4）節(jié)點(diǎn)管理模塊。進(jìn)入系統(tǒng)之后 ，在終端管理主界面上可

以查看各節(jié)點(diǎn)的在線情況（如圖 8 所示），可觀察左側(cè)節(jié)點(diǎn)顏色2）服務(wù)器數(shù)據(jù)接收。當(dāng)該服務(wù)器接收到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包后，它首先判斷該數(shù)據(jù)包是終端（遠(yuǎn)程主機(jī)）發(fā)來的數(shù)據(jù)包還是修改參數(shù)的數(shù)據(jù)包 ，如果兩者都不是 ，說明接收到了異常的數(shù)據(jù)包 ，那么將進(jìn)行異常處理。如果是修改參數(shù)的數(shù)據(jù)包 ，那么接下來發(fā)送指令到終端（遠(yuǎn)程主機(jī)）如果是終端（遠(yuǎn)程主機(jī)）發(fā)來的數(shù)據(jù)包 ，數(shù)據(jù)超過了閥值將進(jìn)行軟件和硬件報(bào)警然后將該數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫 ; 如果沒有發(fā)生異常 ，那么除了正常顯示之外 ，將直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲工作。

為了保障橋式起重機(jī)的安全操作 ，滿足安監(jiān)部門對設(shè)備管理的需求 ，本文研究橋式起重機(jī)械遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將 GPRS 無線數(shù)傳技術(shù)、大容量數(shù)據(jù)的現(xiàn)場 / 遠(yuǎn)程存儲技術(shù)等相結(jié)合 ，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的起重機(jī)械安全運(yùn)行的監(jiān)測及現(xiàn)場 / 遠(yuǎn)程“黑匣子”功能 ，可廣泛應(yīng)用在橋式起重機(jī)械的長期監(jiān)測項(xiàng)目。