黑匣子節(jié)點設(shè)計

橋式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)需要檢測的運行參數(shù)較少 ，但是通訊接口需要較多?？偤涂紤]節(jié)點單片機(jī)選用 C8051F020。系統(tǒng)的電源模塊的電源輸入設(shè)計有外部交流 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)點電路中最重要的是采集電路和通訊電路設(shè)計。下面分別介紹。

1.1 電路設(shè)計

1）采集模塊電路設(shè)計。開關(guān)量采集模塊的電路的設(shè)計較為簡單 ，可以先根據(jù)光耦的驅(qū)動電流確定輸入電阻的大小 ，然后選擇一個電容 ，使其與該輸入電阻構(gòu)成一個 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 12 路開關(guān)量采集通道 ，各通道用一個公共地。開關(guān)量采集電路

2）通訊接口電路設(shè)計。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、價格低、易于控制等優(yōu)點 ，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?？梢耘c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

系統(tǒng)單片機(jī)需要完成以下工作。1）讀取開關(guān)狀態(tài)并計時（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間 ，用來記錄工作時間。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) ，分別計時。

3）把所得數(shù)據(jù)和時間按照統(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 查詢實時時鐘數(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 ，完成一個工作周期。

橋式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)計

起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要是包括節(jié)點遠(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、系統(tǒng)用戶界面設(shè)計、系統(tǒng)分析軟件設(shè)計等。

1.1 軟件功能模塊

1）用戶登錄分級管理。軟件實現(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。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)計是從用戶對數(shù)據(jù)的需求出發(fā)、設(shè)計和實現(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測點采集的各個參數(shù)的數(shù)據(jù) ；②測點的基本信息 ；③監(jiān)測設(shè)備的報警信息 ；④測試節(jié)點的歷史數(shù)據(jù)等。

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

以查看各節(jié)點的在線情況（如圖 8 所示），可觀察左側(cè)節(jié)點顏色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 ，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的起重機(jī)械安全運行的監(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)測項目。