黑匣子節(jié)點設計

橋式起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)需要檢測的運行參數較少 ，但是通訊接口需要較多?？偤涂紤]節(jié)點單片機選用 C8051F020。系統(tǒng)的電源模塊的電源輸入設計有外部交流 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 ，為減少電源超導線接線的安全隱患 ，橋式起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)首先利用 AC/DC 將 220 交流轉換為 +12 V 直流。

系統(tǒng)通過 SPI 對 SD 卡進行讀寫擦除操作 ，SPI 總線主要通過四根線進行數據傳輸 ：同步時鐘線 SCK、主入 / 從出數據線 MISO、主出 / 從入數據線 MOSI、從機片選擇線 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計。下面分別介紹。

1.1 電路設計

1）采集模塊電路設計。開關量采集模塊的電路的設計較為簡單 ，可以先根據光耦的驅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)共設計 12 路開關量采集通道 ，各通道用一個公共地。開關量采集電路

2）通訊接口電路設計。系統(tǒng)單片機集成了串行通訊接口 ，使用這些串行通訊接口和 RS485 接口驅動芯片就可以構成總線型通訊網絡 ，實現數據通訊 ，即完成系統(tǒng)設定的采集任務。RS485 通訊采用星型結構 ，這種結構具有接口簡單、靈活性好、價格低、易于控制等優(yōu)點 ，已經非常廣泛的在工控系統(tǒng)中使用。美國 TI 公司生產的 SN75LBC184 是一種 RS485 接口芯片?？梢耘c單片機里連接 ，把 TTL 信號轉化為 RS485 信號。應用該芯片完成電路圖

1.2 程序設計

系統(tǒng)單片機需要完成以下工作。1）讀取開關狀態(tài)并計時（第一路開關為橋機總電源按鈕 ，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據 ，分別計時。

3）把所得數據和時間按照統(tǒng)一格式發(fā)送到 SPI 接口 ，存入SD 卡 ，并上傳。本設計中系統(tǒng)需要查詢開關量 ，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 查詢實時時鐘數據 ，通過 SPI 把讀取數據存儲到 SD 卡中 ，通過串口 0，發(fā)送的 DTU模塊 ，完成一個工作周期。

橋式起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)終端設計

起重機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計主要是包括節(jié)點遠程參數設置、接收和處理終端發(fā)回的數據 ，數據庫設計、系統(tǒng)用戶界面設計、系統(tǒng)分析軟件設計等。

1.1 軟件功能模塊

1）用戶登錄分級管理。軟件實現用戶分級管理。A 類用戶具有修改用戶名、密碼、遠程修改參數、刪除歷史記錄等權限 ；B 類用戶具有遠程參數修改權限 ；C 類用戶只有查看權限。系統(tǒng)登陸界面

2）服務器數據接收。當該服務器接收到一個網絡數據包后，它首先判斷該數據包是終端（遠程主機）發(fā)來的數據包還是修改參數的數據包 ，如果兩者都不是 ，說明接收到了異常的數據包 ，那么將進行異常處理。如果是修改參數的數據包 ，那么接下來發(fā)送指令到終端（遠程主機）如果是終端（遠程主機）發(fā)來的數據包 ，數據超過了閥值將進行軟件和硬件報警然后將該數據存入數據庫 ; 如果沒有發(fā)生異常 ，那么除了正常顯示之外 ，

將直接進行數據的存儲工作。

3）數據庫設計。數據庫作為監(jiān)控系統(tǒng)的數據存儲部分 ，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開發(fā)數據庫。通常意義上的三層架構就是將整個業(yè)務應用劃分為 ：表現層（UI）、業(yè)務邏輯層（BLL）、數據訪問層（DAL）。區(qū)分層次的目的即為了“高內聚 ，低耦合”的思想。數據庫設計是從用戶對數據的需求出發(fā)、設計和實現數據庫的過程，既要滿足應用功能需求，又要具有良好的數據庫性能。數據庫模塊是監(jiān)控平臺軟件中的核心部分。該軟件模塊主要實現數據存儲、數據查詢、數據庫維護等功能。在該系統(tǒng)中數據存儲主要包括 ：①測點采集的各個參數的數據 ；②測點的基本信息 ；③監(jiān)測設備的報警信息 ；④測試節(jié)點的歷史數據等。

4）節(jié)點管理模塊。進入系統(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），可觀察左側節(jié)點顏色2）服務器數據接收。當該服務器接收到一個網絡數據包后，它首先判斷該數據包是終端（遠程主機）發(fā)來的數據包還是修改參數的數據包 ，如果兩者都不是 ，說明接收到了異常的數據包 ，那么將進行異常處理。如果是修改參數的數據包 ，那么接下來發(fā)送指令到終端（遠程主機）如果是終端（遠程主機）發(fā)來的數據包 ，數據超過了閥值將進行軟件和硬件報警然后將該數據存入數據庫 ; 如果沒有發(fā)生異常 ，那么除了正常顯示之外 ，將直接進行數據的存儲工作。

為了保障橋式起重機的安全操作 ，滿足安監(jiān)部門對設備管理的需求 ，本文研究橋式起重機械遠程安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將 GPRS 無線數傳技術、大容量數據的現場 / 遠程存儲技術等相結合 ，實現基于網絡的起重機械安全運行的監(jiān)測及現場 / 遠程“黑匣子”功能 ，可廣泛應用在橋式起重機械的長期監(jiān)測項目。