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自动记录式起重机力矩限制器的研制
[正文]:摘 要：介绍了一种基于单片机系统的起重机“黑匣子”设计方法。
详细阐述了“黑匣子”软硬件设计方法及其基于vb6.0的上位机通讯软件的设计方法，并解决了软件设计中容易遇到的问题。
关键字：黑匣子，力矩限制器，串行通讯，上位机abstract: the paper introduces a design of a crane black box which based on singlechip system. and it expounds the design of the black box’s software and hardware , and the host computer communication soft based on vb6.0, besides the problems when we design the software usually meet have been solved. key words: black box, moment limiter, serial communication, host computer0.引言“黑匣子”是飞机专用的电子记录设备之一，即航空飞行记录器。
它能够把飞行相关技术数据和状态信息等记录下来，必要时取出来，供实验、事故分析用。
如今，“黑匣子”已经成功“着陆”，被更多的民用交通工具使用，比如汽车黑匣子、机车黑匣子、船舶黑匣子等。
“黑匣子”技术在起重机上也大有作为。
自动记录式力矩限制器能够自动记录起重机非正常状态和某些参数，在功能和结构上，都与传统的“黑匣子”相似，亦可称为起重机“黑匣子”，主要功能有：（1）分析故障：起重机调试和维护中，可以利用其记录的故障数据，帮助分析调试时的状态和维修重点。
（2）超载记录：自动记录超载相应信息，便于车主或主管部门翻查分析。
（3）状态监视：“黑匣子”与安全警告装置联系紧密，发生故障或超载的时候，向操作人员报警。
（4）修改参数：将起重机一些参数存储到“黑匣子”里，通过通讯手段就可以方便的进行修改，使得力限器能够适应不同的起重机的要求。
1.硬件设计起重机“黑匣子”除具有传统的事后事故分析功能外，还能在发生故障和超载的时候，利用液晶字段显示、指示灯和蜂鸣器等一些声光手段提醒操作人员采取相应的措施。
此外还采用了一系列防潮、防水、防腐蚀、抗干扰、抗撞击的技术，比如采用铁质外壳来屏蔽系统，使用防水隔潮橡胶圈等。
1.1 芯片的选择片外存储芯片选用at28c64b，它具有8k寻址空间，软硬件数据保护措施，写入的同时自动擦除，写入周期短（10ms），掉电数据不丢失，断电后数据保存10年，功耗低，而且它不需要其他部件、能够像普通的静态ram那样进行读写操作。
时钟芯片选用ds1302串行实时时钟，它可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数，功耗低。
串行通讯芯片选用maxim公司的max232cpa，其功耗低，波特率高，使用普遍，与pc机通讯很方便。
单片机采用winbod公司的w78e58，52系列单片机，32k片内eprom，256字节片内ram，64k片外寻址空间，1个全双工串口。
1.2 工作原理


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系统框图如图一所示。
单片机将采集到的传感器信号代入计算程序进行分析处理，根据键盘扫描信号所决定的显示对象，将处理后要显示的数据传输过去。
如果在工作中出现故障或超载，单片机会将当时的时间、相关起重数据和状态等信息存放到at28c64b的固定地址中，完成“黑匣子”的数据采集工作。
需要向上位机（如笔记本电脑）传输故障区数据、超载数据以及更改起重机某些参数的时候，需要从at28c64b中读取出相应的数据，利用max232cpa按字节发送到上位机上，完成数据通讯工作。
这些参数变量要代入力矩计算公式进行计算的，它们的改变将直接影响力限器的计算结果。
力矩计算公式具有一定的代表性和适用性，实际上改变参数的值意味着满足不同起重机对力限器的要求。
1.3 at28c64的存储方法“黑匣子”记录的数据存储到eeprom需要统筹规划，不仅考虑寻址方便，而且尽量压缩空间的使用便于今后扩展，这三种记录的数据按类型分片管理。
起重机参数变量分成两种：单字节数据，如工况，调零调满值等；双字节数据，如基本臂臂长，二节臂臂长等。
故障分为10种，分别放在10个故障区，每区占用250个字节。
超载区最多存放100条超载记录，每条包括超载发生的相关时间信息、峰值、当时的工况、幅度等，根据这些参数就能知道超载发生时起重机的状况，这是起重机“黑匣子”的主要功能。
涉及到记录浮点数的，一律将其转变为整数进行存储。
上位机接收后，再把它们转换回相应的浮点数进行处理和显示。
这样不仅节省了空间，而且便于上位机处理。
2.软件设计2.1串行通讯原理简介串行通讯分为同步和异步两种模式，异步使用较多。
串行通讯双方只有遵守一定的通信规则才能正常工作，该规则就是通信端口的初始化，包括设置数据传输速度、发送单位、起始位或停止位以及校验码。
2.2 串行通讯的步骤

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单片机上电自检后，液晶屏上会出现“————”，表示当前处于串行通讯状态。
如果此时接收到握手信号，系统将处于串行通讯状态并向上位机发送反馈信号，否则进入正常工作状态。
进入串行通讯状态，单片机会按上位机发出的指令与其进行通讯。
通讯流程图见图二所示。
指令分为两大类：松手指令和正常通讯指令。
松手指令双方可以相互约定不易混淆的代码充当。
正常通讯指令由三部分组成的：指令代码（读/写）、操作对象地址、操作对象数量范围，以此指导单片机寻址、操作。
指令设定八位一个字节，作为最小的通讯单位，单片机一次最多发送256个字节（单片机本身所限）。
指令代码的设置应具有一定的安全性，稳定性，可靠性。
3.上位机软件3.1 vb6.0串行通讯控件及其界面简介起重机“黑匣子”如实地将起重机非正常状态记录下来以后，还需要在上位机上通过专用软件再现出来才算完成完整的功能。
系统利用vb6.0有效地完成我们完成串行通讯的任务。
vb6.0自带的mscomm控件提供了事件响应功能开发串行通讯工程，另外还可以利用定时器或是do…loop，以轮询来达到自动化的目的。
为了节省系统资源，上位机对串行数据的读取采用事件触发方式。
接收缓冲区接收到数据便会触发oncomm事件，根据commevent属性值的当时值，建立一个事件驱动的通讯程序进行处理。

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上位机通讯软件界面如图三所示。
该界面能够完成多种功能。
开始运行时，软件按选择的端口不断发出握手信号，直到接收到单片机正确的反馈信号。
这时便处于连通状态，可进行多种操作：选择故障区并读取和保存、读取超载区并保存、选择读或写起重机参数变量、松手退出等。
写入参数时，会有提示框弹出防止误操作，输入数据超过指定范围，软件拒绝写入。
3.2 上位机软件内部处理上位机从单片机得到的是二进制代码，但是显示的对象有单、双字节之分，这就要将其转变成相应的10进制数据。
单字节数据转变为10进制数据相对简单，调用vb6.0相应函数即可。
双字节数据需要两个字节连在一起转换，涉及到数据正负的问题：转换后的数据最高位是1的话，vb6.0认为是符号位，自动将其变成负数。
遇到这种情况，只要将最高位的1以0代替，将得出的10进制数加上32768就能解决。
时间数据按单字节数据的转换、显示方法处理。
5．结论随着“黑匣子”技术的民用化的普及，起重机安装“黑匣子”已是大势所趋。
文章基于单片机系统开发出一种适应范围广泛的起重机“黑匣子”,并已完成现场调试。
实践证明，起重机“黑匣子”具有反应灵敏、操作方便、性能稳定、成本低廉，深受客户好评。



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