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 王義樂

 （洛陽卡瑞起重設(shè)備有限公司，河南  洛陽  471023）

摘要：對(duì)起重機(jī)超載限制器的黑匣子進(jìn)行硬件電路搭建和軟件程序設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了U盤存儲(chǔ)格式。該裝置已被用到實(shí)際工程中，且取得了非常好的效果。

關(guān)鍵詞：超載限制器；黑匣子；起重機(jī)中圖分類號(hào)：TP273：TH21  

0  引言

 目前在用的超載限制器只有簡(jiǎn)單的超載限制功能，因其功能單一，無法滿足眾多客戶的需求，研制高精度、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的超載限制器迫在眉睫。本文設(shè)計(jì)了具有黑匣子功能的智能超載限制器。其在功能設(shè)計(jì)上模仿了飛機(jī)的“黑匣子”功能，可在起重機(jī)運(yùn)行過程中對(duì)各安全機(jī)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和記錄，當(dāng)起重機(jī)超載和發(fā)生故障時(shí)發(fā)出報(bào)警并采取相關(guān)安全措施，從而保證起重機(jī)的運(yùn)行安全。當(dāng)我們需要對(duì)起重機(jī)進(jìn)行事故分析和維修保護(hù)時(shí)，黑匣子中記錄的各種數(shù)據(jù)可發(fā)揮巨大作用，方便工程師對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修。

1  方案設(shè)計(jì)

 本文設(shè)計(jì)的超載限制器中的黑匣子主要用來記錄起重機(jī)的工作時(shí)間、超載次數(shù)、啟動(dòng)次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、通電時(shí)間、剩余安全工作周期(SWP%)、負(fù)載皮重，以及每次的起重量及時(shí)間、超載重量及時(shí)間、起重機(jī)各機(jī)構(gòu)的故障信息等，而且能夠通過USB接口連接電腦查看和讀取數(shù)據(jù)。

 超載限制器以ARM芯片的STM32F103VET6為核心，通過U盤芯片CH376來搭建硬件電路，STM32F103VET6處理器將采集模塊采集到的重量信息、故障信息等計(jì)算處理后保存在U盤中。而且U盤容量大，不受空間限制。智能超載限制器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2U盤電路設(shè)計(jì)

 U盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用CH376芯片主機(jī)模式開發(fā)U盤接口，其功能是在無PC的情況下，通過U盤進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，也可通過U盤配置系統(tǒng)參數(shù)。

 本文選擇SPI串行接口方式，利用STM32F103VET6的SPI1端口與CH376通信，其硬件電路如圖2所示。CH376芯片的管腳D3、D5、D6、D7分別與STM32的PA4、PA5、PA7、PA6管腳相連。此處利用了I()口的第二功能：PA4的第二功能是SPI1_NSS，PA5的第二功能是SPI1_SCK，PA6的第二功能是SPI1_ MISO，PA7的第二功能是SPI1_MOSI。

 為了在不打開外殼的情況下讀取U盤中的信息，在外殼面板上留USB接口，如圖3所示，插入U(xiǎn)SB線與計(jì)算機(jī)連接后，就可以讀取U盤信息，而且也可以修改U盤信息。

 為了保護(hù)U盤里面的信息不被隨意修改和查看，設(shè)計(jì)了訪問權(quán)限，即通過面板按鍵輸入正確的密碼后，方可正常讀取U盤信息。在電路上設(shè)計(jì)了一個(gè)繼電器，如圖4所示，當(dāng)密碼正確后STM32管腳PA8置低電平，光耦4N32導(dǎo)通，繼電器導(dǎo)通，從而U盤外接接口電路中的UD+線與CH376的相應(yīng)管腳UD+接通。

3軟件設(shè)計(jì)

 系統(tǒng)程序中，CH376.C為SPI串行連接的硬件抽象層；CH3761NC.H為CH376的定義文件；SPI.C為STM32的IO口配置文件；FILE_SYS.H與FILE_SYS.C為CH376芯片文件系統(tǒng)層，用于提供文件系統(tǒng)常用子函數(shù)和命令打包。而在頂層應(yīng)用文件UPAN.C中編寫寫數(shù)據(jù)函數(shù)和讀取數(shù)據(jù)函數(shù)。

寫數(shù)據(jù)程序如下：

讀數(shù)據(jù)程序如下：

4  U盤存儲(chǔ)格式

表1～表4分別為U盤不同內(nèi)容的存儲(chǔ)格式。

5  結(jié)論

 本文研制的超載限制器利用U盤的穩(wěn)定性高、數(shù)據(jù)傳輸速率快、容量大等優(yōu)點(diǎn)，把起重機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的工作運(yùn)行情況等數(shù)據(jù)記錄下來，給起重機(jī)工作狀態(tài)分析和故障維修奠定了基礎(chǔ)。具有黑匣子功能的超載限制器已經(jīng)運(yùn)用到了某客戶雙柳基地100 t電動(dòng)雙梁起重機(jī)中，滿足了客戶的要求，得到了用戶的好評(píng)。