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高處作業(yè)平臺安全鎖試驗臺控制系統(tǒng)研究

文檔作者：郭樺陳士忠江雪晨喻惠業(yè) 吳玉厚文檔來源： 1．沈陽工程學院 2．沈陽建筑大學 3．無錫申錫建筑機械有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月30日
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第9卷第1期
2011年3月
中國工程機械學報
CHINESE J0URNAL OF C0NS，rRUCT10N MACHINERY
v0J．9 No．1
Mar．2011
高處作業(yè)平臺安全鎖試驗臺控制系統(tǒng)研究
郭 樺 ，陳士忠 ，江雪晨 ，喻惠業(yè)。，吳玉厚
(1．沈陽工程學院，遼寧沈陽110136；2．沈陽建筑大學，遼寧沈陽110168；
3．無錫申錫建筑機械有限公司，江蘇無錫214101)
摘要：針對安全鎖檢測手段落后、檢測精度低的問題，提出了1種基于PIC16F877A單片機的安全鎖試驗臺控制
系統(tǒng)．以PIC16F877A單片機作為控制系統(tǒng)核心，采用模塊化思想編寫針對離心式和擺臂式這2種類型安全鎖的
檢測程序，實現(xiàn)了檢測過程的自動化、檢測數(shù)據(jù)實時顯示和檢測報告自動打?。芯拷Y(jié)果表明，該系統(tǒng)可以快速
準確地完成吊籃安全鎖性能的檢測分析，實現(xiàn)對2種類型安全鎖的同機監(jiān)測．
關(guān)鍵詞：檢測；單片機；控制系統(tǒng)；安全鎖；模塊化
中圖分類號：TB 35 文獻標識碼：A 文章編號：1672—5581(2011)01—0108—04
Safety-—locking test--bed control system for
suspended access platfo rm s
GUO Hua ，CHEN Shi—zhong ，JIANG Xue．chen ， Ⅲ Hui．ye。，WU Yu-hou。
(1．Shenyang Institute of Engeering，Shenyang 110136，China；2．Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China；
3．Wuxi Shenxi Construction Ma chinery Co ．，Ltd．，Wuxi 214101，China)
Abstract．Owing to out—of-date means and low—precision testing and measurement，a safety—locking testbed
control system is proposed based on PIC16F877A Single Chip Microc ontroller(SCM )．By treating the
SCM as a vital component，the modular programming is employed for testing and measurement programs
upon centrifugal and swinging—arm safety locks SO as to realize the testing and measurement process
automation，real—time data display and automatic report printing．In this regard，it is found from results
that this system can rapidly and accurately carry out the safety loc k performance testing，measurement and
analysis on gondolas and on—line monitoring on two types of safety locks．
Key words： testing and measurement； single chip microcomputer； control system ； safety
lock：modularization
隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，高處作業(yè)吊籃以其結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、使用靈活等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用．它是
建筑外墻裝修、清洗和維護作業(yè)不可缺少的載人設(shè)備，其工作特點是人員在空中懸掛的吊籃中進行升降和
作業(yè)，屬于高度危險作業(yè)[1]．在建筑外墻裝修施工中，由高處作業(yè)吊籃引發(fā)的人員傷亡事故時有發(fā)生，所以
其安全性受到高度重視[2 ]．安全鎖是吊籃懸掛平臺的安全保護裝置．當工作鋼絲繩斷裂或者吊籃懸掛平
臺嚴重傾斜時，安全鎖能夠自動快速地鎖緊鋼絲繩，從而保證操作人員的人身安全．為了避免由于安全鎖
性能缺陷而引起的墜落事故，必須研究有效的檢測裝置，以便快速、準確、科學地檢測安全鎖的各項性能指
標．目前國內(nèi)吊籃安全鎖性能檢測手段仍是手工操作方法，檢測精度差，操作繁瑣，而且需要2套設(shè)備分別
對離心式和擺臂式這2種不同類型的安全鎖進行檢測．文獻[1，2]提出了利用高速傳感器和高速采集器實
現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，用專用軟件和計算機處理數(shù)據(jù)，設(shè)計了新型的高空作業(yè)吊籃檢測試驗臺，但設(shè)備成本較高，不
基金項目：國家“十一五”科技支撐計劃資助項目(2008BAJ09B03)；沈陽建筑大學省級重點實驗室開放基金資助項目(JX一200903)
作者簡介：郭樺(1957一)，女，副教授．E-mail：guohuahaiyang@163．corn
第1期 郭樺，等：高處作業(yè)平臺安全鎖試驗臺控制系統(tǒng)研究 109
利于商業(yè)化；文獻[3]提出了基于89S52單片機的安全鎖質(zhì)量檢測裝置，設(shè)計成本大大降低，但功能不夠
全面．
本文在文獻[2]的基礎(chǔ)上以PIC16F877A單片機為核心，設(shè)計了新型吊籃安全鎖試驗臺控制系統(tǒng)．應(yīng)
用該系統(tǒng)可實現(xiàn)檢測過程的自動化和對吊籃安全鎖的靜置位移、鎖繩角度、自由墜落時的鎖繩制動距離和
安全鋼絲繩瞬間沖擊力等的性能指標的實時顯示和打印輸出．
1 控制系統(tǒng)設(shè)計
1．1 系統(tǒng)原理
根據(jù)結(jié)構(gòu)原理的不同，安全鎖分為擺臂式與離心
式2種類型，按照國家標準要求，這2種安全鎖需要測
試的性能是不同的，因此控制系統(tǒng)分為擺臂式檢測模
式和離心式檢測模式．控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示．
通過按鍵設(shè)定檢測模式，單片機首先自動調(diào)平懸掛平
臺，按下“檢測開始”按鍵，檢測開始，通過現(xiàn)場傳感器
將角度和拉力信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，送人單片機
進行處理，通過并行方式單片機將處理后的信號發(fā)送
到液晶顯示器上實時顯示．檢測結(jié)束后，檢測結(jié)果傳送
到給微型打印機打印輸出．
1．2 單片機選擇
采集角度電路 二==> = 按鍵控制部分
PIC
采集拉力電路}=== 墮片 == 液晶顯示部分
機
電機驅(qū)動部分 二二 == 打印輸出
圖1 控制系統(tǒng)原理框圖
Fig．1 Control principle block
選擇高效可靠的控制單片機將使控制系統(tǒng)的硬件電路簡單可靠，軟件編制方便，系統(tǒng)整體性能得以提
高．本文選擇性價比較高的PIC16F877A單片機為控制核心，PIC16F877A擁有8 kB×14位的FLASH存
儲器，采用獨特的哈佛總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，指令精簡，執(zhí)行速度快，在線編程方便可調(diào)；I／
0端口驅(qū)動能力強，可以直接驅(qū)動LED顯示器，固態(tài)繼電器等，還具有8通道的1O位AD轉(zhuǎn)換端口[ ，
如A端口除RA4 i~J'b的5個I／O與E端口．
2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
由于采用了單片機作為主控制單元，大部分工作都由單片機在軟件中實現(xiàn)，從而簡化了硬件電路的設(shè)
計．硬件電路主要由信號采集電路、液晶顯示電路、通信接口電路和電機驅(qū)動電路組成．
2．1 信號采集電路
信號采集電路的作用主要是拾取角度、拉力信號，并將信號送人PIC16F877A單片機RA0與RA1口．
為了能夠在極短時間內(nèi)對安全鎖高速下落過程中的各種動態(tài)信號進行準確采集和實時分析，傳感器系統(tǒng)
需要較高的靈敏度．
選用SCA61T單軸傾角傳感器采集角度信號．SCA61T單軸傾
角傳感器長期穩(wěn)定性好，溫度特性優(yōu)良，抗沖擊能力強，用它組成的
測量角度系統(tǒng)具有線路簡單、體積小的特點．角度傳感器測量電路
如圖2所示．其中SCK為時鐘控制線，MISO為主機進從機出，MOSI
為主機出從機進，GND為接地，CSB為芯片選擇輸入，ST為自檢輸
入，0UT為模擬輸出，VDD為電源．
選用RSS02稱重傳感器采集拉力信號．拉力傳感器內(nèi)部有應(yīng)變
片，如果發(fā)生形變將會改變電阻值．將這個應(yīng)變片置于1個電阻橋
式電路中，外加一定電壓，當發(fā)生形變時，在橋式電路的節(jié)點上便會
產(chǎn)生電壓的變化．電壓的變化比較微弱，所以要經(jīng)過變送器濾波放
大成0～5 V．
+5V
GND
圖2 角度傳感器測量電路
Fig．2 Testing circuit of angle sensor
中國工程機械學報 第9卷
2．2 液晶顯示電路
基于PIC16F877A單片機的ST7920液晶顯示控制，電路原理結(jié)構(gòu)簡單明了．根據(jù)ST7920液晶顯示
器的原理和引腳特性，采用PORTD端口與ST7920的數(shù)據(jù)端口相連，將RE0，RE1，RE2與ST7920的E，
R／W，RS端口相連，其控制電路原理圖如圖3所示．
圖3中，RE0／RD／AN5為RE0／并行口讀出控制
端／第5路模擬信號輸入端；RE1／WR／AN6為RE1／
并行口寫入控制端／第6路模擬信號輸入端；RE2／CS／
AN7為RE2／并行口片選控制端／第7路模擬信號輸入
端；砌)0～RD7為數(shù)據(jù)傳送端口；VSS為電源地；VDD
為電源輸入正；Vo為LCD驅(qū)動電源輸人端．
RS并行模式時，高電平：數(shù)據(jù)；低電平：命令．RS
串行模式時，為芯片使能端，高有效．
R／W 并行模式時，高電平：讀；低電平：寫．R／W
串行模式時，串行數(shù)據(jù)端．
E并行模式時，LCD讀寫信號起始端；E串行模式
時，串行時鐘端．
DO～D7為數(shù)據(jù)位；L一燈的負極，L+燈的正極．
2．3 通信接口電路
采用RD—DH48打印機打印檢測結(jié)果，RD—DH48
打印機支持并行和串行2種接口方式與單片機相連，
可通過改變打印機控制板上的串并口控制塊來選擇通
信方式，本文選擇串行接口方式．RD—DH48打印機的
串口與RS232標準兼容，其接口插座為DIC5線插座．
檢測結(jié)果通過單片機TX，RX引腳經(jīng)MA)(232轉(zhuǎn)換為
PS232電平向打印機傳送，硬件組成如圖4所示．
2．4 電機驅(qū)動及警示電路
為防止交流電對單片機的干擾，本文采用固態(tài)繼
電器代替?zhèn)鹘y(tǒng)光電耦合器隔離．由于電機需要正反轉(zhuǎn)，
使用2個固態(tài)繼電器Gl，G2，用單片機RC1，RC2口控
制電機正反轉(zhuǎn)．當正轉(zhuǎn)時，RC1端口輸出高電平，經(jīng)
ULN2003電路反相放大后，吸合G1，接通電機電源，
電動機正轉(zhuǎn)；反之則反轉(zhuǎn)．警示電路由固態(tài)繼電器G3，
G4及紅、綠燈組成．當試驗臺準備就緒，RB2端口輸出
REO，RD／AN 6
RE1／WR／AN6
RE2／CS／AN7
RD0
RD1
RD2
RD 3
RD4
RD5
RD6
RD7
Rln
1 kQ U+5V—
LCD RD
LCD— WR
LCD—CS
LCD0
LCD 1
LCD 2
LCD3
LCD4
LCD5
LCD6
LCD7
士 4 Q
+5V
圖3 PIC16F877A與ST7920液晶電氣原理圖
Fig．3 Electrical principle diagram of PIC16F877A
connecting to ST7920 LCD
+5V
高電平，經(jīng)ULN2003電路反相放大后，吸合G3，綠燈 ． ．
亮，提醒工作人員此時可開始進行安全鎖檢測；紅燈亮 ’lg．4
CI+ VCC
c2+
C1- MAX232
C2一 GND
TllN T10UT
R1OUT RlIN
T21N T2OUT
R20UT R2IN
+5 V
圭T
微型
打印機
RXD
TXD
圖4 串行接口電氣原理圖
Electrical principle diagram of serial interface
則表明檢測到不合格安全鎖產(chǎn)品，由RB1端口控制．RV為壓敏電阻，防止固態(tài)繼電器吸合瞬間感應(yīng)電壓
超過繼電器最大耐壓而損壞繼電器．
3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
軟件是該控制系統(tǒng)核心，除了一些自鎖和保護功能通過硬件實現(xiàn)外，大部分功能均通過軟件實現(xiàn)，整
個軟件采用C語言模塊化編程方式 ，易于系統(tǒng)的集成和二次開發(fā)．
安全鎖分為擺臂式安全鎖和離心式安全鎖，由于這2種安全鎖需要測試的內(nèi)容是不同的，所以控制系
統(tǒng)軟件分為擺臂式檢測模塊和離心式擺臂模塊2部分．擺臂式檢測模塊又分為安全鎖鎖繩角度測試模塊、
安全鎖靜置滑移量測試模塊和安全鋼絲繩瞬間沖擊力測試模塊；離心式檢測模塊又分為安全鎖靜置滑移
莖曼眥 l盆洲 冊叭窨；∞阱 ；呈阱
機
ll
囂片
第1期 郭樺，等：高處作業(yè)平臺安全鎖試驗臺控制系統(tǒng)研究 111
量測試模塊、鎖繩距離測試模塊和安全鋼絲繩瞬間沖
擊力測試模塊．控制系統(tǒng)具有實時顯示安全鎖性能指
標功能及檢測報告生成功能，可以根據(jù)各個模塊的測
試數(shù)據(jù)生成安全鎖測試報告．安全鎖試驗臺控制系統(tǒng)
程序流程圖如圖5所示．
4 結(jié)論
本文基于PIC16F877A單片機為控制核心，設(shè)計
了1種新型高處作業(yè)吊籃安全鎖試驗臺控制系統(tǒng)，從
硬件角度看，PIC16F877A單片機自帶AD轉(zhuǎn)換器，無
需外加AD轉(zhuǎn)換電路，簡化了硬件電路設(shè)計；在軟件方 圖5 控制系統(tǒng)程序流程圖
Fig．5 Program flow chart
面，采用C語言模塊化編程方式，簡潔緊湊、靈活方便，易于系統(tǒng)的集成和二次開發(fā)．控制系統(tǒng)大部分功能
均通過軟件實現(xiàn)，減少了檢測過程中的硬件設(shè)備，可滿足擺臂式安全鎖和離心式安全鎖的不同特點，在1
臺設(shè)備上實現(xiàn)對這2種類型安全鎖性能參數(shù)的自動檢測，降低檢測設(shè)備的成本．
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