摘要：船舶集裝箱這一發(fā)展形式，給起重機(jī)設(shè)備提出全新標(biāo)準(zhǔn)要求：需要設(shè)備速度快、外伸距離大、效率和質(zhì)量高等。為了實(shí)現(xiàn)集裝箱橋吊吊具最大應(yīng)用目標(biāo)，需要做好系統(tǒng)定位工作，發(fā)揮起重設(shè)備最大應(yīng)用性，利用串口形式芯片編程展開(kāi)實(shí)踐，利用單片機(jī)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用效果好，確保數(shù)據(jù)和信息收集設(shè)備處于安全運(yùn)作狀態(tài)。本文主要就集裝箱橋吊吊具定位系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：集裝箱橋吊；吊具定位系統(tǒng)；總體設(shè)計(jì)；分析和研究

利用單片機(jī)設(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)和信息處理，可以實(shí)現(xiàn)集裝箱橋吊吊具系統(tǒng)遠(yuǎn)距離定位目標(biāo)。駕駛?cè)藛T可以利用駕駛室內(nèi)存在的顯示器和語(yǔ)音提示設(shè)備，了解集裝箱橋吊吊具位置，把集裝箱合理科學(xué)運(yùn)作到指定位置。特別是在高空運(yùn)作環(huán)節(jié)，在距離駕駛室?guī)资赘叨忍?，駕駛?cè)丝梢詼?zhǔn)確把集裝箱運(yùn)作。

1 框架設(shè)計(jì)分析

集裝箱橋吊吊具系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)需要全面貫徹以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)以下不同功能?？蚣茉O(shè)計(jì)下需要實(shí)現(xiàn)16個(gè)線路模擬輸入需求，支持24和8路數(shù)字運(yùn)作輸入量，利用串口形式開(kāi)展通訊作業(yè)，實(shí)現(xiàn)輸出和輸入目標(biāo)。整合系統(tǒng)中指示燈應(yīng)用性，利用板塊化中存在電源，確保數(shù)據(jù)和信息收集設(shè)備處于運(yùn)作狀態(tài)，建立異常處理機(jī)制和保護(hù)機(jī)制。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)，在全面貫徹上述功能要求基礎(chǔ)上，需要做好系統(tǒng)構(gòu)建工作。在系統(tǒng)內(nèi)容構(gòu)建時(shí)，把CPU系統(tǒng)、電路監(jiān)控系統(tǒng)、輸入體系、采集體系、RAM體系、電源系統(tǒng)、ADC7109等等全部構(gòu)建到系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)中。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，需要設(shè)置16個(gè)模擬采集通道，而ADC7109系統(tǒng)，在每次運(yùn)作時(shí)，只可以利用一個(gè)通道開(kāi)展采集工作。結(jié)合相應(yīng)邏輯性，管理和控制電路，確保每次只可以選擇一個(gè)運(yùn)作線路，開(kāi)展A/D轉(zhuǎn)換工作。在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換目標(biāo)后，把結(jié)果運(yùn)作到單片機(jī)系統(tǒng)中。其次，在數(shù)據(jù)采集設(shè)備設(shè)計(jì)為24個(gè)數(shù)據(jù)輸入量時(shí)，就單片機(jī)來(lái)說(shuō)，其在每次數(shù)據(jù)和信息運(yùn)作時(shí)，僅僅可以給出一個(gè)字節(jié)。面對(duì)單片機(jī)這一發(fā)展形勢(shì)，需要充分發(fā)揮邏輯系統(tǒng)作用。建立在讀寫(xiě)基礎(chǔ)上，把邏輯輸入劃分為三個(gè)時(shí)間段，設(shè)置為路輸入數(shù)據(jù)量。如果采集設(shè)備設(shè)置為8個(gè)輸出線路，可以直接利用著八個(gè)繼電設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)信息輸出，控制和管理外部開(kāi)關(guān)數(shù)目[1]。

2 系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)分析

為了達(dá)到集裝箱橋吊吊具定位要求，做好單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸工作和微機(jī)數(shù)據(jù)信息傳輸工作，首先選擇滿足無(wú)線接收設(shè)備需要和板塊需要的器件，保證外圍器件數(shù)量構(gòu)建科學(xué)性。因?yàn)闊o(wú)線器件具有多樣性特點(diǎn)，在選擇芯片時(shí)種類(lèi)較多，數(shù)量大。為了實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)科學(xué)目標(biāo)，在設(shè)計(jì)師，需要了解芯片特點(diǎn)和應(yīng)用性，關(guān)注下文幾個(gè)問(wèn)題。其一：在選擇器件時(shí)，注意觀察芯片數(shù)據(jù)信息運(yùn)作形式和編碼特點(diǎn)。利用曼徹斯特芯片開(kāi)展編碼設(shè)計(jì)，對(duì)編程要求高，技術(shù)確保成熟性，經(jīng)驗(yàn)豐富，對(duì)內(nèi)存和容量需求大。而且利用曼徹斯特芯片編碼，數(shù)據(jù)和信息運(yùn)作效率低下，和標(biāo)準(zhǔn)速率相比，是標(biāo)準(zhǔn)速率的三分之一。由此可見(jiàn)，利用曼徹斯特芯片編程應(yīng)用效果一般。在調(diào)查和分析后，利用串口形式芯片編程展開(kāi)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用效果好，避免曼徹斯特芯片編程效率低下弊端，例如：在集裝箱橋吊吊具定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，利用nRF401串口關(guān)聯(lián)芯片，編程靈活簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)和信息運(yùn)作效率高，標(biāo)準(zhǔn)速率就是nRF401串口關(guān)聯(lián)芯片實(shí)際運(yùn)作速率，開(kāi)發(fā)難度小[2]。

2.2 外圍原件分析

芯片外圍原件首先選擇合理數(shù)量，其數(shù)量選擇，對(duì)系統(tǒng)體系和質(zhì)量聯(lián)系密切，關(guān)系著系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)性能。如果外圍原件數(shù)量較多，會(huì)增加系統(tǒng)重量和復(fù)雜性。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，優(yōu)先選擇外圍原件數(shù)量合理的芯片開(kāi)展接收工作。在調(diào)查和研究后，發(fā)現(xiàn)nRF401串口關(guān)聯(lián)芯片，在外圍設(shè)計(jì)中應(yīng)用效果佳。nRF401串口關(guān)聯(lián)芯片外圍原件僅僅需要10個(gè)上下，不需要濾波器，變?nèi)莨艿鹊蓉?cái)務(wù)支出較多設(shè)備和元件。僅僅利用4Mz晶體，和收發(fā)天線整合應(yīng)用即可。在確定好外圍元件數(shù)量后，做好功耗和功率設(shè)計(jì)。因?yàn)樾酒窃跈z測(cè)體系中，功耗消耗較為主要。因此，需要系統(tǒng)選擇功率小板塊。在相同形勢(shì)和條件下，為了實(shí)現(xiàn)通信穩(wěn)定運(yùn)作目標(biāo)和安全運(yùn)作目標(biāo)，選擇發(fā)射能力好，功率高產(chǎn)品。其次，做好無(wú)線數(shù)據(jù)模塊選擇工作，保證無(wú)線模塊選擇科學(xué)性與合理性。例如：選擇PTR2000這一無(wú)線模塊，在集裝箱橋吊吊具定位系統(tǒng)發(fā)揮積極影響。模塊結(jié)構(gòu)科學(xué)，屬于超小類(lèi)型，功率消耗小，速率高，利于實(shí)現(xiàn)無(wú)線接收目標(biāo)。PTR2000這一無(wú)線模塊其在通訊時(shí)，速率可以達(dá)到20kbit/s，在實(shí)際工作環(huán)節(jié)中，在4800bit/s和不同速率環(huán)境中，均具有實(shí)際應(yīng)用性。如下圖1，是PTR2000這一無(wú)線模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)展示圖[3]。

為了實(shí)現(xiàn)PTR2000這一無(wú)線模塊應(yīng)用目標(biāo)。在利用PTR2000這一無(wú)線模塊開(kāi)展通訊時(shí)，在數(shù)據(jù)和信息輸送前期，把整個(gè)系統(tǒng)板塊設(shè)計(jì)為發(fā)射形式，也就是把系統(tǒng)設(shè)計(jì)為T(mén)XEN=1形式。設(shè)計(jì)為T(mén)XEN=1形式后，大約5ms后，就可以得到發(fā)射時(shí)間和轉(zhuǎn)換時(shí)間，對(duì)不同長(zhǎng)度和規(guī)模信息數(shù)據(jù)開(kāi)展發(fā)送工作。在發(fā)送工作結(jié)束后，將系統(tǒng)設(shè)置為接收形式。也就是設(shè)計(jì)為T(mén)XEN=0。當(dāng)PTR2000處于接收狀態(tài)時(shí)，TXEN=0。這時(shí)就可以把收入到信息和數(shù)據(jù)，運(yùn)作到單片系統(tǒng)中，運(yùn)作到系統(tǒng)關(guān)聯(lián)口處，在電平處理后，向計(jì)算機(jī)終端運(yùn)輸。如果PWR處于零狀態(tài)。意味著PTR2000步入待機(jī)形式，其在待機(jī)形勢(shì)下，不進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)射工作。

3 電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)集裝箱橋吊吊具定位系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

其一：就產(chǎn)生頻率電路來(lái)說(shuō)，在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要確保頻率輸出科學(xué)性和準(zhǔn)確性，充分利用單片機(jī)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。由于產(chǎn)生頻率的電路，是整個(gè)電路系統(tǒng)的關(guān)鍵和核心。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性來(lái)說(shuō)，單片機(jī)產(chǎn)生頻率保證處于一致條件下，不然會(huì)導(dǎo)致測(cè)試距離增加，出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致距離顯示和實(shí)際不符合。在總體方案設(shè)計(jì)時(shí)，利用一塊單片機(jī)集合電路，實(shí)現(xiàn)頻率和信號(hào)運(yùn)輸目標(biāo)，也可以實(shí)現(xiàn)電路的實(shí)際性，但是其精準(zhǔn)度，和單片機(jī)無(wú)法比較。其次，門(mén)控設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要控制好閘門(mén)信號(hào)和現(xiàn)有脈沖信號(hào)，保證具備良好關(guān)聯(lián)性。本文硬件電路系統(tǒng)單片機(jī)選擇，利用AT89C52這一單片機(jī)開(kāi)展設(shè)計(jì)。利用AT89C52這一單片機(jī)對(duì)軟件編制，利用單片機(jī)控制外部電路，為外部系統(tǒng)提供信息和信號(hào)。例如：為外部系統(tǒng)提供頻率信號(hào)、震蕩信號(hào) 、數(shù)據(jù)信息處理信號(hào)等等，降低吊裝外部設(shè)計(jì)難度，降低設(shè)計(jì)財(cái)務(wù)支出，經(jīng)濟(jì)支出合理。如下圖2，集裝箱橋吊吊具定位系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)展示圖。

其二：驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在集裝箱橋吊吊具定位系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在超聲波設(shè)計(jì)時(shí)，超聲波發(fā)射設(shè)備，產(chǎn)生最小電流，需要高于單片機(jī)設(shè)備電流。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，在和UIACD4001非門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，后部位置設(shè)計(jì)一個(gè)不同級(jí)別放大電路，提高系統(tǒng)應(yīng)用性。例如：利用一級(jí)和三級(jí)放大電路開(kāi)展設(shè)計(jì)，應(yīng)用性較好。在利用一級(jí)和三級(jí)放大電路開(kāi)展設(shè)計(jì)時(shí)，就可以利用9018這一高頻管，利于超聲波發(fā)射。利用超聲波的接收和發(fā)射設(shè)備，把其運(yùn)作到集裝箱橋吊吊具系統(tǒng)中，超聲波發(fā)揮接收功能和發(fā)射功能，做好硬件設(shè)施安排工作，利于實(shí)現(xiàn)集裝箱橋吊吊具定位目標(biāo)。

4 結(jié)論

單片機(jī)在集裝箱橋吊吊具定位系統(tǒng)應(yīng)用，主要是結(jié)合應(yīng)用人員實(shí)際需求，利用合理單片機(jī)，選擇科學(xué)和適合的外圍器件，構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定和安全的單片機(jī)系統(tǒng)。其次，需要保證設(shè)計(jì)科學(xué)性，站在集裝箱橋吊吊具定位系統(tǒng)整體基礎(chǔ)上，利用科學(xué)化的方法開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，優(yōu)化應(yīng)用系統(tǒng)，把不同系統(tǒng)和程序結(jié)合，利用固定形式，在集裝箱橋吊吊具內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備中固定。單片機(jī)系統(tǒng)中，CPU處理等等設(shè)備，在一塊芯片上整合，構(gòu)建完善性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)集裝箱橋吊吊具實(shí)際運(yùn)作監(jiān)督和管理，對(duì)信號(hào)和數(shù)據(jù)信息采集和處理。需要注意的是，在數(shù)據(jù)運(yùn)輸環(huán)節(jié)，選擇適合運(yùn)輸形式。例如：利用串聯(lián)線路設(shè)計(jì)形式，無(wú)線數(shù)據(jù)運(yùn)作形式等等，滿足集裝箱橋吊吊具定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]武玉升.集裝箱橋吊吊具定位系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工程大學(xué)，2007.

[2]陳良玉.岸邊集裝箱起重機(jī)司機(jī)操作專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海海事大學(xué)，2006.

[3]周灌中.基于TS模型集裝箱橋吊防搖控制方法的研究[D].天津大學(xué)，2006.

作者簡(jiǎn)介：吳克錘（1987），男，浙江溫州人，本科，電氣工程師，研究橋吊電氣施工調(diào)試 。