東華理工大學(xué)地球物理與測控技術(shù)學(xué)院 洪偉力 王金博

引言

在建設(shè)高層建筑或在進行大型的施工建設(shè)中，施工升降機是一種不可或缺的設(shè)備，它能夠?qū)崿F(xiàn)施工人員以及施工物資的運送功能。在現(xiàn)階段的調(diào)查中能夠發(fā)現(xiàn)，施工升降機的自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計并不先進，技術(shù)水平較低。這樣的情況增加了施工的安全隱患和工期的浪費。尤其是在施工升降機的運行中，施工單位并沒有對升降機的負(fù)荷進行嚴(yán)格的設(shè)定，導(dǎo)致危險系數(shù)增加。為了保證施工的安全，并實現(xiàn)人力資源和物質(zhì)資源的合理運用，對嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動化控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計是十分重要的。

1.嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動控制系統(tǒng)的整體設(shè)計

根據(jù)實際的施工需要，展開對嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動控制系統(tǒng)進行整體的設(shè)計工作。系統(tǒng)中應(yīng)用的單元和器材包括：重量傳感器、光電編碼器、風(fēng)速傳感器、無線收發(fā)模塊、外圍電路、中央處理器、存儲單元、Linux操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序、應(yīng)用程序、LCD顯示器、觸摸屏、警報輸出單元、控制量輸出單元、繼電器、交流接觸器以及電機。同時，也要配套架設(shè)樓層呼叫裝置。利用S3C2440處理器作為主控制器應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動控制系統(tǒng)[1]。

嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動控制系統(tǒng)的主要運行流程為：利用系統(tǒng)中的重量傳感器，對進入升降機中的人或施工物資進行重量的檢測，保證升降機中的重量在合理范圍內(nèi)。光電編碼器對施工升降機的位置進行檢測，結(jié)合風(fēng)速傳感器對外界風(fēng)速的測定，影響施工升降機的運行。無線收發(fā)模塊會對各個施工樓層傳來的施工升降機呼叫信息進行收集。這些數(shù)據(jù)及信息都會由主控制器進行處理和控制，保證一旦施工環(huán)境中的風(fēng)速達到六級，就會立即停止施工升降機的工作，并切斷運行電源。在施工升降機中的重量達到規(guī)定負(fù)荷的90%時，會通過報警輸出單元發(fā)出警報，而在達到滿載或者超載的情況下，施工升降機的警報輸出單元會發(fā)出聲光結(jié)合的報警信號，并利用主控制器對施工升降機的運行進行停止。只有當(dāng)施工升降機中的重量下降到設(shè)定范圍內(nèi)時，主控制器才會恢復(fù)施工升降機的運行。

施工升降機的主控制器通過收集并判斷各個施工樓層發(fā)出的呼叫信號，并結(jié)合施工升降機中當(dāng)前的負(fù)荷及運行狀態(tài)，對施工升降機的選層和?？窟M行判斷。

2.系統(tǒng)中傳感器檢測單元的設(shè)計

傳感器檢測單元屬于嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動控制系統(tǒng)中的硬件部分，主要包括重量傳感器、光電編碼器和風(fēng)速傳感器。在進行傳感器檢測單元的設(shè)計時，要明確該單元的主要作用是信息數(shù)據(jù)的采集和傳遞。重量傳感器會對施工升降機中當(dāng)前的負(fù)荷進行感應(yīng)和數(shù)據(jù)采集，光電編碼器對施工升降機當(dāng)前所處的位置進行判斷、風(fēng)速傳感器會對施工環(huán)境中的風(fēng)速進行檢測，這些數(shù)據(jù)在采集完畢后都會提交到中央處理子系統(tǒng)中進行綜合的分析及判斷，完成施工升降機安全運行。

在施工升降機的傳感器檢測單元中，重量傳感器中的兩個拉板傳感器分別連接在施工升降機的吊籠掛軸以及驅(qū)動板掛軸上，這樣的方式能夠有效彌補傳統(tǒng)重量傳感器中對于受力方向的要求較高的漏洞，保證施工升降機中重力檢測模塊的安全、穩(wěn)定運行。

光電編碼器主要是對輸至軸上的幾何位移量通過光電轉(zhuǎn)換變成脈沖或是數(shù)字量進行輸出。在嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動控制系統(tǒng)正式投入使用之前，要對主控制器中進行初始化操作，使主控制器對于光電編碼器輸出的各種脈沖或是數(shù)字量進行記錄，保證施工升降機實際運行的準(zhǔn)確。

在系統(tǒng)中使用的風(fēng)速傳感器，可以選擇使用三杯式的風(fēng)速傳感器，通過三個風(fēng)杯的旋轉(zhuǎn)速度進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與輸出，并將其連接于主控制器，完成風(fēng)速數(shù)據(jù)的采集工作?；赟3C2440處理器的主控制器中能夠與A/D采集端口，實現(xiàn)風(fēng)速傳感器輸出的電壓數(shù)據(jù)的采集。

3.系統(tǒng)中監(jiān)控儀表單元的設(shè)計

在嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動控制系統(tǒng)中，監(jiān)控儀表單元的硬件包括：中央處理器、AD采集模塊、電源模塊、存儲模塊、脈沖計數(shù)模塊、繼電器輸出模塊、TET液晶屏及觸摸屏、音頻輸出模塊、USB外部接口模塊等等。基于監(jiān)控儀表單元的功效以及耗能的考量，可以選用S3C2440處理器，保證處理器內(nèi)核運行的低消耗以及高性能。并且由于S3C2440處理器包含著400MHz的主頻以及多樣的硬件外設(shè)資源，使得系統(tǒng)中的監(jiān)控儀表系統(tǒng)的功能更加完善。

嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動控制系統(tǒng)的監(jiān)控儀表單元的硬件結(jié)構(gòu)可以進行如下的設(shè)計：利用S3C2440微處理器、DDR內(nèi)存、時鐘源、NAND FLASH組成監(jiān)控儀表模塊的核心單元，并在核心單元兩側(cè)架設(shè)電源模塊、液晶屏接口、觸摸屏接口、脈沖計數(shù)輸入接口、RS232接口、USB接口、繼電器輸出接口、SD卡接口、GPIO接口、模擬量輸入接口。

4.系統(tǒng)中的軟件的設(shè)計

軟件的設(shè)計可以說是嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動控制系統(tǒng)設(shè)計的核心。在進行該系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，要對所包含的通信模塊、實時監(jiān)控模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、控制輸出模塊進行設(shè)計。

首先，系統(tǒng)中的通信模塊可以應(yīng)用NRF401芯片，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)收發(fā)模式之間的切換，對于施工樓層的呼叫數(shù)據(jù)也能進行無線的接收，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個吊籠內(nèi)的主控制器之間的互聯(lián)，并能夠?qū)?shù)據(jù)進行校驗[2]。其次，系統(tǒng)中的實時監(jiān)控模塊可以對于各個傳感器，例如重量傳感器、光電編碼器和風(fēng)速傳感器等采集到的信息進行顯示與處理，并對各個施工樓層監(jiān)測到的信息進行處理。第三，系統(tǒng)中參數(shù)設(shè)置模塊的主要作用是通過對施工升降機運行的各種參數(shù)信息進行設(shè)置，來實現(xiàn)參數(shù)控制和施工升降機的安全運行。

在施工升降機的設(shè)計和運行中，一般會選用雙籠式的結(jié)構(gòu)。在這樣的情況下，必須通過系統(tǒng)軟件設(shè)計保證兩個吊籠之間的聯(lián)系，防止沖突的發(fā)生。這樣的系統(tǒng)軟件工作流程為：系統(tǒng)初始化后，對于系統(tǒng)進行自檢，判斷是否有超載現(xiàn)象發(fā)生，如果有則利用連接的警報輸出系統(tǒng)發(fā)出報警信息，同時返回上一階段的超載檢測。如果沒有超載，則開始判斷是否有樓層發(fā)出呼叫信號，如果有，則進行數(shù)據(jù)的接受并對樓層的呼叫進行列隊和顯示。如果沒有樓層的呼叫信號，則通過其他的呼叫信號獲取，對施工升降機的吊籠進行上下控制，同時進行平層控制。最后要判斷是否停止工作，如果有其他呼叫信號，則繼續(xù)工作并返回判斷超載的階段進行工作。

5.總結(jié)

綜上所述，目前在施工中運用施工升降機自動控制系統(tǒng)較少，施工升降機的自動化控制水平相對較低。通過利用NRF401芯片、S3C2440微處理器等對施工升降機的自動控制系統(tǒng)進行搭建，并對嵌入式系統(tǒng)的施工升降機自動控制系統(tǒng)進行整體設(shè)計、傳感器檢測單元的設(shè)計、監(jiān)控儀表單元的設(shè)計以及系統(tǒng)軟件設(shè)計，能夠有效提升施工升降機的工作效率和安全性，實現(xiàn)了多吊籠的施工升降機協(xié)同運行。