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【6h】

超声波式起重机制动下滑量智能测试系统研究与设计

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题的背景与意义

1.2 起重机制动下滑量测量方法

1.3 课题来源与研究内容

1.3.1 课题来源

1.3.2 研究内容

1.3.3 本章小结

第2章 超声波式起重机制动下滑量智能测试系统总体方案设计及关键技术

2.1 当前起重机制动下滑量测试的研究现状与不足

2.2 总体方案设计

2.3 系统关键技术方案选择

2.3.1 三大模块核心控制器方案

2.3.2 非接触式测距方案

2.3.3 无线通信方案

2.3.4 起重机制动下滑量制动瞬时载荷位置的确定方法

2.4 通信模块的选择与通信协议的制定

2.4.1 制动信号检测装置子系统通信协议

2.4.2 超声波测距子系统通信协议

2.4.3 遥控小车子系统通信协议

2.4.4 通信错误修正机制

2.4.5 通信时延测量

2.5 本章小结

第3章 制动信号检测装置子系统软硬件设计

3.1 制动信号检测装置子系统需求分析

3.2 制动信号检测装置子系统硬件设计

3.2.1 主控制器介绍及最小系统设计

3.2.2 电源电路设计

3.2.3 电流互感器选择以及信号调理电路设计

3.2.4 ZigBee通信电路设计

3.2.5 蜂鸣器与LED电路设计

3.2.6 电池电量检测

3.2.7 隔离与驱动

3.3 制动信号检测装置子系统软件设计

3.3.1 初始化

3.3.2 串口接收发送数据以及信号延时测量子程序

3.3.3 测量程序子程序设计

3.3.4 AD测量程序

3.3.5 DA转换电路

3.3.6 程控放大

3.4 本章小结

第4章 超声波测距子系统的软硬件设计

4.1 超声波测距子系统需求分析

4.2 超声波测距子系统硬件设计

4.2.1 主控制器介绍及最小系统设计

4.2.2 电源电路设计

4.2.3 超声波换能器

4.2.4 超声波驱动电路

4.2.5 超声波回波接收电路

4.2.6 温度测量电路

4.2.7 铁电存储器FM25L256

4.2.8 ZigBee通信电路、隔离驱动电路、电池电量检测电路

4.3 超声波测距子系统软件设计

4.3.1 测量程序子程序设计

4.4 本章小结

第5章 遥控小车模块子系统的软硬件设计

5.1 遥控小车模块子系统需求分析

5.2 遥控小车模块子系统硬件设计

5.2.1 主控制器介绍及最小系统设计

5.2.2 电机驱动电路设计

5.2.3 电源电路设计

5.2.4 ZigBee通信电路、蜂鸣器电路、电池电量检测电路

5.3 遥控小车模块子系统软件设计

5.4 本章小结

第6章 PC无线控制模块子系统的软硬件设计

6.1 PC无线控制模块子系统总体设计

6.2 PC无线控制模块子系统硬件设计

6.3 PC无线控制模块子系统软件设计

6.3.1 开发平台简介

6.3.2 超声波式起重机制动下滑量智能测试系统软件总体设计

6.3.3 登陆界面

6.3.4 主界面

6.3.5 串口设置模块

6.3.6 通信状态与电量检测模块

6.3.7 小车控制模块

6.3.8 检测流程控制模块

6.3.9 报表管理模块

6.3.10 测量曲线显示模块

6.3.11 历史数据显示

6.3.12 测量结果显示模块

6.4 本章小结

第7章 超声波式起重机制动下滑量智能测试系统安装与调试

7.1 硬件完成图

7.2 智能测试系统现场调试

7.3 误差来源分析

7.3.1 载荷实际高度与测量高度的误差分析

7.3.2 超声波回波测量误差

7.3.3 制动信号检测相位误差

7.3.4 ZigBee无线通信时延误差

7.4 本章小结

第8章 总结与展望

8.1 论文工作总结

8.2 成果及后续展望

致谢

研究生阶段研究成果及发表学术论文情况

参考文献

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摘要

起重机械作为高效组织大批量生产以及现代工业化流水作业的基础,广泛应用于国民经济生产的各个领域。起重机械作业环境复杂,活动空间大,操作复杂,配合困难,因起重机事故造成死亡的人数众多。为保障起重机作业安全,我国制定了多部起重机安全作业规范和相关检测标准,起重机制动下滑量是指起重机起升机构从运行制动开始,到完全停止时所滑动的距离,是国家质监总局发文公告的强制检测项目。
  目前行业内常用的起重机制动下滑量检测方法都需要对起重机电气设备进行改造,并且检测效率、安全可靠性以及信息化程度较低,对检测人员的工作经验依赖程度高。针对以上现状,本论文设计了一套非接触式,无需对原有设备进行电气改造的超声波式起重机制动下滑量智能测试系统。该系统通过无线控制遥控小车模块运送超声波测距模块至起重机下方,定时采样距离信息,通过外接钳式电流互感器的制动信号检测模块获取制动信号,并发送至超声波测距模块,PC无线控制模块作为信息处理中心,接收测量数据,并依据起重机制动下滑量制动瞬时载荷位置的确定方法确定制动下滑量,同时实现了测量过程距离数据曲线显示,数据存储,检测报告生成等功能。
  在学位论文工作期间,本人独立完成了超声波式起重机制动下滑量智能检测系统的样机设计与研制,制定了四个子模块之间的ZigBee通信协议,完成了各子模块的软硬件设计。与导师联名申请发明专利“一种起重机制动下滑量智能检测系统”和“起重机(制动下滑量检测)制动瞬时载荷位置的确定方法”,并获受理。
  学位论文主要内容分为八个部分:第一章介绍了课题的背景、意义,详细介绍了本论文研究内容和组织结构;第二章介绍了国内研究现状,给出系统总体设计和功能定义,介绍了核心技术方案,并制定了无线通信协议;第三章介绍了制动信号检测子系统的软硬件设计;第四章介绍了超声波测距子系统的软硬件设计;第五章介绍了遥控小车子系统的软硬件设计;第六章介绍了PC无线控制模块子系统软硬件设计,并对整个测量流程和原理进行了介绍;第七章为原理样机的组装与现场调试,对测量结果和误差进行分析,提供改进思路;第八章对论文的工作进行了总结和展望。
  经现场检测,本系统操作简单,智能化程度高,安全性高,避免对电气设备的改造,减轻了工作人员强度,提高检测效率,可以有效实现对起重机安全性评估。

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