黑匣子节点设计

桥式起重机安全监控系统需要检测的运行参数较少 ，但是通讯接口需要较多。总和考虑节点单片机选用 C8051F020。系统的电源模块的电源输入设计有外部交流 220 V 供电和直流 +12 V 供电两种模式。长期监测需要采用外部供电模式 ，为减少电源超导线接线的安全隐患 ，桥式起重机安全监控系统首先利用 AC/DC 将 220 交流转换为 +12 V 直流。

系统通过 SPI 对 SD 卡进行读写擦除操作 ，SPI 总线主要通过四根线进行数据传输 ：同步时钟线 SCK、主入 / 从出数据线 MISO、主出 / 从入数据线 MOSI、从机片选择线 CS（低电平有效）。黑匣子节点电路中最重要的是采集电路和通讯电路设计。下面分别介绍。

1.1 电路设计

1）采集模块电路设计。开关量采集模块的电路的设计较为简单 ，可以先根据光耦的驱动电流确定输入电阻的大小 ，然后选择一个电容 ，使其与该输入电阻构成一个 RC 滤波回路 ，再过滤通道上的毛刺干扰即可。系统共设计 12 路开关量采集通道 ，各通道用一个公共地。开关量采集电路

2）通讯接口电路设计。系统单片机集成了串行通讯接口 ，使用这些串行通讯接口和 RS485 接口驱动芯片就可以构成总线型通讯网络 ，实现数据通讯 ，即完成系统设定的采集任务。RS485 通讯采用星型结构 ，这种结构具有接口简单、灵活性好、价格低、易于控制等优点 ，已经非常广泛的在工控系统中使用。美国 TI 公司生产的 SN75LBC184 是一种 RS485 接口芯片。可以与单片机里连接 ，把 TTL 信号转化为 RS485 信号。应用该芯片完成电路图

1.2 程序设计

系统单片机需要完成以下工作。1）读取开关状态并计时（第一路开关为桥机总电源按钮 ，上电与断电后分别记录时间 ，用来记录工作时间。其他开关量只在变化后存储上传）。

2）分别向各 RS485 接口发送查询命令 ，并接受各模块采集的数据 ，分别计时。

3）把所得数据和时间按照统一格式发送到 SPI 接口 ，存入SD 卡 ，并上传。本设计中系统需要查询开关量 ，通过 RS485 总线查询起重量、起升高度、同一轨道两车间距 ，通过 IC 查询实时时钟数据 ，通过 SPI 把读取数据存储到 SD 卡中 ，通过串口 0，发送的 DTU模块 ，完成一个工作周期。

桥式起重机安全监控系统终端设计

起重机监控系统的软件设计主要是包括节点远程参数设置、接收和处理终端发回的数据 ，数据库设计、系统用户界面设计、系统分析软件设计等。

1.1 软件功能模块

1）用户登录分级管理。软件实现用户分级管理。A 类用户具有修改用户名、密码、远程修改参数、删除历史记录等权限 ；B 类用户具有远程参数修改权限 ；C 类用户只有查看权限。系统登陆界面

2）服务器数据接收。当该服务器接收到一个网络数据包后，它首先判断该数据包是终端（远程主机）发来的数据包还是修改参数的数据包 ，如果两者都不是 ，说明接收到了异常的数据包 ，那么将进行异常处理。如果是修改参数的数据包 ，那么接下来发送指令到终端（远程主机）如果是终端（远程主机）发来的数据包 ，数据超过了阀值将进行软件和硬件报警然后将该数据存入数据库 ; 如果没有发生异常 ，那么除了正常显示之外 ，

将直接进行数据的存储工作。

3）数据库设计。数据库作为监控系统的数据存储部分 ，它的性能直接影响到整个监控系统的性能 ，本系统采用工厂模式三层架构开发数据库。通常意义上的三层架构就是将整个业务应用划分为 ：表现层（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL）。区分层次的目的即为了“高内聚 ，低耦合”的思想。数据库设计是从用户对数据的需求出发、设计和实现数据库的过程，既要满足应用功能需求，又要具有良好的数据库性能。数据库模块是监控平台软件中的核心部分。该软件模块主要实现数据存储、数据查询、数据库维护等功能。在该系统中数据存储主要包括 ：①测点采集的各个参数的数据 ；②测点的基本信息 ；③监测设备的报警信息 ；④测试节点的历史数据等。

4）节点管理模块。进入系统之后 ，在终端管理主界面上可

以查看各节点的在线情况（如图 8 所示），可观察左侧节点颜色2）服务器数据接收。当该服务器接收到一个网络数据包后，它首先判断该数据包是终端（远程主机）发来的数据包还是修改参数的数据包 ，如果两者都不是 ，说明接收到了异常的数据包 ，那么将进行异常处理。如果是修改参数的数据包 ，那么接下来发送指令到终端（远程主机）如果是终端（远程主机）发来的数据包 ，数据超过了阀值将进行软件和硬件报警然后将该数据存入数据库 ; 如果没有发生异常 ，那么除了正常显示之外 ，将直接进行数据的存储工作。

为了保障桥式起重机的安全操作 ，满足安监部门对设备管理的需求 ，本文研究桥式起重机械远程安全监控系统。该系统将 GPRS 无线数传技术、大容量数据的现场 / 远程存储技术等相结合 ，实现基于网络的起重机械安全运行的监测及现场 / 远程“黑匣子”功能 ，可广泛应用在桥式起重机械的长期监测项目。