CAN總線式汽車起重機支腿操控面板的研制

陳杰斌 周虎林 宋柯

【摘要】本文闡述了大型起重機操縱控制系統的發展趨勢，指出了開發基于CAN總線的汽車起重機支腿操控面板的實際意義。本支腿操控面板集合了26個輕觸按鍵的開關量，并將這些開關量的數據通過CAN總線傳輸到主控制器中，再根據一定的邏輯關系，對起重機的4個支腿進行控制。同時在面板上還集成了一個二維傾斜角度顯示器，可快速準確觀察4個支腿的調平程度。分別將操控面板配置在汽車起重機的左右兩側，便于操作。

【關鍵詞】汽車起重機;CAN總線;輕觸面板;二維角度

1.引言

隨著建設工程的規模的不斷擴大，作為重要的工程施工機械，汽車起重機日趨向大噸位、高效率、自動化、智能控制及多用途方向發展[1]。與此同時，用戶對其工作性能、操作舒適性、自動化程度、工作安全可靠性等方面的要求也越來越高，產品在這方面的表現已成為決定市場競爭力的主要因素[2]。而汽車起重機的控制系統的發展大體經歷了機械控制，液壓控制，模擬電路控制，數字電路控制，到如今的數字網絡控制時代。

對于大型汽車起重機的操控系統來說，他有包含了多個部件和分系統的控制單元、信號采集和顯示單元，為了提高數據和信息的傳輸效率、高可靠性和信息的共享性，就要把這些分系統和子單元通過總線的形式連接起來，組成一個高效、可靠的汽車起重機網絡系統。因此開發基于CAN總線的汽車起重機支腿操控面板與傳統的機械按鈕式的控制面板相比，具有高集成度和可靠性等優點，同時也為用戶提供了一種全新的操作界面，外形美觀，整體感強，標識清晰，便于操作;防護性能優良，由于薄膜面板是一個無縫隙的平面，對于水、灰塵和油污起到了很好的隔離防護作用，提高了產品的可靠性，同時也便于清潔，特別適用于工程機械惡劣的工作環境;由于在汽車起重機的兩側都配置了支腿操控面板，當起重機的一側空間受到限制時，可以在另一側進行操作，給用戶的使用帶來極大的便利。

2.CAN總線式汽車起重機支腿操控系統的組成及控制對象

CAN總線的汽車起重機支腿操控面板系統主要是由左右兩側的操控面板、二維角度傳感器和主控制器組成，如圖2-1所示。

操控面板上共有二十七個輕觸按鍵，其中有十六個輕觸按鍵分別控制四個支腿的水平方向和垂直方向的伸縮;有四個輕觸按鍵分別控制四個支腿的水平方向和垂直方向的同時伸縮，有一個輕觸按鍵控制四個水平支腿同時半伸;還有五個輕觸按鍵分別控制發動機的熄火、加速、減速、PTO開和PTO關;另外預留一個輕觸按鍵實現自動調平功能。

3.CAN總線式汽車起重機支腿操控面板的設計

3.1 操控面板的布局

操控面板的布局如圖3-1所示。所有輕觸按鍵的功能是按照不同圖形區域來劃分的，這方便用戶快速識別和操作。控制每個支腿的水平伸縮和垂直伸縮的四個輕觸按鍵分別布置在四個支腿形狀的圖形區域內;左邊矩形區域內布置四個支腿的水平、垂直的同時伸縮和水平同時半伸;右邊矩形區域內布置五個輕觸按鍵是用來控制發動機的相關操作，正上方的輕觸按鍵是預留自動調平功能按鍵;中間圓形區域內有一個十字液晶條碼顯示窗口，每段有十個矩形條碼，分別代表汽車起重機前后、左右高低狀態，顯示的條碼數越多，代表此方向越低。當前后、左右四個方向都處于同一水平狀態時，每段中的條碼消失，只有中間的紅色發光二極管點亮。

3.2 操控面板輕觸按鍵的電路設計

操控面板輕觸按鍵的電路原理圖如圖3-2所示。二十七個輕觸按鍵的開關量分別輸入到IO-MODE小型擴展模塊，由模塊將開關量信號轉化成CAN總線信號后傳輸到主控制器中，主控制器根據一定的邏輯關系控制汽車起重機的四個支腿的動作。IO-MODE小型擴展模塊是由COBO公司生產的，該模塊具有32個可自由配置輸入輸出點，1個CANBUS接口，1個CAN2.0B接口，具有體積小，成本低，靈活可靠等特點，是理想的多路開關量輸入轉化成為CAN總線輸出的接口模塊。由于信號傳輸是CAN總線傳輸，因此可減少大量布線工作，同時也提高了系統的可靠性。

圖2-1 CAN總線式汽車起重機支腿操控系統的組成

圖3-1 操控面板的布局圖

圖3-2 操控面板輕觸按鍵的電路原理圖

圖3-4 水平儀軟件設計框圖

3.3 操控面板水平儀的電路設計

操控面板水平儀的電路原理圖如圖3-3所示。水平儀是由單片機U3、RS232接口電路U1、4片條碼液晶顯示器DS1-DS4、鐵電存儲器U2和二維角度傳感器等組成。水平儀的工作原理是二維角度傳感器所發出的二維角度值通過RS232串口接口電路U1（MAX3222EUP）進行電平轉化，再傳輸到單片機U3（MCSQG8）中，單片機根據檢測到二維角度值得正負和大小，經過計算確定出四片液晶DS1（X+）、DS2（X-）、DS3（Y+）和DS4（Y-）要顯示出的條碼格數，單片機再經過譯碼程序將要顯示的數據分別傳送到四片液晶上，這樣十字液晶顯示屏就可實時監測到汽車起重機的二維調平角度的大小，通過操控面板上的支腿按鍵來控制四個支腿的伸縮就可方便、快速進行車輛調平。

3.4 操控面板水平儀的軟件設計

操控面板中的水平儀軟件部分主要由三部分組成：主程序的初始化，主要包括變量定義、時鐘調節、輸入輸出端口定義、串行通訊設置和液晶驅動的初始設置等;串行通訊接收程序，主要是接收二維角度傳感器發送的二維角度值;液晶驅動程序，主要有液晶顯示數據的計算、譯碼和顯示驅動。其具體的軟件程序框圖如圖3-4所示。

4.結束語

該支腿操控面板采用輕觸按鍵式開關設計，布局合理、緊湊，界面清晰美觀，便于操作;開關信號基于CAN總線傳輸，節約大量布線工作和成本;二維角度傳感器信號采用串口RS232通訊，提高了采集數據的精度;水平儀采用十字形液晶顯示，通過先進的背光技術，達到了全天候使用要求，不論白天和夜間均能清晰顯示。通過實際檢測和使用，水平儀的精度達到±0.5度以內，滿足汽車起重機的調平指標要求;操控面板工作穩定、質量可靠。對提高大噸位汽車起重機的操控性和整體技術水平都發揮了積極作用。

參考文獻

[1]朱德康，鄒勝.起重機創新設計展望[J].起重運輸機械，2007（2）：1-4.

[2]屈福政，孫鐵兵等.大型起重機的智能化電子控制系統[J].起重運輸機械，2004（3）：25-27.

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[4]陳德池，廖國華，張航等.微處理器與現場總線技術[M].長沙：中南大學出版社，2003.

[5]李剛，陳世利，周鑫玲.飛思卡爾8位單片機實用教程[M].北京：電子工業出版社，2009.