一種基于STC90C514AD的單片機起重量限制器的設計

【摘 要】 本文介紹一種以STC90C514AD第七代單片機為控制器（CPU）的起重量限制器。該設計集傳感技術、液晶顯示技術、單片機控制技術、軟件技術等多種技術為一體構成整個系統。

【關鍵詞】 起重量限制器 單片機STC90C514AD 軟件技術

1 工作原理

起重量限制器是通過對起重機的起升機構壓力傳感器輸出的模擬量（0～20mv）電壓信號經過濾波去除高頻諧波信號，進入儀表放大器變成（0～5V），再輸入到單片機內部模數（A/D）轉換芯片中，由軟件采集、讀取、比較判斷及處理后，實時顯示載荷重量值。當超載時，起動報警程序發出聲光報警，并立即切斷起重機起升電源防止超載事故發生。

2 硬件組成

該系統由硬件和軟件兩大部分組成，硬件以STC90C514AD單片機為核心，它包括電源電路、傳感器電路、濾波前置放大電路、單片機控制電路、漢字液晶顯示電路、鍵盤輸入電路、聲光報警電路、鍵盤輸入電路、繼電器輸出電路，詳見圖1。

2.1電源電路

電源電路是供給符合起重量限制器電路要求的電源電壓。限制器中有各種不同電路，單片機（CPU）、LCD漢字液晶顯示屏的電源是5V直流電壓，而傳感器、前置放大器電路的電源是±6V直流電壓，在電源前端采用電源濾波器，有效抑制竄入電源部分各種干擾尖峰脈沖、雜波和電源啟動時的輸入浪涌，增強電源線上干擾的吸收及濾除能力。

2.2濾波前置放大器電路

壓力傳感器輸出0～20mv帶有雜波微小毫伏電壓，無法直接進行轉換和處理，因此需要進行濾波、放大處理（0～5V），放大器采用了斬波穩零式高精密運算放大器ICL7650，它具有輸入偏置電流小、失調小、增益高、共模抑制能力強、響應快、漂移低、性能穩定及價格低廉等優點。

2.3單片機控制器（CPU）電路

單片機是整個起重量限制器的核心，壓力傳感器受力輸出與外力成正比的微弱電壓信號經濾波放大直接到控制器（CPU），采用第七代超強抗靜電、超強抗干擾、寬電壓、超低功耗、超低價、高速高可靠、高性能CMOS 8位單片機（STC90C514AD），片內有56K字節程序存儲器（Flash）及片內高達4352字節靜態數據存儲器（RAM）、看門狗、8通道10位高速ADC，4路PWM或D/A、EEPROM。

2.4漢字液晶顯示電路

起重量限制器的顯示部分采用FM-12864L帶中文字庫的液晶顯示器，通過液晶顯示起重機的工作狀態、起重量的數值、故障記錄查詢等功能。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。

2.5鍵盤輸入電路

起重量限制器的控制參數等信息，由鍵盤輸入電路來實現。通過按下不同的按鍵，實現不同的功能。可實現報警值設定、故障記錄查詢、立即停止值設定等相關功能。單片機STC90C每隔一個運行周期就對按鍵進行掃描，當掃描到某按鍵按下時則跳轉到按鍵程序，執行相應的功能程序。

2.6聲光報警電路

當起重機發生危險狀況時，起重量限制器發出預報警及超載報警，拉響蜂鳴器，紅黃色報警燈亮起，以提示操作人員。

3 軟件模塊設計

軟件系統采用模塊化結構設計，由系統初始化模塊、數字濾波模塊、起重量數據采集運算處理模塊、LCD液晶漢字顯示模塊、預報警處理模塊、超載報警處理模塊、看門狗模塊、鍵盤輸入模塊、故障監測模塊等九大程序組成，各模塊相對獨立，便于算法改進及功能擴展。

由于起重量限制器采用廉價的高性能的STC90C514AD單片機，所以與同類產品相比具有很高的性價比，操作簡單，安裝方便等特點，便于推廣使用。

參考文獻：

[1]STC90C58AD系列單片機指南.南通國芯電子有限公司

[2]何立民.單片機應用技術選編（1～8）.北京航空航天大學出版社

[3]王福瑞等.單片微機測控系統設計大全.北京航空航天大學出版社，2002