智能便捷式起吊機設計

劉福道

（鞍山師范學院 物理科學與技術學院，遼寧 鞍山 114007）

智能便捷式起吊機設計

劉福道

（鞍山師范學院 物理科學與技術學院，遼寧 鞍山 114007）

本文介紹了基于單片機的智能便捷式起吊機的研究，具體包括智能起吊機的工作過程和工作效益，裝置設計基本原理，單片機工作的基本方式，以及外圍主要電路的設計要點，整個系統利用模塊化進行設計，操作簡單。通過軟硬件的結合探索了單片機在實際應用中的作用。

智能控制；便捷；起吊機設計

1 引言

房屋裝修都需要搬運建筑材料，若使用大型的起吊裝置往往成本昂貴，人力搬運工錢較高，而且樓道的高度、寬窄和搬運物體的體積，都給搬運帶來了很大的困難。針對這些問題，本文設計了一款智能起吊機，通過小型電機和簡單支架設備可以起吊沙子、水泥、石膏和一些體積不大、重量相對較輕的裝修材料，本裝置還采用了單片機的記憶功能控制電機的下行，提高了工作效率。智能便捷式起吊機作為一種能有效提高房屋裝修進展的裝置，在市場上經濟效益很廣，實際使用價值較高，而且成本低，便于安裝。

2 智能起吊機簡介

2.1 裝置圖的設計

通過市場調查，設計除要考慮裝置美觀度、所用材料、受力情況等，為使裝置在整體上達到穩定，還要考慮裝置的失效性[1]。本裝置采用了三管一線，有兩根管子是豎直的，中間可以升降，防止室內高度不同，影響裝置的穩定性[2]。當管子的頂端碰到房頂時，固定好管子，以防管子往下滑。還有一管是橫向的，在管里安裝上滑輪，當物體運上來時，可以橫向拽物體，通過滑輪運進屋里，避免了人伸出窗外拉物體，排除了安全隱患。還有一根斜拉線，通過它來減輕物體對橫向管的作用力。此裝置的設計解決了實際的載重問題，節省了室內空間。此裝置比起直接固定在墻體上的產品更易拆卸與搬運。見圖1。

圖1 裝置實物圖

2.2 智能起吊機工作過程

起吊機操作至少需要兩個人配合，其過程是：戶外上料員上料，室內人員起吊并且看管貨物上行狀態，當貨物達到規定的高度時，人在室內橫拉物體，通過橫放置的管運到室內，卸貨的人員關閉電機，將貨物卸下。起吊機上升與下降過程采用勻速電機進行運轉。上升的時候由于人為的原因導致起吊機載重會發生變化，上升時間就會不同，所以要智能控制貨物的上行過程難以實現。下行過程中，吊籃空載，下行時間相對穩定。當第一次進行下降時，啟動裝置，然后進行計時，利用單片機的記憶功能保存計數。以后下降時，啟動自動下降按鍵，當吊籃到達地面之后電機剛好就會停止，節省了人照看吊籃下降的時間。當變換樓層時，高度會發生變化，下降的時間也會發生變化，我們對整個過程清零，然后重新進行上面的操作。

3 設計基本原理

3.1 系統方案

智能便捷式起吊機系統方框圖如圖2，系統由單片機控制器、按鍵控制電路、液晶顯示電路、晶振電路、復位電路、繼電器控制電路、電源電路七部分組成。

單片機為整個系統的核心[3]，負責整個起吊機的運行，通過按鍵控制電路的輸入，電機工作，相應的指示電路反饋電機的工作情況，液晶顯示工作的時間。

圖2 智能便捷式起吊機的系統方框圖

3.2 原理設計

S1、S2、S3為按鍵控制電路，K1、K2為繼電器控制指示電路與繼電器控制電機工作電路，LCD1602為液晶顯示。電路詳細的分析見主要電路的設計。

圖3 電路設計原理圖

圖3為智能起吊機的主控電路圖，根據需求分析，設計出原理圖，參考ALTIUM DESIGNER原理圖與PCB設計書中制作原理圖的過程[4]，畫出完整的原理圖。

圖4 proteus仿真電路圖

當按下上升按鍵時，電機正轉，相應的指示燈亮；當抬起上升按鍵，電機停止轉動，相應的指示燈滅；第一次按下下降按鈕，單片機計時并保存，電機反轉，相應的指示燈亮；當吊籃到達地面，抬起下降計時按鍵，電機停止工作，指示燈滅；此后下降時，按下自動下降按鈕，當吊籃到達地面時，電機自動停止，指示燈熄滅。根據仿真結果來看，理論與實際的結果達成一致。說明電路的設計與驅動的完成沒有出現錯誤。

4 主要電路設計

4.1 單片機選型

AVR系列的單片機丟棄了計算機復雜的指令，通過計算機哈佛結構使運算速度提高，當然這種高速度是靠高可靠性來保障的。AVR單片機的I/O口驅動能力強，可以減少外圍電路的設計，可以省去功率驅動器件，為電路的設計帶來了很大的方便。通用型號的AVR供貨較為穩定，有些樣品供貨存在問題，通常要使用內部的上拉電阻，懸空將造成干擾。PIC系列的單片機注重從實際出發，I/O口少，存儲空間不大，價格便宜，一般在小型場合使用較多，PIC引腳可以接到220V交流電源上，可直接與大功率的器件相連，無需隔離，但是在操作上具有危險性[5]。AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，與MCS-51單片機完全兼容，功能特別強大，隨著時代的發展，AT89C51已停止生產，完全由AT89SX代替。代表性的產品有AT89S51和AT89S52。AT89S52單片機片內有8KB flash存儲器，256B的RAM,6個中斷源，3個定時器/計數器；AT89S51單片機內有4KB flash存儲器，128B的RAM,5個中斷源，2個定時/計數器。AT89系列單片機相對PIC單片機引腳多，不會直接在引腳上接220v交流電，避免失電后帶來的危險,從制作的安全性方面來說，我們應該優先考慮AT89系列的單片機。AT89系列的單片機相對AVR單片機來說，抗干擾能力強，供貨穩定。AT89S52相對AT89S51單片機存儲空間大，抗干擾能力強。AT89S52相對于AT89C51來說，多了1個定時器，ARM多了128B,ROM了多4K,AT89C51工作頻率最大為24M,而AT89S52工作頻率最大能夠達到33M。通過對各種單片機的比較，最終我們選用AT89S52單片機。

4.2 電源電路

在電子電路中，需要對交流電壓進行處理，如圖5。第一步，采用降壓變壓器對交流電網電壓降壓。第二步，為了得到小功率的直流電壓，將得到的交流電壓需要轉換為直流電壓，單相半波整流電路雖然簡單，但是單相半波整流電路效率太低，在這里選擇單相全波整流。假設變壓器副邊電壓U2，通過單相全波整流的電壓約為0.9U2。第三步，整流過后的電壓仍然有交流成分，需要濾去交流成分，選擇最簡單的電容處理。第四步，對電壓進行穩壓處理[6]。穩壓管7805的標準輸出電壓U0為5V，考慮輸入與輸出間電壓差帶來的功率損耗，根據經驗，一般選取穩壓管輸入U1=( ) 2～3 U0，所以U1的取值范圍在10V到15V之間。我們取12V，那么變壓器的有效值為U2。則電網電壓有10%的波動，即變壓比單片機所能承受的最大電流IO不能大于71 mA,在單相橋式整流電路中，每只二極管只在變壓器的半個周期通過電流，所以平均電流只有負載電阻上電流的一半，即濾波電容的選取,為了獲得較好的濾波效果，在實際電路中，電容容量滿足

圖5 電源電路圖

4.3 電磁繼電器控制電路

電磁繼電器是一種電子控制器件，用弱電控制強電，電路中起自動調節安全保護的作用。常開觸點就是在線圈通電時處于閉合狀態，在線圈斷電時處于斷開狀態。常閉觸點則與之相反。單片機是一個弱電器件[7]，不能控制電磁繼電器，因為單片機自身所能承受的電壓是5伏。況且繼電器對于單片機來說也是一個大功率器件，電磁繼電器還要驅動控制負載，所以這里對電壓進行放大，我們選用三極管。繼電器線圈兩端電壓很大，為了防止線圈失電，在線圈兩端并聯一個大功率二極管釋放電壓。

5 總結

本設計通過單片機計時功能實現起吊機智能下降。通過簡化結構設計，方便安裝與拆卸，節省空間、便于操作，還避免高空作業，解決安全隱患。通過單片機控制繼電器控制電機，實現了弱電控制強電。產品設計最大限度降低了設備成本，便于推廣和使用。

[1]楊瑞剛，徐格寧，范小寧．橋式起重機結構可靠性失效準則與剩余壽命評估準則[J]．中國安全科學學報，2 0 0 9(10)：9 5-10 0．

[2]吳明樺．家庭房屋裝修淺談[J]網絡財富，2 0 0 9(0 8)：2 0 8-2 0 9．

[3]彭偉．單片機C語言程序設計實訓10 0例[M]．北京：電子工業出版社，2 0 12．

[4]黃智偉，黃國玉．A LT IU MD ESIG NER原理圖與PC B設計[M].北京：人民郵電出版社．2 0 16．

[5]張毅剛．單片機原理及應用[M]．北京：高等教育出版社，2 0 14．

[6]童詩白．模擬電子技術基礎[M]．北京：高等教育出版社，2 0 0 6：512-56 2．

[7]郭天祥．新概念51單片機C語言教程[M]．北京：電子工業出版社，2 0 0 9．

Design on Intelligent Portable Lifting Machine

Liu Fudao
(Anshan Normal University,Anshan 114007,Liaoning)

This paper researches on the intelligent portable lifting machine based on microcontroller,including the working process,working efficiency,the basic principle of device design,the basic work mode of SCM,as well as the main points in the design of peripheral circuit.The whole system uses the modular design.The operation is simple.The application of SCM is explored through the combination of hardware and software.

intelligent control;convenient;lifting machine design

TP232 文獻識別碼：B

1008-6609(2016)11-0029-03

劉福道（19 9 3－），男，甘肅蘭州人，本科，研究方向：電子信息科學與技術。

2 0 16年遼寧省大學生創新創業訓練計劃項目：智能便捷式起吊機，項目編號：U PR P2 0 140 40 3。