CAN總線式汽車起重機(jī)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(jī)操縱控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，指出了開發(fā)基于CAN總線的汽車起重機(jī)支腿操控面板的實(shí)際意義。本支腿操控面板集合了26個(gè)輕觸按鍵的開關(guān)量，并將這些開關(guān)量的數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸?shù)街骺刂破髦?，再根?jù)一定的邏輯關(guān)系，對起重機(jī)的4個(gè)支腿進(jìn)行控制。同時(shí)在面板上還集成了一個(gè)二維傾斜角度顯示器，可快速準(zhǔn)確觀察4個(gè)支腿的調(diào)平程度。分別將操控面板配置在汽車起重機(jī)的左右兩側(cè)，便于操作。

【關(guān)鍵詞】汽車起重機(jī);CAN總線;輕觸面板;二維角度

1.引言

隨著建設(shè)工程的規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作為重要的工程施工機(jī)械，汽車起重機(jī)日趨向大噸位、高效率、自動化、智能控制及多用途方向發(fā)展[1]。與此同時(shí)，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(chǎn)品在這方面的表現(xiàn)已成為決定市場競爭力的主要因素[2]。而汽車起重機(jī)的控制系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)歷了機(jī)械控制，液壓控制，模擬電路控制，數(shù)字電路控制，到如今的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)控制時(shí)代。

對于大型汽車起重機(jī)的操控系統(tǒng)來說，他有包含了多個(gè)部件和分系統(tǒng)的控制單元、信號采集和顯示單元，為了提高數(shù)據(jù)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(tǒng)和子單元通過總線的形式連接起來，組成一個(gè)高效、可靠的汽車起重機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此開發(fā)基于CAN總線的汽車起重機(jī)支腿操控面板與傳統(tǒng)的機(jī)械按鈕式的控制面板相比，具有高集成度和可靠性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也為用戶提供了一種全新的操作界面，外形美觀，整體感強(qiáng)，標(biāo)識清晰，便于操作;防護(hù)性能優(yōu)良，由于薄膜面板是一個(gè)無縫隙的平面，對于水、灰塵和油污起到了很好的隔離防護(hù)作用，提高了產(chǎn)品的可靠性，同時(shí)也便于清潔，特別適用于工程機(jī)械惡劣的工作環(huán)境;由于在汽車起重機(jī)的兩側(cè)都配置了支腿操控面板，當(dāng)起重機(jī)的一側(cè)空間受到限制時(shí)，可以在另一側(cè)進(jìn)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(jī)支腿操控系統(tǒng)的組成及控制對象

CAN總線的汽車起重機(jī)支腿操控面板系統(tǒng)主要是由左右兩側(cè)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(gè)輕觸按鍵，其中有十六個(gè)輕觸按鍵分別控制四個(gè)支腿的水平方向和垂直方向的伸縮;有四個(gè)輕觸按鍵分別控制四個(gè)支腿的水平方向和垂直方向的同時(shí)伸縮，有一個(gè)輕觸按鍵控制四個(gè)水平支腿同時(shí)半伸;還有五個(gè)輕觸按鍵分別控制發(fā)動機(jī)的熄火、加速、減速、PTO開和PTO關(guān);另外預(yù)留一個(gè)輕觸按鍵實(shí)現(xiàn)自動調(diào)平功能。

3.CAN總線式汽車起重機(jī)支腿操控面板的設(shè)計(jì)

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(qū)域來劃分的，這方便用戶快速識別和操作?？刂泼總€(gè)支腿的水平伸縮和垂直伸縮的四個(gè)輕觸按鍵分別布置在四個(gè)支腿形狀的圖形區(qū)域內(nèi);左邊矩形區(qū)域內(nèi)布置四個(gè)支腿的水平、垂直的同時(shí)伸縮和水平同時(shí)半伸;右邊矩形區(qū)域內(nèi)布置五個(gè)輕觸按鍵是用來控制發(fā)動機(jī)的相關(guān)操作，正上方的輕觸按鍵是預(yù)留自動調(diào)平功能按鍵;中間圓形區(qū)域內(nèi)有一個(gè)十字液晶條碼顯示窗口，每段有十個(gè)矩形條碼，分別代表汽車起重機(jī)前后、左右高低狀態(tài)，顯示的條碼數(shù)越多，代表此方向越低。當(dāng)前后、左右四個(gè)方向都處于同一水平狀態(tài)時(shí)，每段中的條碼消失，只有中間的紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮。

3.2 操控面板輕觸按鍵的電路設(shè)計(jì)

操控面板輕觸按鍵的電路原理圖如圖3-2所示。二十七個(gè)輕觸按鍵的開關(guān)量分別輸入到IO-MODE小型擴(kuò)展模塊，由模塊將開關(guān)量信號轉(zhuǎn)化成CAN總線信號后傳輸?shù)街骺刂破髦?，主控制器根?jù)一定的邏輯關(guān)系控制汽車起重機(jī)的四個(gè)支腿的動作。IO-MODE小型擴(kuò)展模塊是由COBO公司生產(chǎn)的，該模塊具有32個(gè)可自由配置輸入輸出點(diǎn)，1個(gè)CANBUS接口，1個(gè)CAN2.0B接口，具有體積小，成本低，靈活可靠等特點(diǎn)，是理想的多路開關(guān)量輸入轉(zhuǎn)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(shí)也提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖2-1 CAN總線式汽車起重機(jī)支腿操控系統(tǒng)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(shè)計(jì)框圖

3.3 操控面板水平儀的電路設(shè)計(jì)

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(jī)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(fā)出的二維角度值通過RS232串口接口電路U1（MAX3222EUP）進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化，再傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)U3（MCSQG8）中，單片機(jī)根據(jù)檢測到二維角度值得正負(fù)和大小，經(jīng)過計(jì)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(shù)，單片機(jī)再經(jīng)過譯碼程序?qū)⒁@示的數(shù)據(jù)分別傳送到四片液晶上，這樣十字液晶顯示屏就可實(shí)時(shí)監(jiān)測到汽車起重機(jī)的二維調(diào)平角度的大小，通過操控面板上的支腿按鍵來控制四個(gè)支腿的伸縮就可方便、快速進(jìn)行車輛調(diào)平。

3.4 操控面板水平儀的軟件設(shè)計(jì)

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(shí)鐘調(diào)節(jié)、輸入輸出端口定義、串行通訊設(shè)置和液晶驅(qū)動的初始設(shè)置等;串行通訊接收程序，主要是接收二維角度傳感器發(fā)送的二維角度值;液晶驅(qū)動程序，主要有液晶顯示數(shù)據(jù)的計(jì)算、譯碼和顯示驅(qū)動。其具體的軟件程序框圖如圖3-4所示。

4.結(jié)束語

該支腿操控面板采用輕觸按鍵式開關(guān)設(shè)計(jì)，布局合理、緊湊，界面清晰美觀，便于操作;開關(guān)信號基于CAN總線傳輸，節(jié)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(shù)據(jù)的精度;水平儀采用十字形液晶顯示，通過先進(jìn)的背光技術(shù)，達(dá)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(shí)際檢測和使用，水平儀的精度達(dá)到±0.5度以內(nèi)，滿足汽車起重機(jī)的調(diào)平指標(biāo)要求;操控面板工作穩(wěn)定、質(zhì)量可靠。對提高大噸位汽車起重機(jī)的操控性和整體技術(shù)水平都發(fā)揮了積極作用。

參考文獻(xiàn)

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