傳統(tǒng)塔機的安全系統(tǒng)普遍采用起升高度限位器、回轉限位器等機械式安傘裝置，而塔機運行過程中施工載荷不確定、工作環(huán)境惡劣，缺少設備運行狀念的實時動念的監(jiān)控與顯示，其安全性主要由操作工和現場指揮人員保證，造成其運行故障率較高。隨著計算機技術的進步，國內外工程界、企業(yè)界對建筑塔機的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷越來越重視，從而使之得到不斷發(fā)展。本文介紹一種在現有機械式安令裝置的基礎上，以當今流行的混合信號系統(tǒng)級芯片為核心，構成高效率、靈活可靠的安全監(jiān)控系統(tǒng)。
　　一、系統(tǒng)功能
　　(1)安全保護功能。在塔機運行過程中，實時采集并記錄塔機的工作參數，主要包括起重量、電流、電壓、風速等，并判斷實現塔機多種安全限制器的功能，如起重力矩限制、起重量限制、起升高度限制、幅度限制和回轉角限制等。當塔機超載時，系統(tǒng)發(fā)出控制信號，允許起重機向安全方向運行，禁止其向危險方向運行。
　　(2)數據記錄功能。在塔機運行過程中，實時記錄塔機起升、下降、回轉、變幅等主要操作過程，記錄載荷起升高度、幅度、回轉角度、起重力矩等工作參數。根據FLASH內存容量的大小，可至少保持最新1～2h的實時數據記錄。
　　(3)實時顯示功能。利用中文液晶屏幕實時顯示塔機工作的關鍵參數(起重量、起重力矩、幅度、回轉角度)和主要操作工況(起升、回轉、變幅)，以便于操作人員及時了解塔機的工作狀態(tài)。
　　(4)數據通訊功能。利用裝置提供的CAN現場總線接口與計算機進行通訊，將記錄數據傳輸到管理計算機，再利用相應的安全分析系統(tǒng)軟件，以實時曲線顯示記錄的事件和數據，并利用專家系統(tǒng)對數據進行進一步分析。
　　二、系統(tǒng)硬件設計
　　系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。控制電路由微處理器模塊、傳感器及信號調理模塊、開關量輸出模塊、鍵盤與液晶顯示模塊等構成?？紤]到當前單片機技術發(fā)展的實際情況，經過對存儲容量、接口能力、功率、軟件設計等方面的分析和比較，確定采用以C8051F020單片機為CPU的安全監(jiān)控系統(tǒng)。

　　2.1 C8051F020單片機介紹
　　C8051F系列單片機是美國CYGNAL公司推出的一種完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的位控制器內核，與MCS51指令集完全兼容。除具有標準8051的數字外設部件外，片內還集成了數據采集和控制中常用的模擬部件和其他數字外設及功能部件。C8051F是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)(SOC)，是今后單片機發(fā)展的方向之一。以C8051F020為例，這種芯片單片機的特點為：
　　(1)內核采用流水線結構，是單周期指令，速度可達25MIPS(在25MHz晶振下)，比普通的51單片機快10倍；JARG調試方式支持在系統(tǒng)、全速、非插入調試和編程，且不占用片內資源。
　　(2)片上集成有64kB FLASH、4352B內部RAM(256+4kB，可外擴至64kB)、59個I/O口，含有模擬多路選擇器、可編程增益放大器12位ADC(速度100kS/s)DAC、3路模擬比較器、內部電壓基準等。由于C8051F的高集成度，因而無需外擴ROM、RAM、A/D、D/A、WATCH-DOG、可編程I/O口和E2PROM，從而大大簡化了外圍硬件電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　(3)可編程的16位計數器陣列(PCA)有6個捕捉/比較模塊和5個通用16位計數器/定時器，這為要求定時器/計數器具有較多的測控節(jié)點提供了方便?！　?br/>　　(4)片內集成有2個UART、1個SM(兼容12C)和1個SPI。C8051F集成了CAN總線控制器，可廣泛應用于干擾環(huán)境非常嚴重的各種工業(yè)現場測控領域，C8051F只需加上CAN總線收發(fā)電路就可掛接到CAN通信網絡上，因而大大簡化了通信系統(tǒng)的設計，減少了通信節(jié)點受干擾的概率。
　　(5)C8051F系列單片機最突出的改進就是引入了數字交叉開關，這是一個大的數字開關網絡，允許將內部數字系統(tǒng)資源分配給端口I/O引腳，這種結構可支持所有的功能組合?？赏ㄟ^設置交叉開關控制寄存器，將片內的計數器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內部的其他數字信號配置為出現在端口I/O引腳。允許用戶根據自己的特定應用，選擇通用端口I/O和所需數字資源的組合。
　　2.2主要傳感器的配置
　　系統(tǒng)中采用的主要傳感器配置采用如下方式，測量回轉角度、幅度、起升高度及風速等的傳感器采用光電編碼器，通過光電轉換，可將電機軸的角位移、角速度等機械量轉換成相應的電脈沖以數字量輸出，通過計算機對脈沖進行采樣，從而得到相應的測量值。重量傳感器安裝在原起重量限制器的滑輪軸上，其所承受的繩索壓力與起重量成正比，傳感器選用專用軸式壓力傳感器，輸出4～20mA的電流信號，該信號經過電壓形成、濾波放大后輸入給C8051F020的12位A/D轉換器接口。為了提高信號的抗干擾能力，傳感器的輸出信號均通過屏蔽電纜連接到駕駛室內的監(jiān)控系統(tǒng)上。
　　2.3開關量輸出模塊
　　系統(tǒng)對外部的控制功能主要由開關量輸出模塊來完成。一部分輸出給PLC的控制信號，包括力、力矩、風速和幅值報警等，這些信號輸出至變頻系統(tǒng)PLC控制器，以作出相應反應；另一部分為控制2路聲光報警的信號。這些控制信號由C8051F020的P4口經光電隔