王义乐

 （洛阳卡瑞起重设备有限公司，河南  洛阳  471023）

摘要：对起重机超载限制器的黑匣子进行硬件电路搭建和软件程序设计，并设计了U盘存储格式。该装置已被用到实际工程中，且取得了非常好的效果。

关键词：超载限制器；黑匣子；起重机中图分类号：TP273：TH21  

0  引言

 目前在用的超载限制器只有简单的超载限制功能，因其功能单一，无法满足众多客户的需求，研制高精度、智能化、网络化的超载限制器迫在眉睫。本文设计了具有黑匣子功能的智能超载限制器。其在功能设计上模仿了飞机的“黑匣子”功能，可在起重机运行过程中对各安全机构状态进行监控和记录，当起重机超载和发生故障时发出报警并采取相关安全措施，从而保证起重机的运行安全。当我们需要对起重机进行事故分析和维修保护时，黑匣子中记录的各种数据可发挥巨大作用，方便工程师对设备进行检修。

1  方案设计

 本文设计的超载限制器中的黑匣子主要用来记录起重机的工作时间、超载次数、启动次数、运行时间、通电时间、剩余安全工作周期(SWP%)、负载皮重，以及每次的起重量及时间、超载重量及时间、起重机各机构的故障信息等，而且能够通过USB接口连接电脑查看和读取数据。

 超载限制器以ARM芯片的STM32F103VET6为核心，通过U盘芯片CH376来搭建硬件电路，STM32F103VET6处理器将采集模块采集到的重量信息、故障信息等计算处理后保存在U盘中。而且U盘容量大，不受空间限制。智能超载限制器的结构框图如图1所示。

2U盘电路设计

 U盘数据存储模块采用CH376芯片主机模式开发U盘接口，其功能是在无PC的情况下，通过U盘进行数据的存储，也可通过U盘配置系统参数。

 本文选择SPI串行接口方式，利用STM32F103VET6的SPI1端口与CH376通信，其硬件电路如图2所示。CH376芯片的管脚D3、D5、D6、D7分别与STM32的PA4、PA5、PA7、PA6管脚相连。此处利用了I()口的第二功能：PA4的第二功能是SPI1_NSS，PA5的第二功能是SPI1_SCK，PA6的第二功能是SPI1_ MISO，PA7的第二功能是SPI1_MOSI。

 为了在不打开外壳的情况下读取U盘中的信息，在外壳面板上留USB接口，如图3所示，插入USB线与计算机连接后，就可以读取U盘信息，而且也可以修改U盘信息。

 为了保护U盘里面的信息不被随意修改和查看，设计了访问权限，即通过面板按键输入正确的密码后，方可正常读取U盘信息。在电路上设计了一个继电器，如图4所示，当密码正确后STM32管脚PA8置低电平，光耦4N32导通，继电器导通，从而U盘外接接口电路中的UD+线与CH376的相应管脚UD+接通。

3软件设计

 系统程序中，CH376.C为SPI串行连接的硬件抽象层；CH3761NC.H为CH376的定义文件；SPI.C为STM32的IO口配置文件；FILE_SYS.H与FILE_SYS.C为CH376芯片文件系统层，用于提供文件系统常用子函数和命令打包。而在顶层应用文件UPAN.C中编写写数据函数和读取数据函数。

写数据程序如下：

读数据程序如下：

4  U盘存储格式

表1～表4分别为U盘不同内容的存储格式。

5  结论

 本文研制的超载限制器利用U盘的稳定性高、数据传输速率快、容量大等优点，把起重机各个机构的工作运行情况等数据记录下来，给起重机工作状态分析和故障维修奠定了基础。具有黑匣子功能的超载限制器已经运用到了某客户双柳基地100 t电动双梁起重机中，满足了客户的要求，得到了用户的好评。