技术领域
[0001] 本
发明涉及状态监控及显示技术领域，特别是消防车驾驶室状态监控及显示系统。
背景技术
[0002] 我国城市化的不断发展,伴随着
高层建筑的不断快速增加,使得用于灭火救援的消防车更加重要,它要完成高层建筑的灭火、救援以及抢险。在灭火救援的过程中,一旦消防车发生了故障或是事故,不但会造成周围人员的伤害,还会耽误整个灭火救援任务的进行,这样必定会造成十分严重的人员及经济损失。因此,它的安全可靠性是绝对不容忽视的。无论是什么机械，在执行各个动作时都会有其自身的最大安全限度，一旦超过这个额定限度,轻则损坏机器的某些设备部件，重则会导致机毁人亡的严重事故。由于消防车的结构复杂、作业环境不确定,为了保证消防车的正常安全工作，必须控制消防车的各个动作在其安全范围内作业。
[0003] 近年来,
电子技术、传感技术和计算机等技术开始飞速发展,这些技术现在已经应用在了
工程机械的控制系统中。而对于消防车，现在
正面向巨型化、多功能化、智能化、安全化、模
块化、系列化、轻量化等方向逐步发展。为了提高它的安全性、可靠性和高效性,对消防车的运行状态进行实时监控是刻不容缓的。也就是说,消防车只有在可靠的状态监控控制系统下工作，才能减少事故的发生率，安全高效的完成它所要执行的任务。
[0004]
现有技术大多数消防车采用的是PLC监控方案，负责现场数据的运算及逻辑关系的处理。但是由于PLC价格昂贵，使用PLC作为主控单元会增加系统的开发成本。因此现有技术的方案不适于大规模
监控系统的开发利用。
发明内容
[0005] 为了克服现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种消防车驾驶室状态监控及显示系统，以
单片机作为微
控制器进行系统开发，并通过Proteus进行
软件仿真，以达到节省开发成本并缩短开发周期的目的
[0006] 本发明的目的在于提供一种消防车驾驶室状态监控及显示系统，包括电脑端、驾驶室前端显示屏以及消防车后端控制系统，其中所述电脑端通过DTU数据传输线连接，所述驾驶室前端显示屏与所述消防车后端控制系统之间通过串口通信
电路连接，所述消防车驾驶室状态监控及显示系统采用MSC-51系列的STC15F2K16S2单片机，消防车驾驶室状态监控及显示系统具有：多个
传感器信号采集电路、LCD
液晶显示电路、
键盘控制电路、蜂鸣器及
LED灯报警电路和串口通信电路，所述多个传感器信号采集电路相互连接，用于采集消防车的状态信息，所述LCD液晶显示电路设置在所述消防车驾驶室内部，用于显示消防车的状态信息的最终电路，所述键盘控制电路与所述LCD液晶显示电路连接，用于控制通过
键盘输入控制信息，所述蜂鸣器及LED灯报警电路
串联或者并联，当发生所述消防车的状态信息需要报警的情况下进行声音和/或灯光报警，所述串口通信电路用于所述监控及显示系统从信号的采集处理到最终数据的显示输出的信息传递。
[0007] 优选地，所述传感器信号采集电路用于采集斗载、变幅
角度、起升高度和火场
温度4 个信号，所述监控及显示系统所需监测的动态参数有：斗载重量、变幅角度、起升高度、回转角度、
风速、周围环境烟雾、周围
环境温度以及离障碍物的距离，所述传感器信号采集电路包括测
力传感器、倾角传感器、旋转
编码器、角度传感器、风速传感器、烟雾传感器、温度传感器、
超声波传感器，所述测力传感器为ST-27
悬臂梁式测力传感器，一端固定，一端加载，拉、压均可，传感器输出的是0-5V的
电压信号，需要通过A/D转换电路将该
模拟信号转换成
数字量传递给
主控制器进行处理，其安装
位置位于工作平台
底板与外框之间；所述倾角传感器为TQG-S系列高
精度一维倾斜角传感器进行角度信号的实时测量，该传感器共有三根信号线，红色线接电源正极，黑色线接地，黄色线则为X 轴的
输出信号线，所述倾角传感器输出的是4-20mA的
电流信号或1-5V的电压信号，通过A/D转换电路将该模拟信号转换成数字量传递给主控制器进行处理，将其安装在梯架伸缩臂外侧；所述
旋转编码器的选择为欧姆龙下的E6B2-CWZ1X500PPR增量式光电编码器，用于进行梯架作业高度的测量，所述旋转编码器输出的是数字量信号，直接连接主控制器进行运算处理，将其安装在
活塞杆
磁性钢轮的
轴承上，
活塞杆运动的同时，磁性钢轮转动，编码器也随之转动，最终计算出脉冲数，用单片机的P2.0引脚表示所述旋转编码器输出的A相脉冲，该引脚直接连主单片机的外部中断INT0，P2.1引脚表示输出的B相脉冲，直接连主单片机的P3.4引脚。；所述角度传感器的选择为CK-1角度传感器，所述 CK-1角度传感器采用模拟量输出形式，对其进行A/D转换后发送给主控制器，其可以输出模拟量，将其安装在回转台下；所述风速传感器为星火创仪的HL-FSX1一体化风速风向传感器，通过4-20mA电流、0-5V电压、RS232、RS485、TTL信号多种方式输出，将风速传感器安装在工作平台上测量风速；所述烟雾传感器为MQ-2烟雾传感器；所述温度传感器为DS18B20传感器，采用一线总线的数字方式进行数据传输，只需要一根信号线采集温度信号，温度测量范围在-55～125摄氏度之间，并且通过单线
接口传输信息，其DQ 端是输出信号线，直接与单片机的P2.7引脚相连，VCC接5V电源进行供电，GND接地；所述
超声波传感器为压电式
超声波传感器。
[0008] 优选地，所述ST-27悬臂梁式测力传感器的力作用在自由端，在梁固定端附近上、下表面各粘贴两片应变片，将其接成桥式电路，当
载荷增加时，敏感闪
电阻R2＝R3，其改变量随着增加，使输出△U01增加，最终需要用A/D转换电路将这一模拟
电信号转换成数字电信号输入给单片机，完成斗载荷的测量，所述ST-27悬臂梁式测力传感器固定在工作平台外框与承载平面之间，
支撑点靠近周边，均匀分布，在重力的作用下，传感器的弹性体产生弹性
变形，使粘贴在表面的电阻应变片也跟着产生变形而使其电阻值产生变化，再经过相应的测量，A/D转换电路会把这一电阻值的变化转换成相应的数字电信号。
[0009] 优选地，还包括A/D转换电路对斗载和变幅角度两路信号需要进行A/D转换，所述 A/D转换电路内具有ADC0832转换芯片，采用5V电源进行供电，输入电压在0-5V之间，工作
频率为250KHz，转换时间为32us，功耗通常仅为15MW，其输入、输出电平与TTL/CMOS 电平相兼容，其中，片选使能信号低电平有效，接单片机的P1.4引脚，CH0，CH1分别为模拟输入通道0，通道1，各自连接一个5K的电位器，分别表示斗载信号和变幅角度信号，通过改变电位器的阻值来模拟
输入信号的变化；CLK是芯片的时钟输入端，接单片机的P1.5引脚；DI表示数据信号的输入端，其功能是选择通道，D0表示数据信号的输出端，其功能是转换数据，它们都和单片机P1.6引脚相连。
[0010] 优选地，所述LCD液晶显示电路包括LCD12864
液晶显示器，，工作电压是3-5.5V，
工作温度为0-60摄氏度，支持串行、并行通讯方式，最终系统的液晶显示器由监控开机界面、数据监控界面和参数额定值设置界面3大界面构成，接入一个10K的电位器进行电压调整，电位器的两端分别接VDD和VSS，DB0-DB7端分别与单片机的P0.0-P0.7引脚连接，CS1、CS2、RS、R/W、E接入单片机的P2.0-P2.4引脚，
负压由VOUT口输出，通过 10K的电位器传送到V0口。
[0011] 优选地，所述键盘控制电路包括两组按键，第一组按键的功能是负责对LCD12864液晶显示器上所显示的内容进行设置：K1的作用是使液晶显示器上的数据监控界面进入参数额定值设置界面，一旦进入参数额定值设置界面，就可以对被测参数的额定值进行设置，K2用于增加其额定值，K3用于减少其额定值，设置完毕后，按键K4让参数额定值设置界面回到数据监控界面，对被测参数进行实时监控；另一组按键对
云梯消防车的伸缩动作进行控制：按下k1，云梯消防车梯架开始伸出；按下k2，动作停止；k3则为梯架伸缩的切换，按下k3，梯架的动作由伸变为缩，再按下k3，该动作又由缩变为伸；k4 加快伸缩速度；k5减小伸缩速度。
[0012] 优选地，所述串口通信电路包括RS-232串口通信以及MAX232芯片，T2IN、R2OUT 分别接单片机的P3.1和P3.2作为单片机的串行数据发送、接收口，R2IN、T2OUT接入计算机的RS-232串口的发送端和接收端，J1是一个串口座，进行数据传送，从而单片机 TXD端口发出的TTL电平经过MAX232芯片转换成RS-232电平后，从MAX232的7脚T2OUT 发出，经过串口座的2引脚RXD端，将数据传递给计算机，计算机接收数据，计算机通过串口座的3交TXD向单片机发送数据，单片机的RXD端将接收数据，VCC与地之间设置一个驱耦电容。
[0013] 优选地，还包括电源供电及稳压电路，所述系统采用USB供电方式，电路中加入了
开关电路，按下开关，指示灯亮，系统上电；再次按下开关，指示灯灭，系统失电，包括三端稳压集成芯片7805，提供稳定的直流电压VCC，值为+5V，最大电流是1.5A，整流
二极管1N4007进行整流，设置电容C9和C11进行输入与输出端的滤波。
[0014] 优选地，所述蜂鸣器及LED灯报警电路包括两级报警电路，其中：
[0015] 二级报警电路包含LED灯；所述一级报警电路包括蜂鸣器。
[0016] 优选地，还包括紧急
制动电路、程序下载电路、复位电路和晶振电路，其中所述程序下载电路包括：单片机的P1.5接插座1引脚MOSI，表示输出信号；复位接插座5引脚 RST，表示复位端；P1.7接插座7引脚SCK，表示
时钟信号；P1.6接插座7引脚MISO，表示输入信号；单片机VCC和GND分别接插座2和4，6，8，10引脚，表示电源和地线；所述复位电路包括：单片机的RST直接与VCC相连，RST为高电平，系统复位；所述晶振电路内含一个由反相
放大器构成的震荡电路，在外围电路中添加一个振荡源，将
石英晶体作为振荡源，XTAL1和XTAL2作为反向放大器的输入和输出端，在这两端并联外接两个 30pf电容从而构成由反向放大器、晶振和电容组成的一个震荡器以产生时钟信号。
[0017] 本发明的有益效果：
[0018] 1、本系统以单片机作为
微控制器进行系统开发,并通过Proteus进行软件仿真,以达到节省开发成本并缩短开发周期的目的。实时掌握消防车的动态，以便及时采取相应措施，提高了救援效率，也很好的保护了消防员。
[0019] 2、消防车后显示屏采集消防车控制启动，温度，压力，角度相关参数，并通过串口通信技术将数据传输给消防车驾驶室进行同步监控，形成一个完整、全面的监控显示控制系统。消防车驾驶室显示屏同步显示消防车后显示屏的相关内容，实现一车多控制功能。坐在驾驶室内可以控制消防车后端显示系统，消防车后端显示系统可以控制驾驶室。同步进行工作，还可通过电脑远程操作，使救援工作更高效，速度更快，消防员到达消防现场若遇到紧急情况不用下车就可以在驾驶室里直接控制消防车。状态监控应兼备必要的
自诊断能力,对机器自身的某些故障如显示器、传感器、
存储器和电源等进行自诊断, 并能提供应对处理方案,记录功能主要是负责对消防车运行状况以及超载情况的记录,为了能够及时对这些数据信息进行分析处理。一旦发生事故,也便于事故原因的查找。
附图说明
[0020] 附图1为根据本发明
实施例的消防车结构示图；
[0021] 附图2为根据本发明实施例的消防车驾驶室状态监控及显示系统结构
框图；
[0022] 附图3为根据本发明实施例的消防车驾驶室状态监控及显示
硬件总体结构图；
[0023] 附图4为根据本发明实施例的测量斗载的桥式电路图；
[0024] 附图5为根据本发明实施例的A/D转换电路示意图；
[0025] 附图6为根据本发明实施例的编码器
波形图；
[0026] 附图7为根据本发明实施例的编码器电路图；
[0027] 附图8为根据本发明实施例的环境温度的测量的传感器及外围电路；
[0028] 附图9为根据本发明实施例的液晶显示电路图；
[0029] 附图10为根据本发明实施例的MAX232芯片串口通信电路接口电路图；
[0030] 附图11为根据本发明实施例的电源电路图；
[0031] 附图12为根据本发明实施例的报警信号灯提示电路图；
[0032] 附图13为根据本发明实施例的蜂鸣器报警电路示意图；
[0033] 附图14为根据本发明实施例的紧急制动电路示意图；
[0034] 附图15为根据本发明实施例的下载接口电路示意图；
[0035] 附图16为根据本发明实施例的复位电路示意图；
[0036] 附图17为根据本发明实施例的晶振电路示意图；
具体实施方式
[0037] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本发明的保护范围。
[0038] 本实施例研究对象以云梯消防车为例，如图1所示，云梯消防车包括
汽车底盘、伸缩机构、变幅机构、回转机构、工作斗和支撑机构组成。回转机构以上的部分被称为上车，回转机构以下的汽车底盘部分(包括支腿)被称为下车。
[0039] 云梯消防车的许多动态参数都有一定的工作范围，为了确定云梯消防车运行时的
稳定性和可靠性，系统需要监测工作斗载荷、转台的回转角度、臂架载荷、臂架的变幅角度、臂架的工作幅度、臂架的起升高度和风速等动态参数的变化。
[0040] 此外，在在火灾现场，火场内部的烟雾夹杂大量的有害物质，这些有害物质大致分为三类：有害气体、
烟尘和热量。烟尘大多数是含
碳的物质，火灾现场
覆盖在其表面的氯化氢气体会升高它的毒物浓度，对人的呼吸系统造成极大伤害；火场燃烧的热量过高时，也会对
呼吸道造成热力烧伤。因此，对现场的烟雾和温度的监控也是必不可少的。在梯架运行过程中，工作斗不可避免会遇到一些障碍物，为了防止云梯消防车工作斗和障碍物发生相互碰撞，造成工作斗或其它设备的损坏，甚至导致整车倾翻，必须对障碍物距工作斗的距离进行监测，以保证工作斗在遇到障碍物的情况下能自动停止梯架工作，防止碰撞的发生。
[0041] 因此，系统所需监测的动态参数有：斗载重量、变幅角度、起升高度、回转角度、风速、周围环境烟雾、周围环境温度、离障碍物的距离等。
[0042] 其中测力传感器选择ST-27悬臂梁式测力传感器，一端固定，一端加载，拉、压均可，设有良好的密封结构，受力后自动调心好，安装容易，使用方便，互换性好。该传感器输出的是0-5V的电压信号，需要通过A/D转换电路将该模拟信号转换成数字量传递给主控制器进行处理，其安装位置位于工作平台底板与外框之间。
[0043] 倾角传感器为了控制消防车在运行过程中，梯架的变幅范围在一定范围之内的安全范围，防止发生倾翻事故。选择TQG-S系列高精度一维倾斜角传感器进行角度信号的实时测量，该传感器共有三根信号线，红色线接电源正极，黑色线接地，黄色线则为X轴的输出信号线。该传感器输出的是4-20mA的电流信号或1-5V的电压信号，需要通过A/D 转换电路将该模拟信号转换成数字量传递给主控制器进行处理，将其安装在梯架伸缩臂外侧。
[0044] 旋转编码器的选择：在云梯消防车工作过程中，不同的车型有其规定的最大作业高度，云梯消防车必须在这一规定的范围内进行工作，以保证车辆及人员的安全，在计算器作业高度前，首先要得到梯架的伸缩总长，然后再通过伸缩总长与变幅角度的关系得出最终的作业高度。本实施例选择光电编码器进行梯架作业高度的测量。根据对比，选择目前主流的传感器制造商欧姆龙下的E6B2-CWZ1X500PPR增量式光电编码器，其工作原理是将机械的位移量最终转
化成为编码器的数字量，再通过监控系统的计数器对其进行计数。该光电编码器输出的是数字量信号，可以直接连接主控制器进行运算处理，将其安装在活塞杆磁性钢轮的轴承上，活塞杆运动的同时，磁性钢轮转动，编码器也随之转动，最终计算出脉冲数。
[0045] 角度传感器的选择：云梯消防车在运行过程中，梯架的变法角度有自身的变幅范围，根据不同车型各有不同。本实施例的角度传感其选择CK-1角度传感器对其变幅角度进行测量。CK-1角度传感器选取了智能磁敏感元件，将机械转动、
角位移等信号转换成电信号，属于非
接触测量，可以在360度范围内进行绝对角位置的测量。该传感器可以提供模拟量、SPI串行协议、PWM
脉宽调制波等多种输出形式，灵敏度、
分辨率、性价比较高，温度的稳定性好，同时适用于
水、油、汽、粉尘等恶劣的环境。该传感器采用模拟量输出形式，对其进行A/D转换后发送给主控制器，其可以输出模拟量，将其安装在回转台下。
[0046] 风速传感器的选择：在露天有风的天气下，如果
风力在5级，风速是20km/h，范围以内，云梯可以正常工作，如果风力达到6级，云梯梯架最多只能上升到最大作业高度的2/3，如果风力大于6级以上，云梯消防车应当停止操作，以免发生危险。本实施例选择星火创仪的HL-FSX1一体化风速风向传感器，通过4-20mA电流、0-5V电压、RS232、 RS485、TTL信号多种方式输出，将风速传感器安装在工作平台上测量风速。
[0047] 烟雾传感器的选择，本实施例选择MQ-2烟雾传感器，适用于
液化气、甲烷、丙烷、
丁烷、氢气、酒精、烟雾的探测。
[0048] 温度传感器的选择：现场火势过大会导致现场温度过高，严重伤害被困人员的身体，因此需要对周围环境温度进行实时监控，系统选择DS18B20传感器。
[0049] 超声波传感器的选择：对于周围障碍物要紧急避险，系统采用压电式超声波传感器，是一种可逆传感器，将压电晶体外加的脉冲电信号转化成机械振荡，达到共振时产生超声波，同理，当共振板接收到超声波后，又会将机械信号转换成电信号，适用于在空气中的传播。
[0050] 系统的总体设计应当具备以下功能：
[0051] 实时监测功能：确定了消防车在运行过程需要被监控的各种参数，因此，本系统首先需要完成被测参数的实时监测功能。
[0052] 参数设置功能：由于不同的消防车其自身的参数额定值也各不相同为了提高系统的通用性和适用性,需通过按键设置来实现各参数额定值的
修改[0053] 实时显示功能：要使操作人员能够实时监测到消防车运行状态下的工作参数值，需要选择合适的显示器对参数值进行显示，可以采用数码管或LCD显示器以数值的方式实时显示消防车的各个运行参数值；
[0054] 报警和断电保护功能：当系统接收到消防车的运行状态后，应做出相应的处理。如果消防车运行时的状态参数值到达一定值，系统必须发出警报预警。一旦该状态参数值超过其允许的最大额定值时，系统必须自动断电，让操作人员停车检查
[0055] 数据存储功能：记录消防车在运行过程中的各个参数实测值以及该值对应的时刻，用来作为消防车的历史资料，便于以后车辆的故障诊断与维修；
[0056] 自诊断和记录功能：状态监控应兼备必要的自诊断能力，对机器自身的某些故障如显示器、传感器、存储器和电源等进行自诊断，并能提供应对处理方案,记录功能主要是负责对云梯消防车运行状况以及超载情况的记录，为了能够及时对这些数据信息进行分析处理。一旦发生事故,也便于事故原因的查找。
[0057] 整个监控系统采用单片机解决方案：
[0058] 单片机因为其高性能比和高可靠性被广泛应用，本监控系统采用高性能的八位、十六位单片机为核心，通过A/D转换电路对系统各个传感器采集到的信号进行处理，利用数码管简单显示或是利用LCD液晶显示器向操作人员提供云梯消防车运行的状态信息，包括提供文字或者图形等。再利用数出接口和驱动电路对继电器输出控制，并通过串口通信技术将数据传输给上位机进行同步监控，形成一个完整全面的监控系统。
[0059] 参见图2，消防车后显示屏采集消防车控制启动，温度，压力，角度相关参数，并通过串口通信技术将数据传输给消防车驾驶室进行同步监控，形成一个完整、全面的监控及显示系统。消防车驾驶室显示屏同步显示消防车后显示屏的相关内容，实现一车多控制功能。坐在驾驶室内可以控制消防车后端显示系统，消防车后端显示系统可以控制驾驶室。同步进行工作，还可通过电脑远程操作，使救援工作更高效，速度更快，消防员到达消防现场若遇到紧急情况不用下车就可以在驾驶室里直接控制消防车。
[0060] 系统的硬件结构设计：
[0061] 如图3所示，本实施例选择MSC-51系列的STC15F2K16S2单片机，包括：传感器信号采集电路、LCD液晶显示电路、键盘控制电路、蜂鸣器及LED灯报警电路和串口通信电路等。这些主要电路将完成本监控系统从信号的采集处理到最终数据的显示输出等一系列功能的实现。
[0062] 一、传感器信号采集电路：本系统采集斗载、变幅角度、起升高度和火场温度4个信号。
[0063] 1、斗载的测量：工作斗载荷测量采用ST-27悬臂梁式测力传感器，该传感器的力作用在自由端，在梁固定端附近上、下表面各粘贴两片应变片，将其接成如图4所示的桥式电路，当载荷增加时，敏感闪电阻R2＝R3，其改变量随着增加，使输出△U01增加，最终需要用A/D转换电路将这一模拟电信号转换成数字电信号输入给单片机，完成斗载荷的测量。因此，将该传感器固定在工作平台外框与承载平面之间，支撑点尽量靠近周边，均匀分布。当工作斗中开始站人(包括消防员、受灾者以及一些重要物品)时，在重力的作用下，传感器的弹性体产生弹性变形，使粘贴在表面的电阻应变片也跟着产生变形而使其电阻值产生变化，再经过相应的测量，A/D转换电路会把这一电阻值的变化转换成相应的数字电信号。
[0064] 2、变幅角度的测量：系统选用TQG-S系列高精度一维倾斜角传感器来测量云梯消防车的变幅角度，系统利用500欧姆的电位器来模拟变幅角度信号的改变，通过电位器阻值的改变来表示变幅角度的实时变化，最终再经过A/D转换电路的转换，将这一模拟信号转化成
数字信号传给单片机进行监控。将电位器的三根信号线一样接法，一根接地，一根接电源正极，还有一根作为信号输出线。
[0065] 3、A/D转换电路：斗载和变幅角度两路信号需要进行A/D转换，选择ADC0832转换芯片，具有8位分辨率、双通道，如图5所示，当有5V电源进行供电时，输入电压在0-5V 之间，工作频率为250KHz，转换时间为32us，功耗通常仅为15MW，其输入、输出电平都可以与TTL/CMOS电平相兼容，工业级芯片温度在-40～85摄氏度范围之间，商用级芯片的温度在0～70摄氏度范围内。其中， 为片选使能信号，低电平有效，这里接单片机的 P1.4引脚，CH0，CH1分别为模拟输入通道0，通道1，各自连接一个5K的电位器，分别表示斗载信号和变幅角度信号，通过改变电位器的阻值来模拟输入信号的变化；CLK是芯片的时钟输入端，接单片机的P1.5引脚；DI表示数据信号的输入端，其功能是选择通道， D0表示数据信号的输出端，其功能是转换数据，它们都和单片机P1.6引脚相连。
[0066] 4、起升高度的测量：先利用旋转编码器测出梯架的伸缩长度，再根据几何关系求出梯架的起升高度，对梯架伸缩长度的测量，其工作原理是先将位移信号转换为周期性的电信号，然后再将这个电信号转换成计数脉冲，通过脉冲的个数表示位移的大小。因此，当梯架伸缩油缸活塞杆开始伸缩时，该编码器也开始旋转，会产生两路数字脉冲信号，用A，B表示，
相位之差为90度。正转时，A超前B90度，反转时，B超前A90度。同时还有一相表示参考零位的Z相脉冲信号，脉冲的个数和位移量时钟保持比例关系。系统采用另一块STC15F2K16S2单片机替代该光电编码器，用该单片机的P2.0引脚表示光电编码器输出的A相脉冲，该引脚直接连主单片机的外部中断INT0，P2.1引脚表示输出的 B相脉冲，直接连主单片机的P3.4引脚。首先将INT0设置成下降沿触发，当A相脉冲开始触发中断时，主单片机产生外部中断，系统将会执行中断处理程序，接着判别B相脉冲是高电平还是低电平。如果是低电平，那么编码器将正转，加1计数；如果是高电平，那么编码器将反转，减1计数。通过有效的脉冲信号不断触发中断，系统通过脉冲数的积计算最终完成对梯架伸缩长度的测量，再通过几何关系转换成起升高度。该编码器波形图如图6所示。如图7所示为编码器电路图。
[0067] 5、环境温度的测量，采用DS18B20温度传感器，如图8所示，采用一线总线的数字方式进行数据传输，只需要一根信号线采集温度信号，温度测量范围在-55～125摄氏度之间，并且通过单线接口传输信息，其DQ端是输出信号线，直接与单片机的P2.7引脚相连，仅需要这一根
连接线就能完成温度数据的发送与接收，VCC接5V电源进行供电，GND 接地。
[0068] 二、液晶显示电路
[0069] 由于本系统的设计是上、下位机对云梯运行状态进行同时监控，下位机要显示的主要是状态参数的实际值及额定值，上位机对参数变化曲线进行显示。考虑成本，本实施例选择显示信息量适中的LCD12864液晶显示器，LCD12864液晶显示器是一种带
背光、5V 电压来驱动的液晶显示器，内含8192个16*16的点阵以及128个16*8的ASCII码的字符集，最终在液晶屏上不但能够显示8*4行的16*16点阵的汉字，而且还可以显示图形。工作电压是3-5.5V，工作温度为0-60摄氏度，支持串行、并行通讯方式。最终系统的液晶显示器由监控开机界面、数据监控界面和参数额定值设置界面3大界面构成。管脚功能如下：
[0070] DB0-DB7：3态数据线；
[0071] RS：数据/命令选择端，当RS＝“H”时，代表DB0-DB7口是显示数据，当RS＝“L”时，代表DB0-DB7口是显示指令数据；
[0072] R/W：读/写选择端。当R/W＝“H”，E＝“H”时，数据会被读到DB0-DB7；当R/W＝“L”， E＝“L”时，数据会被写到IR或DR；
[0073] E：使能信号；当R/W＝“L”时，E信号下降沿
锁存DB0-DB7口；当R/W＝“H”，E＝“H”时，DRAM数据被读到DB0-DB7；
[0074] CS1，CS2：片选信号。CS1为高电平时，选择芯片右半屏信号；CS2为高电平时，选择芯片左半屏信号；
[0076] VSS：电源地，0V；
[0078] VOUT：LCD驱动负电压，-10V；
[0079] RET：复位端，低电平有效；
[0080] LED+：LED背光电源
阳极，DC+5V；
[0081] LED-：LED背光电源
阴极，DC0V；
[0082] LCD与单片机的接口电路如图9所示。V0是用来调节液晶对比度的，对比度不能过高也不能过低，因此需要接入一个10K的电位器进行电压调整，电位器的两端分别接VDD 和VSS，DB0-DB7端分别与单片机的P0.0-P0.7引脚连接。CS1、CS2、RS、R/W、E接入单片机的P2.0-P2.4引脚，负压由VOUT口输出，通过10K的电位器传送到V0口。
[0083] 三、按键控制电路
[0084] 本系统共设计了两组按键，第一组按键的功能是负责对LCD12864液晶显示器上所显示的内容进行设置：K1的作用是使液晶显示器上的数据监控界面进入参数额定值设置界面，一旦进入参数额定值设置界面，就可以对被测参数的额定值进行设置。K2用于增加其额定值，K3用于减少其额定值。设置完毕后，需要按键K4，让参数额定值设置界面回到数据监控界面，对被测参数进行实时监控。另一组按键对云梯消防车的伸缩动作进行控制：按下k1，云梯消防车梯架开始伸出；按下k2，动作停止；k3则为梯架伸缩的切换，按下k3，梯架的动作由伸变为缩，再按下k3，该动作又由缩变为伸；云梯消防车在伸缩时其速度不是恒定的，这就需要实时控制其速度，k4加快伸缩速度；k5减小伸缩速度。
[0085] 四、串口通信电路
[0086] 为了能够及时了解云梯消防车被测参数的更多信息，并将这些信息记录保存，需要开发上位机对云梯消防车进行同步监控，上位机和下位机之间需要完成数据的传输，包括数据的发送与接收。本实施例选择RS-232串口通信以及MAX232芯片，MAX232芯片是专为RS-232标准串口设计生产出的一种单电源电平转换芯片，使用5V的单电源供电方式，外接如果电容就可以完成TTL电平与RS-232电平之间的转换，其硬件接口简单，价格也比较便宜，其芯片接口电路图如图10所示。T2IN、R2OUT分别接单片机的P3.1和 P3.2，这是单片机的串行数据发送、接收口。R2IN、T2OUT接入计算机的RS-232串口的发送端和接收端。J1是一个串口座，进行数据传送，从而单片机TXD端口发出的TTL电平经过MAX232芯片转换成RS-232电平后，从MAX232的7脚T2OUT发出，经过串口座的2引脚RXD端，将数据传递给计算机，计算机接收数据，同样，计算机通过串口座的3 交TXD向单片机发送数据，单片机的RXD端将接收数据。由于在实际应用中，元器件对电源的噪声十分敏感，因此在VCC与地之间要加一个驱耦电容。
[0087] 五、电源供电及稳压电路
[0088] 系统采用USB供电方式，只需要将硬件上的USB口接入电脑，系统就可以开始工作，电脑输出的是0-5V电压，符合单片机的工作电压范围为，电路中加入了开关电路，按下开关，指示灯亮，系统上电；再次按下开关，指示灯灭，系统失电。由于一些设备的性能受电压的影响很大，电压的
波动有可能导致设备性能的不稳定或造成参数值的误差。因此，引入了输出正5V的直流稳压电源电路来增加系统的稳定性。选择三端稳压集成芯片7805，提供稳定的直流电压VCC，值为+5V，最大电流是1.5A，
整流二极管1N4007进行整流。电容C9和C11作用是进行输入与输出端的滤波。电源及供电及稳压电路图如图 11所示。
[0089] 六、系统报警电路
[0090] 云梯消防车在运行过程中，当被测参数值接近或达到其额定值时，系统必须发出警报提醒驾驶员注意，并采取相应措施，本系统设计了两级报警：
[0091] 二级报警：当被测参数指达到额定值的95％时，系统开始预警，各参数的指示灯开始闪烁，驾驶员需要格外注意起质的变化；
[0092] 一级警报：当被测参数值超过额定值，系统报警，此时，各参数的指示灯不再闪烁，而是保持红色不变，蜂鸣器也开始鸣响，继电器自动闭合，云梯消防车停止工作，驾驶员应立即查明原因。该部分的硬件电路如图12，图13所示。
[0093] 七、紧急制动电路
[0094] 云梯消防车的主要动作包括梯架伸缩、变幅和回转，当不同的动作在运行过程中超过其极限状态时都必须紧急制动以保证机器。因此，为云梯消防车的监控系统设计了紧急制动电路，以防止车辆各个设备部件的损坏。本系统以伸缩动作的继电器电路为例，电路图如图14所示。
[0095] 八、程序下载电路
[0096] 系统选择ISP下载电路，通过ISP插口直接将程序烧写近来，而不是将芯片拿下来再放到专
门的烧写器上进行烧写。利用DIP10插座将已经焊好的ISP下载器与单片机连接在一起，接口电路如图15所示。单片机的P1.5接插座1引脚MOSI，表示输出信号；复位接插座5引脚RST，表示复位端；P1.7接插座7引脚SCK，表示时钟信号；P1.6接插座7引脚MISO，表示输入信号；单片机VCC和GND分别接插座2和4，6，8，10引脚，表示电源和地线。
[0097] 九、复位电路和晶振电路
[0098] 1、复位电路：是的单片机能够在程序飞跑，操作人员无法正常监测到被测参数信息的情况下能够重新执行，将系统回到正常的监控状态。本实施例采用按键复位方式，复位电路如图16所示。单片机的复位引脚RST为高电平有效，也就是说高电平时系统复位，低电平时系统正常工作。当按下按键后，电容被
短路，开始放电。单片机的RST直接与 VCC相连，RST为高电平，系统复位。当松开按键时，电源又开始给电容充电，直至电容充电结束后，电阻上的电压接近为0，RST的电压就是电阻电压，降为低电平，系统开始重新执行程序，正常工作。
[0099] 2、晶振电路：STC15F2K16S2单片机内含一个由反相放大器构成的震荡电路，只需要在外围电路中添加一个振荡源，就可以产生时钟信号发送到单片机内部了，选择石英晶体作为振荡源，XTAL1和XTAL2是反向放大器的输入和输出端，在这两端并联外接两个电容帮助振荡源起振和频率的微调，典型值为30pf。这样，就由反向放大器、晶振和电容构成一个震荡器以产生时钟信号。不同的晶振的机器周期不同，时钟频率越高，单片机的工作速度越快，本实施例选择晶振为11.0592MHz。晶振电路如图17所示。
[0100] 本实施例：
[0101] 1、本系统以单片机作为微控制器进行系统开发,并通过Proteus进行软件仿真,以达到节省开发成本并缩短开发周期的目的。实时掌握消防车的动态，以便及时采取相应措施，提高了救援效率，也很好的保护了消防员。
[0102] 2、消防车后显示屏采集消防车控制启动，温度，压力，角度相关参数，并通过串口通信技术将数据传输给消防车驾驶室进行同步监控，形成一个完整、全面的监控显示控制系统。消防车驾驶室显示屏同步显示消防车后显示屏的相关内容，实现一车多控制功能。坐在驾驶室内可以控制消防车后端显示系统，消防车后端显示系统可以控制驾驶室。同步进行工作，还可通过电脑远程操作，使救援工作更高效，速度更快，消防员到达消防现场若遇到紧急情况不用下车就可以在驾驶室里直接控制消防车。状态监控应兼备必要的自诊断能力,对机器自身的某些故障如显示器、传感器、存储器和电源等进行自诊断, 并能提供应对处理方案,记录功能主要是负责对消防车运行状况以及超载情况的记录,为了能够及时对这些数据信息进行分析处理。一旦发生事故,也便于事故原因的查找。
[0103] 以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本发明的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本
说明书内容不应理解为对本发明的限制。
