CN102583160A - 一种吊车吊钩防碰撞装置 - Google Patents

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徐志强
谌志新
江涛
王云杰
羊衍贵
宋丽静
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Abstract

本发明公开了一种吊车吊钩防碰撞装置，包括一台工控主机，还包括一超声波测距装置，该超声波测距装置通过基于Zigbee的无线通信模块与位于所述工控主机的基于Zigbee的无线通信中心节点实现数据的无线传输，该超声测距装置固定于吊车吊钩上，用于测量吊钩与地面的距离，工控机读取中心节点数据，根据数据处理结果，判断吊钩是否超速下落或者与被吊物的距离是否超过警戒阀值，不同的危险信号将对应不同的报警形式，吊车司机根据声音报警或者显示界面及时获取吊钩状态信息。

Description

一种吊车吊钩防碰撞装置
技术领域
本发明属于机械起吊设备技术领域，特别涉及一种吊车吊钩防碰撞装置。
背景技术
随着新世纪全球工业格局的新变化和中国工业技术水平的快速发展，吊车市场近年来也异常的活跃起来，这无疑给吊车的设计带来了更高层次的发展要求。目前，在大型工业吊车中，吊车司机的操作位置往往离地面或甲板很高，距离一般为20～50米，司机很难准确地判断吊钩位置，只能在地面或甲板上的指挥人员的帮助下，根据经验来完成吊钩的起降操作，而且容易发生碰撞事故。
因此，对于吊钩距离地面或者甲板的距离数据的检测在吊车工作过程中是一个重要的参考数据。在现有的多种测距方式中，除了测量的准确度不能满意外，由于采用有线传输方式，布线复杂，给使用维护也带来了困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种吊车吊钩防碰撞装置。
本发明的技术方案是，一种吊车吊钩防碰撞装置，包括一台工控主机，还包括一超声波测距装置，该超声波测距装置通过基于Zigbee的无线通信模块与位于所述工控主机的基于Zigbee的无线通信中心节点实现数据的无线传输，该超声测距装置固定于吊车吊钩上，用于测量吊钩与地面的距离，防碰撞方法是：
司机操作控制手柄，中心节点发出测量要求指令，子节点收到指令后运行单片机内超声波测量子程序，使测距装置发射超声波脉冲，并且开始计时，进入回波等待，收到回波脉冲后，计时结束，用变量存储时间差，并按超声波测距原理计算出所测距离，
将所得数据通过已建无线网络传输至中心节点，若传输失败则再次传输，若成功返回中心节点命令区，在手柄操作过程中，超声测距装置不断测量，实现实时监测功能，
当司机将手柄调至复原位置，则子节点接收休眠指令，进入休眠模式，
工控机读取中心节点数据，根据数据处理结果，判断吊钩是否超速下落或者与被吊物的距离是否超过警戒阀值，不同的危险信号将对应不同的报警形式，吊车司机根据声音报警或者显示界面及时获取吊钩状态信息。
所述的吊车吊钩防碰撞装置集成一温度传感器，根据现场作业情况，修正温度对超声波传输速度的影响，保证测量精度。
超声测距装置的体积大小为5cm×5cm×3cm，通过螺钉安装在吊钩上，或者当吊钩材料为铁质时，用强力磁铁吸附在吊钩上。
本发明运用超声波测距原理将数据发送给工控主机，当吊钩与被吊物距离小于警戒阀值时，可发出报警信号，以保证作业安全。使吊车操作工人即使在高空操作也能随时了解吊钩距离地面物体高度，提高吊车操作安全性与效率。由于以采用低功耗的无线传输数据的方式，能使整个测距监控装置结构简单，体积小巧，便于安装。
附图说明
图1是本发明装置中的无线超声测距装置电路结构图。
图2是本发明的吊车吊钩防碰撞装置工业现场使用布局图
具体实施方式
本发明的组成可以分为实时监控装置和无线超声测距装置，实时监控装置包括工控机与Zigbee中心节点，中心节点采用德州仪器公司(TexasInstruments，TI)的CC2531芯片。中心节点设计采用CC2531拓展USB接口后的硬件电路设计图。其中，部分电路为，
(1)32MHz系统时钟。C231，C221为27pF的电容，连接至CC2531的22、23引脚，用于中心节点的正常工作。
(2)天线部分。电路中电容C252、C253、C262和电感L261、L252形成非平衡变压器，并连接至外部非平衡天线，使整个结构满足RF输入输出匹配50Ω的要求，18pF的电容C251和C261起滤波作用。
(3)USB接口电路。D+、D-与USB线相连，构成了SPI串行总线，USB_P、USB_N和DVDD_USB分别与CC2531对应的接口连接。电容C21、C31都为47pF，C41为10pF，它们都是抗干扰作用，保证数据传输的准确性。
中心节点采用USB接口，可以方便与工控机的联接，工控机在安装驱动后可直接与Zigbee通讯，实现发送与接收数据的功能。
安装在吊钩上的无线超声测距装置结构如图1所示，本硬件系统以Zigbee新一代SOC芯片CC2530为控制核心，配有标准外围电路、超声波的发射与接收模块以及电源供电电路。集成温度传感器，根据现场作业情况，修正温度对超声波传输速度的影响，保证测量精度。无线超声测距装置完成后体积大小在5cm*5cm*3cm，可以通过螺钉安装在吊钩上或者用强力磁铁吸附在吊钩上(吊钩材料为铁质)，对原吊钩基本不会产生影响。
本发明的系统充分利用Zigbee的低功耗特性和内部高速单片机，实现对超声波测距电路的控制与采集到的时间信号的处理，然后利用Zigbee通讯将处理好的数据经子节点将数据发送到实时监控装置的中心节点上，并在监视器上显示出来，供吊车司机参考。
工作流程如下；
司机操作控制手柄，中心节点发出测量要求指令，子节点收到指令后运行单片机内超声波测量子程序，使测距装置发射超声波脉冲，并且开始计时，进入回波等待，收到回波脉冲后，计时结束，可以用变量存储时间差，并按超声波测距原理计算出所测距离。将所得数据通过已建网络传输至中心节点，若传输失败则再次传输，若成功返回中心节点命令区，在手柄操作过程中，测距装置将不断测量，实现实时监测功能。当司机将手柄调至复原位置，则子节点接收休眠指令，进入休眠模式。
工控机读取中心节点数据，根据数据处理结果，可以判断吊钩是否超速下落或者与被吊物的距离是否超过警戒阀值。不同的危险信号将对应不同的报警形式，吊车司机可以根据声音报警或者显示界面及时获取吊钩状态信息。见图2所示监测系统原理方框图。

Claims (3)

1.一种吊车吊钩防碰撞装置，包括一台工控主机，其特征在于，还包括一超声波测距装置，该超声波测距装置通过基于Zigbee的无线通信模块与位于所述工控主机的基于Zigbee的无线通信中心节点实现数据的无线传输，该超声测距装置固定于吊车吊钩上，用于测量吊钩与地面的距离，防碰撞方法是：
司机操作控制手柄，中心节点发出测量要求指令，子节点收到指令后运行单片机内超声波测量子程序，使测距装置发射超声波脉冲，并且开始计时，进入回波等待，收到回波脉冲后，计时结束，用变量存储时间差，并按超声波测距原理计算出所测距离，
将所得数据通过已建无线网络传输至中心节点，若传输失败则再次传输，若成功返回中心节点命令区，在手柄操作过程中，超声测距装置不断测量，实现实时监测功能，
当司机将手柄调至复原位置，则子节点接收休眠指令，进入休眠模式，
工控机读取中心节点数据，根据数据处理结果，判断吊钩是否超速下落或者与被吊物的距离是否超过警戒阀值，不同的危险信号将对应不同的报警形式，吊车司机根据声音报警或者显示界面及时获取吊钩状态信息。
2.如权利要求1所述吊车吊钩防碰撞装置，其特征在于，所述的吊车吊钩防碰撞装置集成一温度传感器，根据现场作业情况，修正温度对超声波传输速度的影响，保证测量精度。
3.如权利要求1所述吊车吊钩防碰撞装置，其特征在于，超声测距装置的体积大小为5cm×5cm×3cm，通过螺钉安装在吊钩上，或者当吊钩材料为铁质时，用强力磁铁吸附在吊钩上。
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