CN106842217A - 一种用于吊装的双向激光无线测距系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种吊装用双向激光无线测距系统，主要由双向激光测距传感器装置和接收显示装置组成，所述双向激光测距传感器装置由传感器机体、主控模块、X方向激光测距模块、Y方向激光测距模块、1#串口转无线模块、电源模块和接口模块组成；所述接收显示装置由显示主机和2#串口转无线模块组成，显示主机与2#串口转无线模块线连接；在双向激光测距传感器装置的传感器机体上X方向激光测距模块和Y方向激光测距模块两者互成90度，分别得到吊装对象偏离周围物体的水平距离和高度距离，主控模块把水平距离值和高度距离值通过传感器输出，通过无线方式发射给接收显示装置进行无线接收并解析具体的双向测距值。

Description

一种用于吊装的双向激光无线测距系统

技术领域

本发明属于工程测试领域，涉及一种用于吊装的双向激光无线测距系统，特别涉及一种在物体吊装操作时可进行双向激光测距的无线测距系统，双向测距互成90度角，可同时监测吊装对象的水平位置和高度位置。

背景技术

在进行物体吊装操作时，为了避免与周围物体(如地面、竖井井壁、集装箱等)发生碰撞事故，需要实时了解吊装对象的水平位置与高度位置。由于吊车操作手位置距离吊装对象的周围物体有一定距离，且视线受到遮挡，所以无法准确判断吊装对象到周围物体的水平距离以及垂直高度，对于经验丰富的操作手，可凭经验大致判断，但无法精确判断，这给吊装操作带来一定隐患。

对吊装对象位置进行实时监控的一种较好方式是通过在吊装对象上固定测距传感器来实现水平和高度的测量，然后通过无线传输的方式显示在吊装操作手所在位置。但是，使用现有的激光测距产品，在测距系统的安装、使用上仍有不便之处。

使用现有激光测距产品完成吊装对象监控目的的常用方式是通过两个传感器分别监控吊装对象的水平位置和高度位置，此方式需要解决两个传感器的安装固定、两路无线信道数据的传输处理、两个传感器测距方向互成90度等问题，安装使用上存在较大不便，不利于系统集成。经资料查询，安微理工大学的左超等人实现的一种矿用双向激光测距仪(专利申请号201520109116.9)以及中国台湾的捷瑞股份有限公司的赖英武实现的双向式激光测距仪(申请专利号201410500490.1)等虽然解决了激光双向测距的问题，但都只是提供直线上180度角的双向测距问题，而不能同时解决吊装过程中吊装对象的水平和高度(互成90度)监控问题，并且没能提供测量数据无线传输的功能，也不利于在吊装操作中使用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种吊装用双向激光无线测距系统，其目的在于在物体吊装环境下通过一个传感器装置同时监控吊装对象的水平位置和高度位置，解决使用现有的激光测距产品在测距系统的安装、使用上的不便问题。

本发明提供一种吊装用双向激光无线测距系统，其特征在于：由双向激光测距传感器装置和接收显示装置组成，所述双向激光测距传感器装置由传感器机体、主控模块、X方向激光测距模块、Y方向激光测距模块、1#串口转无线模块、电源模块和接口模块组成；所述主控模块、1#串口转无线模块、电源模块安装在传感器机体内；所述电源模块由电池盒与充电管理模块组成；所述X方向激光测距模块和Y方向激光测距模块安装在传感器机体的前端；所述接口模块由充电接口、6针航空插头和天线接口组成，安装在传感器机体的后端；所述X方向激光测距模块、Y方向激光测距模块、1#串口转无线模块、充电管理模块、6针航空插头均与主控模块线相连；所述电池盒、充电接口均与充电管理模块线相连；所述6针航空插头、充电管理模块均与充电接口线相连；所述天线接口与1#串口转无线模块线相连；所述接收显示装置由显示主机和2#串口转无线模块组成，显示主机与2#串口转无线模块线连接；在双向激光测距传感器装置的传感器机体上X方向激光测距模块和Y方向激光测距模块两者互成90度，分别得到吊装对象偏离周围物体的水平距离和高度距离，主控模块把水平距离值和高度距离值通过传感器输出，通过无线方式发射给接收显示装置进行无线接收并解析具体的双向测距值。

本发明进一步提供一种吊装用双向激光无线测距系统，其特征在于：所述双向激光测距传感器装置的通讯协议采用Modbus协议，双向激光测距传感器装置主要实现6种通讯命令：启动单次测量、启动连续测量、停止连续测量、设置连续测量的时间间隔、设置X方向测距偏差、设置Y方向测距偏差。

本发明进一步提供一种吊装用双向激光无线测距系统，其特征在于：所述双向激光测距传感器装置包括硬件启动和软件启动；所述硬件启动通过短接6针航空插头的针脚实现，启动激光连续测距，测量结果通过无线方式或有线方式传出；所述软件启动通过发送Modbus通讯命令实现，启动激光连续测距或激光单次测距，测量结果通过无线方式或有线方式传出；传感器装置工作于连续测距时，连续测量的时间间隔通过Modbus命令进行配置；传感器装置的无线输出模式通过1#串口转无线模块实现，传感器装置的有线输出模式通过6针航空插头的针脚实现。

本发明的优势在于：

1、系统特别适用于竖井吊装、集装箱吊装等物体吊装环境，简化了整个系统安装使用流程，为吊装物体位置监控提供了便利的平台；

2、系统能同时监控吊装对象的水平位置和高度位置，并通过一个无线信道进行传输；

3、系统信息测量端与信息显示端的安装方式独立，方便吊装操作人员信息获取和感知。

附图说明

图1是本发明一个实施案例的系统功能方块图。

图2是本发明一个实施案例的传感器机体前端立体图(不含激光模块保护罩)。

图3是本发明一个实施案例的传感器机体前端立体图(含激光模块保护罩)。

图4是本发明一个实施案例的传感器机体后端立体图。

图5是本发明一个实施案例的使用示意图。

其中：1 双向激光测距传感器装置

2 接收显示装置

10 X方向激光测距模块 20 Y方向激光测距模块 30 1#串口转无线模块

40 主控模块

50 电源模块

51 充电管理模块 52 电池盒

60 接口模块

61 天线接口 62 6针航空插头 63 充电接口

70 传感器机体

71 激光模块安装支架 72 激光模块保护罩 73 传感器安装基座

74 传感器基座盖板1 75 传感器基座盖板2

76 天线接口安装座 77 6针航空插头安装座 78 充电接口安装座

80 显示主机

90 2#串口转无线模块

具体实施方式

关于本发明的一个实施案例，请参阅图1所示。所述的双向激光测距传感器装置1于传感器机体70中设有一个主控模块40、一个X方向激光测距模块10、一个Y方向激光测距模块20、一个1#串口转无线模块30、一个电源模块50与一个接口模块60，传感器机体70的结构请配合参阅图2、图3与图4所示，该传感器机体70是呈中空的“凸”字形盒体，主要包括四部分组成：激光模块安装支架71、激光模块保护罩72、传感器基座73、传感器基座盖板(74和75)。激光模块安装支架71主要用于固定X方向激光测距模块10和Y方向激光测距模块20，并使两模块互成90度角。传感器基座73主要用于固定主控模块40、1#串口转无线模块30、电源模块50与接口模块60，传感器基座盖板(74和75)主要用于方便拆装电源模块50中的电池。所述的接收显示装置2包括一个显示主机80、一个2#串口转无线模块90，显示主机80主要完成对双向激光测距传感器装置1的控制及测距数据的显示，2#串口转无线模块90是与1#串口转无线模块30相互配对的无线通讯装置，2#串口转无线模块90由显示主机80解决供电问题。

X方向激光测距模块10和Y方向激光测距模块20分别与主控模块40相连，并由主控模块40上的3.3V稳压单元共同解决两个模块的供电问题。1#串口转无线模块30与主控模块40相连，并由主控模块40上的5V稳压单元解决供电问题。主控模块40与电源模块50通过接口模块60上的充电接口63及6针航空插头62实现电连接，6针航空插头62的针脚定义为：1针-VDD、2针-VN、3针-GND、4针-485_A、5针-485_B、6针-触发。6针航空插头62上的第1针与第2针起到主控模块40的电源开关作用，当第1针与第2针短路时，主控模块40接通电源。电源模块50由一个包含五个串联电池的电池盒51和一个充电管理模块52组成，五个串联电池的电压负责主控模块40的供电问题。充电管理模块52的充电方式是平衡充电方式，分别与主控模块40、电池盒51、充电接口63相连。接口模块60由一个天线接口61、一个6针航空插头62和一个充电接口63组成。天线接口61与1#串口转无线模块30电连接，天线接口61是SMA型射频母头(外螺纹内孔)，固定在天线接口安装座76上，天线接口61主要实现双向激光测距传感器装置1的无线通讯天线的接插功能。6针航空插头62分别与主控模块40、充电接口63相连，6针航空插头62是GX12-6芯航空插座(母座)，固定在6针航空插头安装座77上，6针航空插头62主要实现双向激光测距传感器装置1的功能测试和电源开关两项功能。6针航空插头62的第1针与第2针起到电源开关的作用，当第1针与第2针短路时，主控模块40接通电源，双向激光测距传感器装置1上电，反之，当第1针与第2针断开时，双向激光测距传感器装置1断电。6针航空插头62的第3、4、5、6针起到功能测试的作用，其中第4针与第5针作为双向激光测距传感器装置1的备用输出方式，工作于485有线通讯模式，其中第3针与第6针作为双向激光测距传感器装置1的备用启动手段，当第3针与第6针短路时，传感器装置的测距值输出工作于硬件启动方式(硬件触发)，传感器装置以设定的间隔时间连续输出X方向和Y方向的测距值，反之，当第3针与第6针断开时，传感器装置的测距值输出工作于软件启动方式(Modbus命令)。充电接口63分别与电源模块50及6针航空插头62相连，充电接口63是DC5.5×2.1型电源插座(母座)，固定在充电接口安装座78上，充电接口63主要实现双向激光测距传感器装置1上的五节电池的充电功能。

由于X方向激光测距模块10与Y方向激光测距模块20的结构与使用技术为已知技术，在此不多赘述。特别说明如下，X方向激光测距模块10和Y方向激光测距模块20与主控模块40之间的数据通讯工作于IIC方式。

主控模块40包含有一个微控制器、一个485串口转换单元、一个3.3V稳压单元与一个5V稳压单元，由于主控模块40上各元件的结构与使用技术为已知技术，在此不多赘述。特别说明如下，此处的微控制器至少包含1个UART接口，并通过485串口转换单元实现与1#串口转无线模块30的485总线连接。

双向激光测距传感器装置1中用于实现Modbus通讯命令的寄存器列表如下表所示。

由于显示接收装置2的结构与使用技术为已知技术，在此不多赘述。特别说明如下，显示主机80需具备显示功能和串口解析功能。

针对竖井吊装的实施环境，图5为本发明所述的双向激光无线测距系统的使用示意图，使用者欲监测井内吊装对象的水平位置和高度位置，首先在吊装对象上固定本发明的双向激光测距传感器装置1，通过短接6针航空插头62的第1针和第2针，接通双向激光测距传感器装置1的电源，短接6针航空插头62的第3针和第6针，同时保持6针航空插头62第4、5针的闲置状态，让双向激光测距传感器装置1的测距值输出工作于硬件启动方式，然后在吊装操作手侧的接收显示装置2完成具体测距值的输出和显示，实现吊装对象的水平位置和高度位置的监控任务。

双向激光测距传感器装置1的测距值修正与计算请参阅图5所示，该传感器装置固定在吊装对象上，使之X方向激光测距模块向下，Y方向激光测距模块向右，传感器装置下边沿离吊装对象的下边沿距离为X0，传感器装置右边沿距离吊装对象的右边沿距离为Y0。X方向激光测距模块10到井底的距离为L_X，Y方向激光测距模块20到右侧井壁的距离为L_Y。双向激光测距传感器装置1的主控模块40分别计算X方向与Y方向的实际测距值，即X＝L_X-X0，Y＝L_Y+Y0，并把两个测距值以固定格式综合成一个输出值，通过无线方式发射出去，最后由位于吊装操作手侧的接收显示装置2进行无线接收并解析具体的双向测距值，并完成吊装对象水平位置和高度位置的显示，解决现有激光测距产品使用不便的问题。双向激光测距传感器装置1的测量偏差值X0和Y0初始值设置为0，单位mm，若想实现精确测量，需要修正双向激光测距传感器装置1的测量偏差值X0和Y0，此步骤能在双向激光测距传感器装置1端进行修正，也能在接收显示装置2端进行修正，视具体情况由双向激光无线测距系统的使用客户决定。

Claims (3)

1.一种吊装用双向激光无线测距系统，其特征在于：由双向激光测距传感器装置和接收显示装置组成，所述双向激光测距传感器装置由传感器机体、主控模块、X方向激光测距模块、Y方向激光测距模块、1#串口转无线模块、电源模块和接口模块组成；所述主控模块、1#串口转无线模块、电源模块安装在传感器机体内；所述电源模块由电池盒与充电管理模块组成；所述X方向激光测距模块和Y方向激光测距模块安装在传感器机体的前端；所述接口模块由充电接口、6针航空插头和天线接口组成，安装在传感器机体的后端；所述X方向激光测距模块、Y方向激光测距模块、1#串口转无线模块、充电管理模块、6针航空插头均与主控模块线相连；所述电池盒、充电接口均与充电管理模块线相连；所述6针航空插头、充电管理模块均与充电接口线相连；所述天线接口与1#串口转无线模块线相连；所述接收显示装置由显示主机和2#串口转无线模块组成，显示主机与2#串口转无线模块线连接；在双向激光测距传感器装置的传感器机体上X方向激光测距模块和Y方向激光测距模块两者互成90度，分别得到吊装对象偏离周围物体的水平距离和高度距离，主控模块把水平距离值和高度距离值通过传感器输出，通过无线方式发射给接收显示装置进行无线接收并解析具体的双向测距值。

2.根据权利要求1所述的一种吊装用双向激光无线测距系统，其特征在于：所述双向激光测距传感器装置的通讯协议采用Modbus协议，双向激光测距传感器装置主要实现6种通讯命令：启动单次测量、启动连续测量、停止连续测量、设置连续测量的时间间隔、设置X方向测距偏差、设置Y方向测距偏差。

3.根据权利要求1所述的一种吊装用双向激光无线测距系统，其特征在于：所述双向激光测距传感器装置包括硬件启动和软件启动；所述硬件启动通过短接6针航空插头的针脚实现，启动激光连续测距，测量结果通过无线方式或有线方式传出；所述软件启动通过发送Modbus通讯命令实现，启动激光连续测距或激光单次测距，测量结果通过无线方式或有线方式传出；传感器装置工作于连续测距时，连续测量的时间间隔通过Modbus命令进行配置；传感器装置的无线输出模式通过1#串口转无线模块实现，传感器装置的有线输出模式通过6针航空插头的针脚实现。