CN107140549A - 双吊具桥吊摆角与绳长检测装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于蓝牙无线通信的双吊具桥吊摆角与绳长检测装置及其测量方法，该摆角与绳长测量装置设置在双吊具桥吊上，包含：小车机构，其设置在大车机构上，大车机构上设有桥吊驾驶室，小车机构上设有一对起升电机，每一起升电机通过吊绳连接吊具；摆角与绳长测量装置包含：一对信号处理装置，对称设置在所述小车机构的顶部；摆角及绳长合成计算机，其设在所述小车机构顶部，分别与一对信号处理装置以及桥吊驾驶室的桥吊显示器连接；三组蓝牙基站，呈等边三角形排列设置于小车机构的底部，每一蓝牙基站与对应的信号处理装置连接；一对蓝牙标签，每一蓝牙标签设置在吊绳与吊具的接触处。本发明具有准确性极高，维护方便，造价低廉优点。
Description
技术领域
本发明涉及桥吊领域，特别涉及一种基于蓝牙无线通信的双吊具桥吊摆角与绳长检测装置及其测量方法。
背景技术
双吊具桥式吊车是一种新型的港口集装箱场地起重设备，它具有两个起升吊具，一次可以吊起两个四十英尺或者四个二十英尺的集装箱，与传统的单吊具桥吊相比，大幅度的提高了集装箱的装卸效率。但桥式吊车在工作过程中，负载存在不确定性并伴随有外部扰动的影响，因此负载和吊具的摆动现象无法避免。当负载到达目标位置时，残余摆动会增加负载装卸耗时，造成安全隐患，极大的降低了工作效率。为了尽可能的消除摆动，需要检测出吊具摆角及绳长进行反馈控制。
桥吊防摇、同步控制的关键即是对摆角与绳长的检测，双吊具桥吊由于其结构复杂，工作方式多样，因此相应的给摆角及绳长检测带来了很大困难。现有的桥吊摆角及绳长检测装置大都针对单吊具桥吊设计，这些检测装置可分为接触式与非接触式两类，接触式检测装置存在测量死区，会影响传感器灵敏度，并且检测元件易磨损，维护不便；非接触摆角检测技术也非毫无缺点，因具体问题具体分析，如激光角度仪价格昂贵，且对工作环境要求较高，无法在有雾或有雨的情况下工作；电感检测仪则存在边缘效应，实际运用中稳定性差，分辨率不高，易受干扰；采用电场电容原理的检测装置易收到外界电器工作时产生的电场干扰，造成测量误差影响桥吊的工作效率等。
桥吊是港口集装箱装卸的关键设备，它的作业能力决定了码头的货物吞吐能力，是一个港口货物进出能力的重要标志与传统的桥吊相比，双起升双吊具桥吊凭借其高效率、高效益的特点得到了较为广泛的关注与使用。但双吊具桥吊由于其结构复杂，工作方式多样且存在耦合性(它的两个吊具既可以单独起升独立工作，又可以同步起升互锁工作)，因此不论是人工操作控制还是自动化控制均存在着一定难度。桥吊司机如果控制双吊具桥吊吊起四个二十英尺集装箱，需要在高空对位16个集装箱锁扣，受风扰影响双吊具会产生摆动，要在避免吊具产生碰撞的同时，实现双吊具的同步起升、降落，如果吊具位置不同步会出现某一吊具负载砸集装箱卡车的现象，严重影响工作效率，因此控制难度很大，对桥吊司机的技术要求极高。
双起升双吊具桥式吊车的自动化控制是现在桥式吊车自动控制领域中一个较新的研究方向，因为双吊具互锁工作时存在耦合，因此对其处理也较为困难，双吊具桥式吊车的控制主要分为防摇定位控制和同步协调控制两部分，其中防摇定位的目的是采用控制算法来减小吊具摆角，而同步协调控制是采用相应算法实现双吊具起升过程中吊具所处位置、运行速度的同步控制，由此可见精确检测摆角、绳长对双吊具桥吊的防摇、同步控制来说非常必要。
现有的桥吊摆角、绳长检测装置从结构、功能上来看，都是针对单吊具桥吊设计的，而大多单吊具桥吊的检测装置不适合解决双吊具桥吊的摆角、绳长检测问题。
发明内容
本发明目的是提供一种双吊具桥吊摆角与绳长检测装置及其测量方法，通过在吊具顶部预先设置蓝牙收发装置，在吊具底部设置蓝牙标签，该蓝牙标签与设定好的蓝牙基站进行双工通信，根据蓝牙基站测量得到的信号强度，利用RSSI算法得到平均RSSI值，再由此值通过相应计算得到收发装置与标签间的距离，进而合成处理得到绳长长度与摆角角度信息。此绳长、摆角信息不仅可显示在桥吊驾驶室的操作显示屏上，供给桥吊操作员作为参考，还可以传输到控制中心，为桥吊控制系统提供可靠参数。实现帮助操作员高效工作，降低了操作过程中的安全隐患，还为自动化桥吊控制系统的研究提供了精确有效的参数信息的目的。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于蓝牙无线通信的双吊具桥吊摆角与绳长检测装置，该摆角与绳长测量装置设置在双吊具桥吊上，所述双吊具桥吊包含：小车机构，其设置在大车机构上，所述大车机构上设有桥吊驾驶室，所述小车机构上设有一对起升电机，每一起升电机通过一吊绳连接一吊具；该摆角与绳长测量装置包含：一对信号处理装置，对称设置在所述小车机构的顶部；摆角及绳长合成计算机，其设置在所述小车机构顶部，分别与所述一对信号处理装置以及桥吊驾驶室的桥吊显示器连接；三组蓝牙基站，呈等边三角形排列设置于所述小车机构的底部，每一蓝牙基站与对应的信号处理装置连接；一对蓝牙标签，每一蓝牙标签设置在所述吊绳与吊具的接触处。
优选地，所述摆角及绳长合成计算机进一步与桥吊防摇控制系统连接。
优选地，所述三组蓝牙基站进一步包含：第一蓝牙基站、第二蓝牙基站与第三蓝牙基站；所述第一蓝牙基站设置在所述第一吊具吊绳起摆点处；所述第二蓝牙基站设置在所述第二吊具吊绳起摆点处；以第一、第二蓝牙基站为顶点，以其间距为边长做等边三角形，第三蓝牙基站设置于等边三角形的第三个顶点处。
优选地，所述每一信号处理装置设有主控芯片；所述主控芯片进一步包含：前置功率放大器，其输入端与对应的所述每一蓝牙基站连接；
整形滤波器，其输入端与所述前置功率放大器的输出端连接；
模数转换器，其输入端与所述整形滤波器的输出端连接，输出端通过I/0接口连接所述摆角及绳长合成计算机；
存储器，用于存储所述摆角及绳长合成计算机输出的吊具摆角值与绳长值。
优选地，所述每一吊具的绳长值通过所述摆角及绳长合成计算机设有的RSSI算法对所述信号处理装置反馈的蓝牙信号进行相应的转换得到。
本发明另一个技术方案为一种利用上述基于蓝牙无线通信的双吊具桥吊摆角与绳长检测装置的双吊具桥吊绳长与摆角测量方法，包含以下过程：初始设定摆角测量装置；
当双吊具桥吊的小车机构接收到运行命令后，桥吊开始运行，吊具带动吊绳运动，同时建立所述三组蓝牙基站与一对蓝牙标签之间的通信；
所述每一蓝牙标签根据各自预设好的频率发射蓝牙信号；
所述三组蓝牙基站接收所述蓝牙标签发射的蓝牙信号并向各个信号处理装置输出；
所述各个信号处理装置分别对与之对应的蓝牙标签发射的蓝牙信号进行处理并向所述摆角及绳长合成计算机输出；
所述摆角及绳长合成计算机根据RSSI算法得出与蓝牙标签发射的蓝牙信号强度相对应的吊具绳长值；
所述摆角及绳长合成计算机进一步根据所述绳长值计算出其对应的摆角信息。
优选地，所述建立三组蓝牙基站与一对蓝牙标签之间的通信进一步包含以下过程：
所述每一信号处理装置控制所述三组蓝牙基站交替发射与各个蓝牙标签对应的频率的广播信号；
所述每一蓝牙标签分别接收所述广播信号并同时实时发出反馈信号，所述三组蓝牙标签接收所述反馈信号。
优选地，所述摆角及绳长合成计算机根据RSSI算法得出与蓝牙标签发射的蓝牙信号强度相对应的吊具绳长值进一步包含以下过程：
所述摆角及绳长合成计算机将上述经各个信号处理装置处理的蓝牙信号强度信息通过RSSI算法进行相应转换得出三组蓝牙基站与各个蓝牙标签的距离值d1、d2、d3；d4、d5、d6，由于第一蓝牙基站设置于第一吊具吊绳的起摆点处，第一吊具蓝牙标签设置于第一吊具吊绳的底部，故距离值d1即为第一吊绳绳长l1；第二蓝牙基站与第二吊具蓝牙标签的距离值d5为第二吊绳绳长l2。
优选地，所述双吊具桥吊中任意一个吊具的摆角的计算包含以下过程：吊具处于静止状态，自然下垂，吊绳无任何摆角；通过第一、第二、第三蓝牙基站建立空间直角坐标系，在此坐标系中第一蓝牙基站为A点，第二蓝牙基站为B点，第三蓝牙基站为C点；分别以A、B、C三点为球心，以各个基站与第一蓝牙标签的距离d1、d2、d3为半径做球体，三球相交于第一蓝牙标签处，设其为D点，联立方程组求解可得第一蓝牙标签在空间直角坐标系中的位置坐标信息；由如下公式可解得D点位置信息：
(x0-x1)2+(y0-y1)2+(z0-z1)2＝d1 2
(x0-x2)2+(y0-y2)2+(z0-z2)2＝d2 2
(x0-x3)2+(y0-y3)2+(z0-z3)2＝d3 2
其中，A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)、d1、d2、d3均已知，可求解出D(x0,y0,z0)；
以A点为原点建立空间直角坐标系为例：设AB边长为已知可测距离l，则各点坐标为A(0,0,0)、B(0,l,0)、
可联立如下方程组求解D点坐标：
x0 2+y0 2+z0 2＝d1 2
x0 2+(y0-l)2+z0 2＝d2 2
解得：
即求出第一蓝牙标签的空间直角坐标D；
建立空间直角坐标系，A点为第一蓝牙基站的坐标点，令其为坐标原点，D点为第一蓝牙标签的坐标点，A点到D点的距离AD为第一吊绳的绳长l1，由于D点坐标值(x0,y0,z0)由上述公式求解得出，AE为AD在Z轴的投影，即E点为D点投影在Z轴对应的位置，故E点坐标位置为(0,0,z0)，AE长度为|z0|，因此AD、AE均为已知值，故第一吊具摆角大小可由公式
即第一吊具摆角方向信息可由D(x0,y0,z0)坐标信息中的x0、y0得到。
优选地，第二吊具摆角的计算包含以下过程：根据第一吊具的摆角的计算方法求出第二蓝牙标签的空间直角坐标F(x4,y4,z4)，
式中，d4、d5与d6分别为各个蓝牙基站到所述第二蓝牙标签的距离；
第二吊具摆角大小为
即
第二吊具摆角方向信息可由F(x4,y4,z4)坐标信息中的x4、y4得到。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
通过在吊具顶部预先设置蓝牙收发装置，在吊具底部设置蓝牙标签，该蓝牙标签与设定好的蓝牙基站进行双工通信，根据蓝牙基站测量得到的信号强度，利用RSSI算法得到平均RSSI值，再由此值通过相应计算得到收发装置与标签间的距离，进而合成处理得到绳长长度与摆角角度信息。此绳长、摆角信息不仅可显示在桥吊驾驶室的操作显示屏上，供给桥吊操作员作为参考，还可以传输到控制中心，为桥吊控制系统提供可靠参数。帮助操作员高效工作，降低了操作过程中的安全隐患，还为自动化桥吊控制系统的研究提供了精确有效的参数信息。本发明具有准确性极高，维护方便，结构简单，造价低廉等优点。
附图说明
图1为本发明一种双吊具桥吊摆角与绳长检测装置的结构示意图；
图2为本发明一种双吊具桥吊摆角与绳长检测装置中蓝牙基站与蓝牙标签分布示意图；
图3为本发明一种双吊具桥吊摆角与绳长检测装置中摆角测算合成示意图；
图4为本发明一种双吊具桥吊摆角与绳长检测装置中网络拓扑图；
图5为本发明一种双吊具桥吊摆角与绳长检测装置测量方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，本发明一种双吊具桥吊摆角与绳长检测装置其设置在双吊具桥吊上，所述双吊具桥吊包含：大车3；设置在所述大车3上的多个大车的驱动机构4，为大车机构3提供动力；设置在所述大车3上的桥吊驾驶室10。设置在所述大车3上方的小车机构1，所述小车机构1用于摆角及绳长检测装置以及起升电机的搭载平台。小车机构1与大车机构3之间设置有多个小车的驱动机构2，为小车机构1提供动力。一对吊具起升电机5，分别设置在所述小车机构1两侧的中部，每一吊具起升电机5连接一吊绳，用于负责吊具与负载的升降。第一吊具6与第二吊具7，所述第一吊具6通过第一吊绳11与所述小车机构1连接；所述第二吊具7通过第二吊绳12与所述小车机构1连接；所述第一吊具6与第二吊具7既可以共同互锁工作，也可以分别独立工作。位于所述第一吊具6与第二吊具7正下方设有一对载有集装箱8的集装箱运输卡车9，新型双起升双吊具桥吊一次可以同时装卸两个40英尺或者四个20英尺的集装箱。
结合图1与图2所示，在本实施例中，该摆角与绳长检测装置包含：第一吊具的信号处理装置13与第二吊具的信号处理装置14，两者分别对称设置在所述小车机构1顶部。
摆角及绳长合成计算机15，其设置在所述小车机构1顶部，位于第一吊具的信号处理装置13与第二吊具的信号处理装置14之间。
第一蓝牙基站18、第二蓝牙基站19与第三蓝牙基站20；所述第一蓝牙基站18设置在所述第一吊具吊绳11起摆点处；所述第二蓝牙基站19设置在所述第二吊具吊绳12起摆点处；以第一、第二蓝牙基站为顶点，以其间距为边长做等边三角形，第三蓝牙基站20设置于等边三角形的第三个顶点处，三个基站呈等边三角形排列设置于各个吊具顶部。
第一蓝牙标签16与第二蓝牙标签17；所述第一蓝牙标签16设置于第一吊绳11与第一吊具6的接触处，即第一吊绳11底部。
所述第二蓝牙标签17设置于第二吊绳12与第二吊具7的接触处，即第二吊绳12底部。
在本实施例中，上述各个蓝牙基站的供电电源为+3.3VDC，支持ibeacon协议，串口收发没有字节限制，理想环境下，其通信距离为200米，工作频率为2.5GHz，灵敏度高，发射频率在2.402GHz-2.483GHz。蓝牙基站可以发出、接收蓝牙广播信号，根据蓝牙广播信号的传输特点，可将蓝牙基站看作一个以基站为圆心，以通信距离为半径向空间均匀发射蓝牙广播信号的球体信号发射源。蓝牙基站与各个信号处理装置中的主控芯片CPU的A\D转换接口相连接，由主控芯片控制各个蓝牙基站交替发射两组不同频率的蓝牙信号，用以在初始时刻和各个蓝牙标签建立通信。
各个蓝牙标签设有的内部电路读取到上述各个蓝牙基站发射的信号后会形成一个实时反馈信号，反馈给各个蓝牙基站，与各个蓝牙基站建立起稳定、安全的通信信道。
在本实施例中选用两组通信频率，分别是2.41GHz和2.48GHz，通信频率的组数与吊具数相一致，若为多吊具桥吊摆角及绳长检测装置，吊具数为n，选用n组不同的通信频率。上述第一蓝牙标签16接收、发射信号的频率选为2.41GHz，第二蓝牙标签17接收、发射信号的频率选为2.48GHz。蓝牙标签同蓝牙基站一样，可以发出、接收蓝牙信号，根据蓝牙信号的传输特点，可将蓝牙标签看作一个以蓝牙标签为圆心，以通信距离为半径向空间均匀发设蓝牙信号的球体信号发射源。
在本实施例中，第一信号处理装置13与第一信号处理装置14中任意一个信号处理装置由主控芯片CPU、存储器、I/O接口以及外围电路等部件组成。具体实例可选用型号为STM32F107VC的芯片作为其CPU，该芯片具有A/D和D/A转换模块，SRAM(存储器)与I/O接口。该主控芯片外围电路设有前置功率放大器和整形滤波器，该电路可以同时处理两路信号，它将蓝牙基站18、19、20送来的蓝牙标签16、17位置信号分别进行前置放大、整形滤波和A/D转换，并将转换后的数字信号送给计算机15进行进一步的分析处理。同时，该主控芯片可自动控制选择、接收蓝牙标签发出的信号频率和功率，并控制蓝牙基站交替发射两路信号，与各个吊具所携带的蓝牙标签进行通信，实现区分两路蓝牙信号。
在本实施例中，计算机15接收从各个信号处理装置传来的数字信号，并按照摆角及绳长合成算法对上述数字信号进行相应的分析处理测算，得出摆角及绳长的信息。第一吊具6与第二吊具7各自的摆角及绳长信息由第一信号处理装置13与第二信号处理装置14分别采用不同的串行通信接口接入计算机15，计算机15根据信号输入的串口不同来判断计算出的摆角及绳长信息具体属于哪个吊具，将所得的摆角及绳长信息传输至桥吊驾驶舱10内的桥吊显示器，为桥吊驾驶员的操作提供参考；
在另外一些实施例中，所述计算机15进一步与桥吊防摇/同步控制器连接，将上述双吊具桥吊摆角及绳长信息反馈至桥吊防摇/同步控制器，作为桥吊控制的参考信息。
所述第一吊绳11与第二吊绳12的长度检测原理相同，所述第一吊具6与第二吊具7的摆角检测原理相同。
结合上述实施例，本申请还公开了一种双吊具桥吊摆角与绳长检测方法，包含以下过程：结合图2、4与5所示，当双吊具桥吊工作时，首先由驾驶室10发出工作指令信号，小车机构1接收所述工作指令信号并输出运行命令，第一与第二吊具6、7接收并执行，所述第一与第二吊具6、7开始运行时，先由第一信号处理装置控制第一至第三蓝牙基站18、19、20同一时刻交替发出两组不同频率的广播信号，第一与第二蓝牙标签16、17分别接收到与各自频率相对应的广播信号后，实时发出反馈信号；所述第一至第三蓝牙基站18、19、20接收上述反馈信号，并建立起通信连接，此时，第一至第三蓝牙基站18、19、20不发射任何信号；之后第一与第二蓝牙标签16、17发送各自频率的蓝牙信号，所述第一至第三蓝牙基站18～20接收到上述蓝牙信号后，实时将其分别传输至所述第一与第二信号处理装置13、14，上述信号处理装置对所述蓝牙信号进行前置放大、A/D转换等处理并将处理好的蓝牙信号通过I/O接口向计算机15传输，所述计算机15接收并利用RSSI算法进行计算，得到第一与第二吊具6、7各自的绳长值l1、l2，根据绳长值进而计算出各个吊具的摆角值θ1、θ2。第一与第二吊具6、7的摆角值及绳长值分别输出至所述驾驶室10内的桥吊显示器或者桥吊防摇/同步控制器。
上述RSSI算法为将信号强度换算为传输距离的算法；根据蓝牙标签按各自频率所发射的蓝牙信号的传输具有随传输距离增长其信号强度逐渐减弱的特点，与RSSI算法建立连接关系。
所述摆角及绳长合成计算机15将上述经各个信号处理装置处理的蓝牙信号强度信息通过RSSI算法进行相应转换得出与该信号强度对应的距离值，即得到第一至第三蓝牙基站18～20到第一吊具蓝牙标签16的距离值d1、d2、d3，由于第一蓝牙基站18设置于第一吊具吊绳11的起摆点处，第一吊具蓝牙标签16设置于第一吊具吊绳11的底部，故距离值d1即为第一吊绳11绳长l1；关于第二吊具7，第二蓝牙基站19与第二吊具蓝牙标签17的距离值d2为第二吊绳12绳长l2。
关于所述第一吊具6与第二吊具7摆角的计算包含以下过程：
一、第一吊具6摆角的计算
通过第一、第二、第三蓝牙基站建立空间直角坐标系，在此坐标系中第一蓝牙基站18为A点，第二蓝牙基站19为B点，第三蓝牙基站20为C点；分别以A、B、C三点为球心，以各个基站与第一蓝牙标签16的距离d1、d2、d3为半径做球体，三球相交于第一蓝牙标签16处，设其为D点，联立方程组求解可得第一蓝牙标签16在空间直角坐标系中的位置坐标信息。
由如下公式可解得D点位置信息：
(x0-x1)2+(y0-y1)2+(z0-z1)2＝d1 2
(x0-x2)2+(y0-y2)2+(z0-z2)2＝d2 2
(x0-x3)2+(y0-y3)2+(z0-z3)2＝d3 2 (1)
其中，A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)、d1、d2、d3均已知，可求解出D(x0,y0,z0)。
以A点为原点建立空间直角坐标系为例：设AB边长为已知可测距离l，则各点坐标为A(0,0,0)、B(0,l,0)、
可联立如下方程组求解D点坐标：
x0 2+y0 2+z0 2＝d1 2
x0 2+(y0-l)2+z0 2＝d2 2
解得：
即求出第一蓝牙标签16的空间直角坐标D。
如图3所示，建立空间直角坐标系，A点为第一蓝牙基站18的坐标点，令其为坐标原点，D点为第一蓝牙标签的坐标点，A点到D点的距离AD为第一吊绳11的绳长l1，由于D点坐标值(x0,y0,z0)由上述公式求解得出，AE为AD在Z轴的投影，即E点为D点投影在Z轴对应的位置，故E点坐标位置为(0,0,z0)，AE长度为|z0|，因此AD、AE均为已知值，故第一吊具摆角大小可由公式
即
第一吊具摆角方向信息可由D(x0,y0,z0)坐标信息中的x0、y0得到。
二、第二吊具7摆角的计算
依旧以A点为原点建立空间直角坐标系为例，A、B、C、F四点分别对应第一蓝牙基站18、第二蓝牙基站19、第三蓝牙基站20、第二蓝牙标签17的空间坐标位置：
在多吊具摆角计算中，初始坐标系不变，不同的是第二蓝牙标签17到三个蓝牙基站的距离与第一蓝牙标签16有所差别，即各个基站与第二蓝牙标签17的距离记为d4、d5、d6，后续F点坐标位置的计算公式与D点相同，设其为F(x4,y4,z4)，只是将其中的d1、d2、d3替换为d4、d5、d6；x0、y0、z0替换为x4、y4、z4即可，可依次类推至吊具n，非常简便。
AB边长为已知距离l，则各点坐标为则各点坐标为A(0,0,0)、B(0,l,0)、
可联立如下方程组求解F点坐标：
解得：
即求出第二蓝牙标签17的空间直角坐标F。
摆角合成图同理，在图3中，可将A、E、D三点分别替换为B、G、F三点，其中B点为第二蓝牙基站19的坐标点，F点为第二蓝牙标签17的坐标点，B点到F点的距离BF为第二吊绳12的绳长l2，由于F点坐标值(x4,y4,z4)由上述公式求解得出，BG为BF在Z轴方向上的投影，即G点为F点投影在Z轴方向对应的位置，G点位于B点垂直正下方，Z方向的坐标与F点相同,，故G点坐标位置为(0,l,z4)，BG长度为|z4|，因此BF、BG均为已知值，故第二吊具摆角大小可由公式
即
第二吊具摆角方向信息可由F(x4,y4,z4)坐标信息中的x4、y4得到。
计算机将上述摆角信息发送至位于桥吊驾驶室显示器，以供桥吊驾驶员参考，将摆角信息发送至桥吊防摇控制系统，以提供反馈信息。
当两个吊具工作在互锁模式时，得到的两个摆角值理论上应该相同；如果不同，那么将互相作为对照进行摆角的修订，此工作在摆角及绳长合成计算机中进行。当两个吊具工作在独立模式下时，两个吊具的摆角互不影响，分别得到两个角度。
综上所述，本申请由于蓝牙标签频率单位为GHz级，由此可见其信号发射周期非常短，因此实时性极高，无论是吊绳绳长还是吊具摆角发生改变，该检测装置均可快速精准的检测到其变化信息。由于基于蓝牙无线通信的测量方式为非接触式测量，故不存在装置磨损等问题，且测量精度不受天气状况、工作环境等因素影响，蓝牙基站测量装置采用封闭的非金属外壳进行封装，因此还具有可抵御恶劣环境的特点，测量准确性极高。
本申请涉及的摆角及绳长测量装置成本低廉，结构简单，测量精度极高，且不受外界工作环境影响。不仅可为桥吊操作员的手动操作提供摆角及绳长的参考信息，还可为单吊具和双吊具桥吊的防摇定位、同步协调控制提供精确的反馈信息。
在另一些实施例中，本申请不限于计算双吊具吊桥的摆角及绳长检测；可应用于多吊具桥吊的摆角及绳长检测中去依旧设置三组蓝牙基站，但是在n个吊具底部设置n组不同工作频率的蓝牙标签，由图2、图3给出的测量方法，依旧可计算出n个蓝牙标签的空间直角坐标位置，经过简单的坐标换算即可得到绳长及摆角信息。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种基于蓝牙无线通信的双吊具桥吊摆角与绳长检测装置，该摆角与绳长测量装置设置在双吊具桥吊上，所述双吊具桥吊包含：小车机构，其设置在大车机构上，所述大车机构上设有桥吊驾驶室，所述小车机构上设有一对起升电机，每一起升电机通过一吊绳连接一吊具；其特征在于，该摆角与绳长测量装置包含：
一对信号处理装置，对称设置在所述小车机构的顶部；
摆角及绳长合成计算机，其设置在所述小车机构顶部，分别与所述一对信号处理装置以及桥吊驾驶室的桥吊显示器连接；
三组蓝牙基站，呈等边三角形排列设置于所述小车机构的底部，每一蓝牙基站与对应的信号处理装置连接；
一对蓝牙标签，每一蓝牙标签设置在所述吊绳与吊具的接触处。
2.如权利要求1所述一种基于蓝牙无线通信的双吊具桥吊摆角与绳长检测装置，其特征在于，所述摆角及绳长合成计算机进一步与桥吊防摇控制系统连接。
3.如权利要求1所述一种基于蓝牙无线通信的双吊具桥吊摆角与绳长检测装置，其特征在于，所述三组蓝牙基站进一步包含：第一蓝牙基站、第二蓝牙基站与第三蓝牙基站；所述第一蓝牙基站设置在所述第一吊具吊绳起摆点处；所述第二蓝牙基站设置在所述第二吊具吊绳起摆点处；以第一、第二蓝牙基站为顶点，以其间距为边长做等边三角形，第三蓝牙基站设置于等边三角形的第三个顶点处。
4.如权利要求1所述一种基于蓝牙无线通信的双吊具桥吊摆角与绳长检测装置，其特征在于，所述每一信号处理装置设有主控芯片；所述主控芯片进一步包含：
前置功率放大器，其输入端与对应的所述每一蓝牙基站连接；
整形滤波器，其输入端与所述前置功率放大器的输出端连接；
模数转换器，其输入端与所述整形滤波器的输出端连接，输出端通过I/0接口连接所述摆角及绳长合成计算机；
存储器，用于存储所述摆角及绳长合成计算机输出的吊具摆角值与绳长值。
5.如权利要求4所述一种基于蓝牙无线通信的双吊具桥吊摆角与绳长检测装置，其特征在于，所述每一吊具的绳长值通过所述摆角及绳长合成计算机设有的RSSI算法对所述信号处理装置反馈的蓝牙信号进行相应的转换得到。
6.一种利用权利要求1～5所述基于蓝牙无线通信的双吊具桥吊摆角与绳长检测装置的双吊具桥吊绳长与摆角测量方法，其特征在于，包含以下过程：初始设定摆角测量装置；
当双吊具桥吊的小车机构接收到运行命令后，桥吊开始运行，吊具带动吊绳运动，同时建立所述三组蓝牙基站与一对蓝牙标签之间的通信；
所述每一蓝牙标签根据各自预设好的频率发射蓝牙信号；
所述三组蓝牙基站接收所述蓝牙标签发射的蓝牙信号并向各个信号处理装置输出；
所述各个信号处理装置分别对与之对应的蓝牙标签发射的蓝牙信号进行处理并向所述摆角及绳长合成计算机输出；
所述摆角及绳长合成计算机根据RSSI算法得出与蓝牙标签发射的蓝牙信号强度相对应的吊具绳长值；
所述摆角及绳长合成计算机进一步根据所述绳长值计算出其对应的摆角信息。
7.如权利要求6所述双吊具桥吊绳长与摆角测量方法，其特征在于，所述建立三组蓝牙基站与一对蓝牙标签之间的通信进一步包含以下过程：
所述每一信号处理装置控制所述三组蓝牙基站交替发射与各个蓝牙标签对应的频率的广播信号；
所述每一蓝牙标签分别接收所述广播信号并同时实时发出反馈信号，所述三组蓝牙标签接收所述反馈信号。
8.如权利要求7所述双吊具桥吊绳长与摆角测量方法，其特征在于，
所述摆角及绳长合成计算机根据RSSI算法得出与蓝牙标签发射的蓝牙信号强度相对应的吊具绳长值进一步包含以下过程：
所述摆角及绳长合成计算机将上述经各个信号处理装置处理的蓝牙信号强度信息通过RSSI算法进行相应转换得出三组蓝牙基站与各个蓝牙标签的距离值d1、d2、d3；d4、d5、d6。由于第一蓝牙基站设置于第一吊具吊绳的起摆点处，第一吊具蓝牙标签设置于第一吊具吊绳的底部，故距离值d1即为第一吊绳绳长l1；第二蓝牙基站与第二吊具蓝牙标签的距离值d5为第二吊绳绳长l2。
9.如权利要求8所述双吊具桥吊绳长与摆角测量方法，其特征在于，
所述吊具摆角的计算包含以下过程：
吊具处于静止状态，自然下垂，吊绳无任何摆角；
通过第一、第二、第三蓝牙基站建立空间直角坐标系，在此坐标系中第一蓝牙基站为A点，第二蓝牙基站为B点，第三蓝牙基站为C点；分别以A、B、C三点为球心，以各个基站与第一蓝牙标签的距离d1、d2、d3为半径做球体，三球相交于第一蓝牙标签处，设其为D点；
(x0-x1)2+(y0-y1)2+(z0-z1)2＝d1 2
(x0-x2)2+(y0-y2)2+(z0-z2)2＝d2 2
(x0-x3)2+(y0-y3)2+(z0-z3)2＝d3 2
其中，A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)、d1、d2、d3均已知，求解出D(x0,y0,z0)；以A点为原点建立空间直角坐标系：设AB边长为已知可测距离l，则各点坐标为A(0,0,0)、B(0,l,0)、
联立方程组求解D点坐标：
x0 2+y0 2+z0 2＝d1 2
x0 2+(y0-l)2+z0 2＝d2 2
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解得：
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<mo>;</mo>
</mrow>
2
建立空间直角坐标系，以为第一蓝牙基站的坐标点A点作为坐标原点，D点为第一蓝牙标签的坐标点，A点到D点的距离AD为第一吊绳的绳长l1，AE为AD在Z轴的投影，E点坐标位置为(0,0,z0)，AE长度为|z0|；第一吊具摆角大小为
<mrow>
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<mo>=</mo>
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<mi>E</mi>
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<mi>A</mi>
<mi>D</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
即
第一吊具摆角方向信息由D(x0,y0,z0)坐标信息中的x0、y0得到。
10.如权利要求9所述双吊具桥吊绳长与摆角测量方法，其特征在于，
第二吊具摆角的计算包含以下过程：根据第一吊具的摆角的计算方法求出第二蓝牙标签的空间直角坐标F(x4,y4,z4)，
<mrow>
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式中，d4、d5与d6分别各个蓝牙基站到所述第二蓝牙标签的距离；
第二吊具摆角大小为
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即第二吊具摆角方向信息可由F(x4,y4,z4)坐标信息中的x4、y4得到。
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