CN111908343B - 基于cc1101的多台起重机并行的防过卷报警装置 - Google Patents

Abstract

基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置，涉及起重机安全领域，包括发射端设备与接收端设备，发射端设备包括微控制器模块、CC1101无线通讯模块、过卷检测模块、太阳能电池模块和电源管理模块，接收端设备包括微控制器模块、CC1101无线通讯模块、过卷处理与报警模块和电源管理模块。接收端通过串口与上位机连接，拥有信道选择模式与工作模式。本发明与现有技术相比的优点在于:支持多信道传输，且发射端设备能自动选择通讯信道，避免多台设备同时发送信号发生碰撞的风险，发射端设备使用了太阳能供电的方式，提高使用寿命，减少污染，保证工作效率。

Description

基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置

技术领域

本发明属于起重机安全领域，具体涉及基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置。

背景技术

起重机是施工单位中非常重要的运输工具，其安全高效的运行是生产与施工人员生命安全的保证。为了避免起重机事故的频繁发生，政府出台了相关国家标准文件，如《起重机械安全监控管理系统》GB/T28264-2017，其中就提到一点：需要严格监控起重机过卷情况。在起重机进行吊重作业的时候，遇到过卷的情况，需要实时地将过卷信息传递给操作室内，以便工作人员及时进行处理，保证起重机的安全运行。

早期起重机过卷报警装置，信号一般通过有线的方式传输到操作室，此方法安装调试困难，成本较高。随着射频技术的不断发展，信号可以通过无线的方式传递给操作室，解决了有线传输的问题，但是在施工单位内，为了保证生产效率，通常需要多台起重机同时工作，若同时发生过卷情况，则会引起信号在空气中发生碰撞，操作室内不能及时接收到报警信号，引起事故发生。

起重机防过卷装置发射端内通常需要电池提供电源，工作人员需要定期检查电池供电状态，安装维护较困难，缺乏人性化。

发明内容

为了解决上述的技术缺陷，本发明的目的是提供基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置，此装置采用CC1101无线射频模块来进行过卷信号的传输，解决了传统设备安装布线问题。本发明包括信号发射端与信号接收端，当接收端获取发射端发来的过卷信号并确认正确后，做出相应保护措施，启动蜂鸣器，发出警报；

本发明采用分频方式来解决信号碰撞问题，最多可用信道为256个，接收端设备拥有信道选择模式与工作模式。在信道选择模式下，信道由操作人员通过上位机来进行选择，与此同时，接收端设备会在预设信道中发送一个信道选择信号给发射端，发射端接收到此信号并以此来选择相应信道，有效地解决了发射端设备信道配置的问题，节省人力，提高工作效率；

由于太阳能电池的输出电流随光照强度的变化而变化，所以一般不能用太阳能电池给用电系统直接供电，一般需要将太阳能电池的能量先存储在蓄电池中，然后通过电池为系统供电。本发明所述的太阳能电池模块在白天为接收端中的锂电池进行充电，锂电池经过稳压后再为设备进行供电。所述的锂电池在夜间为发射端进行供电，这样可以保证设备可以持续运行而不需要频繁更换电池，提高生产效率，对于节约能源、减少污染、减少能源消耗具有重要意义。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于CC1101的多台起重机并行防过卷报警装置。发射端设备包括了微控制器模块、过卷检测模块、CC1101无线通讯模块、太阳能电池模块和电源管理模块，接收端设备包括了微控制器模块、CC1101无线通讯模块、过卷处理与报警模块和电源管理模块；

所述的CC1101无线通讯模块是一款工作在低于1GHz频段的无线射频芯片，可用频段有300-348MHz、387-464MHz和779-928MHz，拥有13个命令选通寄存器和46个配置寄存器。命令选通可以看作是一个单字节指令，通过寻址一个命令选通寄存器，将启动内部序列，命令CC1101做出相应动作；配置寄存器主要配置CC1101空闲与工作状态的相关参数。本发明是基于此模块来进行数据的无线传输。

所述的太阳能电池模块由太阳能电池板、一款可用太阳能板供电的锂电池充电管理芯片和一块可充电的锂电池组成，其在白天为发射端设备的锂电池进行充电；

所述电源管理模块为升压降压DC-DC转换模块，主要由直流12V稳压电路和直流3.3V稳压电路组成，转换后的3.3V电源为微控制器、无线通讯模块CC1101供电；

所述过卷处理与报警模块为蜂鸣器电路，当接收端设备接收到过卷信号并成功确认后，接收端设备输出控制信号，控制过卷行程开关切断电源，实现安全制动，并启动蜂鸣器发出警报。

进一步的，所述装置发射端与接收端的微控制器型号选用STM32F051C8T6。

进一步的，所述可用太阳能板供电的锂电池充电管理芯片为CN3065。

进一步的，所述CC1101无线通讯模块所使用的工作频率为387-464MHz。

进一步的，所述CC1101无线通讯模块所支持的通讯信道最多为256个。

进一步的，所述12V稳压电路采用L7812三端稳压管。

进一步的，所述3.3V稳压电路采用HT7133三端稳压管。

进一步的，所述电池为锂电池。

进一步的，发射端、接收端都加长导线天线的长度，增加通讯距离。

本发明实现了如下的技术效果：

本发明的基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置，使用的主控芯片为STM32F051C8T6单片机，有着高性能、低功耗、低成本的优点，选择CC1101芯片作为无线通讯模块，最大传输速率为200kBaud，空旷场所最远传输距离可达500米，支持多通道无线传输，最多可用信道为256个，避免多台起重机同时工作信号发生碰撞的风险，保证施工现场更加安全稳定的运行；

本发明具有自动选择信道的工作机制：操作人员在上位机对接收端设备信道进行设定，并对所使用的信道进行标记，其他装置将不能使用此信道，然后向发射端发射信道选择信息，命令发射端设备选择相应的信道。以此机制，每个起重机防过卷报警装置都运行在自己所独有的信道内，互不干扰，提高了施工场所的可靠性、安全性。

本发明在发射端供电上提供了方便高效的方案：在白天使用太阳能来对发射端设备的电源进行充电，锂电池再对设备进行供电。此方案解决了工作人员频繁更换电池的问题，提高生产效率，对于节约能源、减少污染具有重要意义。

附图说明

为了更加清楚的阐述本发明具体的设计方案，接下来对本发明的模块框图、程序流程图、关键部分的电路原理图等进行展示，对于本设计所涉及的上述关键图框，作者保有其所有权。

图1为本发明公开的基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置示意图

图2为发射端设备传输及控制模块内部连接示意图

图3为接收端设备传输及控制模块内部连接示意图

图4为接收端设备电源管理模块连接示意图

图5为公开的一种发射端设备工作流程图

图6为公开的一种接收端设备工作流程图

图7为发射端太阳能电池模块电路原理图

图8为电源管理模块电路原理图

图9为CC1101无线通讯模块电路原理图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。以下说明是本发明的部分实施方式，在未取得允许之前，在本发明所提供的附图和说明材料基础上得到的其他实施方式，也均处于本发明所保护的范围之内。

图1-图9给出的是本发明较佳的实施细则，分别从不同的角度对其进行详细的说明。

如图1所示是本发明公开的基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置示意图，包括发射端设备和接收端设备；

进一步的，如图2所示，本发明发射端设备包括了微控制器模块、过卷检测模块、CC1101无线通讯模块、太阳能电池模块和电池与电源管理模块，所述太阳能电池模块和电源管理模块连接，所述电池与电源管理模块与CC1101无线通讯模块、过卷检测模块和微控制器模块连接，所述CC1101无线通讯模块与微控制器通过SPI进行通讯，所述过卷检测模块与微控制器模块连接；

进一步的，如图3所示，接收端设备包括了微控制器模块、CC1101无线通讯模块、过卷处理与报警模块和电源管理模块，所述电源供电模块和微控制器模块、CC1101无线通讯模块连接，所述CC1101无线通讯模块与微控制器通过SPI进行通讯，所述过卷处理与报警模块与微控制器模块连接；

进一步的，所述接收端设备通过串口与上位机进行通信。

在本实施例中，所使用的微控制器型号为ST公司的STM32F051C8T6，所述发射端信号与接收端信号处理都使用此款微控制器，有着高性能、低功耗、低成本的优点。

在本实施例中，所使用的无线通讯模块CC1101做出了如下设置：电路晶振选择26MHz，工作频率为433MHz，信道空间设置为25kHz，为了保证数据传输质量与距离，数据传输速率设置2.4kBaud，发射功率设置+10dBm，在本实施例中设置加长天线，最大通讯距离可达500至800米。

在本实施例中，由于太阳能电池的输出电流随光照强度的变化而变化，所以一般不能用太阳能电池给用电系统直接供电，一般需要将太阳能电池的能量先存储在蓄电池中，然后通过电池为系统供电。本发明所使用的太阳能电池模块由5V太阳能电池板、可用太阳能板供电的锂电池充电管理芯片CN3065构成和一块额定电压4.2V的可充电锂电池组成，如图7所示，采用5V太阳能电池板做输入，经过芯片CN3065处理后，输出恒压4.2V充电电压为锂电池充电，最后经过电源管理模块中的稳压电路输出3.3V电压为设备供电。在夜间或者阴雨天时输入电压会掉电，CN3065将自动进入低功耗睡眠状态，此时使用锂电池为设备供电。

在本实施例中，发射端设备中太阳能电池模块中所使用的3.3V稳压芯片型号为HT7133，接收端设备中电源管理模块中所使用的12V稳压芯片为L7812，3.3V稳压芯片型号为HT7133。

本发明在具体实施中，微控制器模块、CC1101无线通讯模块使用3.3V电压进行工作。

本实施例中，采用分频方式来解决信号碰撞问题，最多可用信道为256个，通过软件设置发射端设备与接收端设备的通讯信道。

发射端设备工作流程图如图5所示，发射端设备初始化完相关参数后，会进入默认预设信道切换成接收模式，等待接收端的信道选择信号，当接收到信道选择信号并确认正确后，将命令设备选择对应信道，并进入发送模式。等到过卷检测模块检测过卷动作后，发射端发送过卷信号直到过卷故障解除，解除故障后返回设定好的信道，进入发送模式。

接收端设备拥有信道选择模式与工作模式，如图6所示为接收端设备的工作流程图。首先由操作人员通过上位机选择信道通过串口传输到接收端设备中，此时被选择的信道将被标记，其他上位机将不能再次选择。在信道选择模式下，接收端设备在预设信道内会发送一个信道选择信号给发射端，发射端接收到此信号并以此来选择相应信道，有效地解决了发射端设备信道配置的问题。在工作模式下，接收端设备根据上位机的信息选择信道，并进入接收模式，当接收到对应的发射端的过卷信号并验证正确后，将输出控制信号，控制过卷行程开关切断电源，实现安全制动，并启动蜂鸣器发出警报。

综上所述，本发明公开的基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置，包括发射端设备与接收端设备。发射端设备包括STM32F051C8T6微控制器模块、CC1101无线通讯模块、过卷检测模块、太阳能电池模块和电源管理模块，接收端设备包括STM32F051C8T6微控制器模块、CC1101无线通讯模块、过卷处理与报警模块和电源管理模块。本发明采用分频发送信号的方式解决多个信号冲突的问题，最多可用信道为256个。所述发射端设备有自动选择信道的功能，所述接收端设备有信道选择模式与工作模式，有效地解决了发射端设备信道配置的问题，节省人力，保证工作效率。发送端设备还配有太阳能供电模块，增长设备使用周期，对于节约能源、减少污染具有重要意义。

以上本发明所公开的说明，使相关领域的工作者能够实现或者使用本发明。在不脱离本发明所涉及的核心创意的前提下，相关专业技术人员可对本发明内容进行改进和创新。

Claims (6)

1.基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置，其特征在于，包括发射端与接收端，发射端设备位于起重机吊钩处，包括微控制器、过卷检测模块、无线通讯模块CC1101、太阳能电池模块和电源管理模块；接收端设备位于起重机驾驶室内，包括微控制器、无线通讯模块CC1101、过卷处理与报警模块和电源管理模块；

发射端的微控制器通过SPI与无线通讯模块CC1101进行连接，接收端的微控制器也通过SPI与无线通讯模块CC1101进行连接，接收端的微控制器通过串口与上位机进行连接；

接收端具有信道选择模式与工作模式：在信道选择模式下，接收端通过上位机发出的信息选择信道，并发送信道选择信号给发射端，发射端设备根据信道选择信号选择相应的信道并进行工作；在工作模式下，接收端使用上位机设定好的信道进行工作，并在接收到对应的发射端的过卷信号后，输出控制信号控制过卷行程开关切断电源，实现安全制动，并启动蜂鸣器发出警报；

发射端初始化完相关参数后，会进入默认预设信道，并切换成接收模式，等待接收端的信道选择信号，当接收到信道选择信号并确认正确后，发射端将选择对应信道，并切换成发送模式，在过卷检测模块检测到起重机过卷动作后，发射端发送过卷信号直到过卷故障解除，解除故障后返回设定好的信道，重新进入发送模式；

太阳能电池模块白天为发射端配备的锂电池进行充电，所述锂电池在夜间为发射端进行供电；

发射端的电源管理模块为降压DC-DC转换模块；

接收端的电源管理模块为降压DC-DC转换模块；

过卷处理与报警模块为蜂鸣器电路，当接收端接收到过卷信号并成功确认后，输出控制信号控制过卷行程开关，并启动蜂鸣器发出警报。

2.根据权利要求1所述的基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置，其特征在于：发射端和接收端的所述微控制器均为STM32F051C8T6。

3.根据权利要求1所述的基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置，其特征在于：所述太阳能电池模块由太阳能电池板、可用太阳能板供电的锂电池充电管理芯片CN3065和一块可充电的锂电池组成。

4.根据权利要求1所述的基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置，其特征在于：发射端和接收端的所述无线通讯模块CC1101的工作频段为387-464MHz频段。

5.根据权利要求1所述的基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置，其特征在于，发射端和接收端的所述电源管理模块包括直流12V稳压电路和直流3.3V稳压电路，转换后的3.3V电源为发射端和接收端的所述微控制器和无线通讯模块CC1101供电。

6.根据权利要求1所述的基于CC1101的多台起重机并行的防过卷报警装置，其特征在于：所述锂电池为可用太阳能充电的锂电池，额定电压4.2V。

Images