階者著國(guó)內(nèi)重工、運(yùn)輸、石材、建筑等行業(yè)的發(fā) I從巴展，橋式起重機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，國(guó)內(nèi)起重 j機(jī)的使用數(shù)量也明顯增加。然而橋式起重機(jī)發(fā)生的事 j故也越來(lái)越多，歸咎原因大多主要是起重機(jī)操作人員 的疏忽造成的，比如超載使用，大車(chē)沖出軌道時(shí)有發(fā) 生，給國(guó)家和企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。追究其深層 ‘次的原因是對(duì)起重機(jī)的安全狀態(tài)缺乏有效的監(jiān)控，起 1重機(jī)自身的安全狀態(tài)不能很好的與操作者形成有效互 ：動(dòng)，也就是起重機(jī)不能在即將發(fā)生危險(xiǎn)的情況下發(fā)出 i警告，或者存在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)不能有效地提示操作者。目前 國(guó)內(nèi)正在服役起重機(jī)的安全裝置多數(shù)是各自分離的， !且不能起到綜合判斷風(fēng)險(xiǎn)作用。這些裝置多采用的是 j機(jī)械式裝置，比如大車(chē)行程限位器，起升高度(下降 “深度)限位器。隨著服役時(shí)間的推移或者例行保養(yǎng)維 護(hù)的不到位，這些機(jī)械裝置容易發(fā)生失效，并且這些 安全裝置失效后不會(huì)自動(dòng)地?cái)嚅_(kāi)總電源開(kāi)關(guān)，這大大 地增加了起重機(jī)發(fā)生事故的概率…。國(guó)內(nèi)已有很多專 家和學(xué)者對(duì)起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)做了大量的研究，但 是能夠?qū)崟r(shí)預(yù)警、實(shí)時(shí)顯示起重機(jī)安全狀態(tài)的監(jiān)控系 統(tǒng)應(yīng)用沒(méi)有見(jiàn)諸報(bào)道口】。筆者設(shè)計(jì)了一種以STM32為 微處理器核心的橋式起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能 夠?qū)ζ鹬貦C(jī)的安全狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，在即將發(fā)生危險(xiǎn)時(shí) 刻實(shí)時(shí)預(yù)警。采用工業(yè)級(jí)的觸摸屏作為人機(jī)交互界 面，人機(jī)界面友好，可以對(duì)各處的預(yù)警閥值進(jìn)行手動(dòng) 微調(diào)設(shè)置。

一、橋式起重機(jī)狀態(tài)參數(shù)測(cè)量模塊設(shè)計(jì)

1．1起重量監(jiān)測(cè)模塊 起重量傳感器是橋式起重機(jī)安全監(jiān)控中重要的 監(jiān)控參數(shù)，因?yàn)橐坏┏d導(dǎo)致起重機(jī)主梁斷裂或者嚴(yán)測(cè)距儀采用的計(jì)時(shí)芯片，理論上測(cè)距精度可達(dá)0．013 重下?lián)?，都將帶?lái)嚴(yán)重的安全事故或經(jīng)濟(jì)損失。起重 量傳感器是將載荷信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置，靈敏度 和最大許用載荷是起重量傳感器的重要指標(biāo)。起重量 傳感器應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確、及時(shí)地將信號(hào)輸出給控制器，考慮 到起重機(jī)服役環(huán)境惡劣，比如潮濕、粉塵，暴曬等惡 劣環(huán)境，應(yīng)該選擇密封性能和抗干擾性能良好的傳感 器。筆者選用軸銷(xiāo)式傳感器，它具有精度高、穩(wěn)定性 好、安裝方便等特點(diǎn)，將其安裝在起吊滑輪軸上，可 以直接檢測(cè)出實(shí)際的起吊載荷，軸銷(xiāo)式傳感器的實(shí)物 如圖l所示

1．2主梁下?lián)隙缺O(jiān)測(cè)模塊和大車(chē)行程限位監(jiān)測(cè) GB／T14405--2011《通用橋式起重機(jī)》中明確 規(guī)定：主梁跨中上拱度F=￡(0．9—1．4)／1000，且最 大拱度應(yīng)控制在跨度中部的三／10范圍內(nèi)。目前常用 的檢測(cè)方法有傳統(tǒng)拉鋼絲法、現(xiàn)行吊鉤懸尺法和磁 鐵懸尺法。這3種常用的方法在實(shí)際的監(jiān)督和定期檢 驗(yàn)工作過(guò)程中較為繁瑣，且受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響， 測(cè)量的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，因此檢驗(yàn)工作效率不高。筆者 介紹一種典型的高精度短程脈沖激光測(cè)距技術(shù)，采 用STM32微處理器代替專用集成電路作為激光測(cè)距 儀的控制核心，實(shí)現(xiàn)通用橋式起重機(jī)主梁下繞度的 測(cè)量。激光測(cè)距原理框圖如圖2所示，其基本原理 為：脈沖激光二極管發(fā)出一束激光脈沖，激光脈沖 照射到被測(cè)目標(biāo)后部分發(fā)射回到發(fā)射點(diǎn)，激光探測(cè) 器接收激光，從發(fā)射到接收時(shí)間差為t，那么被測(cè)距 離D=C·t／2，(c為光速)。時(shí)間轉(zhuǎn)化芯片采用高精度 計(jì)時(shí)芯片TDC-GP22，該芯片也是目前主流手持激光 測(cè)距儀采用的計(jì)時(shí)芯片，理論上測(cè)距精度可達(dá)0．013 m，完全符合實(shí)際橋式起重機(jī)檢驗(yàn)工作的需要。由于 起重機(jī)長(zhǎng)期的重負(fù)荷使用，使得起重機(jī)主梁積累疲勞； 應(yīng)力導(dǎo)致變形，其最主要的形式為主梁下?lián)希瑢⒚}沖i 激光測(cè)距裝置安裝于主梁正中位置，確保最大下?lián)隙?的準(zhǔn)確測(cè)量。筆者設(shè)計(jì)的安全監(jiān)控系統(tǒng)在每次系統(tǒng)上 電完成初始化之后進(jìn)行一次主梁下?lián)隙葴y(cè)量，如果測(cè) 量值超過(guò)允許最大下?lián)隙?，則觸發(fā)聲光報(bào)警裝置，并 且切斷起重機(jī)總電源。每次起吊過(guò)程中每10S測(cè)量一 次下?lián)隙龋苊庖蚱鸬踺d荷超載導(dǎo)致主梁下榻。

大車(chē)行程限位同樣利用脈沖激光測(cè)距裝置實(shí)現(xiàn)， 可以實(shí)時(shí)地測(cè)量起重機(jī)大車(chē)前后離障礙物距離，并根 據(jù)不同場(chǎng)合的需求設(shè)置安全距離。當(dāng)測(cè)距裝置測(cè)量的 距離小于設(shè)定的安全距離時(shí)，則觸發(fā)聲光報(bào)警裝置， 且系統(tǒng)自動(dòng)切斷大車(chē)開(kāi)往該方向的動(dòng)力源，但是反方 向能夠繼續(xù)運(yùn)行。

二、起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建

安全監(jiān)控系統(tǒng)主要有電源電路、起重量檢測(cè)電i 路、脈沖激光測(cè)距電路、聲光預(yù)警電路以及人機(jī)交互i 觸摸屏等模塊。主控電路由STM32F103RCT6及其外l 圍電路組成，是整個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心，主要i 完成數(shù)據(jù)的傳輸和處理。起重量檢測(cè)電路和脈沖激光l 測(cè)距電路采集的模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)STM32自帶的ADCi 進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換后得到實(shí)時(shí)的起重量和距離數(shù)據(jù)，再l 經(jīng)過(guò)STM32處理器進(jìn)行相關(guān)的處理并作出判斷，最； 后需要在觸摸屏上顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)STM32的UARTl 傳到觸摸屏上顯示瞄1。同時(shí)觸摸屏作為安全監(jiān)控系統(tǒng)l 唯一的參數(shù)輸入E1，可以通過(guò)觸摸屏對(duì)安全預(yù)警量進(jìn)l I 行設(shè)置。

IM32F103RcT6是一款基于Cortex—M3內(nèi)核、i 高性能、高性價(jià)比、低功耗的微控制器，在軟件和i 封裝方面與其他STM32系列處理器完美兼容。該芯《 片包含3個(gè)ADC，這些ADC可以單獨(dú)使用，也可以i 使用雙重模式。STM32的ADC是12位逐次逼近型i 的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它有18個(gè)通道，可測(cè)量16個(gè)外i 部和2個(gè)內(nèi)部信號(hào)源，足以滿足本文6個(gè)信號(hào)源的需i 求。如圖3所示的STM32F103RCT6采用LQFP64封l 裝，GPIO中的PCO一5引腳接入數(shù)據(jù)采集電壓模擬信i 號(hào)，PA9—10引腳為串13輸入輸出與觸摸屏連接。采l 用STM32自帶的SPI接13與sD卡進(jìn)行通信，每次采i 集的數(shù)據(jù)自動(dòng)保存到sD卡內(nèi)，便于數(shù)據(jù)的追源。1

2．2系統(tǒng)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

人機(jī)交互采用北京迪文科技有限公司生產(chǎn)的 17．78cm串口工業(yè)觸摸屏，它采用異步、全雙工串 其中TXDINl、RXD_INl分別連接在STM32的 TXD(PA9-USARTI_TX)腳和RXD(PAl0一USARTl一 RX)腳，RSTXDl、RSRXDl分別連接到迪文觸摸屏 的DIN、DOUT，GND則與STM32的電源地直接連 接。人機(jī)交互系統(tǒng)首先需要設(shè)計(jì)好友好的交互界面， 然后將界面導(dǎo)入觸摸屏并對(duì)各個(gè)區(qū)域做好標(biāo)示，能夠 觸摸不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)界面切換或者數(shù)據(jù)輸入效果，人機(jī) 交互界面設(shè)計(jì)如圖5所示

三、結(jié)論

(1)在試驗(yàn)橋式起重機(jī)上安裝設(shè)計(jì)的安全監(jiān)控系 統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

(2)設(shè)計(jì)的起重量監(jiān)測(cè)和各個(gè)測(cè)距模塊在超出設(shè) 置的預(yù)警量后，能夠很好地觸發(fā)聲光預(yù)警裝置。

(3)人機(jī)交互界面友好，能夠很好地實(shí)現(xiàn)輸入輸 出功能。

(4)該橋式起重機(jī)的安全監(jiān)控系統(tǒng)，目前只安裝 在試驗(yàn)機(jī)上運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定，暫時(shí)沒(méi)有受到外界干擾 源的影響。在實(shí)際服役環(huán)境下，是否會(huì)受到外界各種 干擾的影響還需要實(shí)際服役時(shí)間的驗(yàn)證。