专利名称：港机用双超声探头扫描式检测防撞装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超声波检测装置，尤其涉及港机用双超声探头扫描式检测防
撞装置。
背景技术：
港口码头装卸港机是专用于对船上货物的装卸。现有的港机排列比较密集，如果同时在同一条船作业时，港机大车行走时，框架车穿梭其中，这就容易造成港机和框架车碰擦，给安全生产带来一定的隐患。港口码头装卸港机一般在吊运作业时港机司机随小车同时运行，当小车运行到前大梁(船舱上方)吊运成品时，需在船舱对产品进行对位放置，对位吊运放置必须移动港机大车、小车来完成。此时的小车已运行在前大梁(船舱上方)，港机操作人员无法后视港机大车运行区域内是否存在障碍物(包括其它港机、运输设备、人员及其它物品)，这就造成港机大车运行时存在盲区，形成港机运行安全隐患。超声测量是近来行业应用较多的一种测量方式，超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。超声测量系统测量由于其成本低，基本免维护，测量距离从几十厘米到几十米都有成熟产品供应，用户选择余地大。但超声测量也有其不足之处，超声探测仪的工作场合不能有跟超声探头工作频率相同的噪声，工作场合温度不能超过80摄氏度以上，否则无法工作。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种港机用双超声探头扫描式检测防撞装置，该防撞装置能及时、准确地检测到检测区内的障碍物，避免港机在作业过程中与障碍物发生碰撞。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种港机用双超声探头扫描式检测防撞装置，包括二个超声探测器、控制器和摆动电机，二个超声探测器安装在港机行走轮前端的左右两侧，二个超声探测器经轴由摆动电机驱动同步旋转；二个超声探测器连接控制器，控制器输出控制摆动电机，控制器输出控制信号接执行部件，控制器安装在港机上。所述控制器包括中央处理器、发射驱动电路、第一超声探测器、第二超声探测器、放大整形电路、电源电路、角度探测电路、控制输出接口以及通讯接口 ；所述中央处理器输出信号接发射驱动电路，发射驱动电路输出接第一超声探测器，第一超声探测器发射超声波，同时中央处理器启动计时器计时；所述第一超声探测器为发射和接收传感器，第二超声探测器为接收传感器，第一超声探测器和第二超声探测器接收超声波的反射波后，将反射波信号转换成电信号分别送入超声放大电路，经超声放大电路放大后输入给中央处理器，中央处理器接收到处理过的反射波后，定时器停止计时；中央处理器输出接控制输出接口、通讯接口和角度探测电路，角度探测电路输出接摆动电机。本实用新型主要运用超声波测距的原理对港机前方特定的区域范围内进行扫描式检测，测量超声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物之间的实际距离，将得到的实际距离与设定的安全距离进行比较并作出相应反应。本实用新型能及时、准确地检测到检测区内的障碍物，避免港机在作业过程中与障碍物发生碰撞，为现场作业和操作人员提供了良好的安全环境。同时，港机操作人员在作业过程中无需顾虑与其它物体发生碰撞，因此可有效提高港机的作业效率。
图1为本实用新型港机用双超声探头扫描式检测防撞装置检测示意图；图2为本实用新型的工作原理流程图；图3为本实用新型的电气原理图；图4为本实用新型的电路图。图中1第一超声探测器(发射和接收传感器)，2第二超声探测器(接收传感器)，3 行走轮，4控制器，5摆动电机；11中央处理器，12发射驱动电路，13、14放大整形电路，15电源电路，16角度探测，17控制输出接口，18通讯接口，19障碍物。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。参见图1至图4，一种港机用双超声探头扫描式检测防撞装置，包括二个超声探测器1、2、控制器4和摆动电机5，二个超声探测器1、2安装在港机行走轮3前端的左右两侧， 二个超声探测器1、2经轴由摆动电机5驱动同步旋转；二个超声探测器1、2连接控制器4， 控制器4输出控制摆动电机5，控制器4输出控制信号接执行部件，控制器4安装在港机上。 二个超声探测器1、2用于检测行走轮3前方的检测区域内是否有障碍物19。所述控制器4包括中央处理器11、发射驱动电路12、第一超声探测器1、第二超声探测器2、放大整形电路13、14、电源电路15、角度探测电路16、控制输出接口 17以及通讯接口 18，参见图3。所述中央处理器11输出信号接发射驱动电路12，发射驱动电路12输出接第一超声探测器1，第一超声探测器1发射超声波，同时中央处理器11启动计时器计时；所述第一超声探测器1为发射和接收传感器，第二超声探测器2为接收传感器，第一超声探测器1和第二超声探测器2接收超声波的反射波后，将反射波信号转换成电信号分别送入超声放大电路13、14，经超声放大电路13、14放大后输入给中央处理器11，中央处理器11接收到处理过的反射波后，定时器停止计时；所述中央处理器11输出接控制输出接口 17、通讯接口 18和角度探测电路16 ；所述角度探测电路16输出接摆动电机5，角度探测电路16包括了接近传感器P6，同步控制超声探测器1、2的转向，参见图4。所述控制输出接口 17接执行部件，做出相应的控制输出，如行走轮3与障碍物19 之间的距离为4米至6米时报警、4米至3米时减速、3米以下时港机停止，所述中央处理器 11通过控制输出接口 17输出信号给继电器驱动器来实现。所述通讯接口 18通过电缆或无线方式连接至港机控制中心或中央控制器，进行数据传输和交换。所述控制器4可安装于一个密闭的盒子内，这样既能达到防尘、防水、抗腐蚀的要求，又能隔离电磁干扰，使得控制器4抗干扰能力增强，进一步提高了可靠性。本实用新型港机用双超声探头扫描式检测防撞装置的工作过程是参见图3、图4，中央处理器11发出PWM (脉宽调制)信号，送入超声驱动电路12进行功率放大，超声驱动电路12采用的是经典的推挽驱动电路，中央处理器输出的两路40KHz左右的PWM信号送入MOS驱动器U2，MOS驱动器推动四只MOS管(Ql、Q2、Q3、Q4)交替开关，从而让24V直流电通过脉冲变压器T2转换成超声驱动所需的1000V左右的交流脉冲信号，这个高压脉冲信号驱动发射传感器1(P10)，发射出超声波，中央处理器11的定时器开始计时，以计算距离所需要的时间。发射传感器1发出的超声波遇到障碍物19时，会被障碍物19反射回来，称为反射波；反射波分别被第一接收传感器1 (Pio)和第二接收传感器2 (P9)接收到后，将这个反射波信号转换成微弱的电信号送入超声放大电路13、14。因为超声放大电路13、14是小信号的交流放大电路，极易受到外界干扰，尤其是超声放大电路13、14的电源和地线不能有任何干扰信号串入，因此超声放大电路13、14的电源需采用线性稳压电路。超声放大电路中的控制芯片U3和U4 (每个芯片包含A、B、C、D)四路程控放大器选择合适的增益。反射波信号经放大电路13、14适当放大后变成了中央处理器11可以检测的信号，再经中央处理器11的模数转换器转换成数字信号，转换好的数字信号存在内存中，中央处理器11接收到处理过的反射波后，定时器即停止计时。中央处理器11对数据进行处理，根据超声波测距公式L=CXT,公式中C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)，这样就能计算出障碍物19与接收传感器1、2之间的距离。由于两个接收传感器1、2之间的间距是固定的，根据三角形三边关系能计算出障碍物相对于接收传感器1、2的纵横坐标。得出纵横坐标后，与设定的安全距离相比较，做出相应的控制输出，如4 6米报警、3 4米减速、3米以下停止，中央处理器11通过控制输出接口 17输出信号给继电器驱动器来实现。第一超声探测器1发射超声波、第一、第二超声探测器1、2接收反射波的转动角度和转动方向由摆动电机5同步控制；角度探测电路16输出接摆动电机5，角度探测电路16包括了接近传感器P6，同步控制超声探测器1、2的转向，并且超声探测器1、2 一边转动一边进行检测。电源电路15主要是为整个系统提供可靠的电源，包括超声驱动用的24V直流电，超声信号放大用的5V直流电，中央处理器用的3. 3V直流电，以及输出继电器使用的12V直流电。因超声检测属于小信号检测，其超声回波信号在远点只有几十个微伏，所以放大电路要求电源纹波很小，因此，本电源电路采用工频变压器Ll降压，A1、A2、A3全桥整流，线性稳定输出。以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种港机用双超声探头扫描式检测防撞装置，其特征是包括二个超声探测器(1、 2)、控制器(4)和摆动电机(5)，二个超声探测器(1、2)安装在港机行走轮(3)前端的左右两侧，二个超声探测器(1、2 )经轴由摆动电机(5 )驱动同步旋转；二个超声探测器(1、2 )连接控制器(4)，控制器(4)输出控制摆动电机(5)，控制器(4)输出控制信号接执行部件，控制器(4)安装在港机上。
2.根据权利要求1所述的港机用双超声探头扫描式检测防撞装置，其特征是所述控制器(4)包括中央处理器(11)、发射驱动电路(12)、第一超声探测器(1)、第二超声探测器 (2)、放大整形电路(13、14)、电源电路(15)、角度探测电路(16)、控制输出接口(17)以及通讯接口(18)；所述中央处理器(11)输出信号接发射驱动电路(12)，发射驱动电路(12)输出接第一超声探测器(1)，第一超声探测器(1)发射超声波，同时中央处理器(11)启动计时器计时； 所述第一超声探测器(1)为发射和接收传感器，第二超声探测器(2)为接收传感器，第一超声探测器(1)和第二超声探测器(2)接收超声波的反射波后，将反射波信号转换成电信号分别送入超声放大电路(13、14)，经超声放大电路(13、14)放大后输入给中央处理器(11)， 中央处理器(11)接收到处理过的反射波后，定时器停止计时；中央处理器(11)输出接控制输出接口(17)、通讯接口(18)和角度探测电路(16)，角度探测电路(16)输出接摆动电机 (5)。
专利摘要本实用新型公开了一种港机用双超声探头扫描式检测防撞装置，包括二个超声探测器(1、2)、控制器(4)和摆动电机(5)，二个超声探测器安装在港机行走轮(3)前端的左右两侧，二个超声探测器经轴由摆动电机驱动同步旋转；二个超声探测器连接控制器，控制器输出控制摆动电机，控制器输出控制信号接执行部件，控制器安装在港机上。所述控制器包括中央处理器(11)、发射驱动电路(12)、第一超声探测器、第二超声探测器、放大整形电路(13、14)、电源电路(15)、角度探测电路(16)、控制输出接口(17)以及通讯接口(18)。本实用新型能及时、准确地检测到检测区内的障碍物，避免港机在作业过程中与障碍物发生碰撞。
文档编号G01S15/08GK202305798SQ20112036797
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者于磊, 孔利明, 袁一鸣, 赵建峰, 马志才 申请人:宝山钢铁股份有限公司