专利名称：起重机防碰撞设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于起重设备技术领域，涉及一种起重机防碰撞设备。
背景技术：
起重机在钢铁企业、矿山企业、港口码头等广大领域内有着广泛的应用，在基础建设中也有着重要的地位，是重工业生产和建设不可或缺的设备。所以在国内外，起重机在各行各业都有着广泛的应用，数量也极其庞大，与此同时也带来了许多安全问题，因此众多使用起重机的企事业单位，对于起重机的安全问题从未放松过。尽管如此，起重机每年带来的安全事故还是居高不下，其中因为起重机未能保持安全距离而导致碰撞造成的安全事故占有很大的比例。主要因为起重机设备本身体积大、重量大、工作环境复杂，司机视线不好，无法观察到起重机的走行方向上的障碍，而且司机在操作过程中注意力高度集中在吊运过程中，也会忽略走行运行方向的障碍，所以造成起重机经常会发生碰撞事故。为了解决该问题，无论国内还是国外都有相关的产品投入市场，主要是采用激光或是红外线进行障碍检测，然后发出报警提示或限制起重机的运行，但有一定局限性。激光产品有着距离远、灵敏度高的优点，但对环境要求较高，对反射面要求较高，在粉尘大或者浓雾的环境下无法正常工作。红外线产品在对粉尘和浓雾环境下效果要好于激光产品，但由于散射的特性有导致检测距过近，同时也容易受到环境光线的干扰。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型提供一种有效地解决方案，实现起重机防碰撞设备。本实用新型所采用的技术方案是该起重机防碰撞设备包括四路红外线防撞传感器和一台综合控制器；四路红外线防撞传感器均与综合控制器相连；其中两路传感器安装于小车两端，另外两路传感器安装于大车两端。防撞传感器包括复合型发射镜头、复合型接收镜头、大功率红外线发射管、高灵敏度红外线接收器以及控制电路板，其中复合型发射镜头与大功率红外线发射管相连；复合型接收镜头和高灵敏度红外线接收器相连。控制器电路板包括功率驱动电路、接收电路、距离调整电路、继电器输出电路和CPU电路，其中功率驱动电路与大功率红外线发射管相连；接收电路与高灵敏度红外线接收器相连；功率驱动电路、接收电路、距离调整电路、继电器输出电路均与CPU电路相连。综合控制器包括输入接口电路、CPU电路、继电器输出电路、语音电路、扬声器。其中输入接口电路与四路红外线防撞传感器的继电器输出电路相连；语音电路与扬声器相连；输入接口电路、继电器输出电路、语音电路均与CPU电路相连。起重机容易发生碰撞事故的机构主要是小车机构和大车机构，这两个机构都是走行机构，司机没有良好的实现，所以容易发生碰撞事故。本实用新型在小车的结构体上安装两个防撞传感器，用于检测小车的前进方向和后退方向上的障碍物，在大车的结构体上同样安装两个防撞传感器，用于检测大车运行左侧和右侧的障碍物，四路传感器每路都有两组继电器输出信号，分别代表报警和极限停车，四路传感器共8组信号全部连接到综合控制器，综合控制器根据这8路信号状态控制输出继电器动作，和语音电路工作，从而向起重机发出碰撞警告和碰撞停车信号，并通过扬声器对司机进行语音提醒，实现全方位的防碰撞保障。目前市场上的防碰撞报警器都只有继电器动作节点，无法对司机进行语音提醒，同时由于没有综合控制器，所以也无法对起重机全方位进行防撞检测。传统的红外线传感器对容易受到环境光线的干扰，而且检测距离较近，无法做到可靠的保护，本实用新型的红外线传感器，采用了大功率红外线发射管，可以有效提高红外线的检测距离，而且由于还对于该发射管的参数专门定制了镜头，将红外线光束进行处理更加提高了发射距离。不仅如此，本实用新型还采用了与发射管配套的高灵敏度红外线接收头，其红外线参数与发射管严格吻合，所以接收灵敏度大大提高，从而也进一步延长了检测距离，同时又为改接收头专门定制了接收镜头，增大了接收头的接收面积，并加强了接收头的接收光线的强度，更进一步的提高了接收头的灵敏度，这样整个传感器的检测距离被大幅度的提高，远远超过了市场上现有的传感器的检测距离，可以到达30m的检测范围，满足了起重机防撞检测的要求。另外为了克服红外线容易受到环境光线干扰的问题，本实用新型将发射管发射的光线进行调制并且进行数字编码，采用IOOKHz将发射光线进行调制，同时进行32位数字编码，在接收时只接收IOOkHz的调制光线，同时进行解码在成功解调出32位数字编码的情况下才认为是本实用新型的传感器发射出的光线，这样就完全避免了环境光线的干扰，大幅度太高了可靠性，而且由于红外线的穿透能力非常强，所以对于高粉尘环境和浓雾天气情况下都能很好的工作。本实用新型的有益效果是完美的实现了起重机的全方位防撞保护，有效克服了目前市场上防撞保护器的弊端，大幅度太高了起重机的安全性。
图1是本实用新型的系统结构示意图。图2是本实用新型发射部分的结构图。图3是本实用新型接收部分的结构图。图4是本实用新型传感器控制电路板的信号接口电路图。图5是本实用新型传感器控制电路板的CPU电路图。图6是本实用新型传感器控制电路板的继电器输出部分电路图。图7是本实用新型传感器控制电路板的距离调整部分电路图。图8是本实用新型传感器控制电路板的功率驱动部分电路图。图9是本实用新型的综合控制器的两路传感器输入接口的电路图。图10是本实用新型的综合控制器的CPU电路图。图11是本实用新型的综合控制器的语音部分电路图。图12是本实用新型的综合控制器的继电器输出电路图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的具体实施例。实施例1.系统构成[0023]本实用新型系统结构图如图1所示，由4路红外线传感器连接到综合控制器构成本实用新型。如图1所示，本实用新型主要分为两部分红外线传感器和综合控制器。红外线传感器具体结构如图1中的红外线传感器I所示，其他三路红外线传感器与此相同。红外线传感器由红外线发射部分、红外线接收部分以及控制电路板构成。红外线发射部分由复合型发射镜头和大功率红外线发射管构成，红外线接收部分由复合型接收镜头和高灵敏度红外线接收器构成，控制电路板由功率驱动电路、接收电路、CPU电路、调整电路、继电器输出电路构成。红外线发射镜头采用复合型镜头见图2，并增加镀膜处理，保证在红外线波段内就有最高的通透性，并有效抑制其他波段的光线，并根据发射管参数，将光线聚焦到发射管的端部，保证发射管的光线能够以平行光的形式射出镜头，保证光线能够尽量集中，强度尽可能大。红外线接收镜头同样采用复合型镜头见图3，虽然结构与发射镜头相同，同样采用镀膜技术，但镜片的焦距并不相同，接收镜头将尽可能接收大范围的反射光线，尽可能保证接收光线都聚焦到接收器上，大幅度提高接收灵敏度。红外线传感器的控制电路板将负责启动红外线发射管和接收红外线接收器上的信号，将接收的信号进行处理和计算，如果检测到障碍，则驱动继电器电路进行信号输出。传感器的检测距离通过调整电路实现。红外线传感器可以检测两个距离，一个较远的距离用于警告，一个较近的距离用于停车。传感器的信号统一接入到综合控制器的输入接口，综合控制器根据接口电路的信息判断是否发生防撞动作，并根据该信息控制语音电路做成相应的语音提示，同时驱动继电器回路进行信号输出。2.红外线传感器图4至图8是本实用新型红外线传感器的核心电路图。图5是红外线传感器的CPU电路图，是整个红外线传感器中核心部分。为了最大程度抑制环境光线的干扰，本实用新型将红外线调制成IOOkHz的信号，并进行32位数据编码，本功能全部由CPU来实现。该实施例采用常用的89C2051CPU来实现。首先CPU通过内部定时器产生一个IOOkHz的高频信号，该信号通过P3. 2端口输出，控制驱动电路驱动红外线发射管进行工作，图8中的三极管Qf Q4即是驱动三极管，负责启动红外线发射管，通过不同组合可以实现驱动强度的转换。为了进一步提高抗干扰能力，CPU在对发射管进行驱动的同时，还进行一组32位数据编码，保证每个传感器都是唯一的编码，这样即使别的传感器光线传入到该传感器也不会导致该传感器的误动作。红外线通过接收器接收，接收器为专用高灵敏度接收器，已经被设置成只能接收IOOkHz信号的红外线，可以有效抑制环境光线，在接收器接收到符合标准的红外线之后会输出低电平，该电平将触发CPU的中断，CPU在中断内会继续接收信号，直到能够完成解调出一个32位数据为止，如果该数据与内置的32位编码吻合，则表示接收成功，同时也表示遇到障碍物，为保证可靠，CPU还会再继续接收一段时间，如果在规定时间内数据持续稳定，则判断为防撞动作，并进行继电器驱动输出。为了能够进行两段距离检测，CPU会已O. 5秒为周期分别以设定值进行发射管驱动和以O. 5倍的设定值对发射管进行驱动。以设定值进行驱动时功率较大，检测距离较远，作为警告检测，而已O. 5倍设定值驱动时发生强度就较弱，检测距离较近，作为停车检测。而设定电路通过一个编码开关来实现，见图7，该编码器开关具有4位，可以实现16种组合编码，即可以实现16段距离设置，由于起重机防撞安全距离变化不大，所以该调整电路可以完全满足使用要求。发射管的启动功率通过图8的驱动电路来调节，图8中有四个三极管，同样可以实现16种组合，即实现16种功率输出。图6是红外线传感器的继电器输出电路，Kl动作即表示警告，K2动作即表示停车。Dl和D2为发光二极管做出定做指示，Q5和Q6是继电器的驱动三极管。3.综合控制器图9至图12是本实用新型的综合控制器的核心电路图。图9是两路输入接口电路图，本实用新型共有四路输入接口，其他两路与图9完全相同。输入信号因为已经是继电器的开关信号，所以该接口就比较简单，不过由于传感器与综合控制器通常相距较远，通常·采用电缆连接，所以该电路中采用了光耦隔离电路，保证控制器和传感器的安全隔离，提高
可靠性。图10是综合控制器的CPU电路，采用通用51单片机实现，由于传感器已经处理好信号，所以该CPU的负担很轻，只需要进行误动作判断，和信号综合处理，并进行继电器驱动和语音驱动即可。该实施例定义Kl是传感器I的警告节点，K2是传感器I的停车节点，所以CPU在检测到输入信号中该两点动作时进行一段防止误动作延时之后就驱动对应的继电器动作，继电器输出电路见图12，图12中的三极管为继电器驱动三极管，Κ1 (4为故障输出继电器，该图同样也指示了两路传感器的信号继电器，另外两路与此相同。CPU在驱动继电器动作的同时也将驱动语音电路工作，对司机进行语音提示，图11为语音提示电路图，BLA4208为语音芯片，通过Sl S8可以进行8段语音控制，LM386为语音放大芯片，用于驱动扬声器发声。由于传感器较多，有可能出现多个传感器同时动作的情况，所以CPU在驱动语音电路时采用了队列方式进行驱动，如果在传感器动作时先前的语音还为播放完毕则进入队列等待，在一个语音播放完毕之后再从队列中取出下一个需要播放的语音进行播放，保证每个传感器的动作都能有语音提示。
权利要求1.一种起重机防碰撞设备，其特征在于该起重机防碰撞设备包括四路红外线防撞传感器和一台综合控制器；四路红外线防撞传感器均与综合控制器相连；其中两路传感器安装于小车两端，另外两路传感器安装于大车两端；防撞传感器包括复合型发射镜头、复合型接收镜头、大功率红外线发射管、高灵敏度红外线接收器以及控制电路板，其中复合型发射镜头与大功率红外线发射管相连；复合型接收镜头和高灵敏度红外线接收器相连；控制器电路板包括功率驱动电路、接收电路、距离调整电路、继电器输出电路和CPU电路，其中功率驱动电路与大功率红外线发射管相连；接收电路与高灵敏度红外线接收器相连；功率驱动电路、接收电路、距离调整电路、继电器输出电路均与CPU电路相连；综合控制器包括输入接口电路、CPU电路、继电器输出电路、语音电路、扬声器；其中输入接口电路与四路红外线防撞传感器的继电器输出电路相连；语音电路与扬声器相连；输入接口电路、继电器输出电路、语音电路均与CPU电路相连。
专利摘要一种起重机防碰撞设备，包括四路红外线防撞传感器和一台综合控制器；四路红外线防撞传感器均与综合控制器相连；两路传感器安装于小车两端，两路传感器安装于大车两端。防撞传感器包括复合型发射镜头、复合型接收镜头、大功率红外线发射管、高灵敏度红外线接收器以及控制电路板，复合型发射镜头与大功率红外线发射管相连；复合型接收镜头和高灵敏度红外线接收器相连。控制器电路板包括功率驱动电路、接收电路、距离调整电路、继电器输出电路和CPU电路。综合控制器包括输入接口电路、CPU电路、继电器输出电路、语音电路、扬声器。本实用新型实现了起重机的全方位防撞保护，克服了目前市场上防撞保护器的弊端，大幅度太高了起重机的安全性。
文档编号B66C15/04GK202848906SQ20122059205
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者周德峰 申请人:大连宝信起重技术有限公司