塔吊可视化安全监视系统及监视方法与流程

本发明属于数字信息传输领域，更具体地说，涉及塔吊可视化安全监视系统及监视方法。

背景技术：

塔吊是建筑工地上最常用的一种起重设备，但因为塔吊抓钩距离远，驾驶员无法用肉眼准确判断抓钩对应地面的位置。目前塔吊的操作区域在塔吊顶端，操作人员不仅要在高空操作，还要攀爬到高空中，屡有危险事故发生，操作人员一般用肉眼观察吊头操作位置的情况，工作面对吊车、塔吊操作员来说，完全是盲区，只能靠人工喊话或对讲机远程指挥，费时、费力而且不安全。有时候位置较远，观察不便，使得工作效率低下。

现有专利也有一定的改进，比如增加摄像头等设备，如中国专利申请201210336211.3，公开日2012年9月12日，一种吊车、塔吊盲区监视系统，系统由无线摄像装置、无线接收装置和监视器组成，将无线摄像装置固定在吊车或塔吊的吊钩上，无线接收装置和监视器置于吊车或塔吊的驾驶室内，无线摄像装置实时采集吊钩所在区域工作面的情况，并无线传输给驾驶室内的无线接收装置，无线接收装置接收到无线摄像装置发送的视频信号将其输出到监视器供驾驶室内的工作人员参考。此方案可以在吊车、塔吊工作过程中出现盲区时，对吊装工作面进行实时监视，使吊装工作实现可视化操控，从而提高安全系数。但是其摄像装置远离驾驶室，其工作续航能力不强，需要经常替换电源。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有技术中存在的塔吊生产效率低、安全性差、摄像续航能力差的问题，本发明提供了塔吊可视化安全监视系统及监视方法，它解决了多种摄像不利因素以及发送端设备如何供电的问题,充电方式安全可靠，节能环保，续航能力强，维护少，结构简单，设计合理，易于制造。

2.技术方案

塔吊可视化安全监视系统，包括设置在塔吊小车上的摄像装置以及设置在塔吊控制室的控制装置，所述的控制装置上设置有控制器、显示器以及nvr，nvr为网络视频录像机，nvr对应连接有电源适配器、鼠标等。显示器与nvr连接，nvr通过网桥与摄像装置连接，摄像装置摄像方向正对吊钩。保证摄像的准确。

更进一步的，所述的摄像装置上设置有电池，塔吊小车上设置有发电装置，发电装置与电池和摄像装置均连接，并通过网桥与控制装置连接，通过控制器控制摄像装置进行摄像和调焦。

更进一步的，所述的发电装置为直流发电装置或太阳能发电装置，直流发电装置或太阳能发电装置与电池和摄像装置均连接，直流发电装置或太阳能发电装置通过网桥与控制装置连接。

更进一步的，所述的直流发电装置固定在塔吊小车车轮轴上，发电装置通过塔吊小车车轮轴上原有的螺栓与小车固定。

更进一步的，控制装置还包括电源管理装置，包括充电模块和电源切换模块，充电模块连接太阳能发电装置和直流发电装置对电池进行充电。

更进一步的，控制装置还包括外部电源和电池供电切换电路，切换直流发电装置或太阳能电池板与电池供电。

更进一步的，摄像装置还包括网络摄像机防护罩，网络摄像机防护罩为下方开口的壳体，五面密封，网络摄像机设置在网络摄像机防护罩内，网络摄像机的摄像头面向开口侧。

更进一步的，所述的网桥外部设置有防护罩，防护罩密封，材质为塑料或者其他不会屏蔽信号的材质，防水防尘，可以保证在外部环境恶劣的情况下，防止损坏。

塔吊可视化安全监视系统的监视方法，步骤如下：

一、塔吊吊取相应的物品，由于吊钩上下运动，摄像装置拍摄对应的摄像信息，并通过网桥将影像传送至控制室，控制室根据相应的显示图像是否清晰，人员判断是否需要调节焦距，如果需要调焦，按下控制室的焦距调节按键；

二、控制器判断按键按下，人员控制焦距增大按键，焦距减小按键来调整焦距大小；

三、控制器发送信息至控制室，通过控制室的控制装置的无线发射模块发送，控制器端的网桥通过无线传输至摄像装置端的网桥；

四、摄像装置端的无线模块接收到相应的调焦信息，将相应的数据发送给摄像装置，摄像装置通过接收到的相应数据进行变焦，保证图像的清晰。

更进一步的，在续航过程中，当直流发电装置或太阳能电池板工作时，摄像装置由直流发电装置或太阳能电池板供电，电池不参与供电。当直流发电装置或太阳能电池板不工作时，自动切换成电池供电。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明能实时显示塔机吊钩的工作环境，提高了塔吊施工过程的安全性；同时拥有便捷的摄像机焦距调节；

(2)本发明拥有稳定的通信协议和无线网桥传输，传输速度快，确保塔吊司机迅速得知吊钩现场工况；

(3)通过电池、太阳能以及直流充电的方式，进行摄像装置的供电和续航，充电方式安全可靠，节能环保，续航能力强，维护少，结构简单，设计合理，易于制造。

附图说明

图1为本方案的结构示意图；

图2为本发明的系统原理框图；

图3为带动发电装置的小车三维图；

图4为发电装置的原理框图；

图5为充电电流和充电电压示意图；

图6为锂电池充电电路原理图；

图7为外部电源和电池供电切换电路原理图；

图8为摄像机焦距调节流程图。

附图标号说明：

1、显示器；2、nvr；3、网桥；4、摄像装置；5、轨道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1、图2所示，本方案提供了一种塔吊可视化的监视系统，包括设置在塔吊小车上的摄像装置以及设置在塔吊控制室的控制装置，所述的控制装置上设置有控制器、显示器1以及nvr2，nvr2为网络视频录像机，nvr2对应连接有电源适配器、鼠标等。显示器1与nvr2连接，nvr2通过网桥3与摄像装置4连接，摄像装置4摄像方向正对吊钩。

摄像装置4上设置有电池，塔吊小车上设置有发电装置，发电装置与电池和摄像装置4均连接，并通过网桥3与控制装置连接，通过控制器控制摄像装置4进行摄像和调焦，对应的图像通过网桥3将图像传送到nvr2，并显示到显示器1中。控制装置上设置有调节焦距开启按键，焦距增大按键，焦距减小按键，控制装置控制摄像装置焦距的减小或者增大，保证始终可以采集到抓钩清晰的图像。

所述的发电装置为直流发电装置或太阳能发电装置，直流发电装置或太阳能发电装置与电池和摄像装置4均连接，直流发电装置或太阳能发电装置通过网桥3与控制装置连接。如图3所示，直流发电装置，包括发电滚轮，发电滚轮发的电通过整流电路，进入充电管理系统，给蓄电池充电和摄像装置供电。直流发电装置，固定在塔吊小车车轮轴上，通过塔吊小车车轮轴上原有的螺栓来将发电装置与小车固定在一起，这样的固定方式，发电装置的小轮可以在塔吊的大臂上运动，这样发电装置的小轮不易产生滑动，安全稳定，在小车行走的时候就可以直接进行充电。

太阳能发电装置包括太阳能电池板，太阳能电池板发的电通过整流电路，进入充电管理系统，给蓄电池充电和摄像装置供电。所述的电池可以为锂电池，通过充电管理芯片进行控制。

直流电机选型：根据塔机小车运行速度，高速运行速度40m/min。根据现有滚轮周长30cm,计算直流电机转速为133.3rmp。根据以上参数初步选型电机参数为额定电压为24v，负载转速为5000转，配置减速机37。

太阳能电池板选型：尺寸：360x360x17mm；电压：18v；功率：20w。

锂电池选择型号定为12v，4000ma。充电管理芯片的选型为cn3763。此处的电池电压、电流可以根据需求进行替换。

如果在cn3763的fb管脚和bat管脚之间接一个电阻,可以提高恒压充电电压，以抵消电池内阻和连线电阻的电压降，使得电池充电更饱满，恒压充电电压典型值vreg为：vreg＝12.6+8.996×10-6×rx。其中，vreg的单位是伏特，rx的单位是欧姆。在恒压充电模式，充电电流逐渐下降，在本实施例中，我们设定，当充电电流下降到恒流充电电流的16％时，充电过程结束，外部p型场效应晶体管被关断，充电电流变为零，下降的幅度可以根据需求来进行选择。恒流充电电流由下式决定：其中ich是恒流充电电流，rcs是连接于csp管脚和bat管脚之间的电流检测电阻。

如图4所示，控制装置还包括电源管理装置，包括充电模块和电源切换模块，如图6所示的电路，包括充电模块，通过太阳能发电装置和直流发电装置对电池进行充电。当直流发电装置或太阳能电池板工作时，对应的电压大于电池电压。芯片cn3763驱动芯片ssm9435对电池进行充电。再具体的工作中调节电阻r23的阻值改变充电电流，调节电阻r20改变充电电压。同时设置有红色和绿色led灯，充电时红色led灯亮，充电完成绿色led灯亮。如图5所示，本实施例的充电电流和充电电压示意图，在电压为8.4v以下时候为涓流充电，当电压达到8.4v-12v之间时候，电流增大，电压迅速上升，此时为恒流充电，当电压达到12.6v时候，电流下降，此时为恒压充电，一直到充电结束，可以保证充电的快速，也可以保证整个充电过程的安全，电压和电流都受到相应的控制，不会因为过压或者过流导致整体充电工作的无非进行，安全、快速。

如图7所示，控制装置还包括外部电源和电池供电切换电路，当直流发电装置或太阳能电池板工作时，器件由外部供电，电池不参与供电。当直流电机或太阳能电池板不工作时，自动切换成电池供电。

所述的摄像装置4为网络摄像机，即ipc。方便调整焦距且数据传送快。

摄像装置4还包括网络摄像机防护罩，网络摄像机防护罩为下方开口的壳体，五面密封，网络摄像机设置在网络摄像机防护罩内，网络摄像机的摄像头面向开口侧。防护罩使得摄像机防水防尘。

所述的网桥3为一对无线网桥，分别设置在控制装置一侧和摄像装置一侧，通过无线网桥传输控制装置和摄像装置的数据。

所述的网桥3设置有防护罩，防水防尘，可以保证在外部环境恶劣的情况下，防止损坏。

本方案提供的装置可以跟踪抓钩位置，联动摄像机焦距zoom减小或者增大。这样始终可以采集到抓钩清晰的图像，然后图像通过无线网桥和网线传到后端网络视频录像机简称nvr进行录像和显示。最后通过显示器来还原图像。

实施例2

如图8所示，本方案具体的监视方法如下：

一、塔吊吊取相应的物品，由于吊钩上下运动，摄像装置4拍摄对应的摄像信息，并通过网桥3将影像传送至控制室，控制室根据相应的显示图像是否清晰，人员判断是否需要调节焦距，如果需要调焦，按下控制室的焦距调节按键；

二、控制器判断按键按下，人员控制焦距增大按键，焦距减小按键来调整焦距大小；控制器发送无线发送模块信息直接至摄像装置端的无线接收模块，摄像装置端的无线接收模块接收到相应的调焦信息，进行调焦。网桥仅作传输摄像机监控画面之用，不能传输调焦数据。

三、控制器发送信息至控制室，通过控制室的控制装置的无线发射模块发送，控制器端的网桥3通过无线传输至摄像装置端的网桥3；

四、摄像装置端的无线模块接收到相应的调焦信息，将相应的数据发送给摄像装置4，摄像装置4通过接收到的相应数据进行变焦，保证图像的清晰。

优选的，在续航过程中，当直流发电装置或太阳能电池板工作时，摄像装置4由直流发电装置或太阳能电池板供电，电池不参与供电。当直流发电装置或太阳能电池板不工作时，自动切换成电池供电。

本方案的方法通过ipc采集图像，然后通过无线网桥传到后端nvr中，最后通过显示器来还原图像。镜头联动控制无线发送器发出数据，对应的无线接收器接收到数据，该数据即为调焦数据，所以调焦信号是由无线收发模块处理的，而不是网桥，网桥仅作传输摄像机监控画面之用，不能传输调焦数据。

最后通过mcu来控制ipc镜头的zoom位置，使zoom位置和抓钩高度相对应。可以快速调节摄像机焦距，且可以保证摄像机的续航时间长，不需要经常替换电池和取下充电。以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。