本发明专利技术提出一种基于ARM的自组织塔吊防碰撞装置，该塔吊防碰撞装置由供电模块、主控芯片模块、指示模块、坐标采集模块、显示模块和接口模块组成。所述的自组织塔吊防碰撞装置成本低、界面简洁易用的，供电方式多样，无共用中央处理器的，基于无线传输、且无塔吊台数上限，且无共用的地面中央处理器，由其内部的STM32主控制芯片将自身的坐标信息与其他塔吊的坐标信息运算，由此判断出是否有存在相碰危险，因此每套产品是独立的个体，不存在交叉和共用问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子和通信领域，具体涉及一种基于ARM的自组织塔吊防碰撞装置。
技术介绍
塔吊又名塔式起重机，在建筑领域扮演着无法取代的重要角色。中国自90年代起有了自己设计的塔吊，但规模较小，一般是几座塔吊或十几座塔吊同时作业，塔吊司机需足够谨慎才能避免塔吊碰撞事故。随着中国经济的高速发展和建筑业的蓬勃，塔吊的用量剧增，中国已发展为世界第一塔吊国。建筑工地上常常是几百座塔吊同时作业，存在多个交叉工作区，塔吊碰撞事故频繁发生，且建筑工地为了追求高效，通常坚持夜间作业和长时间连续施工，在天气不好或夜晚来临导致能见度剧减的情况下，或塔吊司机长时间连续工作变得疲惫时，事故发生率还会进一步上升。当时世界上已经存在一套荷兰生成的塔吊防碰产品，中国也生产出仿制荷兰生产的塔吊防碰产品，但普遍存在以下三大缺点①各座塔吊通过线缆连接至地面一中央处理器，各自将自身坐标信息传输至中央处理器，中央处理器通过运算各塔吊坐标判断其是否有碰撞危险，及时报警预防碰撞，而在建筑工地上，相邻两塔吊通常来自不同公司，却连接至同一中央处理器。②各座塔吊通过线缆连接至地面一中央处理器。而建筑工地布线错综复杂，环境恶劣，有线连接困难。同时，线缆时常损坏，查出坏线难度大，更换坏线难度大，很大程度上加重了工程成本并延误了工期。③该吊防碰产品最多连接9座塔吊。在当时的中国工地，几十台塔吊同时作业已很常见，发展到现在，建筑工地常常500台塔吊同时作业，因此，有连接台数上限的塔吊防碰仪器是难以投入使用的。近几年研发出的现代化的塔吊防碰产品，具有另外两大致命缺点①该塔吊防碰产品带很大的彩色液晶屏，图形化界面，很多专业数据同时显示，功能强大，操作复杂。②该塔吊防碰产品的成本高昂，接近20000元/套。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种基于ARM的自组织塔吊防碰撞装置。该自组织塔吊防碰撞装置成本低、界面简洁易用的，无共用中央处理器的，基于无线传输、且无塔吊台数上限。本专利技术提出一种基于ARM的自组织塔吊防碰撞装置，，由供电模块、主控芯片模块、指示模块、坐标采集模块、显示模块和接口模块组成。所述供电模块为接口模块、主控芯片模块、指示模块、坐标采集模块和显示模块供电。该供电模块可以通过外接锂电池或USB接口供应5 士0.05V电压和3. 3 士0.05V电压。 通过外接锂电池供电具体为通过电压转换芯片(优选LM1084IS-5V)将外接直流电源(优选为6. 5V至8. 4V)转换成5 士0. 05V的电压，然后再通过电压转换芯片(优选AMSl 117-3V3) 将该5V的电压转换成3. 3士0. 05V的电压，当供电模块通过USB接口供电时，USB接口输入45士0.05V的电压，然后通过电压转换芯片(优选为AMSll 17-3V3)将5士0. 05V的电压转换成3. 3士0. 05V的电压。其中5士0. 05V电压可为本专利技术中的接口模块、坐标采集模块和指示模块供电，3.3 士 0. 05V的电压可为本专利技术中的接口模块、主控芯片模块、指示模块、坐标采集模块和显示模块模块供电。所述的主控芯片模块包括STM32主控制芯片(优选为STM32F103系列芯片，如 STM32F103VCT6芯片，内核为ARM Cortex_M3的32位控制芯片)、晶体振荡回路A8、晶体振荡回路B9、备用电源10 (优选为3V纽扣电池)、JTAG接口(Joint Test Action Group联合测试行为组织)和滤波电路。所述的STM32主控制芯片的引脚PA13和PA14通过连接JTAG接口与JTAG仿真器相连接，其中引脚PA13与JTAG接口的引脚SWDIO相连接，引脚PA14与JTAG接口的引脚 SffCLK相连接，通过JTAG接口连接JTAG仿真器，该JTAG仿真器连接接口模块外接的电脑， 通过仿真器读取电脑中设定的防碰程序。STM32主控制芯片的引脚PC14和PC15连接晶体振荡回路A8(优选振荡频率为 32. 768kHz的晶体振荡器)，通过引脚0SC_IN和0SC_0UT连接晶体振荡回路B9 (优选振荡频率为8MHz的晶体振荡器)，所述的晶体振荡回路A8和晶体振荡回路B9为STM32主控制芯片提供精确的时间基准。STM32主控制芯片的引脚VBAT连接备用电源10，且在引脚VBAT与备用电池阳极中间串接有降压二极管A，该引脚VBAT还通过连接降压二极管B阳极与供电模块的 3. 3士0. 05V电压相连。用于在STM32主控制芯片主电源切断后继续为其供电，防止STM32 的后备寄存器中存储的塔吊坐标信息丢失。所述的STM32主控制芯片的引脚VDD_1、VDD_2、VDD_3、VDD_4和VDD_5均分别连接3. 3 士0. 05V高电平后，顺次通过连接电容A、电容B、电容C、电容D、电容E分别与STM32 主控制芯片的引脚VSS_1、VSS_2、VSS_3、VSS_4和VSS_5相连接，用于给STM32主控制芯片滤波，以消除干扰。所述的STM32主控制芯片的引脚VDDA通过磁珠与供电模块的3. 3士0. 05V电压相连接，此外STM32的引脚VDDA还分别与电容F(电容为IOuF)和电容G(电容为0. IuF)连接后接地，用于给STM32主控制芯片中的模数转换器ADC提供标准电压。所述的STM32主控制芯片的引脚Β00Τ0接地。所述的STM32主控制芯片的引脚 NRST接电阻A(R= 100KΩ)后接3.3士0. 05V电压，用于禁止STM32主控制芯片复位。所述的STM32主控制芯片的引脚VREF-接地，STM32主控制芯片的引脚VREF+接3. 3士0. 05V电压。所述的指示模块由发光二极管Α、发光二极管B、发光二极管C和蜂鸣器组成。其中所述的STM32主控制芯片的引脚PDl通过电阻B28(R = 510Ω)连至发光二极管A的阴极，发光二极管A的阳极接3. 3士0. 05V电压。发光二极管A为红色发光二极管，正常情况下长灭，当两座塔吊即将相碰时，发光二极管A闪烁，发出警报。STM32主控制芯片的引脚 PD3连接电阻C(R = 510 Ω )后连至发光二极管B的阴极，发光二极管B阳极接3. 3士0. 05V 电压。正常状态下发光二极管B长亮，当塔吊的坐标值处于输入模式(输入X，Y和H)时， 发光二极管B闪烁。STM32主控制芯片的引脚PD4连接电阻D(R=510Q)后连至发光二极管C的阴极，发光二极管C阳极接3. 3V±0. 05V电压。正常情况下发光二极管C长灭，当检测到供电模块的外接锂电池或USB接口电压过低时，该发光二极管C闪烁，提醒充电。STM32主控制芯片的引脚PDO通过电阻E31(R= IOKΩ)连至三极管(优选型号 2Ν3904)的基极，三极管集电极接5士0. 05V电压，三极管发射极接蜂鸣器的正极针脚，蜂鸣器的负极针脚接地，三极管用于控制蜂鸣器鸣叫、报警。所述的坐标采集模块用于获得塔臂转角值和塔身与钢丝绳之间间距值。主要包括塔臂转角的测量电路和塔身与钢丝绳的间距测量电路，所述的塔臂转角的测量电路与 STM32主控制芯片的引脚PBl相连接，具体为STM32主控制芯片的引脚PBl与运算放大器 33(型号LM358D)输出级相连接，运算放大本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于ＡＲＭ的自组织塔吊防碰撞装置，其特征在于：包括供电模块、主控芯片模块、指示模块、坐标采集模块、显示模块和接口模块；所述供电模块输出５±０．０５Ｖ的电压和３．３±０．０５Ｖ的电压，为接口模块、主控芯片模块、指示模块、坐标采集模块和显示模块供电；所述的主控芯片模块包括ＳＴＭ３２主控制芯片、晶体振荡回路Ａ、晶体振荡回路Ｂ、备用电源、ＪＴＡＧ接口和滤波电路；所述的ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＡ１３和ＰＡ１４通过连接ＪＴＡＧ接口与ＪＴＡＧ仿真器相连接，其中引脚ＰＡ１３与ＪＴＡＧ接口的引脚ＳＷＤＩＯ相连接，引脚ＰＡ１４与ＪＴＡＧ接口的引脚ＳＷＣＬＫ相连接，通过ＪＴＡＧ接口连接ＪＴＡＧ仿真器，该ＪＴＡＧ仿真器连接接口模块外接的电脑；ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＣ１４和ＰＣ１５连接晶体振荡回路Ａ，通过引脚ＯＳＣ＿ＩＮ和ＯＳＣ＿ＯＵＴ连接晶体振荡回路Ｂ，所述的晶体振荡回路Ａ和晶体振荡回路Ｂ为ＳＴＭ３２主控制芯片提供精确的时间基准；ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＶＢＡＴ连接备用电源，且在引脚ＶＢＡＴ与备用电池阳极中间串接有降压二极管Ａ，该引脚ＶＢＡＴ还通过连接降压二极管Ｂ阳极与供电模块的３．３±０．０５Ｖ电压相连，用于在ＳＴＭ３２主控制芯片主电源切断后继续为其供电，防止ＳＴＭ３２的后备寄存器中存储的塔吊坐标信息丢失；所述的ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＶＤＤ＿１、ＶＤＤ＿２、ＶＤＤ＿３、ＶＤＤ＿４和ＶＤＤ＿５均分别连接３．３±０．０５Ｖ高电平后，顺次通过连接电容Ａ、电容Ｂ、电容Ｃ、电容Ｄ、电容Ｅ分别与ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＶＳＳ＿１、ＶＳＳ＿２、ＶＳＳ＿３、ＶＳＳ＿４和ＶＳＳ＿５相连接，用于给ＳＴＭ３２主控制芯片滤波；所述的ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＶＤＤＡ通过磁珠与供电模块的３．３±０．０５Ｖ电压相连接，此外ＳＴＭ３２的引脚ＶＤＤＡ还分别与电容Ｆ和电容Ｇ连接后接地，用于给ＳＴＭ３２主控制芯片中的模数转换器ＡＤＣ提供标准电压；所述的ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＢＯＯＴ０接地；所述的ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＮＲＳＴ接电阻Ａ（Ｒ＝１００ＫΩ）后接３．３±０．０５Ｖ电压，用于禁止ＳＴＭ３２主控制芯片复位；所述的ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＶＲＥＦ－接地，ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＶＲＥＦ＋接３．３±０．０５Ｖ电压；所述的指示模块由发光二极管Ａ、发光二极管Ｂ、发光二极管Ｃ和蜂鸣器组成；其中所述的ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＤ１通过电阻Ｂ连至发光二极管Ａ的阴极，发光二极管Ａ的阳极接３．３±０．０５Ｖ电压；发光二极管Ａ为红色发光二极管，当两座塔吊欲发生相碰时，发光二极管Ａ闪烁，发出警报；ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＤ３连接电阻Ｃ后连至发光二极管Ｂ的阴极，发光二极管Ｂ阳极接３．３±０．０５Ｖ电压，当塔吊的坐标值处于输入模式时，发光二极管Ｂ闪烁；ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＤ４连接电阻Ｄ后连至发光二极管Ｃ的阴极，发光二极管Ｃ阳极接３．３Ｖ±０．０５Ｖ电压；正常情况下发光二极管Ｃ长灭，当检测到供电模块的外接锂电池或ＵＳＢ接口电压过低时，该发光二极管Ｃ闪烁，提醒充电；ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＤ０通过电阻Ｅ３１连至三极管的基极，三极管集电极接５±０．０５Ｖ电压，三极管发射极接蜂鸣器的正极针脚，蜂鸣器的负极针脚接地，三极管用于控制蜂鸣器鸣叫、报警；所述的坐标采集模块用于获得塔臂转角值和塔身与钢丝绳之间间距值，主要包括塔臂转角的测量电路和塔身与钢丝绳的间距测量电路，所述的塔臂转角的测量电路与ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＢ１相连接，具体为：ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＢ１与运算放大器Ａ输出级相连接，运算放大器Ａ的输出级还与运算放大器Ａ的负输入级相连接；运算放大器Ａ的正输入级与电阻Ｆ和电阻Ｇ串联后接地，其中电阻Ｆ和电阻Ｇ的中间连接的节点通过三针插槽与塔吊的电位器相连；所述的塔臂转角的测量电路与塔身与钢丝绳的间距测量电路连接方法均相同，塔臂转角的测量电路与ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＡ４相连接；所述的显示模块共有两组，分别与ＳＴＭ３２主控制芯片相连接，分别用于显示坐标采集模块测得的塔臂转角值和塔身与钢丝绳的间距值；所述的接口模块，包括插针Ａ、插针Ｂ、插针Ｃ和电平转换芯片；ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＤ８～ＰＤ１５通过插针Ａ与外接键盘连接，用于手动输入塔吊塔身的坐标值，该坐标值为三维空间坐标系中的塔身的横坐标、纵坐标和塔身的高度坐标；ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＴＸ１和ＲＸ１通过插针Ｂ与串口相连接，进而通过串口与电脑相连接，通过电脑编写和控制用于控制ＳＴＭ３２主控制芯片进行塔吊防碰程序，进而实现对发生碰撞的危险报警，该报警通过指示模块发光二极管Ａ的闪烁报警及蜂鸣器的鸣叫实现报警；ＳＴＭ３２主控制芯片的引脚ＰＤ５、ＴＸ４、ＲＸ４、ＰＤ６和ＰＤ７通过插针Ｃ与无线模块相连接；通...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵文，周谦，单悌磊，杨静远，董云峰，王保平，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
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