基于红外测距的起重机防撞控制系统设计

王玲

摘 要：针对起重机在轨道运行时，容易与相邻协作作业的起重机发生碰撞或意外闯入起重机大车轨道的汽车发生碰撞从而导致事故等问题，根据红外测距原理，设计了一种起重机防撞控制系统。该系统通过红外测距模块，检测起重机与相邻起重机或大车轨道上障碍物之间的距离。控制模块将距离信息实时显示在液晶显示屏上。当距离达到规定的阈值时，触发报警器，提醒司机进行安全操作，防止碰撞。本系统通信可靠，测距精度高，能有效地辅助司机进行起重机的操作，降低事故发生率。

关键词：红外测距；起重机操作；防撞控制；阈值距离；精度高

随着现代港口物流的飞速发展，起重机一天24小时不间断地在轨道上移动，提取集装箱。在同一个轨道上，一般有四五台起重机在同时作业，产生快速的相对移动。由于驾驶人员在繁重的作业过程中，注意力高度集中在集装箱的定位以及提升高度上，容易忽视相邻协作作业的起重机之间的安全距离，容易导致起重机在大车行走过程中与相邻起重机或轨道上障碍物发生碰撞。此类碰撞容易导致起重机上部结构发生形变，或对障碍物造成严重的损坏。为了保障工作效率和工作质量并保证生产安全，本论文提出了基于红外测距的起重机防撞控制系统，实现起重机在相对移动作业时，保持一定的安全距离，在提高作业效率，赢得更多的经济效益的同时，为安全作业提供保障，保证驾驶人员及运行设备的安全。

1 起重机防撞控制系统总体方案设计

起重机防撞控制系统主要由红外测距模块和控制主机组成，两者之间通过非屏蔽6芯护套线进行通信。红外测距模块又由红外发射端、接收端和反光板组成。红外发射端和接收端集成在红外模块上，安装在起重机滑轨的头部，反光板安装在相邻起重机滑轨的尾部。当红外发射端发射一束红外线，遇到反光板后反射回红外接收端。红外模块将相对距离信息通过护套线传输到位于驾驶室的控制主机上。主机接收该信息，进行数据处理，并显示在液晶显示屏上。司机可以实时看到与相邻起重机或障碍物之间的距离。当该距离达到规定的阈值时，控制主机触发报警器，提醒司机相应的操作。起重机防撞控制系统架构如图1所示。

2 红外测距模块设计

2.1 发射端及外围电路

发射端主要由电源、红外发光二极管和光学透镜等组成。电源采用24V直流电源，可为整个发射端提供工作电压。为了提高红外探测的作用距离和发射效率，电源驱动置于光学透镜的焦点上的红外发光二极管，产生一定占空比的脉冲信号，采用脉冲编码方式，发射一束等幅的红外脉冲光束。光学透镜将红外光聚集成较细的平行光束，使红外光的能量能集中传送。

2.2 接收端及外围电路

为了增加探测距离，接收端通过置于光学透镜的焦点上的光敏晶体管，接收由反光板反射回来的红外辐射能量，即红外脉冲信号，经过光电转换将其转变为电信号并进行电压放大，然后送入译码电路，并按控制的需要输出控制信号，驱动内部处理器计算距离信息，并通过非屏蔽6芯护套线送往控制主机。非屏蔽6芯护套线的接口如图2所示。

3 控制主机设计

控制主机主要有操作面板、液晶显示屏和报警器组成。控制主机通过控制不同的指令开关闭合，使红外模块的发射端内部的编码器产生不同编码的指令信号， 从而驱动发射与其相对应的红外脉冲信号。通过接收译码器输出相应的有效信号来驱动执行机件的报警和制动，并实时显示在液晶显示器上。

报警器主要由触发器、驱动电路扬声器和发光二极管组成。当距离达到阈值时，进行声光报警控制，提示司机启动减速装置，进行相应的减速操作或给PLC信号减速。当行程达到终点位置时，启动制动装置，立即停止起重机。如果制动装置意外失效，将发挥极限终点限位的作用，停止起重机向该方向的大车行走。

通常，红外模块的探测距离为25米，因此设置防撞系统探测距离分别设置为2 挡，即阈值距离和安全极限距离。这两个距离的值由安装在红外模块底部的可调电阻进行调节。一般情况下，阈值距离Td为6米，安全极限距离Ld为2米。

考虑到环境因素对接收信号的影响，为了防止误报和漏报等情况，控制主机采用软件延时方式和相邻五次红外脉冲求平均的方式，有效地躲避处理虚假信号，提高系统的抗干扰能力。

4 结束语

近年来，各种与起重机相关的事故频繁发生，物品装卸安全作为一种港口运营安全备受各大港口的关注。减少事故发生的最有效的办法就是按照规范进行操作。基于红外测距的起重机防撞控制系统测距精度高，数据传输可靠，可持续长时间工作，时刻监测同一轨道上相邻两台起重机或障碍物的相对位置，能够为司机提供全面、实时的数据，有效地避免对起重机碰撞产生的事故。其具有良好的稳定性在满足起重机防撞系统要求的基础上，同时也适用于障碍物探测等方面， 在工业现场中有着广阔的应用前景。