基于动态预测的塔机防碰撞系统研究

摘要

塔式起重机是一种重要的工程机械设备，广泛应用于基础设施建设领域。由于塔机的结构特点以及群塔作业的实际情况，因为工作人员操作不当造成的塔机碰撞事故时有发生。本文针对现有塔机防碰撞系统的优势和不足，利用多传感器与无线通信相融合的技术，开发一套防碰撞系统，为塔式起重机的智能施工安全作业提供设计策略与技术指导。本文研究内容如下： （1）分析塔机间可能出现的碰撞情况，开发了基于塔机回转制动的防碰撞算法。算法能够实时计算塔机姿态和可能发生相互碰撞的塔机部件间的距离，判断碰撞发生的可能性，实现动态碰撞预测。利用MATLAB进行算法仿真试验，验证了算法的可行性及可靠性。 （2）硬件上选择了以三星S3C2440芯片为核心的控制器，完成基于嵌入式技术的塔机防碰撞系统的硬件设计。研究塔机运行参数的检测方法，选择了参数检测传感器，并为传感器的连接和控制输出设计了接口转换电路以及继电器控制电路。 （3）通过对ZigBee无线通信技术的协议栈和网络拓扑结构的分析，搭建了塔机间无线通信网络。完成通信网络的初始化，实现了塔机节点的入网和退网，并设计了基于ZigBee无线通信的数据帧格式。 （4）通过Bootloader的移植、Linux内核的裁剪及移植、Yaffs2根文件系统的制作、相关驱动的移植、Qt/Embedded开发环境配置等过程，完成了嵌入式系统运行环境的搭建。 （5）利用应用程序开发工具Qt设计了塔机运行状态数据库软件，实现塔机运行数据的存储和查询。设计了塔机防碰撞软件，实现塔机状态参数的初始化、塔机运行状态的显示以及塔机相对位置的图形化显示，为塔机工作人员安全操作提供了判断依据。

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