一种基于433MHZ自组网的塔式起重机安全监测系统

摘要

本发明公开一种基于433MHZ自组网的塔式起重机安全监测系统，其特征在于：包括塔机监测主控盒、DTU数据传输单元及远端监测中心；所述塔机监测主控盒分别安装在每台塔机上，用来采集各传感数据在塔机控制台显示；塔机群所有塔机监测主控盒与一个DTU数据传输单元通过433MHZ频段的无线信号自组织成网络，通过多跳算法进行路径选择，将数据集中到DTU数据传输单元，DTU数据传输单元通过GRPS网络将数据传输到远端监测中心。本发明基于433MHZ频段的自组网塔机监测系统传输距离在200米以上，能穿透4层实心的水泥墙后仍然稳定通讯，更大的传输距离使更大的塔机群组网成为了可能。

说明书

技术领域

本发明为塔机安全监测领域，具体涉及一种基于433MHZ自组网的塔式起重机安全监测系统，为塔机工作人员提供一种对多台塔机运行状态进行实时监测的系统。 

背景技术

目前市面上所出现的各种塔机监测系统，主要是采用面向单机工作的运行模式，仅仅针对单台塔机进行运行状态的监测。而随着我国经济的发展以及对基础设施要求的不断增长，现在的塔机使用常常处于集群的工作模式之下，即在一个建筑工地现场并存有多台塔机同时或者分时进行工作以提高工作效率及工程进度。但多台塔机同时或者分时进行工作存在施工难度大、危险性高的缺点，这就要求能够对多台塔机进行运行状态的实时监测。而且，为了更好的掌握以及控制这些信息，还要求具备多台塔机之间能够进行组网联系、多台塔机和DTU能够进行组网联系等功能，所以仅仅面向单机的塔机监测系统便难以适应这种新变化。 

也有一些塔机监测系统尝试采用一些简单的组网方式，使各台塔机之间可以进行信息的简单交流。比如目前使用ZigBee技术进行组网的塔机监测系统，是在传统塔机监测系统塔机控制台上加装ZigBee通信单元，实现塔机监测群的自组网和数据传输、通信等功能。但是使用ZigBee技术有以下三个问题和缺点： 

一、频率与速率 

ZigBee工作在2.4GHz，频率高速率就高，因此2.4G频点理论的数据通信速率较高，但是增加了自组网功能后，ZigBee需要花很大精力去做路由查询，路由查询的复杂成都取决于节点数量，随着节点数量增加，路由查询复杂度迅速上升。如果各节点通信数据量大，整体的通信效果就要打折。这是限制ZigBee的瓶颈之一。 

二、2.4G通信特性 

无线电波传输特性是ZigBee无法跨越的鸿沟。2.4G的电波在传输过程中损耗小，但绕射能力差，穿透能力差，有较强的方向性要求。也就是说，在人眼能够看到的范围2.4G传输有优势，但如果障碍物能阻挡视线，很可能也会阻挡 2.4G的电波，而在塔机建筑工地中，大楼林立，高空环节复杂，这是ZigBee技术在塔机监测系统中应用的最大掣肘。 

三、技术复杂度 

ZigBee是结合了多种复杂应用于一体的技术结晶，设计ZigBee协议的工程技术人员考虑到了ZigBee的很多具体应用，如果应用合适，ZigBee可以高效地解决技术问题。但在塔机自组网监测系统应用中并不需要ZigBee复杂的协议，可因为ZigBee协议涵盖内容太多，消化ZigBee协议就需要设计人员投入大量的精力和时间。 

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种对多台塔机运行状态进行实时监测的系统。 

技术方案：本发明所述基于433MHZ自组网的塔式起重机安全监测系统，包括塔机监测主控盒、DTU数据传输单元及远端监测中心；所述塔机监测主控盒分别安装在每台塔机上，用来采集各传感数据在塔机控制台显示；塔机群所有塔机监测主控盒与一个DTU数据传输单元通过433MHZ频段的无线信号自组织成网络，通过多跳算法进行路径选择，将数据集中到DTU数据传输单元，DTU数据传输单元通过GRPS网络将数据传输到远端监测中心。 

所述塔机监测主控盒包括主控单元和分别与所述主控单元连接的信息采集单元、存储控制单元、433MHZ无线传输单元和键盘显示接口单元； 

所述信息采集单元用于采集塔机监测的五大参数：起重量、小车幅度、塔身旋转角度、起升高度、风速； 

所述主控单元用于处理采集的监测数据，并传输给存储控制单元、433MHZ无线传输单元和键盘显示接口单元； 

所述存储控制单元用于暂时储存经主控单元处理过的监测数据； 

所述433MHZ无线传输单元从所述主控单元接收监测数据，对数据进行处理和包装后进行网内路径选择和传输； 

所述键盘显示接口单元用于驾驶室操作台显示经主控单元处理过的监测数据。 

所述433MHZ无线传输单元包括串行接口电路、CPU(型号为MSP430)、无线 收发模块、时钟单元、电源单元、RAM和FLASH，所述串行接口电路用于所述433MHZ无线传输单元与所述主控单元的数据传输；所述CPU用于处理从所述主控单元传输的数据并对数据进行协议包装；所述无线收发模块用于进行网内路径选择和传输。 

所述塔机监测主控盒中还设置有自动检测模块，用于对主控模块中的CPU、RAM设备进行自检。 

所述433MHZ无线传输单元中还设置有自动检测模块，用于对传输单元中的CPU、RAM设备进行自检和频段设置。 

本发明与现有技术相比，其有益效果是：1、本发明基于433MHZ频段的自组网塔机监测系统技术简单方便，组网灵活，扩展方便，数据传输稳定可靠，传输距离在200米以上，能穿透4层实心的水泥墙后仍然稳定通讯，更大的传输距离使更大的塔机群组网成为了可能；2、本发明系统接收电流26mA，发射电流140mA，休眠电流＜1uA，能耗低；3、本发明系统无线网络节点统一编址，单个基站可管理255个子节点，可组建微型无线网络，是一种低复杂度的系统；4、本发明系统简单封装协议，自动处理所有的联机请求、收发转换、报文拆包与封包，技术简单易行；5、通过自组网方式，减少了DTU的使用，数据集中传输提高了系统的运行效率，降低了系统的运营成本，具有较强的商业价值；6、本发明基于433MHZ频段的自组网塔机监测系统中，433MHZ是一种低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术，和其他无线传输技术相比较，433MHZ组网技术具有传输距离远、功耗低、组网简单等优点。 

附图说明

图1为本发明塔机监测主控盒结构示意图。 

图2为本发明无线传输单元组成示意图。 

图3为本发明塔机监测主控盒运行流程图。 

图4为本发明无线传输模块运行流程图。 

图5为本发明系统原理图。 

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述 实施例。 

实施例1：本发明所述的433MHZ自组网的塔式起重机安全监测系统，主要用于多台塔机上，本发明系统如图5所示，包括塔机监测主控盒、DTU数据传输单元及远端监测中心；每台塔机安装塔机监测主控盒采集各传感数据在塔机控制台显示，同时，塔机群所有塔机监测主控盒与一个DTU数据传输单元通过433MHZ频段的无线信号自组织成网络，通过多跳算法进行路径选择，将数据集中到DTU数据传输单元，DTU数据传输单元通过GRPS网络将数据传输到远端监测中心。 

所述塔机监测主控盒安装在塔机上，所述塔机监测主控盒如图1所示，主要由主控单元和分别与所述主控单元连接的信息采集单元、存储控制单元、433MHZ无线传输单元和键盘显示接口单元组成。 

所述信息采集单元用于采集塔机监测的五大参数：起重量、小车幅度、塔身旋转角度、起升高度、风速；，经主控单元处理后在主控盒内置存储模块暂存，并通过显示接口单元在塔机控制台显示，同时数据通过串行接口传输到433MHZ无线传输单元，通过433MHZ无线传输单元发送到近端DTU数据传输单元。 

所述433MHZ无线传输单元如图2所示由CPU(型号为MSP430)、串行接口电路、无线收发模块、时钟单元、电源单元、RAM和FLASH组成。它通过串行接口电路从塔机监测主控盒接收监测数据，经过CPU进行处理，进行简单协议包装，从无线收发模块进行网内路径选择和传输； 

所述塔机监测主控盒的工作流程如图3所示，加电启动后，首先进行CPU、RAM等设备的自检，然后对传感采集模块、无线传输模块进行初始化和使能，系统进入循环等待状态，当塔机作业产生相关监测数据时，数据通过传感设备采集并由主控单元处理后，送驾驶员控制台实时显示，同步传送到无线传输单元向外发送，然后再处理下一条采集数据，直到系统关机。 

所述433MHZ无线传输模块的工作流程如图4所示，加电启动后，先对模块的CPU、RAM进行自检，进行频段设置。然后侦听接收无线信号，根据转发数据的路由信息对数据进行转发。当监测控制盒主控单元传送来发送数据合，对数据进行简单协议封装，并根据自身的路由信息进行多跳路径算法计算，结果给数据封装路由信息，并通过发送电路进行无线发送，完成后继续侦听转发与 封装发送流程，直到系统关机。 

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。