[發明專利]基于AHRS的塔吊防撞監控系統及其實現方法

有效

• 申請號: 201310322866.X
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103342304A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 范玉衡;王堅;陳北辰;李玉柏;李桓
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B66C23/88
• 分類號: B66C23/88;B66C23/90
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙) 51224
• 代理人: 楊軍

技術領域

本發明涉及一種塔吊防撞監控系統，具體地說，是涉及一種基于AHRS的塔吊防撞監控系統及其實現方法。

背景技術

塔吊也稱塔式起重機，是建筑工地上最常用的一種起重設備，被廣泛用于吊施工用的鋼筋、木楞、腳手管等施工原材料，是建筑施工中一種必不可少的設備。塔吊應用較為方便，但若發生撞擊則會引發嚴重的安全事故，給人民的生命財產造成極大危害，因而多種塔吊防撞監控系統被研發出來，然而，現有的塔吊防撞監控系統大都采用機械式傳感器，基于齒輪的轉動來計算塔吊的當前位置，并使用GPRS技術實現塔吊姿態數據的傳輸，這種監控方式在一定程度上實現了塔吊的防撞功能，但其成本較高，需與塔吊一體安裝，不便于隨時拆卸安裝到其他塔吊上使用，使用靈活性較差；而且，系統姿態數據傳輸的穩定性嚴重受制于移動運營商的GPRS網絡，傳輸延遲不穩定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于AHRS的塔吊防撞監控系統及其實現方法，主要解決現有技術中存在的塔吊防撞監控系統的成本較高、使用靈活性較差，數據傳輸穩定性不高的問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

基于AHRS的塔吊防撞監控系統，包括數據處理中心，輸出端與數據處理中心相連的姿態數據采集模塊，輸入端分別與數據處理中心相連的防撞預警模塊和用戶接口，以及與數據處理中心雙向連接的通信模塊。

具體地說，所述姿態數據采集模塊包括輸出端分別與數據處理中心相連的兩個以上微處理器，輸出端與微處理器相連的AHRS傳感器組，所述微處理器與AHRS傳感器組一對一相連。

進一步地，所述AHRS傳感器組包括輸出端分別與微處理器相連的陀螺儀、加速度計和磁力計。

本發明中，還提供了一種基于AHRS的塔吊防撞監控系統的實現方法，包括以下步驟：

（1）在本塔吊和與本塔吊相鄰的塔吊上分別安裝集成有相互連接的AHRS傳感器組和微處理器的姿態數據采集模塊，并分別設置與各塔吊的微處理器相連、且連接有通信模塊、防撞預警模塊和用戶接口的數據處理中心；

（2）各塔吊上的姿態數據采集模塊使用AHRS傳感器組對塔吊的原始數據進行采集，并通過微處理器將采集到的原始數據解算為塔吊的姿態數據，之后將解算的姿態數據傳遞至各自的數據處理中心；

（3）各塔吊的數據處理中心通過通信模塊將自身的姿態數據發送出去，并通過通信模塊接收相鄰塔吊的姿態數據；

（4）各塔吊的數據處理中心根據該時刻本塔吊的姿態數據和相鄰塔吊該時刻的姿態數據對本塔吊的運行狀況進行評估，并驅動用戶接口和防撞預警模塊，之后返回步驟（2），對下一時刻的塔吊運行狀況進行監控。

具體地說，所述步驟（2）中，AHRS傳感器組為兩組以上，每組均由分別與微處理器相連的陀螺儀、加速度計和磁力計構成，相應地，微處理器解算并傳遞至數據處理中心的姿態數據為兩組以上，各塔吊的最終姿態數據由該兩組以上姿態數據融合而成。

所述步驟（2）中，各塔吊的最終姿態數據由以下步驟得出：

（2a）兩組以上AHRS傳感器組分別對本塔吊的角速度、加速度和磁場強度信息進行采集，并將采集到的信息分別傳遞至與該組AHRS傳感器組相連的微處理器；

（2b）兩個以上微處理器分別將各自接收到的信息解算為姿態數據，并分別將解算的姿態數據傳遞至數據處理中心；

（2c）設定AHRS傳感器組的設備故障閾值，數據處理中心對接收到的兩組以上姿態數據進行接收，并計算它們的均值和方差，若方差大于設備故障閾值，數據處理中心控制防撞報警模塊發出報警信息，提示AHRS傳感器組存在設備故障，否則將均值作為該時刻該塔吊的最終姿態數據。

所述步驟（4）具體包括以下步驟：

將處于以本塔吊轉軸為圓心，半徑為200米的圓形區域內的塔吊定義為本塔吊的相鄰塔吊；

（4a）根據本塔吊與相鄰塔吊的區域范圍信息和相鄰塔吊的最新姿態數據將本塔吊未與相鄰塔吊相交的區域劃分為“安全”區域；將本塔吊與相鄰塔吊區域相交，且相鄰塔吊不處于相交區域中的區域劃分為“警告”區域；將本塔吊與相鄰塔吊區域相交，且相鄰塔吊處于相交區域中的區域劃分為“危險”區域；