基于ARM的塔吊监控系统硬件设计

发布时间：2019-08-03 20:44

【摘要】：塔吊又名塔式起重机，是建筑工地上最为常用也是必不可少的起重设备。目前，在日益扩大的城市建设规模中，特别是在高层建筑的建设中，可以说塔吊起了至关重要的作用。然而，随着塔吊数量的增加，塔吊事故也在频繁的出现，这不仅仅意味着物力财产的损失，还危及到塔吊操控人员以及周边施工人员的人身安全。所以，提高塔吊的安全系数，减少塔吊安全事故的发生是非常有必要的。本文对塔吊的监控系统展开研究，分析国内外对塔吊监控系统的研究现状，并且完成该塔吊监控系统的硬件设计。在对塔吊工作特点和安全监测进行了详细的分析后，本文构建了基于ARM的塔吊智能监测与防护系统总体方案设计，系统以ARM处理器为核心，采用485总线技术为纽带，使得数据采集模块与核心处理器实现无缝连接。本文设计的基于ARM的塔吊监控系统通过各类型的传感器进行数据采集，采集到的数据经A/D转换后通过485总线输入核心处理器内，数据经过计算和处理后直观的反馈在液晶屏上，使塔吊司机对塔吊当前的工作状况和周围环境一目了然。系统中还集成了Zigbee模块与3G模块用于实现多塔机间的数据交换及远程数据反馈。本文首先对塔吊的工作原理以及塔吊安全的重要性进行阐述,并对塔吊监控系统所需测量的关键参数进行分析；其次，简要介绍了本文所用到的几种关键技术，包括嵌入式处理器、Linux操作系统、传感器技术、ARM嵌入式技术；再次，详细的展示了基于ARM的塔吊监控系统硬件的各个模块的设计，讲解了各个模块在设计和调试时所需要注意的问题；然后，介绍了本监控系统的软件调试平台；最后，对整机运行进行测试。本硬件系统的特点是，采用ARM cortex-A8构架处理器，具有处理速度快、高性能，高效率、接口资源丰富等特点，采用多种传感器对塔吊正常工作时的吊重、风速、倾角、起升高度、回转角度等相关参数进行采集并处理，最后直观的反馈在液晶屏上。在设计硬件电路的过程中，采用了滤波技术、接地技术、去耦技术、看门狗技术、屏蔽技术等让整个系统更加稳定更加可靠。本装置还有完善的软件系统，以及人性化的人机界面，更加方便塔吊司机观察实时数据，及时的做出相应的操作。在本监控系统研发完成后，还到建筑工地进行了检测实验，对传感器的精度和性能进行检测，将所有的误差都控制在了允许范围内，检测结果达到了预期的目标。目前，该塔吊监控系统已经在建筑工地上投入使用。
【图文】：

基于ARM的塔吊监控系统硬件设计

图 1-1 塔吊实物图就是塔吊的根基，由于塔吊是靠伸长出去的吊臂来起重，由于是靠吊重物，所以塔吊工作对根基的要求非常高。是可以升高的，也就是塔吊的躯干部分，它是组成塔吊的主体部分顶部的巨大压力，压力途经底架作用到塔吊基础上，塔身还要承受力。塔身大多由三角钢材焊接而来，少数塔身由圆圈形或方形的钢来说，首次安装塔吊时，按照塔吊的大小可以确定一个大概的高度的空距会随着高层建筑物的逐渐升高而相应的减少，，当空距小于影响到塔吊的正常吊运工作了。目前的塔吊大多是自升式的，所们需要将塔吊再度升起一定的高度，这就叫做顶升[5]。是为了能够使塔吊的上半部分水平转动的机构，塔吊的回转部分由器、刹车、变速器和若干齿轮等构成。

基于ARM的塔吊监控系统硬件设计

最常见的就是采用旋转编码器类的传感器，其原理如（图1-2）所示。它的中心有一个由透明区域和非透明区域组成的光电码盘，光电码盘的一边有一个固定光源，另一边则是光敏传感器，当光电码盘随中心转轴转动时，光敏传感器间断的收到光信号，得到不断更替的光电势能，由此获得跟中心转轴的转动速度成线性比例的脉冲电信号[10]。考虑到塔吊特殊的工作环境，当塔吊停止使用的时候，塔吊的回转机构不应该进行制动处理，这样塔吊的吊臂就能在风力的作用下任意的转动，从而避免因风力太大造成塔吊倾覆的危险，这时塔吊上所有的电子电器装置均为掉电状态，无法对回转角度这一参数进行测量。所以，我们选择的回转角度传感器必须具备初始角度记忆功能[11]。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH213.3;TP277

【参考文献】