一种塔机群作业防止相互碰撞的监控设备及控制方法与流程

包装,储藏,运输设备的制造及其应用技术1.本发明属于建筑安全施工技术领域，具体涉及一种塔机群作业防止相互碰撞的监控设备及控制方法。背景技术：2.目前，由于建筑公司的管理水平参差不齐，建筑工地安全事故多有发生，给人民的生命安全造成威胁，给国家或企业造成经济损失。而工地事故中，塔机倒塌，升降机坠落事故占大多数，而且事故死亡人数较多，分析塔机升降机事故，其原因最多的是：超载，限位失灵，盲目起吊，风速过大，地基不坚固，检修不到位等等，操作人员管理不当，非操作人员违规操作造成事故也很多。3.物联网是一种传感器网络与互联网的结合体，其中，传感器网络用于进行数据采集、人机交互以及数据短距离传输，互联网用于进行数据远距离传输以及数据服务。物联网能够应用于不停的行业，每个行业都有自身独特的数据内容，不同行业的各种自成物联网应用系统没有统一标准，形成各个信息孤岛，无法进行高效数据共享与数据交换，重复数据处理浪费了大量服务器和能源资源。4.与其他无线系统相比，lora技术拥有以下几大优势。它使用扩频调制技术，可解调低于20db的噪声。这确保了高灵敏度、可靠的网络连接，同时提高了网络效率并消除了干扰。相比于网状网络，lorawan协议的星形拓扑结构消除了同步开销和跳数，因而降低了功耗并可允许多个并发应用程序在网络上运行。同时，lora技术实现的通信距离比其他无线协议都要长得多，使得整个系统无需中继器即可工作，从而降低了整体拥有成本。此外，相较于3g和4g蜂窝网络，lora技术对嵌入式应用而言可扩展性更强，性价比更高。技术实现要素：5.发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种塔机群作业防止相互碰撞的监控设备及控制方法。6.技术方案：本发明所述的一种塔机群作业防止相互碰撞的监控设备，包括处理器、塔机安全监控系统、第一通信单元、第二通信单元；所述处理器用于分析处理本塔机与其他塔机的运行状况，并计算是否会发生碰撞以及距离碰撞点的距离；所述处理器与所述塔机安全监控系统之间通过所述第一通信单元相互通信连接，所述处理器接收所述塔机安全监控系统采集的当前塔机的各项运行数据；所述处理器通过所述第二通信单元与其他塔机防碰撞监控设备进行自组网通信，并与所述其他塔机防碰撞监控设备中的通信单元进行数据交换。7.进一步的，所述处理器采用armcortex-m3处理器芯片。8.进一步的，所述运行数据包括塔吊的高度、吊钩的高度、塔吊的大臂长度、塔吊小车的位置、回转角度、塔吊编号和塔吊所处工地的坐标。9.进一步的，将所述运行数据存储于处理器的内存中，再对这些数据进行处理分析。10.进一步的，所述第二通信单元采用lora无线通信单元。11.进一步的，所述数据交换包括本机的lora无线通信单元将本机的运行数据广播到其他各个设备的lora无线通信单元；本机的lora无线通信单元同时接收其他各个设备的lora无线通信单元广播的各个塔机的运行数据。12.进一步的，所述处理器获取到本机所在塔吊的坐标以及运行数据，并同时获取到项目工地其他各塔吊的坐标和运行数据，根据设备的内置算法进行计算获取出本机与其他塔吊是否有碰撞以及碰撞的距离，并将碰撞的信息发送到本机所在的塔机安全监控设备上。13.进一步的，还包括第三通信单元，所述处理器与所述第三通信单元相互通信连接，用于将碰撞信息通过所述第三通信单元上传至服务器。14.本发明还公开了上述一种塔机群作业防止相互碰撞的监控设备的控制方法，包括：s1、处理器通过第一通信模块获取到当前塔机安全监控系统的运行数据；s2、当前塔吊的防碰撞设备通过第二通信模块与周围其他塔吊的防碰撞设备的第二通信模块进行相互组网通信，广播本机的运行数据；s3、处理器通过第二通信模块获取到其他各塔机的防碰撞设备发送来的各个塔机的运行数据并保存在处理器内部的内存中，并将其他各个塔吊的运行数据进行解析，进行平面化的几何建模；s4、处理器分别解析处理其他的塔吊的运行数据，解析出其他塔吊所在坐标，将其他塔吊的运行状态坐标与当前塔机的运行状态坐标在平面几何中进行平面建模，以平面几何的方式进行计算分析；s5、处理器将计算分析后的碰撞信息发送到塔机安全监控系统；s6、处理器将碰撞信息通过第三通信单元上传至服务器。15.进一步的，所述以平面几何的方式进行计算分析具体包括：（1）通过第一通信单元获取本塔吊的高度，通过第二通信单元获取其他碰撞塔吊的高度；平面中根据塔吊的高度进行圆半径的选择，将本塔吊高度与其他塔吊高度进行一一对比，塔吊相对高的采用塔吊小车运行幅度作为半径，塔吊相对矮的采用塔吊大臂作为圆的半径；（2）计算出两圆是否存在交点，没有交点时则表示不会产生碰撞，只有存在交点才具有碰撞的可能性；（3）计算出另一塔机大臂所处的角度是否在两圆交点与圆心组成的扇形内，不在扇形内无碰撞风险；（4）当另一塔机大臂所处的角度在两圆交点与圆心组成的扇形内时，计算出碰撞点的角度值；（5）根据碰撞点的角度值与当前的角度值进行判断是否会产生碰撞，并计算出碰撞的方向以及相距离的角度值。16.有益效果：本发明实现了塔式起重机在群塔作业时进行报警提示的功能，利用lora组网通信的功能实现了群塔设备之间的相互通信，获取到工地各个塔吊的运行状态，采用微处理对各个数据进行处理计算，获取到本机的运行情况，计算本机是否会与其他塔吊产生碰撞以及距离碰撞点位的距离，并将这些重要数据发送到塔机安全监控系统，可以有效避免群塔作业带来的碰撞风险；lora无线通信模块具有体积小、功耗低、传输距离远等众多优点，lora模块可以工作于免申请的433mhz频段，可以有效避免项目工地中使用的无线通信频段；lora无线通信的传输距离远，通信稳定，在项目工地较大，塔吊运作范围较广时，能够有效的保证数据通信的稳定性，在项目工地通常大型机械和电机会给无线通信设备带来电磁干扰，lora无线通信的抗干扰能力突出，可以有效避免这一问题，保证群塔防碰撞数据通信的稳定；lora无线通信的组网功能可以使得众多设备存在于同一网络中进行通信，lora无线通信具有数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，前向纠错编码技术可以极大的保证数据的准确性，保证组网通信的数据正确性，数字扩频技术能够使得数据传输的距离更远，保证整个项目工地的覆盖。附图说明17.图1为本发明一个实施例的设备原理结构框图；图2为本发明一个实施例的lora自组网系统框图。具体实施方式18.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。21.下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。22.实施例1如图1所示，一种塔机群作业防止相互碰撞的监控设备，包括处理器、塔机安全监控系统、第一通信单元、第二通信单元；所述处理器用于分析处理本塔机与其他塔机的运行状况，并计算是否会发生碰撞以及距离碰撞点的距离；所述处理器与所述塔机安全监控系统之间通过所述第一通信单元相互通信连接，所述处理器接收所述塔机安全监控系统采集的当前塔机的各项运行数据；所述处理器通过所述第二通信单元与其他塔机防碰撞监控设备进行自组网通信，并与所述其他塔机防碰撞监控设备中的通信单元进行数据交换。23.实施例2如图1所示，一种塔机群作业防止相互碰撞的监控设备，包括处理器、塔机安全监控系统、第一通信单元、第二通信单元；所述处理器用于分析处理本塔机与其他塔机的运行状况，并计算是否会发生碰撞以及距离碰撞点的距离；所述处理器与所述塔机安全监控系统之间通过所述第一通信单元相互通信连接，所述处理器接收所述塔机安全监控系统采集的当前塔机的各项运行数据；所述处理器通过所述第二通信单元与其他塔机防碰撞监控设备进行自组网通信，并与所述其他塔机防碰撞监控设备中的通信单元进行数据交换。24.本实施例中，所述处理器采用armcortex-m3处理器芯片。cortex-m3是一个32位的核，在传统的单片机领域中，有一些不同于通用32位cpu应用的要求。在工控领域，用户要求具有更快的中断速度，cortex-m3采用了tail-chaining中断技术，完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中断。25.本实施例中，所述运行数据包括塔吊的高度、吊钩的高度、塔吊的大臂长度、塔吊小车的位置、回转角度、塔吊编号和塔吊所处工地的坐标。并将这些数据存储于处理器的内存中，再对这些数据进行处理分析。26.本实施例中，塔机安全监控系统包括主控制器、称重传感器、摆幅传感器、风速传感器、高度传感器、回转传感器、倾角传感器、gps定位单元、振动监测单元和实时信息监控单元，所述称重传感器、摆幅传感器、风速传感器、高度传感器、回转传感器、倾角传感器、振动监测单元和gps定位单元的信号输出端通过第四通信单元分别与主控制器的信号输入端连接，所述主控制器的信号输出端通过第一通信单元与处理器输入端连接。27.本实施例中，第一通信单元优选采用rs485通信单元，第四通信单元优选采用4g或5g无线通信单元。28.塔机安全监控系统还包括动力用电源、备用电源和电力检测控制单元，所述动力用电源和备用电源分别通过电力检测控制单元与作业执行驱动单元供电连接；所述作业执行驱动单元的信号输出端与所述电力检测控制单元的信号输入端连接，所述电力检测控制单元的信号输出端分别与动力用电源以及备用电源的信号输入端连接。在动力用电源无预兆情况下无法正常提供供电时，通过电力检测控制单元检测到此时作业执行驱动单元正在发生作业动作，电力检测控制单元可以控制备用电源继续为作业执行驱动单元瞬间提供动力电源，不 影响正常作业，防止事故发生。29.所述振动监测单元包括第一振动监测器、第二振动监测器和第三振动监测器，所述第一振动监测器安装在平衡臂上，所述第二振动监测器安装在塔机塔身上，所述第三振动监测器安装在起重臂上。通过第一振动监测器、第二振动监测器、第三振动监测器分别监测平衡臂、塔机塔身、起重臂的振动加速度，将监测平衡臂、塔机塔身、起重臂的振动加速度分别与平衡臂、塔机塔身、起重臂振幅的设定值比较，当测量塔机塔身、起重臂和平衡臂的 其中任何一个加速度值大于等于其中任何一个加速度设定值时，即可反馈至实时信息监控 单元。30.实施例3一种塔机群作业防止相互碰撞的监控设备，包括处理器、塔机安全监控系统、第一通信单元、第二通信单元；所述处理器用于分析处理本塔机与其他塔机的运行状况，并计算是否会发生碰撞以及距离碰撞点的距离；所述处理器与所述塔机安全监控系统之间通过所述第一通信单元相互通信连接，所述处理器接收所述塔机安全监控系统采集的当前塔机的各项运行数据；所述处理器通过所述第二通信单元与其他塔机防碰撞监控设备进行自组网通信，并与所述其他塔机防碰撞监控设备中的通信单元进行数据交换。31.本实施例中，所述处理器采用armcortex-m3处理器芯片。cortex-m3是一个32位的核，在传统的单片机领域中，有一些不同于通用32位cpu应用的要求。在工控领域，用户要求具有更快的中断速度，cortex-m3采用了tail-chaining中断技术，完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中断。32.本实施例中，所述运行数据包括塔吊的高度、吊钩的高度、塔吊的大臂长度、塔吊小车的位置、回转角度、塔吊编号和塔吊所处工地的坐标。并将这些数据存储于处理器的内存中，再对这些数据进行处理分析。33.本实施例中，第一通信单元优选采用rs485通信单元，第四通信单元优选采用4g或5g无线通信单元。34.本实施例中，所述第二通信单元优选采用lora无线通信单元。lora无线通信模块具有体积小、功耗低、传输距离远等众多优点。lora模块可以工作于免申请的433mhz频段，可以有效避免项目工地中使用的无线通信频段。lora无线通信的传输距离远，通信稳定，在项目工地较大，塔吊运作范围较广时，能够有效的保证数据通信的稳定性。在项目工地通常大型机械和电机会给无线通信设备带来电磁干扰，lora无线通信的抗干扰能力突出，可以有效避免这一问题，保证群塔防碰撞数据通信的稳定。lora无线通信的组网功能可以使得众多设备存在于同一网络中进行通信。lora无线通信具有数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术。前向纠错编码技术可以极大的保证数据的准确性，保证组网通信的数据正确性。数字扩频技术能够使得数据传输的距离更远，保证整个项目工地的覆盖。35.本实施例中，所述数据交换包括本机的lora无线通信单元将本机的运行数据广播到其他各个设备的lora无线通信单元；本机的lora无线通信单元同时接收其他各个设备的lora无线通信单元广播的各个塔机的运行数据。36.本实施例中，所述处理器获取到本机所在塔吊的坐标以及运行数据，并同时获取到项目工地其他各塔吊的坐标和运行数据，根据设备的内置算法进行计算获取出本机与其他塔吊是否有碰撞以及碰撞的距离，并将碰撞的信息发送到本机所在的塔机安全监控设备上。37.lora通信单元进行自组网通信，可以与其他防碰撞单元的lora通信单元进行数据交换，本机的lora通信单元将本机的运行数据广播到各个设备的lora通信单元；本机的lora通信单元可以接收其他设备的广播数据。所述的处理器用于分析处理本机与其他个塔吊的运行状况，并计算是否会发生碰撞以及距离碰撞点的距离。38.本实施例中，还包括第三通信单元，所述处理器与所述第三通信单元相互通信连接，用于将碰撞信息通过所述第三通信单元上传至服务器。本实施例中，第三通信单元优选建立连接；步骤十三：各节点单元、中继节点、中继单元分别上传各自的路由表至服务器中保 存及维护。42.本发明优选实施例中，检验组网信息包括检验组网信息的rssi值，如果rssi值符合组网要求并且自身的子设备数没有达到上限时要发送组网的应答数据包。43.本发明优选实施例中，所述应答数据包包括设备自身id和目标设备id。44.本发明提出的所述lora自组网方法中，所述中继单元和所述服务器之间采用gprs 进行交互，如果数据量大则采用upd协议进行交互，如果对交互稳定性要求高则使用tcp协议进行交互。45.本发明提出的所述lora自组网方法中，在步骤四和步骤五之间进一步包括：重新进行步骤一至步骤四，使节点单元连接另一个中继节点构建路由表。这是为了保证不会由于一个中继节点故障而导致区域内网络瘫痪本发明还提出了一种所述自组网系统的通信方法，包括如下步骤：步骤a：所述节点单元和/或所述中继节点作为发送端发送数据时同时发送自身id 及父节点设备id；步骤b：接收所述数据的接收端获取数据后，判断所述发送端是否为所述接收端的 子节点；若为是，则以接收端的自身父节点设备id替换数据中的父节点设备id之后进行转 发；若为否，则不做处理。46.本发明提出的所述通信方法中，发送端发送数据同时进一步发送控制字节，所述控制字节在数据被转发一次后递减，直至归零后该数据不再被转发。控制字节的初始值为该网络的最大深度为优，设置控制字节是为了预防广播风暴的产生。47.本实施例中，步骤s4中所述以平面几何的方式进行计算分析具体包括：（1）通过第一通信单元获取本塔吊的高度，通过第二通信单元获取其他碰撞塔吊的高度；平面中根据塔吊的高度进行圆半径的选择，将本塔吊高度与其他塔吊高度进行一一对比，塔吊相对高的采用塔吊小车运行幅度作为半径，塔吊相对矮的采用塔吊大臂作为圆的半径；（2）计算出两圆是否存在交点，没有交点时则表示不会产生碰撞，只有存在交点才具有碰撞的可能性；（3）计算出另一塔机大臂所处的角度是否在两圆交点与圆心组成的扇形内，不在扇形内无碰撞风险；（4）当另一塔机大臂所处的角度在两圆交点与圆心组成的扇形内时，计算出碰撞点的角度值；（5）根据碰撞点的角度值与当前的角度值进行判断是否会产生碰撞，并计算出碰撞的方向以及相距离的角度值。48.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。









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