集裝箱起重機(jī)裝載檢測(cè)及分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：該設(shè)計(jì)以集裝箱正面起重機(jī)為研究對(duì)象，根據(jù)集裝箱裝卸狀態(tài)平衡的要求對(duì)專業(yè)車輛進(jìn)行裝備技術(shù)升級(jí)改造。該設(shè)計(jì)在與原車輛裝置兼容的情況下，利用32位ARM單片機(jī)搭建，開發(fā)集裝箱裝載狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)和分揀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，極大保證安全作業(yè)并提高工作效率，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：集裝箱；裝載；識(shí)別；分揀；監(jiān)測(cè)

引言

集裝箱正面起重機(jī)是用來(lái)裝卸集裝箱的一種起重設(shè)備，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包含集裝箱堆疊和碼頭水平運(yùn)輸?shù)确矫?。該設(shè)備具有機(jī)動(dòng)靈活、操作方便、穩(wěn)定性好、輪壓較低、堆碼層數(shù)高、堆廠利用率高等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)計(jì)以鐵路中轉(zhuǎn)站的集裝箱正面起重機(jī)為研究對(duì)象，原設(shè)備利用可伸縮和左右旋轉(zhuǎn)的集裝箱吊具進(jìn)行集裝箱裝卸作業(yè)，作業(yè)過(guò)程利用吊具上的4個(gè)對(duì)正位置傳感器檢測(cè)、確認(rèn)集裝箱抓取到位。當(dāng)抓取到位后黃色指示燈亮，作業(yè)人員進(jìn)行吊具鎖定操作且綠色指示燈亮，當(dāng)綠燈亮后作業(yè)人員才可進(jìn)行提升作業(yè)，將集裝箱放置到指定的位置，放置到位后解除吊具鎖定狀態(tài)綠色指示燈滅紅色指示燈亮。整個(gè)作業(yè)過(guò)程中起重機(jī)無(wú)法識(shí)別集裝箱是空箱還是重箱的裝載狀態(tài)，具有作業(yè)堆放不平衡的風(fēng)險(xiǎn)。該設(shè)計(jì)根據(jù)集裝箱裝卸狀態(tài)平衡的要求，對(duì)專業(yè)車輛進(jìn)行裝備技術(shù)升級(jí)改造，增加對(duì)集裝箱裝載狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)的功能和集裝箱的堆疊分揀狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，能夠最大程度的保證堆放平衡，保證安全作業(yè)。

1系統(tǒng)控制功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)安裝使用前需手動(dòng)進(jìn)入觸摸屏參數(shù)設(shè)置界面，校準(zhǔn)重量數(shù)據(jù)、GPS定位數(shù)據(jù)，設(shè)置空箱上限值，重箱下限值，語(yǔ)音播報(bào)頻次數(shù)等。系統(tǒng)選擇STM32F10ZET6單片機(jī)做核心處理器。系統(tǒng)啟動(dòng)后，檢測(cè)吊具狀態(tài)燈信號(hào)，在黃燈信號(hào)亮?xí)r，延時(shí)10S后采集壓力、臂距、臂角度3組數(shù)據(jù)，處理器計(jì)算出集裝箱重量。待綠燈信號(hào)亮?xí)r，將重量數(shù)據(jù)與設(shè)置值對(duì)比，把對(duì)比結(jié)果指令發(fā)送給語(yǔ)音模塊進(jìn)行正確的語(yǔ)音播報(bào)。放置指定位置待綠燈信號(hào)滅紅燈信號(hào)亮?xí)r，采集GPS數(shù)據(jù)，把GPS數(shù)據(jù)和重量數(shù)據(jù)通過(guò)4G模塊發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。將整個(gè)系統(tǒng)分成若干個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)子程序，該編程方法增強(qiáng)了程序可讀性，使得代碼結(jié)構(gòu)清晰，保證調(diào)試的方便性和系統(tǒng)的可維護(hù)性。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為主控模塊、壓力采集模塊、臂距采集模塊、角度采集模塊、GPS模塊、4G模塊通信、語(yǔ)音模塊、觸摸屏模塊等，

1.1集裝箱重量檢測(cè)模塊

系統(tǒng)對(duì)指示燈狀態(tài)識(shí)別，判定起重機(jī)吊具鎖定且進(jìn)行提升作業(yè)中（即綠燈亮過(guò)程），利用PA-28SR傳感器對(duì)吊臂壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)STM32F10ZET6對(duì)紅外測(cè)距傳感器和角度傳感器對(duì)吊臂的長(zhǎng)度和角度進(jìn)行測(cè)量，且通過(guò)吊臂的壓力傳感器進(jìn)行支點(diǎn)壓力采集，數(shù)據(jù)綜合分析計(jì)算出集裝箱重量。作業(yè)過(guò)程如圖2所示。

1.2語(yǔ)音播報(bào)模塊

系統(tǒng)配置100分貝的高分貝擴(kuò)音器進(jìn)行堆場(chǎng)內(nèi)集裝箱空、重箱語(yǔ)音播報(bào)。STM32F10ZET6單片機(jī)將計(jì)算出的集裝箱重量和與輸入的預(yù)置值對(duì)比，根據(jù)對(duì)比值進(jìn)行“空箱”或者“重箱”的連續(xù)3次語(yǔ)音提示播報(bào)。工作過(guò)程如圖3。

1.3集裝箱分揀監(jiān)測(cè)模塊

系統(tǒng)對(duì)指示燈狀態(tài)識(shí)別，當(dāng)判定起重機(jī)將集裝箱放置到位（即綠燈滅紅燈亮?xí)r），系統(tǒng)立即采集GPS精確定位數(shù)據(jù)并啟動(dòng)4G數(shù)據(jù)模塊，同時(shí)將定位數(shù)據(jù)和重量數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控平臺(tái)中心進(jìn)行存儲(chǔ)。平臺(tái)中心收到數(shù)據(jù)后生成平面放置圖，形成可追溯的分揀監(jiān)測(cè)記錄。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)選擇STM32F10ZET6單片機(jī)作為主控中央處理器，主控模塊的輸入量信號(hào)數(shù)據(jù)主要包括3個(gè)起重機(jī)吊具狀態(tài)燈信號(hào)，壓力采集電壓信號(hào)，臂距數(shù)據(jù)信號(hào)，角度數(shù)據(jù)信號(hào)，GPS數(shù)據(jù)信號(hào)，觸摸屏參數(shù)設(shè)置輸入信號(hào)。主控模塊的輸出數(shù)據(jù)主要有包括：觸摸屏數(shù)據(jù)顯示，語(yǔ)音播報(bào)指令，4G通信數(shù)據(jù)，部分硬件電路如圖4所示。

3觸摸屏控制設(shè)計(jì)

3.1觸摸屏界面設(shè)計(jì)

集裝箱正面起重機(jī)裝載檢測(cè)及分揀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制界面主要包括：系統(tǒng)啟動(dòng)工作界面，操作說(shuō)明界面，分揀監(jiān)測(cè)界面，狀態(tài)顯示界面，參數(shù)設(shè)置界面。系統(tǒng)啟動(dòng)工作界面如圖5所示，主要控制啟動(dòng)、停止功能。顯示實(shí)時(shí)重量信息，箱號(hào)數(shù)據(jù)，空箱或者重箱指示，運(yùn)行狀態(tài)。參數(shù)設(shè)置界面圖如圖6所示，主要設(shè)置校準(zhǔn)重量數(shù)據(jù)、GPS定位數(shù)據(jù)，設(shè)置空箱上限值，重箱下限值，語(yǔ)音播報(bào)頻次數(shù)。這些參數(shù)的校準(zhǔn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性尤為重要。

3.2觸摸屏部分程序設(shè)計(jì)

4結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)計(jì)升級(jí)改造鐵路中轉(zhuǎn)站的集裝箱正面起重機(jī)，使其具有對(duì)集裝箱裝載狀態(tài)的自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)功能和集裝箱的堆疊分揀狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，具有很好的系統(tǒng)兼容性，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的目的。該系統(tǒng)能廣泛應(yīng)用于中小港口，鐵路中轉(zhuǎn)站和公路中轉(zhuǎn)站的集裝箱裝卸，也可在大型集裝箱碼頭作為輔助設(shè)備來(lái)使用，能夠最大程度的保證堆放平衡，提升安全作業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

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作者：陳景琳 吳鴻燁 單位：福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系