单片机和CPLD在塔群防撞预警系统中的应用

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8 Z# _1 o. a; {/ B  H1 ]摘要:针对水电站建设中设备间易发生碰撞的
问题,提出了一种基于cpld、微波通讯和单片机技
术的防碰撞预警系统,并介绍了系统的组成,硬件、
- c" q, U9 S( @9 A2 `6 r) z软件及通讯部分的设计。

关键词:CPLD;微波通讯;单片机;报警

4 h/ \/ {$ B0 }' |0引言
在大型的水电站建设施工过程中,混凝土浇筑
+ h' Z0 x3 l1 K% u* p' a4 o5 |设备主要有缆机、顶带机、移动式塔机和固定式塔机
等。这些设备作业范围彼此交叉重叠,极易发生碰
" ~# x# G  j% b% A/ o6 ?  Y( U撞。工作环境的恶劣也对司机的操作带来极大干
$ M- U6 p( Y$ ~$ U* d: C扰。为确保施工安全高效进行,研制了一套预警系
) v  `0 N3 p9 w' G# N统，能及时提醒操作人员以避免设备间的碰撞。
1防撞预警系统原理及组成
& s' \( j: R8 I1 O3 r- V研究思路如下:在每台设备的每个运动方向电.机轴.
$ o4 \" \. F! B; x2 K上安装一个绝对值型编码器，以获得设备在该
  j$ w8 x8 w) G# z6 ?1 e方向上的位置;将测得的数值通过微波通讯返回上
4 C; O# {& _' ?" k6 p( M位机;上位机根据数值计算出设备在该方向的速度、
' T9 K6 `# {# Q& `# E% h加速度及设备间的距离，通过程序运算,经微波通讯
发送状态指令给驾驶室的报警装置,提示操作人员
( _3 O, O2 N' X此时设备的状态。
系统由4部分组成:位置检测装置、报警装置、
4 l' }3 b) d  j微波通讯及上位机。具体实现过程如下:在每台设
备的各个运动方向的电机轴上,装一绝对值型编码
6 Q: U2 d3 K$ f/ @8 D8 S$ k1 M  u器。编码器的时钟及数据线均接入一个以CPLD
6 F) t6 ?# ?0 }(EPM3256)为主控芯片的模块。模块向编码器发
出时钟信号,编码器返回相应位置的格雷码。格雷
码数的任一.数增一或减一后，下一数只有一个数据
位变化,因此它可避免在读取时,因各数据位时序上
9 B' ?+ V- \2 z2 c9 D的差异造成的误读。格雷码由RS232接口传至单
0 a2 v  v. a' e" j+ F6 G片机进行换算。换算的结果再经微波通讯发回上位
机。
. O& c) Y7 @" }5 z; \3 A% P0 R.上位机将接收到的各设备的位置数据转换到同
3 d6 ^2 f5 n1 N+ W# J一坐标下,并拟合出设备各方向.上的速度和加速度。
3 E3 \: X: u) \' R! d上位机中存储有各设备的外形轮廓参数。通过这些
  _! W# E) [: q0 q4 i( {9 K" C数据的分析,可以计算出各设备固定(塔架、送料带
等)及运动部件(起重臂、吊钩等)的相互位置关系，
. q% B2 I' y* U7 g$ d& c得到可能发生碰撞的设备相关部件间的距离、速度
% `' i2 E7 g6 M  e% s% T及加速度。具体警示级别的计算公式如下。
0 {" E) D" }) }6 ]警示:

: `5 A: q$ C9 b1 U9 ?
' X1 h) L& E# W- E2 X6 U
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编码器的时钟及数据线均接入一个以CPLD(EPM3256)为主控芯片的模块