单片机和CPLD在塔群防撞预警系统中的应用

BillScot2

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2 M( C$ K" X) e' @9 z" m3 B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
6 u3 o7 E8 p5 ~) U% u术的防碰撞预警系统,并介绍了系统的组成,硬件、
软件及通讯部分的设计。
  R$ N( v& X/ r& E
关键词:CPLD;微波通讯;单片机;报警
- ~+ C; y: w2 T2 k
( X7 l& v: E) Z0引言
在大型的水电站建设施工过程中,混凝土浇筑
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
* i! X7 M1 W: f* \8 ~8 U  \撞。工作环境的恶劣也对司机的操作带来极大干
扰。为确保施工安全高效进行,研制了一套预警系
$ e, n4 l4 X8 p* J) ?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
研究思路如下:在每台设备的每个运动方向电.机轴.
6 d3 C# ]6 G3 d. w0 A. h1 v& O2 i上安装一个绝对值型编码器，以获得设备在该
6 V" L( t7 |- h2 R方向上的位置;将测得的数值通过微波通讯返回上
位机;上位机根据数值计算出设备在该方向的速度、
加速度及设备间的距离，通过程序运算,经微波通讯
& k$ R& m0 b: [& c发送状态指令给驾驶室的报警装置,提示操作人员
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、
; u; U' h- h$ k+ A' |微波通讯及上位机。具体实现过程如下:在每台设
0 o, {. x$ I( _6 I* p8 {备的各个运动方向的电机轴上,装一绝对值型编码
器。编码器的时钟及数据线均接入一个以CPLD
/ O4 X4 `, c7 A0 u+ t(EPM3256)为主控芯片的模块。模块向编码器发
; C( R9 J# @; |5 T出时钟信号,编码器返回相应位置的格雷码。格雷
, m  E  F  _6 _# x* C6 V7 c' H+ e码数的任一.数增一或减一后，下一数只有一个数据
7 ]9 t7 U$ O  i" B9 y: J( U位变化,因此它可避免在读取时,因各数据位时序上
的差异造成的误读。格雷码由RS232接口传至单
片机进行换算。换算的结果再经微波通讯发回上位
机。
. [' \- z$ @$ t; ?# m.上位机将接收到的各设备的位置数据转换到同
一坐标下,并拟合出设备各方向.上的速度和加速度。
  i. Z1 K" J" M4 T4 U, h上位机中存储有各设备的外形轮廓参数。通过这些
+ F7 y: J2 A0 Z, z* i数据的分析,可以计算出各设备固定(塔架、送料带
( q, _$ G* @. I( G9 a等)及运动部件(起重臂、吊钩等)的相互位置关系，
得到可能发生碰撞的设备相关部件间的距离、速度
及加速度。具体警示级别的计算公式如下。
. T% _7 g' B2 ]5 m警示:

3 {& S9 Q* S2 E
4 y; t# h6 t! n6 t% e/ U: J
7 v5 n4 M! g/ M3 B4 [附件下载：

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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