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發布日期：2022-04-26 點擊率：60
關鍵詞： 天車 避碰系統 RFID
摘要：利用RFD定位，并采用 nRF905無線傳輸模塊傳輸兩臺天車的各自位置信息，再由控制器做出動態LED位置顯示、行駛方向判斷、近距離報警、停車控制；基于RFID的無線天車避碰系統將逐步取代傳統天車避碰系統。
1 天車
天車是橋式起重機的簡稱，它是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，天車的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行，構成一個矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。有的現場是在一個車間里同時有兩臺或兩臺以上的天車。在視角很小的情況下，天車司機要想準確控制天車的位置是很困難的，有可能因操作而發生天車碰撞的事故，造成人員、設備、財產的重大損失。
考慮到以上因素，本設計利用RFD定位，并采用 nRF905無線傳輸模塊傳輸兩臺天車的各自位置信息，再由控制器做出動態LED位置顯示、行駛方向判斷、近距離報警、停車控制。與傳統的天車防碰裝置相比，系統受環境的影響小，不受視距影響，提高了系統控制的精確度。因此，基于RFID的無線天車避碰系統將逐步取代傳統天車避碰系統。
2 天車系統構成
在本系統中，需要控制和監測的兩臺天車處于同一車間的上下兩條軌道上，示意平面圖如下圖1所示：
圖1 天車車間示意圖
在圖中上天車在吊裝物件時，在吊鉤處于下放的過程中，上天車的吊鉤可能會碰撞到下天車上。改造之前，基本是靠人眼看和喊話進行控制，但是天車司機長時間操作可能造成生產車間的天車碰撞事故。系統選擇基于RFID的無線天車避碰控制方法。
首先在上下天車駕駛室上分別固定上一個RFID閱讀器，然后在靠近天車駕駛室的上天車軌道上每0.5m 貼上一個RFID標簽，下天車軌道上也是等距離的貼上RFID標簽。當一輛天車運動的時候。閱讀器也是跟著運動，同時讀取到不同卡片上的位置信息。我們給定上天車在圖1中XY平面上的坐標為：(x ，0)，下天車在XY平面上的坐標為：(x ，0)，那么兩天車在X軸方向上的距離是：
考慮到吊鉤處于小滑車橫梁的中間某一位置，所以考慮到修正值z，則上天車吊鉤到下天車的距離為：
最后根據xdown ，xup，z，D2，系統做出動態LED位置顯示、行駛方向判斷、近距離報警、停車控制。
3 系統硬件設計
3.1 RFID模塊
RFID(Radio Frequency Identification)也就是射頻識別技術，RFID系統由3部分組成電子標簽(Tag)、讀卡器(Reader)和在標簽與讀卡器之間傳遞射頻信號的微型天線(Antenna)。
圖2 RFID工作原理圖
RFID工作原理如圖2所示，讀卡器將要發送的信息，經編碼后加載在某一頻率的載波信號上經天線向外發送，當電子標簽進入發射天線工作區域后，收到讀卡器發出的射頻信號，卡內芯片中的有關電路對此信號進行調制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權限等進行判斷。接著通過調制解碼將存儲在芯片中自身的相關信息加入到反射回去的射頻信號中，電子標簽憑借感應電流所獲得的能量或者主動將某一頻率的信號(Active Tag有源標簽或主動標簽)發送給讀卡器。系統接收天線接收到從電子標簽發送來的載波信號，經天線調節器傳送到讀卡器，讀卡器讀對接收的信號進行解調和解碼后，將其送至中央信息系統進行有關數據處理。中央信息系統根據邏輯運算判斷該電子標簽的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，如錄入相關數據、顯示有關信息或者發出指令信號控制執行機構動作。
本設計選用讀卡器的型號是U HF遠距離一體化讀寫器，讀卡器工作頻率是902MHZ一928MHZ，內置水平極化天線，通信口可以是RS-232和RS-4852。通信速率由軟件設 定，最高可達57600bps。可靠讀取距離15米電源是直流12V，平均功耗小于5瓦，工作溫度為-35～+60……標簽考慮到現場的金屬環境，選用的 是防金屬的EPC可讀寫標簽。
3.2 無線傳輸模塊
系統中無線射頻收發芯片選用nRF905，nRF905是Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發器， 工作電壓為1.9V～3.6V，工作于433MHz、868MHz、915MHz 3個ISM頻段，頻道轉換時間小于650μS，最大數據速率為100 Kbit/s。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和GFSK 調制器組成。無需外加聲表面濾波器，ShockBurst工作模式，自動處理字頭和CRC，使用SPI接口與微控制器通信，配置方便。此外，其功耗低，以 -10 dBm 輸出功率發射時電流僅11mA，工作在接收模式時電流為l2.5mA，具有空閑模式與關機模式，易于實現功率管理。
3.3 硬件電路的設計
圖3 硬件系統框圖
圖4 系統控制總圖
本設計的硬件結構包括：電源電路、微處理器、音頻報警、時鐘電路、數碼管顯示、控制繼電器停車。如圖2。在系統中，RFID讀卡器的接口是UART串口 nRF9905無線傳輸模塊是SPI接口，數碼管驅動選用的是有IIC接口的芯片。單片機采用了C8051F020微處理器。C8051F020單片機片 內含CIP一51的CPU內核，它的指令系統與MCS一51完全兼容。單片機含有64kB片內Flash程序存儲器，4352B的RAM、8個I/0端口 共64根I/O 口線、5個1 6位通用定時器、看門狗定時器、VDD監視器等部分。C8051F020單片機有2個UART 1：3，1個SPI口。1個和IIC兼容的SMBUS 口。與以前的51系列單片機相比，C8051F020增添了許多功能，同時其可靠性和速度也有了很大提高。
4 系統的軟件設計
系統軟件如圖4所示，主要由初始化、讀取標簽信息、無線數據傳輸、數據處理，位置顯示、報警和停車部分組成。在本系統中，上下天車控制器中采用同一個程 序，當一個天車讀卡器讀到一張標簽信息的時候，首先判斷是否是一張新的標簽信息，如果是新標簽，則存儲標簽信息，并且由nRF905無線模塊發動新標簽信 息。接著系統檢測是否收到另外一臺讀卡器的發出的新標簽信息，如果收到就存儲。最后再由控制器分析處理標簽信息，控制天車位置顯示，運行方向顯示。判斷兩 輛天車在水平方向上的距離，如果距離D，在3m<D2≤5M內，系統進行聲光報警，如果距離D，在0<D2≤3M 范圍內，停車信號輸出。
5 結束語
本設計選用基于RFID技術的方法，通過貼在天車軌道上的標簽來確定兩輛天車的位置，使天車避碰系統更加精確。同時采用的RFID和無線數據傳輸技術，使系統受環境和機械影響小。該系統作為天車運行的安全保護裝置，已成功應用在冶鋼天車安全控制中，使天車操作的工作效率提高，有效的避免了天車碰撞事故的發生。
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