单片机和CPLD在塔群防撞预警系统中的应用

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摘要:针对水电站建设中设备间易发生碰撞的
( R7 q+ i2 Z- A' c& Z. L' x! s问题,提出了一种基于cpld、微波通讯和单片机技
; l8 H8 \" S- D2 V; r' Y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。
4 b1 H* Z$ m# U$ Z5 w0 z
# G" z2 O6 A, j8 F/ p2 F  x4 b) p关键词:CPLD;微波通讯;单片机;报警
; ?4 R& H0 S: a' X& M4 E$ {
4 d' K1 g$ s: O# Z0引言
在大型的水电站建设施工过程中,混凝土浇筑
4 v% Z5 U* v9 ~1 l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
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
统，能及时提醒操作人员以避免设备间的碰撞。
7 k' Z& h1 p& Q( r0 W8 d1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.
上安装一个绝对值型编码器，以获得设备在该
% f& u8 K7 t# H9 `" }- U方向上的位置;将测得的数值通过微波通讯返回上
: j' M3 U5 h0 q4 G# T  s, l8 T位机;上位机根据数值计算出设备在该方向的速度、
% p; b5 i6 [8 u, D; x! ~7 V. e3 G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
1 {* K$ x, W3 N' V0 I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、
微波通讯及上位机。具体实现过程如下:在每台设
2 P1 u" T/ A3 v' L8 K4 [' O备的各个运动方向的电机轴上,装一绝对值型编码
- I7 P% w& `. [* ]2 |器。编码器的时钟及数据线均接入一个以CPLD
6 M" R3 B4 s- B8 q2 A(EPM3256)为主控芯片的模块。模块向编码器发
/ y6 y' u$ Q+ c7 v6 ?, D* ^/ D出时钟信号,编码器返回相应位置的格雷码。格雷
0 G$ l, ]" N$ C! I6 i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
的差异造成的误读。格雷码由RS232接口传至单
/ T0 f: l. \$ p* I& w) n7 l: @4 z片机进行换算。换算的结果再经微波通讯发回上位
机。
.上位机将接收到的各设备的位置数据转换到同
  h+ I9 D  f3 R  n+ R6 g一坐标下,并拟合出设备各方向.上的速度和加速度。
/ ]* i" v9 ~7 \) E5 a3 |上位机中存储有各设备的外形轮廓参数。通过这些
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，
) `8 q4 C' [0 d  b- }8 Z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。
! k/ v* t3 b0 r2 s警示:
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0 S# b) X# X+ M" F$ X- d

. D0 P( V/ j/ W8 v' Y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