階者著國內重工、運輸、石材、建筑等行業的發 I從巴展，橋式起重機的應用越來越廣泛，國內起重 j機的使用數量也明顯增加。然而橋式起重機發生的事 j故也越來越多，歸咎原因大多主要是起重機操作人員 的疏忽造成的，比如超載使用，大車沖出軌道時有發 生，給國家和企業帶來巨大的經濟損失。追究其深層 ‘次的原因是對起重機的安全狀態缺乏有效的監控，起 1重機自身的安全狀態不能很好的與操作者形成有效互 ：動，也就是起重機不能在即將發生危險的情況下發出 i警告，或者存在風險時不能有效地提示操作者。目前 國內正在服役起重機的安全裝置多數是各自分離的， !且不能起到綜合判斷風險作用。這些裝置多采用的是 j機械式裝置，比如大車行程限位器，起升高度(下降 “深度)限位器。隨著服役時間的推移或者例行保養維 護的不到位，這些機械裝置容易發生失效，并且這些 安全裝置失效后不會自動地斷開總電源開關，這大大 地增加了起重機發生事故的概率…。國內已有很多專 家和學者對起重機安全監控系統做了大量的研究，但 是能夠實時預警、實時顯示起重機安全狀態的監控系 統應用沒有見諸報道口】。筆者設計了一種以STM32為 微處理器核心的橋式起重機安全監控系統，該系統能 夠對起重機的安全狀態實時顯示，在即將發生危險時 刻實時預警。采用工業級的觸摸屏作為人機交互界 面，人機界面友好，可以對各處的預警閥值進行手動 微調設置。

一、橋式起重機狀態參數測量模塊設計

1．1起重量監測模塊 起重量傳感器是橋式起重機安全監控中重要的 監控參數，因為一旦超載導致起重機主梁斷裂或者嚴測距儀采用的計時芯片，理論上測距精度可達0．013 重下撓，都將帶來嚴重的安全事故或經濟損失。起重 量傳感器是將載荷信號轉變為電信號的裝置，靈敏度 和最大許用載荷是起重量傳感器的重要指標。起重量 傳感器應當準確、及時地將信號輸出給控制器，考慮 到起重機服役環境惡劣，比如潮濕、粉塵，暴曬等惡 劣環境，應該選擇密封性能和抗干擾性能良好的傳感 器。筆者選用軸銷式傳感器，它具有精度高、穩定性 好、安裝方便等特點，將其安裝在起吊滑輪軸上，可 以直接檢測出實際的起吊載荷，軸銷式傳感器的實物 如圖l所示

1．2主梁下撓度監測模塊和大車行程限位監測 GB／T14405--2011《通用橋式起重機》中明確 規定：主梁跨中上拱度F=￡(0．9—1．4)／1000，且最 大拱度應控制在跨度中部的三／10范圍內。目前常用 的檢測方法有傳統拉鋼絲法、現行吊鉤懸尺法和磁 鐵懸尺法。這3種常用的方法在實際的監督和定期檢 驗工作過程中較為繁瑣，且受到現場環境的影響， 測量的數值不夠準確，因此檢驗工作效率不高。筆者 介紹一種典型的高精度短程脈沖激光測距技術，采 用STM32微處理器代替專用集成電路作為激光測距 儀的控制核心，實現通用橋式起重機主梁下繞度的 測量。激光測距原理框圖如圖2所示，其基本原理 為：脈沖激光二極管發出一束激光脈沖，激光脈沖 照射到被測目標后部分發射回到發射點，激光探測 器接收激光，從發射到接收時間差為t，那么被測距 離D=C·t／2，(c為光速)。時間轉化芯片采用高精度 計時芯片TDC-GP22，該芯片也是目前主流手持激光 測距儀采用的計時芯片，理論上測距精度可達0．013 m，完全符合實際橋式起重機檢驗工作的需要。由于 起重機長期的重負荷使用，使得起重機主梁積累疲勞； 應力導致變形，其最主要的形式為主梁下撓，將脈沖i 激光測距裝置安裝于主梁正中位置，確保最大下撓度 的準確測量。筆者設計的安全監控系統在每次系統上 電完成初始化之后進行一次主梁下撓度測量，如果測 量值超過允許最大下撓度，則觸發聲光報警裝置，并 且切斷起重機總電源。每次起吊過程中每10S測量一 次下撓度，避免因起吊載荷超載導致主梁下榻。

大車行程限位同樣利用脈沖激光測距裝置實現， 可以實時地測量起重機大車前后離障礙物距離，并根 據不同場合的需求設置安全距離。當測距裝置測量的 距離小于設定的安全距離時，則觸發聲光報警裝置， 且系統自動切斷大車開往該方向的動力源，但是反方 向能夠繼續運行。

二、起重機安全監控系統設計

2．1系統硬件平臺搭建

安全監控系統主要有電源電路、起重量檢測電i 路、脈沖激光測距電路、聲光預警電路以及人機交互i 觸摸屏等模塊。主控電路由STM32F103RCT6及其外l 圍電路組成，是整個安全監控系統的控制核心，主要i 完成數據的傳輸和處理。起重量檢測電路和脈沖激光l 測距電路采集的模擬信號，經過STM32自帶的ADCi 進行A／D轉換后得到實時的起重量和距離數據，再l 經過STM32處理器進行相關的處理并作出判斷，最； 后需要在觸摸屏上顯示的數據經過STM32的UARTl 傳到觸摸屏上顯示瞄1。同時觸摸屏作為安全監控系統l 唯一的參數輸入E1，可以通過觸摸屏對安全預警量進l I 行設置。

IM32F103RcT6是一款基于Cortex—M3內核、i 高性能、高性價比、低功耗的微控制器，在軟件和i 封裝方面與其他STM32系列處理器完美兼容。該芯《 片包含3個ADC，這些ADC可以單獨使用，也可以i 使用雙重模式。STM32的ADC是12位逐次逼近型i 的模擬數字轉換器，它有18個通道，可測量16個外i 部和2個內部信號源，足以滿足本文6個信號源的需i 求。如圖3所示的STM32F103RCT6采用LQFP64封l 裝，GPIO中的PCO一5引腳接入數據采集電壓模擬信i 號，PA9—10引腳為串13輸入輸出與觸摸屏連接。采l 用STM32自帶的SPI接13與sD卡進行通信，每次采i 集的數據自動保存到sD卡內，便于數據的追源。1

2．2系統人機交互界面設計

人機交互采用北京迪文科技有限公司生產的 17．78cm串口工業觸摸屏，它采用異步、全雙工串 其中TXDINl、RXD_INl分別連接在STM32的 TXD(PA9-USARTI_TX)腳和RXD(PAl0一USARTl一 RX)腳，RSTXDl、RSRXDl分別連接到迪文觸摸屏 的DIN、DOUT，GND則與STM32的電源地直接連 接。人機交互系統首先需要設計好友好的交互界面， 然后將界面導入觸摸屏并對各個區域做好標示，能夠 觸摸不同區域實現界面切換或者數據輸入效果，人機 交互界面設計如圖5所示

三、結論

(1)在試驗橋式起重機上安裝設計的安全監控系 統能夠正常運行。

(2)設計的起重量監測和各個測距模塊在超出設 置的預警量后，能夠很好地觸發聲光預警裝置。

(3)人機交互界面友好，能夠很好地實現輸入輸 出功能。

(4)該橋式起重機的安全監控系統，目前只安裝 在試驗機上運行，運行穩定，暫時沒有受到外界干擾 源的影響。在實際服役環境下，是否會受到外界各種 干擾的影響還需要實際服役時間的驗證。