專利名稱：港機(jī)用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超聲波檢測裝置，尤其涉及港機(jī)用雙超聲探頭掃描式檢測防
撞裝置。
背景技術(shù)：
港口碼頭裝卸港機(jī)是專用于對船上貨物的裝卸。現(xiàn)有的港機(jī)排列比較密集，如果同時(shí)在同一條船作業(yè)時(shí)，港機(jī)大車行走時(shí)，框架車穿梭其中，這就容易造成港機(jī)和框架車碰擦，給安全生產(chǎn)帶來一定的隱患。港口碼頭裝卸港機(jī)一般在吊運(yùn)作業(yè)時(shí)港機(jī)司機(jī)隨小車同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)小車運(yùn)行到前大梁(船艙上方)吊運(yùn)成品時(shí)，需在船艙對產(chǎn)品進(jìn)行對位放置，對位吊運(yùn)放置必須移動港機(jī)大車、小車來完成。此時(shí)的小車已運(yùn)行在前大梁(船艙上方)，港機(jī)操作人員無法后視港機(jī)大車運(yùn)行區(qū)域內(nèi)是否存在障礙物(包括其它港機(jī)、運(yùn)輸設(shè)備、人員及其它物品)，這就造成港機(jī)大車運(yùn)行時(shí)存在盲區(qū)，形成港機(jī)運(yùn)行安全隱患。超聲測量是近來行業(yè)應(yīng)用較多的一種測量方式，超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。超聲測量系統(tǒng)測量由于其成本低，基本免維護(hù)，測量距離從幾十厘米到幾十米都有成熟產(chǎn)品供應(yīng)，用戶選擇余地大。但超聲測量也有其不足之處，超聲探測儀的工作場合不能有跟超聲探頭工作頻率相同的噪聲，工作場合溫度不能超過80攝氏度以上，否則無法工作。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種港機(jī)用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，該防撞裝置能及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測到檢測區(qū)內(nèi)的障礙物，避免港機(jī)在作業(yè)過程中與障礙物發(fā)生碰撞。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種港機(jī)用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，包括二個(gè)超聲探測器、控制器和擺動電機(jī)，二個(gè)超聲探測器安裝在港機(jī)行走輪前端的左右兩側(cè)，二個(gè)超聲探測器經(jīng)軸由擺動電機(jī)驅(qū)動同步旋轉(zhuǎn)；二個(gè)超聲探測器連接控制器，控制器輸出控制擺動電機(jī)，控制器輸出控制信號接執(zhí)行部件，控制器安裝在港機(jī)上。所述控制器包括中央處理器、發(fā)射驅(qū)動電路、第一超聲探測器、第二超聲探測器、放大整形電路、電源電路、角度探測電路、控制輸出接口以及通訊接口 ；所述中央處理器輸出信號接發(fā)射驅(qū)動電路，發(fā)射驅(qū)動電路輸出接第一超聲探測器，第一超聲探測器發(fā)射超聲波，同時(shí)中央處理器啟動計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)；所述第一超聲探測器為發(fā)射和接收傳感器，第二超聲探測器為接收傳感器，第一超聲探測器和第二超聲探測器接收超聲波的反射波后，將反射波信號轉(zhuǎn)換成電信號分別送入超聲放大電路，經(jīng)超聲放大電路放大后輸入給中央處理器，中央處理器接收到處理過的反射波后，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)；中央處理器輸出接控制輸出接口、通訊接口和角度探測電路，角度探測電路輸出接擺動電機(jī)。本實(shí)用新型主要運(yùn)用超聲波測距的原理對港機(jī)前方特定的區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行掃描式檢測，測量超聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物之間的實(shí)際距離，將得到的實(shí)際距離與設(shè)定的安全距離進(jìn)行比較并作出相應(yīng)反應(yīng)。本實(shí)用新型能及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測到檢測區(qū)內(nèi)的障礙物，避免港機(jī)在作業(yè)過程中與障礙物發(fā)生碰撞，為現(xiàn)場作業(yè)和操作人員提供了良好的安全環(huán)境。同時(shí)，港機(jī)操作人員在作業(yè)過程中無需顧慮與其它物體發(fā)生碰撞，因此可有效提高港機(jī)的作業(yè)效率。

圖1為本實(shí)用新型港機(jī)用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置檢測示意圖；圖2為本實(shí)用新型的工作原理流程圖；圖3為本實(shí)用新型的電氣原理圖；圖4為本實(shí)用新型的電路圖。圖中1第一超聲探測器(發(fā)射和接收傳感器)，2第二超聲探測器(接收傳感器)，3 行走輪，4控制器，5擺動電機(jī)；11中央處理器，12發(fā)射驅(qū)動電路，13、14放大整形電路，15電源電路，16角度探測，17控制輸出接口，18通訊接口，19障礙物。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。參見圖1至圖4，一種港機(jī)用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，包括二個(gè)超聲探測器1、2、控制器4和擺動電機(jī)5，二個(gè)超聲探測器1、2安裝在港機(jī)行走輪3前端的左右兩側(cè)， 二個(gè)超聲探測器1、2經(jīng)軸由擺動電機(jī)5驅(qū)動同步旋轉(zhuǎn)；二個(gè)超聲探測器1、2連接控制器4， 控制器4輸出控制擺動電機(jī)5，控制器4輸出控制信號接執(zhí)行部件，控制器4安裝在港機(jī)上。 二個(gè)超聲探測器1、2用于檢測行走輪3前方的檢測區(qū)域內(nèi)是否有障礙物19。所述控制器4包括中央處理器11、發(fā)射驅(qū)動電路12、第一超聲探測器1、第二超聲探測器2、放大整形電路13、14、電源電路15、角度探測電路16、控制輸出接口 17以及通訊接口 18，參見圖3。所述中央處理器11輸出信號接發(fā)射驅(qū)動電路12，發(fā)射驅(qū)動電路12輸出接第一超聲探測器1，第一超聲探測器1發(fā)射超聲波，同時(shí)中央處理器11啟動計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)；所述第一超聲探測器1為發(fā)射和接收傳感器，第二超聲探測器2為接收傳感器，第一超聲探測器1和第二超聲探測器2接收超聲波的反射波后，將反射波信號轉(zhuǎn)換成電信號分別送入超聲放大電路13、14，經(jīng)超聲放大電路13、14放大后輸入給中央處理器11，中央處理器11接收到處理過的反射波后，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)；所述中央處理器11輸出接控制輸出接口 17、通訊接口 18和角度探測電路16 ；所述角度探測電路16輸出接擺動電機(jī)5，角度探測電路16包括了接近傳感器P6，同步控制超聲探測器1、2的轉(zhuǎn)向，參見圖4。所述控制輸出接口 17接執(zhí)行部件，做出相應(yīng)的控制輸出，如行走輪3與障礙物19 之間的距離為4米至6米時(shí)報(bào)警、4米至3米時(shí)減速、3米以下時(shí)港機(jī)停止，所述中央處理器 11通過控制輸出接口 17輸出信號給繼電器驅(qū)動器來實(shí)現(xiàn)。所述通訊接口 18通過電纜或無線方式連接至港機(jī)控制中心或中央控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換。所述控制器4可安裝于一個(gè)密閉的盒子內(nèi)，這樣既能達(dá)到防塵、防水、抗腐蝕的要求，又能隔離電磁干擾，使得控制器4抗干擾能力增強(qiáng)，進(jìn)一步提高了可靠性。本實(shí)用新型港機(jī)用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置的工作過程是參見圖3、圖4，中央處理器11發(fā)出PWM (脈寬調(diào)制)信號，送入超聲驅(qū)動電路12進(jìn)行功率放大，超聲驅(qū)動電路12采用的是經(jīng)典的推挽驅(qū)動電路，中央處理器輸出的兩路40KHz左右的PWM信號送入MOS驅(qū)動器U2，MOS驅(qū)動器推動四只MOS管(Ql、Q2、Q3、Q4)交替開關(guān)，從而讓24V直流電通過脈沖變壓器T2轉(zhuǎn)換成超聲驅(qū)動所需的1000V左右的交流脈沖信號，這個(gè)高壓脈沖信號驅(qū)動發(fā)射傳感器1(P10)，發(fā)射出超聲波，中央處理器11的定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，以計(jì)算距離所需要的時(shí)間。發(fā)射傳感器1發(fā)出的超聲波遇到障礙物19時(shí)，會被障礙物19反射回來，稱為反射波；反射波分別被第一接收傳感器1 (Pio)和第二接收傳感器2 (P9)接收到后，將這個(gè)反射波信號轉(zhuǎn)換成微弱的電信號送入超聲放大電路13、14。因?yàn)槌暦糯箅娐?3、14是小信號的交流放大電路，極易受到外界干擾，尤其是超聲放大電路13、14的電源和地線不能有任何干擾信號串入，因此超聲放大電路13、14的電源需采用線性穩(wěn)壓電路。超聲放大電路中的控制芯片U3和U4 (每個(gè)芯片包含A、B、C、D)四路程控放大器選擇合適的增益。反射波信號經(jīng)放大電路13、14適當(dāng)放大后變成了中央處理器11可以檢測的信號，再經(jīng)中央處理器11的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換好的數(shù)字信號存在內(nèi)存中，中央處理器11接收到處理過的反射波后，定時(shí)器即停止計(jì)時(shí)。中央處理器11對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)超聲波測距公式L=CXT,公式中C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測量距離傳播的時(shí)間差(T為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半)，這樣就能計(jì)算出障礙物19與接收傳感器1、2之間的距離。由于兩個(gè)接收傳感器1、2之間的間距是固定的，根據(jù)三角形三邊關(guān)系能計(jì)算出障礙物相對于接收傳感器1、2的縱橫坐標(biāo)。得出縱橫坐標(biāo)后，與設(shè)定的安全距離相比較，做出相應(yīng)的控制輸出，如4 6米報(bào)警、3 4米減速、3米以下停止，中央處理器11通過控制輸出接口 17輸出信號給繼電器驅(qū)動器來實(shí)現(xiàn)。第一超聲探測器1發(fā)射超聲波、第一、第二超聲探測器1、2接收反射波的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動方向由擺動電機(jī)5同步控制；角度探測電路16輸出接擺動電機(jī)5，角度探測電路16包括了接近傳感器P6，同步控制超聲探測器1、2的轉(zhuǎn)向，并且超聲探測器1、2 一邊轉(zhuǎn)動一邊進(jìn)行檢測。電源電路15主要是為整個(gè)系統(tǒng)提供可靠的電源，包括超聲驅(qū)動用的24V直流電，超聲信號放大用的5V直流電，中央處理器用的3. 3V直流電，以及輸出繼電器使用的12V直流電。因超聲檢測屬于小信號檢測，其超聲回波信號在遠(yuǎn)點(diǎn)只有幾十個(gè)微伏，所以放大電路要求電源紋波很小，因此，本電源電路采用工頻變壓器Ll降壓，A1、A2、A3全橋整流，線性穩(wěn)定輸出。以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，因此，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種港機(jī)用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，其特征是包括二個(gè)超聲探測器(1、 2)、控制器(4)和擺動電機(jī)(5)，二個(gè)超聲探測器(1、2)安裝在港機(jī)行走輪(3)前端的左右兩側(cè)，二個(gè)超聲探測器(1、2 )經(jīng)軸由擺動電機(jī)(5 )驅(qū)動同步旋轉(zhuǎn)；二個(gè)超聲探測器(1、2 )連接控制器(4)，控制器(4)輸出控制擺動電機(jī)(5)，控制器(4)輸出控制信號接執(zhí)行部件，控制器(4)安裝在港機(jī)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的港機(jī)用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，其特征是所述控制器(4)包括中央處理器(11)、發(fā)射驅(qū)動電路(12)、第一超聲探測器(1)、第二超聲探測器 (2)、放大整形電路(13、14)、電源電路(15)、角度探測電路(16)、控制輸出接口(17)以及通訊接口(18)；所述中央處理器(11)輸出信號接發(fā)射驅(qū)動電路(12)，發(fā)射驅(qū)動電路(12)輸出接第一超聲探測器(1)，第一超聲探測器(1)發(fā)射超聲波，同時(shí)中央處理器(11)啟動計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)； 所述第一超聲探測器(1)為發(fā)射和接收傳感器，第二超聲探測器(2)為接收傳感器，第一超聲探測器(1)和第二超聲探測器(2)接收超聲波的反射波后，將反射波信號轉(zhuǎn)換成電信號分別送入超聲放大電路(13、14)，經(jīng)超聲放大電路(13、14)放大后輸入給中央處理器(11)， 中央處理器(11)接收到處理過的反射波后，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)；中央處理器(11)輸出接控制輸出接口(17)、通訊接口(18)和角度探測電路(16)，角度探測電路(16)輸出接擺動電機(jī) (5)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種港機(jī)用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，包括二個(gè)超聲探測器(1、2)、控制器(4)和擺動電機(jī)(5)，二個(gè)超聲探測器安裝在港機(jī)行走輪(3)前端的左右兩側(cè)，二個(gè)超聲探測器經(jīng)軸由擺動電機(jī)驅(qū)動同步旋轉(zhuǎn)；二個(gè)超聲探測器連接控制器，控制器輸出控制擺動電機(jī)，控制器輸出控制信號接執(zhí)行部件，控制器安裝在港機(jī)上。所述控制器包括中央處理器(11)、發(fā)射驅(qū)動電路(12)、第一超聲探測器、第二超聲探測器、放大整形電路(13、14)、電源電路(15)、角度探測電路(16)、控制輸出接口(17)以及通訊接口(18)。本實(shí)用新型能及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測到檢測區(qū)內(nèi)的障礙物，避免港機(jī)在作業(yè)過程中與障礙物發(fā)生碰撞。
文檔編號G01S15/08GK202305798SQ20112036797
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者于磊, 孔利明, 袁一鳴, 趙建峰, 馬志才 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司