集裝箱起重機裝載檢測及分揀系統(tǒng)設計

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摘要：該設計以集裝箱正面起重機為研究對象，根據(jù)集裝箱裝卸狀態(tài)平衡的要求對專業(yè)車輛進行裝備技術升級改造。該設計在與原車輛裝置兼容的情況下，利用32位ARM單片機搭建，開發(fā)集裝箱裝載狀態(tài)自動識別檢測和分揀監(jiān)測系統(tǒng)，極大保證安全作業(yè)并提高工作效率，具有實際應用價值。

關鍵詞：集裝箱；裝載；識別；分揀；監(jiān)測

引言

集裝箱正面起重機是用來裝卸集裝箱的一種起重設備，其主要應用領域包含集裝箱堆疊和碼頭水平運輸?shù)确矫?。該設備具有機動靈活、操作方便、穩(wěn)定性好、輪壓較低、堆碼層數(shù)高、堆廠利用率高等優(yōu)點。該設計以鐵路中轉(zhuǎn)站的集裝箱正面起重機為研究對象，原設備利用可伸縮和左右旋轉(zhuǎn)的集裝箱吊具進行集裝箱裝卸作業(yè)，作業(yè)過程利用吊具上的4個對正位置傳感器檢測、確認集裝箱抓取到位。當抓取到位后黃色指示燈亮，作業(yè)人員進行吊具鎖定操作且綠色指示燈亮，當綠燈亮后作業(yè)人員才可進行提升作業(yè)，將集裝箱放置到指定的位置，放置到位后解除吊具鎖定狀態(tài)綠色指示燈滅紅色指示燈亮。整個作業(yè)過程中起重機無法識別集裝箱是空箱還是重箱的裝載狀態(tài)，具有作業(yè)堆放不平衡的風險。該設計根據(jù)集裝箱裝卸狀態(tài)平衡的要求，對專業(yè)車輛進行裝備技術升級改造，增加對集裝箱裝載狀態(tài)自動識別檢測的功能和集裝箱的堆疊分揀狀態(tài)監(jiān)測功能，能夠最大程度的保證堆放平衡，保證安全作業(yè)。

1系統(tǒng)控制功能設計

該系統(tǒng)安裝使用前需手動進入觸摸屏參數(shù)設置界面，校準重量數(shù)據(jù)、GPS定位數(shù)據(jù)，設置空箱上限值，重箱下限值，語音播報頻次數(shù)等。系統(tǒng)選擇STM32F10ZET6單片機做核心處理器。系統(tǒng)啟動后，檢測吊具狀態(tài)燈信號，在黃燈信號亮時，延時10S后采集壓力、臂距、臂角度3組數(shù)據(jù)，處理器計算出集裝箱重量。待綠燈信號亮時，將重量數(shù)據(jù)與設置值對比，把對比結果指令發(fā)送給語音模塊進行正確的語音播報。放置指定位置待綠燈信號滅紅燈信號亮時，采集GPS數(shù)據(jù)，把GPS數(shù)據(jù)和重量數(shù)據(jù)通過4G模塊發(fā)送到監(jiān)測中心。將整個系統(tǒng)分成若干個功能模塊，每個模塊對應一個子程序，該編程方法增強了程序可讀性，使得代碼結構清晰，保證調(diào)試的方便性和系統(tǒng)的可維護性。該系統(tǒng)結構主要分為主控模塊、壓力采集模塊、臂距采集模塊、角度采集模塊、GPS模塊、4G模塊通信、語音模塊、觸摸屏模塊等，

1.1集裝箱重量檢測模塊

系統(tǒng)對指示燈狀態(tài)識別，判定起重機吊具鎖定且進行提升作業(yè)中（即綠燈亮過程），利用PA-28SR傳感器對吊臂壓力進行實時監(jiān)測，通過STM32F10ZET6對紅外測距傳感器和角度傳感器對吊臂的長度和角度進行測量，且通過吊臂的壓力傳感器進行支點壓力采集，數(shù)據(jù)綜合分析計算出集裝箱重量。作業(yè)過程如圖2所示。

1.2語音播報模塊

系統(tǒng)配置100分貝的高分貝擴音器進行堆場內(nèi)集裝箱空、重箱語音播報。STM32F10ZET6單片機將計算出的集裝箱重量和與輸入的預置值對比，根據(jù)對比值進行“空箱”或者“重箱”的連續(xù)3次語音提示播報。工作過程如圖3。

1.3集裝箱分揀監(jiān)測模塊

系統(tǒng)對指示燈狀態(tài)識別，當判定起重機將集裝箱放置到位（即綠燈滅紅燈亮時），系統(tǒng)立即采集GPS精確定位數(shù)據(jù)并啟動4G數(shù)據(jù)模塊，同時將定位數(shù)據(jù)和重量數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控平臺中心進行存儲。平臺中心收到數(shù)據(jù)后生成平面放置圖，形成可追溯的分揀監(jiān)測記錄。

2系統(tǒng)硬件電路設計

該系統(tǒng)選擇STM32F10ZET6單片機作為主控中央處理器，主控模塊的輸入量信號數(shù)據(jù)主要包括3個起重機吊具狀態(tài)燈信號，壓力采集電壓信號，臂距數(shù)據(jù)信號，角度數(shù)據(jù)信號，GPS數(shù)據(jù)信號，觸摸屏參數(shù)設置輸入信號。主控模塊的輸出數(shù)據(jù)主要有包括：觸摸屏數(shù)據(jù)顯示，語音播報指令，4G通信數(shù)據(jù)，部分硬件電路如圖4所示。

3觸摸屏控制設計

3.1觸摸屏界面設計

集裝箱正面起重機裝載檢測及分揀監(jiān)測系統(tǒng)的控制界面主要包括：系統(tǒng)啟動工作界面，操作說明界面，分揀監(jiān)測界面，狀態(tài)顯示界面，參數(shù)設置界面。系統(tǒng)啟動工作界面如圖5所示，主要控制啟動、停止功能。顯示實時重量信息，箱號數(shù)據(jù)，空箱或者重箱指示，運行狀態(tài)。參數(shù)設置界面圖如圖6所示，主要設置校準重量數(shù)據(jù)、GPS定位數(shù)據(jù)，設置空箱上限值，重箱下限值，語音播報頻次數(shù)。這些參數(shù)的校準對監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性尤為重要。

3.2觸摸屏部分程序設計

4結束語

該設計升級改造鐵路中轉(zhuǎn)站的集裝箱正面起重機，使其具有對集裝箱裝載狀態(tài)的自動識別檢測功能和集裝箱的堆疊分揀狀態(tài)監(jiān)測功能，具有很好的系統(tǒng)兼容性，達到實際應用的目的。該系統(tǒng)能廣泛應用于中小港口，鐵路中轉(zhuǎn)站和公路中轉(zhuǎn)站的集裝箱裝卸，也可在大型集裝箱碼頭作為輔助設備來使用，能夠最大程度的保證堆放平衡，提升安全作業(yè)。

參考文獻：

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[3]謝京強.集裝箱起重機工作模型優(yōu)化和多目標路徑的實現(xiàn)[J].中國設備工程，2018（14）：72-73.

作者：陳景琳 吳鴻燁 單位：福州職業(yè)技術學院機電工程系