装船机单片机超声波防碰撞系统论文_包艳庆

（神华黄骅港务公司 河北沧州 061113）

摘要：黄骅港务公司三期码头的装船机允许两机不同舱同时作业，两机同舱则不允许。当两机距离较近时，就可能发生两机碰撞的危险因素。防护措施做的越完善，事故发生的可能性就越小。目前港务公司装船机防碰撞有软件计程、机械限位等措施，我们可以在已有的安全保护措施基础上，在大机行走门架处，加装装船机超声波防碰撞系统，可以进一步保障两机作业时的安全距离，防止发生机损。

关键词：装船机；单片机；超声波；C语言

正文：港务公司距离与位置数据的采集大部分都是通过编码器获得的，如果装船机编码器受极端恶劣天气影响或者其他因素，出现编码器故障，PLC不能实时获得装船机位置与距离信息，软件计程保护失效，如果大机司机盲目听从舱口指挥动作，两机近距离作业时，发生碰撞的风险就会增加。继续作业，防碰撞只能依靠限位（正常停限位、极限限位）动作，极限限位一旦动作，单机掉电，需要人工复位，一方面耽误生产，另一方面限位动作距离已经非常近了，大机停不下来，就会发生碰撞。

所以除此之外，我们可以采取手段，再通过另外一辅助设备获得两台单机行走距离数据，距离近时能自动报警功能，这样就能提醒司机注意，起到双保险的作用。

主要思路及解决问题：在编码器故障，单机获取不到行走数据，监护不到位容易发生碰撞的情况。利用单片机的超声波测距模块，加装多个在行走机构各处，获得两机距离，或者单机与突然出现的障碍物（如人从行走轮间穿过）之间的距离，当距离小于设定值（如2M等可以任意设定），单片机采集到数据，并判断数据到达预警值时，蜂鸣器发声，报警，提醒司机及时停止大机行走，避免两机碰撞或者与行走机构附近的障碍物发生碰撞。

特点：单片机功耗小，成本低，抗干扰，超声波测距，在短距离精度比较高。推广后能在以编码器数据为主要参考途径，超声波测距为辅助参考数据的情况下，起到双保险的作用。

一、超声波测距原理

其原理通过超声波发射器向某一方向发射超声波,发射的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物会立即返回,接收器收到反射波立即停止计时。超声波在空气中传播速度为v,而根据单片机定时器运算后测出发射和接收回波的时间差△t,就可计算出发射点距障碍物的距离S,即:

S=v•△t/2

这就是时间差测距法。

超声波也是一种声波,其声速V与温度有关,下图表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大,可以认为声速是基本不变。常温下声度是334米/秒,但其传播速度V，易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1℃,声速增加约0.6米/秒。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。已知现场环境温度T时,超声波传播速V的计算公式为：

V=331.45+0.607T

由于时间的关系，没有加温度测量模块，加上后，通过测得的温度，带进公式，得到的结果会更精确。本方案声速按一般340m/s计算的。

表1 声速与温度关系

只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。

二、系统硬件电路设计

图1系统框图

系统框图如上图所示。该系统由单片机定时器产生周期800ms的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和液晶显示电路等构成。单片机是整个系统的核心部件。工作过程：开机，单片机复位，然后控制程序使单片机输出载波为40kHz的10个脉冲信号加到超声波传感器上，使发射器发射超声波。当第一个超声波脉冲群发射结束后，单片机片内计数器开始计数,在检测到第一个回波脉冲的瞬间,计数器停止计数，这样就得到了从发射到接收的时间差△t;根据公式计算出被测距离,由显示装置显示出来。

三、超声波传感器时序图

五、多次试验结果：

单片机可靠性高，超声波测距抗干扰能力强，通过增加这一辅助设备，本人觉得能加强装船过程中的安全性，降低两机碰撞的危险等级，保障港口大机作业安全生产。

参考文献

[1]单片机原理及应用 主编 柴鈺 西安电子科技大学出版社

论文作者:包艳庆

论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期

论文发表时间:2018/12/12

标签：超声波论文;  单片机论文;  声速论文;  距离论文;  温度论文;  作业论文;  编码器论文;  《电力设备》2018年第21期论文;