專利名稱：港機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：
本實用新型涉及超聲波檢測裝置，尤其涉及港機用雙超聲探頭掃描式檢測防
撞裝置。
背景技術(shù)：
港口碼頭裝卸港機是專用于對船上貨物的裝卸。現(xiàn)有的港機排列比較密集，如果同時在同一條船作業(yè)時，港機大車行走時，框架車穿梭其中，這就容易造成港機和框架車碰擦，給安全生產(chǎn)帶來一定的隱患。港口碼頭裝卸港機一般在吊運作業(yè)時港機司機隨小車同時運行，當(dāng)小車運行到前大梁(船艙上方)吊運成品時，需在船艙對產(chǎn)品進行對位放置，對位吊運放置必須移動港機大車、小車來完成。此時的小車已運行在前大梁(船艙上方)，港機操作人員無法后視港機大車運行區(qū)域內(nèi)是否存在障礙物(包括其它港機、運輸設(shè)備、人員及其它物品)，這就造成港機大車運行時存在盲區(qū)，形成港機運行安全隱患。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間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。超聲測量系統(tǒng)測量由于其成本低，基本免維護，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)容本實用新型的目的在于提供一種港機用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，該防撞裝置能及時、準(zhǔn)確地檢測到檢測區(qū)內(nèi)的障礙物，避免港機在作業(yè)過程中與障礙物發(fā)生碰撞。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種港機用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，包括二個超聲探測器、控制器和擺動電機，二個超聲探測器安裝在港機行走輪前端的左右兩側(cè)，二個超聲探測器經(jīng)軸由擺動電機驅(qū)動同步旋轉(zhuǎn)；二個超聲探測器連接控制器，控制器輸出控制擺動電機，控制器輸出控制信號接執(zhí)行部件，控制器安裝在港機上。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，同時中央處理器啟動計時器計時；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，定時器停止計時；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。本實用新型主要運用超聲波測距的原理對港機前方特定的區(qū)域范圍內(nèi)進行掃描式檢測，測量超聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物之間的實際距離，將得到的實際距離與設(shè)定的安全距離進行比較并作出相應(yīng)反應(yīng)。本實用新型能及時、準(zhǔn)確地檢測到檢測區(qū)內(nèi)的障礙物，避免港機在作業(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，港機操作人員在作業(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的作業(yè)效率。

圖1為本實用新型港機用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置檢測示意圖；圖2為本實用新型的工作原理流程圖；圖3為本實用新型的電氣原理圖；圖4為本實用新型的電路圖。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；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。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。參見圖1至圖4，一種港機用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，包括二個超聲探測器1、2、控制器4和擺動電機5，二個超聲探測器1、2安裝在港機行走輪3前端的左右兩側(cè)， 二個超聲探測器1、2經(jīng)軸由擺動電機5驅(qū)動同步旋轉(zhuǎn)；二個超聲探測器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安裝在港機上。 二個超聲探測器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，同時中央處理器11啟動計時器計時；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，定時器停止計時；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米時報警、4米至3米時減速、3米以下時港機停止，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)動器來實現(xiàn)。所述通訊接口 18通過電纜或無線方式連接至港機控制中心或中央控制器，進行數(shù)據(jù)傳輸和交換。所述控制器4可安裝于一個密閉的盒子內(nèi)，這樣既能達到防塵、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，進一步提高了可靠性。本實用新型港機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的定時器開始計時，以計算距離所需要的時間。發(fā)射傳感器1發(fā)出的超聲波遇到障礙物19時，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。因為超聲放大電路13、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，定時器即停止計時。中央處理器11對數(shù)據(jù)進行處理，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間差(T為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半)，這樣就能計算出障礙物19與接收傳感器1、2之間的距離。由于兩個接收傳感器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5同步控制；角度探測電路16輸出接擺動電機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)動一邊進行檢測。電源電路15主要是為整個系統(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)點只有幾十個微伏，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。以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍，因此，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種港機用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，其特征是包括二個超聲探測器(1、 2)、控制器(4)和擺動電機(5)，二個超聲探測器(1、2)安裝在港機行走輪(3)前端的左右兩側(cè)，二個超聲探測器(1、2 )經(jīng)軸由擺動電機(5 )驅(qū)動同步旋轉(zhuǎn)；二個超聲探測器(1、2 )連接控制器(4)，控制器(4)輸出控制擺動電機(5)，控制器(4)輸出控制信號接執(zhí)行部件，控制器(4)安裝在港機上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的港機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，同時中央處理器(11)啟動計時器計時； 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，定時器停止計時；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 (5)。
專利摘要本實用新型公開了一種港機用雙超聲探頭掃描式檢測防撞裝置，包括二個超聲探測器(1、2)、控制器(4)和擺動電機(5)，二個超聲探測器安裝在港機行走輪(3)前端的左右兩側(cè)，二個超聲探測器經(jīng)軸由擺動電機驅(qū)動同步旋轉(zhuǎn)；二個超聲探測器連接控制器，控制器輸出控制擺動電機，控制器輸出控制信號接執(zhí)行部件，控制器安裝在港機上。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)。本實用新型能及時、準(zhǔn)確地檢測到檢測區(qū)內(nèi)的障礙物，避免港機在作業(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