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塔式起重机监控中无线复合传感器的设计 吕西波 殷玉枫 张孟辉 高崇仁 太原科技大学 太原 030024 摘 要：利用ZigBee无线技术和数据级融合算法设计了一种复合传感器，以监控塔式起重机的吊钩／吊臂运 动的方向和速度。通过分析和试验表明，该复合传感器可靠性高，易实现编程 ，安装使用更方便，功耗低，满 足了塔式起重机监控系统的要求。同时，解决了吊钩／吊臂的运行状态实时采集和布线难的问题，对塔式起重机 的安全运行和准确 吊装有重要的工程实际意义。 关键词：塔式起重机；复合传感器 ；无线ZigBee；监控 ；设计 中图分类号：TH213．3 文献标识码：A 文章编号：1001—0785 (2012)05—0044—04 Abstract：AnewkindofcompositesensorisdesignedbasedonZigBeewirelesstechnologyanddatalevelfusionaigo- rithm，SOastomonitorthemovementdirectionandvelocityofthehookandjiboftowercrane．Throughanalysisandtes— ting，itisshownthatthiscompositesensorisofhighreliability，simplerinstallationandlowerpowerconsumption，aswell aseasyforprogramming，SOitmeetstherequirementsontowercranemonitoringsystem．Inaddition，thedifficultiesofreal timesamplingandwiringduringoperationofliftinghookandjibaresolvedinthepaper，whichpossessespracticalsignifi— canceforthesafeoperationandaccurateliftingoftowercrane． Keywords：towercrane；compositesensor；wirelessZigBee；monitoring；design 主要完成数据缓冲、爆发传输、数据加密、数据 0 引言 验证等工作；电源管理单元是对传感器正常工作 目前，在塔式起重机 (以下简称塔机)监控 提供稳定可靠的电源 电压及电池欠压指示。其工 系统中，对塔机运行状况及环境参数的采集主要 作原理功能结构框 图如图1所示。 采用孤立的传感器，如采集起重力矩、起重量、 起升高度、起 吊位置及速度、回转角度和速度、 小车的位置及速度、风速的传感器。现行的塔机 监控存在 3个问题：1)传感器采集参数单一，要 一 对一地接人塔机监控网络，使传感器成本提高； 2)单一采集的传感器均为有线传输，传输电缆数 量增加且布线困难 ；3)没有充分利用传感器的冗 余信息，造成信息资源的浪费。为此，本文设计 了一种集成式的无线复合传感器。 图1 工作原理结构图 1 无线复合传感器的工作原理 2 硬件设计 该传感器的主要组成有数据采集、数据处理、 无线传输和电源管理等部分。数据采集单元是采 2．1 数据采集模块 集 吊钩／吊臂的运行方向和速度信号；数据处理及 速度传感器采用美国TRANS—TEK公司的100 存储单元主要是将采集到的信号进行AD转换，数 系列线速度传感器，它是基于线性可变差动变压 据级融合、数据存储和任务调度；无线传输单元 器 (LVDT)的技术，其工作原理即是铁芯可动变 山西省科技攻关项 目资助 (201003210