宜昌三思塔吊安全監(jiān)控管理系統(tǒng)、力矩限制器、塔機黑匣子

1、發(fā)明名稱塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)摘要本發(fā)明提出一種基于AVR單片機的塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由主控芯片、信號采集模塊、幅度傳感器、高度傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、重量傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、顯示模塊、觸摸屏模塊、語音模塊、電源模塊、無線通信模塊、GPRS+GPS模塊和控制模塊等組成。信號采集模塊主要用于采集幅度、高度、回轉(zhuǎn)、重量、風(fēng)速風(fēng)向傳感器的模數(shù)值，幅度傳感器用于測量小車的位置，高度傳感器用于測量吊鉤的位置，回轉(zhuǎn)傳感器用于測量大臂的指向，重量傳感器用于測量吊鉤以下物體的重量，風(fēng)速風(fēng)向傳感器用于測量塔機所處位置的風(fēng)速；顯示模塊、觸摸屏模塊和語音模塊用于人機交互；電源模塊用于給除電源模塊以外的其它部分供電；無

2、線通信模塊用于多臺塔機之間交互信息，從而實現(xiàn)群塔防碰撞功能；GPRS+GPS模塊用于將本地數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程計算機上，便于用戶遠(yuǎn)程管理和監(jiān)視；控制模塊用于切斷塔機向危險方向運行的回路，從而起到安全保護(hù)的作用。說明書塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于電子和通信領(lǐng)域，具體涉及一種塔吊用安全保護(hù)裝置及監(jiān)控系統(tǒng)。背景技術(shù)塔吊(又名塔式起重機)作為主要物料運輸機械在建筑業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。尤其近年來隨著高層、超高層建筑的興起,塔機在現(xiàn)代化建筑施工過程作用越來越大,并且不斷向大型化、智能化方向發(fā)展。但目前在建筑施工過程中,由塔機事故引起的人員傷亡和設(shè)備損毀屢屢發(fā)生,重大事故發(fā)生率居高不下,塔機的安全性能已成為威

3、脅建筑工人生命和企業(yè)財產(chǎn)的大問題。導(dǎo)致塔機事故發(fā)生的原因主要有兩個方面:一方面是由于操作工人不清楚塔機的當(dāng)前狀態(tài),另一方面是一些操作工人為了追求工作“效率”使塔機超負(fù)荷工作，所以研究塔機運行狀態(tài)在線實時監(jiān)測儀刻不容緩。塔吊發(fā)生事故主要有以下幾種情況：塔吊大臂碰撞其它物體；塔吊吊鉤碰撞其它物體；高位塔吊吊鉤碰撞低位塔吊大臂；低位塔吊大臂碰撞高位塔吊塔身；目前國內(nèi)塔機裝配的一些簡單控制儀表只能監(jiān)控塔機力矩、重量、幅度等信息,還不具有單機防碰撞、群體防碰撞、實時性遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出的塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)，能監(jiān)控單臺塔機幅度、高度、回轉(zhuǎn)、力矩、重量、風(fēng)速并顯示和控制

4、；能防止多臺塔吊同時進(jìn)入相干涉區(qū)域后可能發(fā)生的碰撞；能將塔機的實時信息發(fā)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)程主機,實現(xiàn)塔機的遠(yuǎn)程、在線、實時控制。本發(fā)明提出一種基于AVR單片機的塔吊安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由主控芯片、信號采集模塊、幅度傳感器、高度傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、重量傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、顯示模塊、觸摸屏模塊、語音模塊、電源模塊、無線通信模塊、GPRS+GPS模塊和控制模塊等組成。信號采集模塊主要用于采集幅度、高度、回轉(zhuǎn)、重量、風(fēng)速風(fēng)向傳感器的模數(shù)值，幅度傳感器用于測量小車的位置，高度傳感器用于測量吊鉤的位置，回轉(zhuǎn)傳感器用于測量大臂的指向，重量傳感器用于測量吊鉤以下物體的重量，風(fēng)速風(fēng)向傳感器用于測量塔

5、機所處位置的風(fēng)速；顯示模塊、觸摸屏模塊和語音模塊用于人機交互；電源模塊用于給除電源模塊以外的其它部分供電；無線通信模塊用于多臺塔機之間交互信息，從而實現(xiàn)群塔防碰撞功能；GPRS+GPS模塊用于將本地數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程計算機上，便于用戶遠(yuǎn)程管理和監(jiān)視；控制模塊用于切斷塔機向危險方向運行的回路，從而起到安全保護(hù)的作用。電源模塊主控芯片(atmega128)人機交互(彩色7寸液晶屏)(7寸觸摸屏)(語音模塊)無限通信模塊(zegbee)重量信號幅度信號高度信號回轉(zhuǎn)信號風(fēng)速信號GPRS+GPS 模塊信號采集服務(wù)器施工單位工地安全員塔吊租賃公司安監(jiān)部門所述的電源模塊為主控芯片、信號采集模塊、幅度傳感器、高度

6、傳感器、回轉(zhuǎn)傳感器、重量傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、顯示模塊、觸摸屏模塊、語音模塊、電源模塊、無線通信模塊、GPRS+GPS模塊和控制模塊等供電。該電源模塊由市電供電，市電輸入后經(jīng)開關(guān)、保險管、繞線電阻、TVS管和電源濾波器后進(jìn)入到AC/DC模塊，保險管、繞線電阻和TVS管用作過流過壓保護(hù)，電源濾波器可防浪涌抗跌落，AC/DC模塊輸出12V和5V三組電壓，為后繼電路供電。所述的主控芯片(ATmega128) 具有如下特點：128K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash( 具有在寫的過程中還可以讀的能力，即RWW)、4K 字節(jié)的EEPROM、4K 字節(jié)的SRAM、53 個通用I/O 口線、32個通用工作寄存

7、器、實時時鐘RTC、4 個靈活的具有比較模式和PWM 功能的定時器/ 計數(shù)器(T/C)、兩個USART、面向字節(jié)的兩線接口TWI、8 通道10 位ADC( 具有可選的可編程增益)、具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器、SPI 串行端口、與IEEE 1149.1 規(guī)范兼容的JTAG 測試接口( 此接口同時還可以用于片上調(diào)試)，以及六種可以通過軟件選擇的省電模式?？臻e模式時CPU 停止工作，而SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作，寄存器的內(nèi)容則一直保持；省電模式時異步定時器繼續(xù)運行，以允許用戶維持時間基準(zhǔn)，器件的其

8、他部分則處于睡眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時CPU 和所有的I/O 模塊停止運行，而異步定時器和ADC 繼續(xù)工作，以減少ADC 轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲； Standby 模式時振蕩器工作而其他部分睡眠，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴(kuò)展Standby 模式則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。器件是以Atmel 的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi) ISP Flash 可以通過SPI 接口、通用編程器，或引導(dǎo)程序多次編程。引導(dǎo)程序可以使用任何接口來下載應(yīng)用程序到應(yīng)用Flash存儲器。在更新應(yīng)用Flash存儲器時引導(dǎo)Flash區(qū)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)RWW操作。通過將8 位RISC CP

9、U 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega128 為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的方案。所述的幅度傳感器和高度傳感器用于測量小車的位置和吊鉤的高度。幅度傳感器輸入軸上的小齒輪與卷筒上的齒圈嚙合，當(dāng)卷筒工作時其轉(zhuǎn)動的圈數(shù)（卷繞或輸出的鋼繩長度）被幅度傳感器記錄下來。幅度傳感器包括機械限位和電子限位，機械限位可防止司機誤操作，使小車在碰到臂尖或臂根的緩沖器前停止運動。電子部分可測量小車在大臂的具體位置，經(jīng)信號采集模塊轉(zhuǎn)換后輸入到主控芯片并在顯示模塊上顯示。高度傳感器的輸入軸由提升卷筒軸直聯(lián)驅(qū)動；或通過固定于高度傳感器輸入軸上的小齒輪與卷筒上的齒圈嚙合驅(qū)動。當(dāng)卷筒工作時

10、，其轉(zhuǎn)動的圈數(shù)（卷繞或輸出的鋼繩長度）被高度傳感器記錄下來。高度傳感器包括機械限位和電子限位，機械限位用于控制滑輪組或吊鉤在距臂架小車1m處或接觸地面前終止運動。電子限位用于測量吊鉤的具體高度，經(jīng)信號采集模塊轉(zhuǎn)換后輸入到主控芯片并在顯示模塊上顯示。所述的回轉(zhuǎn)傳感器及電子羅盤，又名數(shù)字指南針，是利用地磁場來定北極的一種傳感器。回轉(zhuǎn)傳感器安裝于塔吊大臂上，用于測量塔吊大臂的方向。并經(jīng)RS232電路發(fā)送給主控芯片。三維電子羅盤由三維磁阻傳感器、雙軸傾角傳感器和MCU構(gòu)成。三維磁阻傳感器用來測量地球磁場，傾角傳感器是在磁力儀非水平狀態(tài)時進(jìn)行補償；MCU處理磁力儀和傾角傳感器的信號以及數(shù)據(jù)輸出和軟鐵、硬

11、鐵補償。該磁力儀是采用三個互相垂直的磁阻傳感器，每個軸向上的傳感器檢測在該方向上的地磁場強度。向前的方向稱為x方向的傳感器檢測地磁場在x方向的矢量值；向左或Y方向的傳感器檢測地磁場在Y方向的矢量值；向下或Z方向的傳感器檢測地磁場在Z方向的矢量值。每個方向的傳感器的靈敏度都已根據(jù)在該方向上地磁場的分矢量調(diào)整到最佳點，并具有非常低的橫軸靈敏度。傳感器產(chǎn)生的模擬輸出信號進(jìn)行放大后送入MCU進(jìn)行處理。磁場測量范圍為2Gauss。通過采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，磁力儀能夠分辨出小于1mGauss的磁場變化量，我們便可通過該高分辨力來準(zhǔn)確測量出200-300mGauss的X和Y方向的磁場強度，不論是在赤道上的

12、向上變化還是在南北極的更低值位置。 僅用地磁場在X和Y的兩個分矢量值便可確定方位值： Azimuth=arcTan(Y/X) 該關(guān)系式是在檢測儀器與地表面平行時才成立。當(dāng)儀器發(fā)生傾斜時，方位值的準(zhǔn)確性將要受到很大的影響，該誤差的大小取決于儀器所處的位置和傾斜角的大小。為減少該誤差的影響，采用雙軸傾角傳感器來測量俯仰和側(cè)傾角，這個俯仰角被定義為由前向后方向的角度變化；而側(cè)傾角則為由左到右方向的角度變化。電子羅盤將俯仰和側(cè)傾角的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換計算，將磁力儀在三個軸向上的矢量在原來的位置“拉”回到水平的位置。標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換計算式如下： Xr=Xcos+Ysinsin-Zcossin Yr=Xcos+Zsi

13、n 這里Xr和Yr為要轉(zhuǎn)換到水平位置的值 為俯仰角 為側(cè)傾角 從以上這三個計算公式可以看出，在整個補償技術(shù)中Z軸向的矢量扮演一個非常重要的角色。要正確運用這些值，俯仰和側(cè)傾角的數(shù)字必須時刻更新。采用雙軸寬線性量程范圍、高分辨率、溫漂系數(shù)低的陶瓷基體電解質(zhì)傳感器來測量俯仰角和側(cè)傾角，傾角數(shù)值經(jīng)過電路板上的溫度傳感器補償后得出的。此回轉(zhuǎn)傳感器相比與使用多功能行程限位器來測量回轉(zhuǎn)角度有諸多優(yōu)點：多功能行程限位器安裝在塔吊回轉(zhuǎn)齒輪處，固定于多功能行程限位器輸入軸上的小齒輪與回轉(zhuǎn)齒圈嚙合，但有少許間隙，會對測量結(jié)果造成較大誤差；多功能行程限位器能測量的塔吊回轉(zhuǎn)圈數(shù)有限，如果超出其量程將出現(xiàn)錯誤測量接果；

14、多功能行程限位器安裝調(diào)試復(fù)雜，此回轉(zhuǎn)傳感器只需要固定于塔吊大臂上，不需要任何調(diào)試。所述的重量傳感器所述的風(fēng)速風(fēng)向傳感器包括風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器兩部分。風(fēng)速傳感器是一種高響應(yīng)、低門限、三風(fēng)杯的光電型風(fēng)速計,轉(zhuǎn)換器由裝接于風(fēng)速計轉(zhuǎn)軸上的齒盤組成,齒盤安置于光電耦合器的發(fā)光管與光電三極管之間并能隨軸轉(zhuǎn)動,光電耦合器裝于印制電路板上。轉(zhuǎn)盤有多個齒度,當(dāng)齒盤隨軸轉(zhuǎn)動時,發(fā)光管LED發(fā)射的光束被齒盤上的齒度切割,光電三極管即產(chǎn)生脈沖輸出。每個齒遮住光束時表現(xiàn)為低電平,軸轉(zhuǎn)動一圈,多次切割光束而輸出一高一低的脈沖信號。風(fēng)速與脈沖頻率的轉(zhuǎn)換公式為:V (m/ s) = 011f (Hz)即每10 個脈沖為1

15、m/ s 的風(fēng)速量。風(fēng)向傳感器也是光電型傳感器,由單風(fēng)標(biāo)、格雷碼盤、光電組件組成,紅外L ED 和光電三極管分別安裝于6 位格雷碼盤上下兩側(cè)的6 個窩型孔內(nèi)。當(dāng)風(fēng)標(biāo)隨風(fēng)向變化而轉(zhuǎn)動時,通過其軸帶動軸下端固定著的格雷碼盤,在光電組件的狹縫中轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的光電信號經(jīng)放大整形后,輸出對應(yīng)當(dāng)時風(fēng)向的幅度為12V的六位格雷碼(每位格雷碼只有電平高低的區(qū)別,習(xí)慣上高電平為1 ,低電平為0) ,轉(zhuǎn)動時風(fēng)向信號以516度的分辨率為步進(jìn)變化。測量范圍為0360,64 個方位所述的信號采集模塊采用TI公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省單片機I/O資源

16、；且價格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)用。TLC2543的特點（1）12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器；（2）在工作溫度范圍內(nèi)10s轉(zhuǎn)換時間；（3）11個模擬輸入通道；（4）3路內(nèi)置自測試方式；（5）采樣率為66kbps；（6）線性誤差1LSBmax；（7）有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC；（8）具有單、雙極性輸出；（9）可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；（10）可編程輸出數(shù)據(jù)長度。TLC2543引腳說明引腳號名稱I/O說明19,11,12AIN0AIN10I模擬量輸入端。11路輸入信號由內(nèi)部多路器選通。對于4.1MHz的I/OCLOCK，驅(qū)動源阻抗必須小于或等于50，而且用60pF電容來限制模擬輸入電

17、壓的斜率15I片選端。在端由高變低時，內(nèi)部計數(shù)器復(fù)位。由低變高時，在設(shè)定時間內(nèi)禁止DATAINPUT和I/O CLOCK17DATAINPUTI串行數(shù)據(jù)輸入端。由4位的串行地址輸入來選擇模擬量輸入通道16DATA OUTOA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端。為高時處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，為低時處于激活狀態(tài)19EOCO轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC從高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸為止10GND地。GND是內(nèi)部電路的地回路端。除另有說明外，所有電壓測量都相對GND而言18I/O CLOCKI輸入/輸出時鐘端。I/OCLOCK接收串行輸入信號并完成以下四個功能：（1）在I

18、/O CLOCK的前8個上升沿，8位輸入數(shù)據(jù)存入輸入數(shù)據(jù)寄存器。（2）在I/OCLOCK的第4個下降沿，被選通的模擬輸入電壓開始向電容器充電，直到I/OCLOCK的最后一個下降沿為止。（3）將前一次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的其余11位輸出到DATA OUT端，在I/OCLOCK的下降沿時數(shù)據(jù)開始變化。（4）I/OCLOCK的最后一個下降沿，將轉(zhuǎn)換的控制信號傳送到內(nèi)部狀態(tài)控制位14REF+I正基準(zhǔn)電壓端。基準(zhǔn)電壓的正端（通常為Vcc）被加到REF+，最大的輸入電壓范圍由加于本端與REF-端的電壓差決定13REF-I負(fù)基準(zhǔn)電壓端?；鶞?zhǔn)電壓的低端（通常為地）被加到REF-20Vcc電源接口時序可以用四種傳輸方法使T

19、LC2543得到全12位分辯率，每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞可以使用12或16個時鐘周期。一個片選（）脈沖要插到每次轉(zhuǎn)換的開始處，或是在轉(zhuǎn)換時序的開始處變化一次后保持為低，直到時序結(jié)束。顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用16個時鐘周期和在每次傳遞周期之間插入的時序，顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用16個時鐘周期，僅在每次轉(zhuǎn)換序列開始處插入一次時序。時鐘傳送時序圖（使用，MSB在前）時鐘傳送時序圖（不使用，MSB在前）所述的人機交互模塊包括液晶顯示模塊、觸摸屏模塊和語音模塊。液晶顯示模塊和觸摸屏模塊是采用32位的ARM9 S3C2410 設(shè)計開發(fā)的一款高性能、低功耗、易使用的真彩色智能顯示終端，可以直接和具有串行接口的

20、CPU（如51 單片機、AVR、PIC、DSP、ARM、工控機等）連接。本智能顯示終端主要特點：串行接口，TTL/RS-232/ RS-485/USB；CPU 采用32 位200MHz 的ARM9 S3C2410；寬電壓供電；自帶實時時鐘RTC、蜂鳴器、8*8 矩陣鍵盤接口/18 個IO 口；帶觸摸屏接口；自帶多種中英文字庫，包括12、16、24、32、48、64 點陣；支持字符、文字、整形變量、浮點變量顯示，支持畫線、圓、矩形、橢圓、波形等；真彩色顯示，亮度100 級連續(xù)可調(diào)，畫面90 度、180 度、270 度任意旋轉(zhuǎn)；自帶圖片存儲，1G 超大存儲空間；支持在線下載字庫、圖片、固件程序升級

21、，隨時升級您的產(chǎn)品功能；在線下載支持USB(12M-bps)、USB 轉(zhuǎn)串口（921600bps）、串口（1200bps 到115200bps）；隨機附帶功能強大的上位機調(diào)試/下載軟件所述的語音模塊由WT588D語音單片機和W25Q16存儲芯片組成，電路說明：用上位機軟件對SPI-FLASH存儲器25PXX燒寫語音程序時，選擇三線串口控制模式。I/O口P01被定義為DATA數(shù)據(jù)口，P02為CS片選口，P03為CLK時鐘口，單片機可通過三個控制口對WT588D語音模塊進(jìn)行控制。三線串口控制模式下，P00、P04、P05、P06、P07、P10、P11、P12均無效。P17端為BUSY忙信號輸出端

22、，可設(shè)置為播放狀態(tài)LED點亮和播放狀態(tài)LED熄滅。SPI-FLASH存儲器25PXX的電壓范圍為要保證在2.8V3.5V，VDD-SIM為WT588D語音芯片的串口電源管理輸入端，將25PXX的VCC連接到此端，可自動平衡WT588D跟25PXX之間的串口電壓。所述的無線通信模塊采用CEL公司的zigbee模塊Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的

23、通信網(wǎng)絡(luò)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。簡單的說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。 ZigBee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。 與移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)

24、不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。而移動通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。群塔防碰撞原理：單臺塔吊的數(shù)據(jù)通過ZigBee模塊發(fā)送至ZigBee網(wǎng)絡(luò)，其它

25、塔吊接收到數(shù)據(jù)后計算是否與自己發(fā)生干涉，如果有干涉情況則報警并控制。群塔防碰撞系統(tǒng)建立在令牌總線網(wǎng)絡(luò)上，令牌總線網(wǎng)絡(luò)工作原理：1、 在總線的基礎(chǔ)上，通過在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點之間有序地傳遞令牌（一組特定的比特模式）來分配各結(jié)點對共享型總線的訪問權(quán)利，形成閉合的邏輯環(huán)路。 2、 完全采用半雙工的操作方式，只有獲得令牌的結(jié)點才能發(fā)送信息，其它結(jié)點只能接收信息，或者被動地發(fā)送信息（在擁有令牌的結(jié)點要求下，發(fā)送信息）。 3、 為了保證邏輯閉合環(huán)路的形成，每個結(jié)點都動態(tài)地維護(hù)著一個連接表，該表記錄著本結(jié)點在環(huán)路中的前繼、后繼和本結(jié)點的地址，每個結(jié)點根據(jù)后繼地址確定下一占有令牌的結(jié)點(如下圖所示)。1、 令牌總線的幀

26、格式幀的一般格式 前導(dǎo)碼（P），用于收發(fā)同步； 幀開始標(biāo)志（SD），標(biāo)識幀的開始，使用了曼徹斯特編碼中的非數(shù)據(jù)位，取值為LH0LH000； 幀控制字段（FC），用于區(qū)分幀的類型，包括MAC控制幀（如令牌08H、設(shè)置后繼等）、LLC數(shù)據(jù)幀、站點管理數(shù)據(jù)幀等。 宿/源地址（DA/SA） 數(shù)據(jù)字段（DATA），根據(jù)幀控制字段（FC）的取值，數(shù)據(jù)字段可以包含LLC協(xié)議數(shù)據(jù)單元、MAC管理數(shù)據(jù)、和MAC控制幀的數(shù)據(jù)； 幀校驗序列（FCS），對SD和ED之間的所有字段進(jìn)行循環(huán)冗余校驗； 幀結(jié)束標(biāo)志（ED），標(biāo)識幀的結(jié)束，同時也標(biāo)識了幀中FCS的位置，使用了曼徹斯特編碼中的非數(shù)據(jù)位，取值為LH1LH1IE；

27、其中L和H的含義等同于SD中的相應(yīng)值。 2、 令牌維護(hù)一)令牌傳遞 (1) 有令牌的結(jié)點在發(fā)送完信息后，執(zhí)行環(huán)路維護(hù)工作，將令牌傳遞給后繼結(jié)點。 (2) 監(jiān)聽媒體。監(jiān)聽到合法幀的傳遞，后繼結(jié)點已獲得令牌，并正常工作；如果在規(guī)定時間內(nèi)未監(jiān)聽到信息在媒體上的傳輸，執(zhí)行一次令牌重傳。 (3) 如仍然未能監(jiān)聽到合法幀的傳輸，原后繼結(jié)點已撤出環(huán)路，開始尋找后繼和環(huán)路重構(gòu)過程。 (4) 發(fā)送“尋找后繼命令幀”，(原后繼結(jié)點的地址為數(shù)據(jù)字段)， (5) 原后繼結(jié)點的后繼結(jié)點用“設(shè)置后繼命令幀”予以響應(yīng)； (6) 雙方修改各自連接表中的后繼/前繼地址，傳遞令牌，恢復(fù)正常工作。(二)令牌丟失的處理 結(jié)點設(shè)“環(huán)不

28、工作計時器” (1) 在規(guī)定的時間內(nèi)，未能監(jiān)聽到媒體上有信號傳輸，環(huán)不工作計時器超時，則環(huán)路中令牌丟失，或者環(huán)路處于初始工作狀態(tài)； (2) 所有感知環(huán)不工作的結(jié)點，采用競爭總線的方法爭奪生成令牌的權(quán)利： A .各結(jié)點根據(jù)本結(jié)點地址信息和一定的規(guī)則，形成不同長度的“要求令牌命令幀”，發(fā)往媒體并監(jiān)聽媒體； B .不同的地址形成不同長度的幀幾乎“同時”發(fā)往媒體時，會產(chǎn)生沖突。 C. 結(jié)點在發(fā)送幀之后，監(jiān)聽媒體時，發(fā)短幀的結(jié)點會“監(jiān)聽”到其它結(jié)點的幀正在發(fā)送。發(fā)最長幀的結(jié)點感覺不到媒體上有信號的結(jié)點，贏得生成令牌的權(quán)利，執(zhí)行環(huán)路重構(gòu)的過程。(三)多個令牌的處理 令牌重復(fù)： 環(huán)路中同時具有多個令牌，由獲

29、得令牌的結(jié)點進(jìn)行處理。 判斷令牌重復(fù)： 獲得令牌的結(jié)點，如果仍然感知媒體上有信號在傳輸，表示有其它結(jié)點也掌握著令牌（令牌重復(fù)）。 解決辦法： 簡單地丟棄令牌，回到原接收狀態(tài)（目的在于減少環(huán)路中令牌的個數(shù)）。 可能產(chǎn)生的后果：令牌丟失。3、 環(huán)路維護(hù)(一)環(huán)路重構(gòu) 目的：各結(jié)點填寫連接表，重新構(gòu)造邏輯環(huán)。環(huán)路不工作后，獲得生成令牌權(quán)利的結(jié)點進(jìn)行環(huán)路維護(hù)。 發(fā)出“請求后繼命令幀”：尋找可能的后繼結(jié)點； 限定響應(yīng)結(jié)點的范圍，在此范圍內(nèi)的結(jié)點用“設(shè)置后繼命令幀”響應(yīng)。 若有多個適合的結(jié)點予以響應(yīng)（出現(xiàn)沖突），用“解決沖突命令幀”進(jìn)一步限定范圍，直至有且僅有一個結(jié)點予以響應(yīng)； 置連接表中的后繼地址，并傳遞令牌給該后繼結(jié)點； 后繼結(jié)點接收令牌，將令牌中的源地址置為連接表中的前繼地址，如果本結(jié)點維護(hù)的連接表中沒有指定后繼結(jié)點，則重復(fù)上述