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1、【系統(tǒng)設(shè)計論文】集裝箱起重機(jī)裝載檢測及分揀系統(tǒng)設(shè)計 摘要：該設(shè)計以集裝箱正面起重機(jī)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(jìn)行裝備技術(shù)升級改造。該設(shè)計在與原車輛裝置兼容的情況下，利用32位ARM單片機(jī)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(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞：集裝箱；裝載；識別；分揀；監(jiān)測 引言 集裝箱正面起重機(jī)是用來裝卸集裝箱的一種起重設(shè)備，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包含集裝箱堆疊和碼頭水平運(yùn)輸?shù)确矫?。該設(shè)備具有機(jī)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(shè)

2、計以鐵路中轉(zhuǎn)站的集裝箱正面起重機(jī)為研究對象，原設(shè)備利用可伸縮和左右旋轉(zhuǎn)的集裝箱吊具進(jìn)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(rèn)集裝箱抓取到位。當(dāng)抓取到位后黃色指示燈亮，作業(yè)人員進(jìn)行吊具鎖定操作且綠色指示燈亮，當(dāng)綠燈亮后作業(yè)人員才可進(jìn)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(jī)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(fēng)險。該設(shè)計根據(jù)集裝箱裝卸狀態(tài)平衡的要求，對專業(yè)車輛進(jìn)行裝備技術(shù)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

3、證安全作業(yè)。 1系統(tǒng)控制功能設(shè)計 該系統(tǒng)安裝使用前需手動進(jìn)入觸摸屏參數(shù)設(shè)置界面，校準(zhǔn)重量數(shù)據(jù)、GPS定位數(shù)據(jù)，設(shè)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(jī)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?xí)r，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?xí)r，將重量數(shù)據(jù)與設(shè)置值對比，把對比結(jié)果指令發(fā)送給語音模塊進(jìn)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?xí)r，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(yīng)一個子程序

4、，該編程方法增強(qiáng)了程序可讀性，使得代碼結(jié)構(gòu)清晰，保證調(diào)試的方便性和系統(tǒng)的可維護(hù)性。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jī)吊具鎖定且進(jìn)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(jìn)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(jìn)行測量，且通過吊臂的壓力傳感器進(jìn)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

5、 系統(tǒng)配置100分貝的高分貝擴(kuò)音器進(jìn)行堆場內(nèi)集裝箱空、重箱語音播報。STM32F10ZET6單片機(jī)將計算出的集裝箱重量和與輸入的預(yù)置值對比，根據(jù)對比值進(jìn)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(dāng)判定起重機(jī)將集裝箱放置到位（即綠燈滅紅燈亮?xí)r），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(jìn)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(shè)計 該系統(tǒng)選擇STM32F10Z

6、ET6單片機(jī)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(jī)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(shè)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(shè)計 3.1觸摸屏界面設(shè)計 集裝箱正面起重機(jī)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(shè)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(yùn)行狀

7、態(tài)。參數(shù)設(shè)置界面圖如圖6所示，主要設(shè)置校準(zhǔn)重量數(shù)據(jù)、GPS定位數(shù)據(jù)，設(shè)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(zhǔn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性尤為重要。 3.2觸摸屏部分程序設(shè)計 4結(jié)束語 該設(shè)計升級改造鐵路中轉(zhuǎn)站的集裝箱正面起重機(jī)，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(dá)到實際應(yīng)用的目的。該系統(tǒng)能廣泛應(yīng)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(shè)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(xiàn)： [1]顧聞.集裝箱裝載狀態(tài)檢測及箱號自動識別技術(shù)[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2019，16（04）：94-97. [2]郭文生，許力.岸邊集裝箱起重機(jī)機(jī)構(gòu)在線實時監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].港口裝卸，2019（02）：45-47. [3]謝京強(qiáng).集裝箱起重機(jī)工作模型優(yōu)化和多目標(biāo)路徑的實現(xiàn)[J].中國設(shè)備工程，2018（14）：72-73.