集裝箱起重機裝載檢測及分揀系統設計

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摘要：該設計以集裝箱正面起重機為研究對象，根據集裝箱裝卸狀態平衡的要求對專業車輛進行裝備技術升級改造。該設計在與原車輛裝置兼容的情況下，利用32位ARM單片機搭建，開發集裝箱裝載狀態自動識別檢測和分揀監測系統，極大保證安全作業并提高工作效率，具有實際應用價值。

關鍵詞：集裝箱；裝載；識別；分揀；監測

引言

集裝箱正面起重機是用來裝卸集裝箱的一種起重設備，其主要應用領域包含集裝箱堆疊和碼頭水平運輸等方面。該設備具有機動靈活、操作方便、穩定性好、輪壓較低、堆碼層數高、堆廠利用率高等優點。該設計以鐵路中轉站的集裝箱正面起重機為研究對象，原設備利用可伸縮和左右旋轉的集裝箱吊具進行集裝箱裝卸作業，作業過程利用吊具上的4個對正位置傳感器檢測、確認集裝箱抓取到位。當抓取到位后黃色指示燈亮，作業人員進行吊具鎖定操作且綠色指示燈亮，當綠燈亮后作業人員才可進行提升作業，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綠色指示燈滅紅色指示燈亮。整個作業過程中起重機無法識別集裝箱是空箱還是重箱的裝載狀態，具有作業堆放不平衡的風險。該設計根據集裝箱裝卸狀態平衡的要求，對專業車輛進行裝備技術升級改造，增加對集裝箱裝載狀態自動識別檢測的功能和集裝箱的堆疊分揀狀態監測功能，能夠最大程度的保證堆放平衡，保證安全作業。

1系統控制功能設計

該系統安裝使用前需手動進入觸摸屏參數設置界面，校準重量數據、GPS定位數據，設置空箱上限值，重箱下限值，語音播報頻次數等。系統選擇STM32F10ZET6單片機做核心處理器。系統啟動后，檢測吊具狀態燈信號，在黃燈信號亮時，延時10S后采集壓力、臂距、臂角度3組數據，處理器計算出集裝箱重量。待綠燈信號亮時，將重量數據與設置值對比，把對比結果指令發送給語音模塊進行正確的語音播報。放置指定位置待綠燈信號滅紅燈信號亮時，采集GPS數據，把GPS數據和重量數據通過4G模塊發送到監測中心。將整個系統分成若干個功能模塊，每個模塊對應一個子程序，該編程方法增強了程序可讀性，使得代碼結構清晰，保證調試的方便性和系統的可維護性。該系統結構主要分為主控模塊、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

系統對指示燈狀態識別，判定起重機吊具鎖定且進行提升作業中（即綠燈亮過程），利用PA-28SR傳感器對吊臂壓力進行實時監測，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行測量，且通過吊臂的壓力傳感器進行支點壓力采集，數據綜合分析計算出集裝箱重量。作業過程如圖2所示。

1.2語音播報模塊

系統配置100分貝的高分貝擴音器進行堆場內集裝箱空、重箱語音播報。STM32F10ZET6單片機將計算出的集裝箱重量和與輸入的預置值對比，根據對比值進行“空箱”或者“重箱”的連續3次語音提示播報。工作過程如圖3。

1.3集裝箱分揀監測模塊

系統對指示燈狀態識別，當判定起重機將集裝箱放置到位（即綠燈滅紅燈亮時），系統立即采集GPS精確定位數據并啟動4G數據模塊，同時將定位數據和重量數據發送給監控平臺中心進行存儲。平臺中心收到數據后生成平面放置圖，形成可追溯的分揀監測記錄。

2系統硬件電路設計

該系統選擇STM32F10ZET6單片機作為主控中央處理器，主控模塊的輸入量信號數據主要包括3個起重機吊具狀態燈信號，壓力采集電壓信號，臂距數據信號，角度數據信號，GPS數據信號，觸摸屏參數設置輸入信號。主控模塊的輸出數據主要有包括：觸摸屏數據顯示，語音播報指令，4G通信數據，部分硬件電路如圖4所示。

3觸摸屏控制設計

3.1觸摸屏界面設計

集裝箱正面起重機裝載檢測及分揀監測系統的控制界面主要包括：系統啟動工作界面，操作說明界面，分揀監測界面，狀態顯示界面，參數設置界面。系統啟動工作界面如圖5所示，主要控制啟動、停止功能。顯示實時重量信息，箱號數據，空箱或者重箱指示，運行狀態。參數設置界面圖如圖6所示，主要設置校準重量數據、GPS定位數據，設置空箱上限值，重箱下限值，語音播報頻次數。這些參數的校準對監測數據準確性尤為重要。

3.2觸摸屏部分程序設計

4結束語

該設計升級改造鐵路中轉站的集裝箱正面起重機，使其具有對集裝箱裝載狀態的自動識別檢測功能和集裝箱的堆疊分揀狀態監測功能，具有很好的系統兼容性，達到實際應用的目的。該系統能廣泛應用于中小港口，鐵路中轉站和公路中轉站的集裝箱裝卸，也可在大型集裝箱碼頭作為輔助設備來使用，能夠最大程度的保證堆放平衡，提升安全作業。

參考文獻：

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[3]謝京強.集裝箱起重機工作模型優化和多目標路徑的實現[J].中國設備工程，2018（14）：72-73.

作者：陳景琳 吳鴻燁 單位：福州職業技術學院機電工程系