起重機控制系統(tǒng)主要由超聲波測距終端和駕駛室控制中心組成，兩者之間采用ZigBee無線網絡進行通信。安裝在小車上的終端利用超聲波實時檢測吊具與小車之間的距離，并通過ZigBee無線網絡按照一定的時間間隔發(fā)送給駕駛室控制中心的基站?；纠脽o線射頻接收器接收該信息，進行數據處理，并顯示在液晶顯示屏上。司機可以實時看到集裝箱的高度信息。當集裝箱的提升高度達到規(guī)定的閾值時，基站觸發(fā)報警器，提醒司機相應的操作。

2 超聲波測距終端設計

2.1微控制器及外圍電路

超聲波測距終端主要由作為微控制器的CC2530芯片及外圍電路組成，如圖2所示。CC2530是用于2.4GHzIEEE 802.15.4、ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE應用的一個真正的片上系統(tǒng)（System On Chip，SoC）解決方案，其RF發(fā)送輸出功率為4.5dBm，接收靈敏度為-97dBm，抗干擾能力強。

系統(tǒng)電源是12V的鋰電池，可為整個終端提供工作電壓，使其持續(xù)工作半年左右。晶振電路用于向CC2530芯片和其他電路（如實時控制電路）提供工作時鐘。復位電路用于使電路恢復到起始狀態(tài)。按鍵電路用于對一些參數進行設置。 　　

2.2超聲波測距模塊 　　

超聲波測距模塊選用HC-SR04，主要用于測量吊具與低架橫梁之間的距離，便于起重機司機操作。與現有的采用的激光測量技術相比，超聲波測距結構簡單，性能可靠，抗電磁干擾能力強，容易集成。

微控制器的一個I/O口連接超聲波測距模塊HC-SR04的TRIG引腳，并發(fā)出至少10us的高電平信號觸發(fā)測距。HC-SR04自動發(fā)送8個40KHz的方波，自動檢測是否有反射波信號返回。超聲波在空氣中傳播，當其遇到橫梁時被反射。如果檢測到有信號返回，通過連接ECHO的I/O口輸出一個高電平，同時啟動計時器。當ECHO變?yōu)榈碗娖綍r，關閉計時器。ECHO高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間t?！　?/span>

為了減小時間測量的誤差，運用均值濾波的數據處理方式，將超聲波接收到的信號進行有效的數據處理。高精度溫度傳感器SHT11對環(huán)境溫度T進行實時采集，對超聲波接收到的信號進行補償，實現實際波速的校準，減小溫度對測距產生的誤差。應用公式S=（331.5+0.607T）*t/2就可以得到吊具到橫梁的距離S。通過測試，該超聲波測距模塊的測距精度可達到1cm。

2.3射頻模塊 　

利用超聲波完成測距得到的信號，通過無線射頻模塊反饋給駕駛室控制中心，司機經判斷后決定是否對小車進行操作。射頻內核控制模擬無線模塊，并提供微處理器和無線設備之間的接口，將帶有距離S信息的數據包轉換成微波，無線發(fā)送到駕駛室控制中心。發(fā)射的頻率f可以進行自動的調節(jié)。

3 控制中心設計

控制中心主要由基站、液晶顯示屏和報警器組成?；具x用CC2530作為微處理器?；臼紫冉M建ZigBee無線網絡，并對信道、收發(fā)地址和I/O口等進行配置。其次，利用無線射頻接收器接收該信息，進行數據處理，并顯示在液晶顯示屏上。當集裝箱的提升高度達到規(guī)定的閾值時，基站觸發(fā)報警器。

4 結束語

近年來，各種與起重機相關的事故頻繁發(fā)生，物品裝卸安全作為一種港口運營安全備受各大港口的關注。減少事故發(fā)生的最有效的辦法就是按照規(guī)范進行操作?；诔暡y距的起重機控制系統(tǒng)測距精度高，數據傳輸可靠，且無需布線，可持續(xù)長時間工作，時刻監(jiān)測吊具的位置，能夠為司機提供全面、實時的數據，有效地避免對高度限制器的反復調試或者其失靈造成的事故。