塔機(jī)是建筑施工中的關(guān)鍵設(shè)備，隨著大規(guī)模應(yīng)用，它的安全問(wèn)題也越來(lái)越突出。塔機(jī)的事故原因可以歸納為：①由于超載造成的整體傾翻；②由于塔機(jī)工作人員的違規(guī)操作或者疏忽以及監(jiān)控設(shè)備不夠智能而未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)臂架的損壞; ③由于塔機(jī)自身設(shè)計(jì)原因、安裝過(guò)程不規(guī)范而導(dǎo)致的事故; ④由自然災(zāi)害造成的事故，如風(fēng)力過(guò)大等；⑤由于塔機(jī)工作位置天氣原因，經(jīng)常下雨，暴曬等。如果塔機(jī)由于以上等原因發(fā)生事故，會(huì)發(fā)生塔機(jī)損毀等情況，甚至可能造成人員傷亡，造成無(wú)法彌補(bǔ)的巨大損失。設(shè)計(jì)多功能塔機(jī)黑匣子，實(shí)時(shí)監(jiān)控塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并及時(shí)預(yù)警，避免一些重大事故的發(fā)生，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 塔機(jī)黑匣子總體組成

     塔機(jī)的黑匣子按照模塊劃分成信息采集單元、中央信息處理單元、無(wú)線收發(fā)單元和PC 監(jiān)控單元，四個(gè)單元共同完成塔機(jī)的監(jiān)控功能。從硬件方面來(lái)劃分，主要由網(wǎng)關(guān)、路由節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)等3 大部分組成。塔機(jī)黑匣子功能模塊及硬件構(gòu)成如圖1 所示。

2 硬件概述

2.1 網(wǎng) 關(guān)

    通過(guò)計(jì)算機(jī)下達(dá)指令，發(fā)送或接收路由節(jié)點(diǎn)或者傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)反饋給PC 機(jī)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)由網(wǎng)關(guān)底板+GPRS 無(wú)線高頻模塊組成。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的通信方式一般有兩種：①通過(guò)USB 接口和計(jì)算機(jī)連接；②網(wǎng)關(guān)內(nèi)置GPRS 模塊和各無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接通信。所有傳感器數(shù)據(jù)的匯總、分析、存儲(chǔ)和發(fā)送都由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)完成。它的工作流程為：由PC 機(jī)發(fā)送指令，網(wǎng)關(guān)接收并判斷指令是否可用，然后網(wǎng)關(guān)分析這條指令是要哪條節(jié)點(diǎn)的信息，該節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)回到網(wǎng)關(guān)，最后再由網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)以既定的方式反饋給PC 機(jī)，PC 機(jī)通過(guò)應(yīng)用軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控塔機(jī)工作狀態(tài)。

2.2 路由節(jié)點(diǎn)

     在網(wǎng)關(guān)不能和所有的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，我們可以把路由器作為一種中介來(lái)使網(wǎng)關(guān)和傳感器節(jié)點(diǎn)連接，這就是路由通信功能。C51RF-WSN 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要硬件有C51RF-WSN 仿真器、GPRS 無(wú)線高頻模塊、網(wǎng)關(guān)底板、采集板DA100、傳感器擴(kuò)展板DA300等五種。但是有時(shí)候傳感器不能直接與網(wǎng)管通信，這個(gè)時(shí)候我們需要用到路由器節(jié)點(diǎn)，它可以達(dá)到以上兩者通信的功能。

2.3 傳感器節(jié)點(diǎn)

    傳感器節(jié)點(diǎn)由采集板

2.3 傳感器節(jié)點(diǎn)

    傳感器節(jié)點(diǎn)由采集板DA100+GPRS 無(wú)線高頻模塊或采集板DA100+ 傳感器擴(kuò)展板DA300+GPRS 無(wú)線高頻模塊完成對(duì)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)的采集。傳感器節(jié)點(diǎn)主要完成風(fēng)速、小車行程、起重量等物理量的收集，BEEP( 蜂鳴器)、LED 測(cè)試小燈、數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。傳感器在采集到塔機(jī)現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)模擬信號(hào)后，由GPRS 模塊內(nèi)的CC2430 單片機(jī)AD 轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓，再通過(guò)GPRS 射頻部分將其發(fā)送給網(wǎng)關(guān)或路由器節(jié)點(diǎn)。

2.4 主要傳感器測(cè)試原理與選型

     傳感器的作用是將現(xiàn)場(chǎng)的各種物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給微處理器，系統(tǒng)能否準(zhǔn)確詳細(xì)地反映塔機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，為塔機(jī)操作人員提供良好的運(yùn)行狀態(tài)信息，傳感器的選型至關(guān)重要，綜合考慮塔機(jī)運(yùn)行時(shí)需監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)有：起重

量、起升高度、小車變幅、塔機(jī)轉(zhuǎn)角、起重力矩、風(fēng)速等。塔機(jī)涉及不同種類的多參數(shù)狀態(tài)量的檢測(cè)，必須在滿足監(jiān)測(cè)精度需要的同時(shí)，兼顧經(jīng)濟(jì)性。

表1 為主要傳感器參數(shù)表。

2.5 主要部分電路設(shè)計(jì)

     1）C51RF-3-PK 接口模塊 C51RF-3-PK開(kāi)發(fā)板提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線龍無(wú)線模塊通用接口，這個(gè)接口將芯片的硬件資源向外擴(kuò)展出來(lái)，用戶可以根據(jù)自己的需要制作外圍設(shè)備，也可用不同的CPU 來(lái)使用該開(kāi)發(fā)板。模塊接口電路圖見(jiàn)圖2。

2）液晶接口 液晶采用的是OCM12864-9

     圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，該模塊提供了一個(gè)完善的驅(qū)動(dòng)電路，提供了20 個(gè)引腳作為和設(shè)備的連接接口。該模塊的位并行數(shù)據(jù)通信，采用了74HC595 解碼來(lái)節(jié)約更多的端口方便二次開(kāi)發(fā)，

如圖3 所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

     3.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

     我們首選IAR 來(lái)完成對(duì)芯片CC243 程序編輯、編譯、調(diào)試、仿真、下載等工作。IAREmbedded Workbench 的編譯器和調(diào)試器是目前切合嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)最好的工具。用GPRS 與棧協(xié)議ZStack-CC2430-1.4.2-1.1.0 建立無(wú)線傳感器協(xié)議，設(shè)置編譯選項(xiàng)，計(jì)算機(jī)通過(guò)串口和無(wú)線射頻模塊進(jìn)行通信，再對(duì)應(yīng)用層里的程序進(jìn)行修改。建立網(wǎng)絡(luò)并綁定傳感器模塊和接收模塊，綁定成功后開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)后引發(fā)SYS_EVENT_MSG 事件，然后調(diào)用函數(shù)進(jìn)行處理，最后通調(diào)zb_ReceiveDataIndication 函數(shù)中的debug_str 函數(shù)將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)。其軟件流程圖如圖4 所示。

3.2 上位機(jī)用戶交互設(shè)計(jì)

     上位機(jī)應(yīng)用程序中主要控件有MS C h a r t圖表控件和Ser i a l Port串口通信兩種。串口通信可以讓計(jì)算機(jī)通過(guò)串口與大部分硬件相連接， 也可以讀取下位機(jī)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)， 定義數(shù)據(jù)函數(shù)Ge tDa ta（），定義獲取數(shù)據(jù)線程GetDataThread，在窗體加載函數(shù)中用數(shù)據(jù)線程反復(fù)檢測(cè)下位機(jī)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)。定義傳輸數(shù)據(jù)線程DataProcessThread，通過(guò)啟用傳輸數(shù)據(jù)線DataProcessThread.Start傳輸數(shù)據(jù)。

3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

      系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2005， 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)采用E-R 模型，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)名為FineComm，共設(shè)置6 張表，分別為F_Sensor( 傳感器表)、F_CommStation( 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)表)、F_Division（監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分組表）、F_StationState( 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)狀態(tài)表)、F_Data（ 歷史數(shù)據(jù)表）、F_Maxinmun( 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)限值表)，其中傳感器表結(jié)構(gòu)如表3 所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

      基于GPRS 的塔機(jī)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，具備系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。下位節(jié)點(diǎn)間具有標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)通訊標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?，組網(wǎng)十分方便。監(jiān)控參數(shù)采集準(zhǔn)確，更新速度快，滿足了實(shí)時(shí)性的要求，應(yīng)用前景較為廣泛