無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

黃強(qiáng)

無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)屬于一種安全生產(chǎn)工具，是安裝在龍門吊、塔吊等各種大型機(jī)械設(shè)備上的無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警儀。可以監(jiān)測(cè)0.5-3公里外風(fēng)速和風(fēng)向的變化，并且計(jì)算出風(fēng)力抵達(dá)本地的時(shí)間，并且可以接收PC機(jī)風(fēng)力風(fēng)向數(shù)據(jù)采集和查詢管理模塊推送來(lái)的天氣預(yù)報(bào)，達(dá)到安全生產(chǎn)目的。無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警儀和PC查詢管理模塊可將采集到的風(fēng)速和風(fēng)力數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，用于安全生產(chǎn)分析。結(jié)果簡(jiǎn)單、成本低廉，具有一定的實(shí)用價(jià)值。本文對(duì)其設(shè)計(jì)與應(yīng)用展開分析，力求為其進(jìn)一步發(fā)展提供創(chuàng)新的思路。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng) 設(shè)計(jì)應(yīng)用 風(fēng)向監(jiān)測(cè)

1 引言

為避免因風(fēng)速過(guò)快造成的顛覆、吊物墜落風(fēng)險(xiǎn)，龍門吊、塔吊等各種大型機(jī)械設(shè)備上通常會(huì)安裝風(fēng)速計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備所處環(huán)境的風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速超預(yù)警時(shí)操作人員停止作業(yè)。但由于風(fēng)速計(jì)是安裝在機(jī)械設(shè)備本體上的，風(fēng)速過(guò)高報(bào)警時(shí)，機(jī)械設(shè)備已處于高風(fēng)速環(huán)境當(dāng)中，操作安全風(fēng)險(xiǎn)并不能得到有效的控制，尤其是經(jīng)常發(fā)生的瞬時(shí)高風(fēng)速（陣風(fēng)）。如果能夠提前獲取即將到達(dá)的高風(fēng)速，則能提前做好應(yīng)急處理，設(shè)計(jì)一個(gè)遠(yuǎn)程智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)對(duì)降低吊車作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。目前風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)存在的主要問題有：功能單一，不能在一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)里同時(shí)包含圖像監(jiān)視、環(huán)境因素的監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的監(jiān)控和供電環(huán)境監(jiān)控。監(jiān)控管理人員受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，必須在監(jiān)控室里，在特定的顯示器進(jìn)行監(jiān)視。擴(kuò)展性差，無(wú)法滿足不斷變化的需求。缺乏科學(xué)的預(yù)防性報(bào)警功能，沒有起到積極的預(yù)防作用。

2 無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)工作原理分析

為了能夠提前獲取遠(yuǎn)端的風(fēng)速和風(fēng)向變化，無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)提供了一種可以對(duì)遠(yuǎn)端風(fēng)速變化提前預(yù)警的無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警儀。通過(guò)串口無(wú)線傳輸模塊將設(shè)置在四個(gè)方向的遠(yuǎn)端風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給機(jī)械設(shè)備上的無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警儀。預(yù)警儀根據(jù)機(jī)械設(shè)備與風(fēng)速風(fēng)向計(jì)的距離以及實(shí)時(shí)風(fēng)速，計(jì)算出風(fēng)力到達(dá)機(jī)械設(shè)備的時(shí)間并顯示在預(yù)警儀上，到達(dá)提前預(yù)警的目的。同時(shí)預(yù)警儀將采集到的風(fēng)速和風(fēng)力數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，用于安全生產(chǎn)分析。無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)是基于無(wú)線傳輸?shù)那度胧斤L(fēng)速無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警儀，包括風(fēng)速和風(fēng)向計(jì)、單片機(jī)處理模塊、串口無(wú)線傳輸模塊、嵌入式智能預(yù)警儀、PC機(jī)風(fēng)力風(fēng)向數(shù)據(jù)采集和查詢管理模塊。

3 無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)實(shí)施方式

3.1 具體實(shí)施方式

利用STC89C52單片處理模塊將普通電壓型風(fēng)向、風(fēng)速計(jì)測(cè)風(fēng)電壓轉(zhuǎn)換“X00.0，000#”文本格式，其中X為風(fēng)速計(jì)放置的方向代碼，00.0為風(fēng)速值，000為風(fēng)向角度值。單片機(jī)以0.2s一次的頻率將數(shù)據(jù)從串口輸出。由于被采集的信號(hào)是模擬信號(hào)，這些信號(hào)并不能直接被處理器所分析與處理，故此需要ADC來(lái)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最終傳輸給處理器。A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集的最為關(guān)鍵的一環(huán)，轉(zhuǎn)化速度的快慢與精度的高低直接影響到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的好壞。A/D轉(zhuǎn)換器具有很多類型，本次設(shè)計(jì)所用的A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器。此芯片轉(zhuǎn)換速度快，精度高，對(duì)于實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)非常有利，為以后的主控芯片分析數(shù)據(jù)提高了效率。

連接單片機(jī)串口的433MHZ無(wú)線傳輸模塊將風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)以廣播形式外發(fā)。安裝在機(jī)械設(shè)備上的智能風(fēng)速預(yù)警儀通過(guò)433MHZ無(wú)線傳輸模塊的串口接收風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。智能風(fēng)速預(yù)警儀將接收到“X00.0，000#”格式的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為風(fēng)力和風(fēng)并測(cè)算出風(fēng)力到達(dá)時(shí)間顯示在智能風(fēng)速預(yù)警儀屏幕上。當(dāng)風(fēng)力達(dá)到預(yù)設(shè)的報(bào)警值后智能風(fēng)速預(yù)警儀發(fā)生報(bào)警提示和聲音信號(hào)。預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間S（秒）=智能風(fēng)速預(yù)警儀與風(fēng)向計(jì)距離L（m）/實(shí)時(shí)風(fēng)速s（m）

智能風(fēng)速預(yù)警儀對(duì)監(jiān)測(cè)到達(dá)風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將每次風(fēng)力等級(jí)變化自動(dòng)保存，用于設(shè)備操作人員查詢和分析。檢測(cè)分為兩個(gè)模塊，一種可以將風(fēng)速進(jìn)行相位檢測(cè)，另一種控制選擇電壓電流的大小其中之一來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。PC機(jī)風(fēng)力風(fēng)向數(shù)據(jù)采集和查詢管理模塊對(duì)監(jiān)測(cè)到達(dá)風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將每次風(fēng)力等級(jí)變化自動(dòng)保存，用于安全管理人員查詢和分析。安全管理人員定時(shí)通過(guò)PC機(jī)風(fēng)力風(fēng)向數(shù)據(jù)采集和查詢管理模塊將天氣預(yù)報(bào)信息推送到智能風(fēng)速預(yù)警儀，用于安全提示。

3.2 塔吊作業(yè)分析

在塔吊作業(yè)區(qū)的四個(gè)方位安裝的風(fēng)速和風(fēng)向計(jì)（分別距離作業(yè)區(qū)0.5km-3km）。通過(guò)無(wú)線傳輸模塊讓風(fēng)速實(shí)時(shí)傳輸給安裝龍門吊、塔吊等各種大型機(jī)械設(shè)備上在智能風(fēng)速預(yù)警儀。當(dāng)風(fēng)速計(jì)傳回的風(fēng)速大于預(yù)警值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)讓操作人員由充足的時(shí)間進(jìn)行應(yīng)急處理。實(shí)現(xiàn)風(fēng)速和風(fēng)向監(jiān)測(cè)、預(yù)警、記錄的自動(dòng)化和智能化，可以給用戶提供一種類似于簡(jiǎn)易型快捷操作測(cè)量風(fēng)速的方法，但是仍然可以使用快速和定時(shí)平均兩種方式測(cè)量，也可測(cè)風(fēng)量，但是將失去記憶功能。

以影響機(jī)械設(shè)備作業(yè)的8級(jí)勁風(fēng)和機(jī)械設(shè)備距離風(fēng)速計(jì)600米為例。7級(jí)風(fēng)力時(shí)風(fēng)速每秒20米，則600m/20m=30秒后7級(jí)風(fēng)到達(dá)本地。考慮風(fēng)速計(jì)響應(yīng)、單片機(jī)運(yùn)算、數(shù)據(jù)0.2s傳遞間隔、操作人員反應(yīng)等因素減去5秒，即操作人員有25秒鐘進(jìn)行應(yīng)急處理。

在4個(gè)方向，大于300米以上位置放置四個(gè)風(fēng)速計(jì)，通過(guò)無(wú)線傳輸模塊已廣播方式傳送給機(jī)型設(shè)備上的預(yù)警儀。風(fēng)力通過(guò)其中一個(gè)風(fēng)速計(jì)時(shí)，風(fēng)速計(jì)將數(shù)據(jù)傳送給，接收設(shè)備。風(fēng)速（0-25m/s）遠(yuǎn)低于電磁波速度（3*10^5km/s），這是實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警的基礎(chǔ)。預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間S=距離（m）/風(fēng)速值（m/s）.在實(shí)際應(yīng)用中，四個(gè)方向的風(fēng)速計(jì)，通常距離設(shè)備是不同的，因此需要輸入距離數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)

無(wú)線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)的使用對(duì)于現(xiàn)代科技發(fā)展運(yùn)行意義重大，需要結(jié)合新技術(shù)、新思路對(duì)其進(jìn)行完善與創(chuàng)新，對(duì)于設(shè)備的常見問題做到及時(shí)的排查與解決，通過(guò)現(xiàn)代化的方法，結(jié)合實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，保證工作的質(zhì)量，使得設(shè)備使用更加有保障。

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作者單位

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