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张成研 姚星|常德职业技术学院
摘要：本文提出应用于汽车起重机上
的多传感器防碰撞系统，分析汽车起重机
关键词：超声波传感器；防碰撞系统；汽车起重机
汽车起重机已经是日常生产中常见的工程起重机，随着我国经济的快速发展，城市建筑设施建设也随
之增大，汽车起重机已经是工地建设和物流运输中不可或缺的部分，相对塔吊等，具有体积小，便于运输等特点。随着起重机的技术不断成熟，汽车起重机的起吊吨位不断提高，吊臂的长度不断增加，随之引发的碰撞的破坏性也更大，在目前的安全事故中，大多数因为人为操作不当而引发安全事故，其中主要的安全事故就有吊臂折断、侧翻和碰撞。吊臂碰撞多发的原因主要是随着吊臂不断伸长，形成的视觉盲区增大，操作者难以及时发现障碍物。其次，障碍物与吊臂之间距离难以判断，操作者凭经验进行判断，极容易误判，造成安全事故。
1 汽车起重机碰撞故障种类
汽车起重机碰撞主要研究在起吊过程中导致的碰撞，通过对生产企业的走访调研，将碰撞事故可以分为两类：吊臂末端碰撞，吊钩及货物碰撞。
吊臂末端碰撞：随着吊臂伸长、倾角变化，吊臂末端的视觉盲区增多，起吊过
程中容易碰撞障碍物，目前常见的报警装置基本对于大型障碍物判断准确，而汽车起重机危害较大的电缆检测准确率较低，电缆碰撞极易造成触电等二次事故，电缆体积较小，仅仅靠超声波雷达监测，漏检概率较高，单一的传感器检测已经无法满足市场需求。
吊钩及货物的碰撞：由于起吊角度高度的变化，吊钩和货物移动容易受到风速影响，产生晃动。视角盲区和风速，导致货物碰撞车体、墙体等障碍物，带来经济损失。（见图1）
图1从上向下建立汽车起重机碰撞事故树模型，是为了寻事故发生的原因而建立的，查薄弱环节的同时就确定了汽车起重机监测部位[1]。
欧派电动车质量2 传感器的选择
2.1 超声波测距传感器
海马汽车论坛超声波频率较高、反射性强的特点，经常被用于测距系统中，在汽车防碰撞中应用较多。超声波测距采用发出超声波到收到反射回的超声波时间差t，距离L=V*t/2，整个t 的时间段内，超声波往返一次相当于2倍实际距离，v 表示超声波传播速度，这种检测方法被称为渡越时间检测法，采用这种检测方法的优势在于便于采用ARM 进行数据分析和处理。
2.2 温度传感器
温度传感器的搭载主要为了补偿温度对超声波速度影响，超声波测距的误差来源于温度对超声波的影响，本项目中使用DS18B20C 数字式传感器，该传感器具备体积小、成本低、精度高、单总线通信，大大节约片内空间。实时采集吊臂运行温度，根据温度对超声波测距结果进行温度补偿。增设温度补偿模块，以确保测距结果的精确性。
2.3 摄像机
汽车网上选号北京现代索纳塔8摄像机主要解决视觉盲区问题，对于电缆等体积较小障碍物测量精度不高，搭
涡轮增压和自然吸气载图像采集传感器，及时传回吊臂顶端和吊钩处图像，弥补超声波测距的不足，提高整个系统的可靠性。
3 防碰撞系统设计
本系统中采用ARM 为控制核心，连接温度传感器、超声波测距传感器、摄像
机，报警执行元件则用声光报警模块组成，
当检测障碍物距离低于3m 时则发声光报价，当距离减小时，提升报警声频率和报警LED 闪烁频率，下图为整个系统硬件结构图。（见图2）超声波传感器根据故障树分析得出易碰撞点，并对易撞点安装超声波传感器，避免单一传感器形成误报，采用多传感器联合检测，有效减少提升检测精度。传感器的检测覆盖范围存在盲区和重叠区，盲区则无法检测到障碍物，而重叠区的形成时由于传感器安装过密，造成数据冗余，检测信息量重复性高。所以防碰撞系统中安装超声波传感器要求，吊臂四周形成3m 的线性保护区域，进入该区域及时报警，并显示报警位置。在保证上述原则基础上，尽可能减少传感器数量，降低系统成本，避免造成数据过多冗余。
整个系统以超声波传感器网络为测距核心，辅助温度补偿模块，检查吊臂运行时周围环境温度，对超
声波测距进行温度补偿，提高超声波测距精度。其次，摄像机安装与吊臂末端顶部和吊钩顶部，减少操作者视角盲区，观察吊臂和货物周围情况，便于操作者做出准确判断，有效避免超声波漏报警带来的安全隐患。
该系统设计以ARM控制芯片为核心，采用多传感器融合技术，有效避免单一传感器带来的误报。其次辅助温度补偿模块和摄像机，弥补超声波传感器的不足，大大提高报警系统的可靠性。
参考文献
[1]陈颖.基于超声信号塔式起重机安全预警信息获取技术研究[D].西安：西安建筑科技大学,2010.
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传感器（英文名称：transducer/
sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。微型汽车报价
传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活
了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、敏元件和味敏元件等十大类。
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律
(
数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
图1 碰撞故障树
图2 系统硬件结构图
项目来源：2019年常德职业技术学院一般项目（项目编号ZY1923）
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