集装箱起重机装载检测及分拣系统设计

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摘要：该设计以集装箱正面起重机为研究对象，根据集装箱装卸状态平衡的要求对专业车辆进行装备技术升级改造。该设计在与原车辆装置兼容的情况下，利用32位ARM单片机搭建，开发集装箱装载状态自动识别检测和分拣监测系统，极大保证安全作业并提高工作效率，具有实际应用价值。

关键词：集装箱；装载；识别；分拣；监测

引言

集装箱正面起重机是用来装卸集装箱的一种起重设备，其主要应用领域包含集装箱堆叠和码头水平运输等方面。该设备具有机动灵活、操作方便、稳定性好、轮压较低、堆码层数高、堆厂利用率高等优点。该设计以铁路中转站的集装箱正面起重机为研究对象，原设备利用可伸缩和左右旋转的集装箱吊具进行集装箱装卸作业，作业过程利用吊具上的4个对正位置传感器检测、确认集装箱抓取到位。当抓取到位后黄色指示灯亮，作业人员进行吊具锁定操作且绿色指示灯亮，当绿灯亮后作业人员才可进行提升作业，将集装箱放置到指定的位置，放置到位后解除吊具锁定状态绿色指示灯灭红色指示灯亮。整个作业过程中起重机无法识别集装箱是空箱还是重箱的装载状态，具有作业堆放不平衡的风险。该设计根据集装箱装卸状态平衡的要求，对专业车辆进行装备技术升级改造，增加对集装箱装载状态自动识别检测的功能和集装箱的堆叠分拣状态监测功能，能够最大程度的保证堆放平衡，保证安全作业。

1系统控制功能设计

该系统安装使用前需手动进入触摸屏参数设置界面，校准重量数据、GPS定位数据，设置空箱上限值，重箱下限值，语音播报频次数等。系统选择STM32F10ZET6单片机做核心处理器。系统启动后，检测吊具状态灯信号，在黄灯信号亮时，延时10S后采集压力、臂距、臂角度3组数据，处理器计算出集装箱重量。待绿灯信号亮时，将重量数据与设置值对比，把对比结果指令发送给语音模块进行正确的语音播报。放置指定位置待绿灯信号灭红灯信号亮时，采集GPS数据，把GPS数据和重量数据通过4G模块发送到监测中心。将整个系统分成若干个功能模块，每个模块对应一个子程序，该编程方法增强了程序可读性，使得代码结构清晰，保证调试的方便性和系统的可维护性。该系统结构主要分为主控模块、压力采集模块、臂距采集模块、角度采集模块、GPS模块、4G模块通信、语音模块、触摸屏模块等，

1.1集装箱重量检测模块

系统对指示灯状态识别，判定起重机吊具锁定且进行提升作业中（即绿灯亮过程），利用PA-28SR传感器对吊臂压力进行实时监测，通过STM32F10ZET6对红外测距传感器和角度传感器对吊臂的长度和角度进行测量，且通过吊臂的压力传感器进行支点压力采集，数据综合分析计算出集装箱重量。作业过程如图2所示。

1.2语音播报模块

系统配置100分贝的高分贝扩音器进行堆场内集装箱空、重箱语音播报。STM32F10ZET6单片机将计算出的集装箱重量和与输入的预置值对比，根据对比值进行“空箱”或者“重箱”的连续3次语音提示播报。工作过程如图3。

1.3集装箱分拣监测模块

系统对指示灯状态识别，当判定起重机将集装箱放置到位（即绿灯灭红灯亮时），系统立即采集GPS精确定位数据并启动4G数据模块，同时将定位数据和重量数据发送给监控平台中心进行存储。平台中心收到数据后生成平面放置图，形成可追溯的分拣监测记录。

2系统硬件电路设计

该系统选择STM32F10ZET6单片机作为主控中央处理器，主控模块的输入量信号数据主要包括3个起重机吊具状态灯信号，压力采集电压信号，臂距数据信号，角度数据信号，GPS数据信号，触摸屏参数设置输入信号。主控模块的输出数据主要有包括：触摸屏数据显示，语音播报指令，4G通信数据，部分硬件电路如图4所示。

3触摸屏控制设计

3.1触摸屏界面设计

集装箱正面起重机装载检测及分拣监测系统的控制界面主要包括：系统启动工作界面，操作说明界面，分拣监测界面，状态显示界面，参数设置界面。系统启动工作界面如图5所示，主要控制启动、停止功能。显示实时重量信息，箱号数据，空箱或者重箱指示，运行状态。参数设置界面图如图6所示，主要设置校准重量数据、GPS定位数据，设置空箱上限值，重箱下限值，语音播报频次数。这些参数的校准对监测数据准确性尤为重要。

3.2触摸屏部分程序设计

4结束语

该设计升级改造铁路中转站的集装箱正面起重机，使其具有对集装箱装载状态的自动识别检测功能和集装箱的堆叠分拣状态监测功能，具有很好的系统兼容性，达到实际应用的目的。该系统能广泛应用于中小港口，铁路中转站和公路中转站的集装箱装卸，也可在大型集装箱码头作为辅助设备来使用，能够最大程度的保证堆放平衡，提升安全作业。

参考文献：

[1]顾闻.集装箱装载状态检测及箱号自动识别技术[J].铁路通信信号工程技术，2019，16（04）：94-97.

[2]郭文生，许力.岸边集装箱起重机机构在线实时监测系统研究[J].港口装卸，2019（02）：45-47.

[3]谢京强.集装箱起重机工作模型优化和多目标路径的实现[J].中国设备工程，2018（14）：72-73.

作者：陈景琳 吴鸿烨 单位：福州职业技术学院机电工程系