黃強

無線智能風(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、塔吊等各種大型機械設(shè)備上的無線智能風(fēng)速預(yù)警儀。可以監(jiān)測0.5-3公里外風(fēng)速和風(fēng)向的變化，并且計算出風(fēng)力抵達本地的時間，并且可以接收PC機風(fēng)力風(fēng)向數(shù)據(jù)采集和查詢管理模塊推送來的天氣預(yù)報，達到安全生產(chǎn)目的。無線智能風(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，用于安全生產(chǎn)分析。結(jié)果簡單、成本低廉，具有一定的實用價值。本文對其設(shè)計與應(yīng)用展開分析，力求為其進一步發(fā)展提供創(chuàng)新的思路。

【關(guān)鍵詞】無線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng) 設(shè)計應(yīng)用 風(fēng)向監(jiān)測

1 引言

為避免因風(fēng)速過快造成的顛覆、吊物墜落風(fēng)險，龍門吊、塔吊等各種大型機械設(shè)備上通常會安裝風(fēng)速計，實時監(jiān)測設(shè)備所處環(huán)境的風(fēng)速，當風(fēng)速超預(yù)警時操作人員停止作業(yè)。但由于風(fēng)速計是安裝在機械設(shè)備本體上的，風(fēng)速過高報警時，機械設(shè)備已處于高風(fēng)速環(huán)境當中，操作安全風(fēng)險并不能得到有效的控制，尤其是經(jīng)常發(fā)生的瞬時高風(fēng)速（陣風(fēng)）。如果能夠提前獲取即將到達的高風(fēng)速，則能提前做好應(yīng)急處理，設(shè)計一個遠程智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)對降低吊車作業(yè)風(fēng)險具有重要意義。目前風(fēng)速監(jiān)控系統(tǒng)存在的主要問題有：功能單一，不能在一個簡單的系統(tǒng)里同時包含圖像監(jiān)視、環(huán)境因素的監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)運行的監(jiān)控和供電環(huán)境監(jiān)控。監(jiān)控管理人員受時間、地點的限制，必須在監(jiān)控室里，在特定的顯示器進行監(jiān)視。擴展性差，無法滿足不斷變化的需求。缺乏科學(xué)的預(yù)防性報警功能，沒有起到積極的預(yù)防作用。

2 無線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)工作原理分析

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

3 無線智能風(fēng)速預(yù)警系統(tǒng)實施方式

3.1 具體實施方式

利用STC89C52單片處理模塊將普通電壓型風(fēng)向、風(fēng)速計測風(fēng)電壓轉(zhuǎn)換“X00.0，000#”文本格式，其中X為風(fēng)速計放置的方向代碼，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。由于被采集的信號是模擬信號，這些信號并不能直接被處理器所分析與處理，故此需要ADC來將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，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，對于實時采集數(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。

連接單片機串口的433MHZ無線傳輸模塊將風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)以廣播形式外發(fā)。安裝在機械設(shè)備上的智能風(fēng)速預(yù)警儀通過433MHZ無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)并測算出風(fēng)力到達時間顯示在智能風(fēng)速預(yù)警儀屏幕上。當風(fēng)力達到預(yù)設(shè)的報警值后智能風(fēng)速預(yù)警儀發(fā)生報警提示和聲音信號。預(yù)計到達時間S（秒）=智能風(fēng)速預(yù)警儀與風(fēng)向計距離L（m）/實時風(fēng)速s（m）

智能風(fēng)速預(yù)警儀對監(jiān)測到達風(fēng)速數(shù)據(jù)進行比較，將每次風(fēng)力等級變化自動保存，用于設(shè)備操作人員查詢和分析。檢測分為兩個模塊，一種可以將風(fēng)速進行相位檢測，另一種控制選擇電壓電流的大小其中之一來進行檢測。PC機風(fēng)力風(fēng)向數(shù)據(jù)采集和查詢管理模塊對監(jiān)測到達風(fēng)速數(shù)據(jù)進行比較，將每次風(fēng)力等級變化自動保存，用于安全管理人員查詢和分析。安全管理人員定時通過PC機風(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)的四個方位安裝的風(fēng)速和風(fēng)向計（分別距離作業(yè)區(qū)0.5km-3km）。通過無線傳輸模塊讓風(fēng)速實時傳輸給安裝龍門吊、塔吊等各種大型機械設(shè)備上在智能風(fēng)速預(yù)警儀。當風(fēng)速計傳回的風(fēng)速大于預(yù)警值時發(fā)出報警信號讓操作人員由充足的時間進行應(yīng)急處理。實現(xiàn)風(fēng)速和風(fēng)向監(jiān)測、預(yù)警、記錄的自動化和智能化，可以給用戶提供一種類似于簡易型快捷操作測量風(fēng)速的方法，但是仍然可以使用快速和定時平均兩種方式測量，也可測風(fēng)量，但是將失去記憶功能。

以影響機械設(shè)備作業(yè)的8級勁風(fēng)和機械設(shè)備距離風(fēng)速計600米為例。7級風(fēng)力時風(fēng)速每秒20米，則600m/20m=30秒后7級風(fēng)到達本地?？紤]風(fēng)速計響應(yīng)、單片機運算、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秒鐘進行應(yīng)急處理。

在4個方向，大于300米以上位置放置四個風(fēng)速計，通過無線傳輸模塊已廣播方式傳送給機型設(shè)備上的預(yù)警儀。風(fēng)力通過其中一個風(fēng)速計時，風(fēng)速計將數(shù)據(jù)傳送給，接收設(shè)備。風(fēng)速（0-25m/s）遠低于電磁波速度（3*10^5km/s），這是實現(xiàn)提前預(yù)警的基礎(chǔ)。預(yù)計到達時間S=距離（m）/風(fēng)速值（m/s）.在實際應(yīng)用中，四個方向的風(fēng)速計，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)

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

參考文獻

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作者單位

中國石油物資滄州公司 河北省滄州市 061000endprint