基于 RFID 的天车避碰系统的设计

 1 引言

　　天车是桥式起重机的简称，它是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，天车的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一个矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。有的现场是在一个车间里同时有两台或两台以上的天车。在视角很小的情况下，天车司机要想准确控制天车的位置是很困难的，有可能因操作而发生天车碰撞的事故，造成人员、设备、财产的重大损失。考虑到以上因素，本设计利用RFD定位，并采用nR 05无线传输模块传输两台天车的各自位置信息，再由控制器做出动态LED位置显示、行驶方向判断、近距离报警、停车控制。与传统的天车防碰装置相比，系统受环境的影响小，不受视距影响，提高了系统控制的精确度。因此，基于RFID的无线天车避碰系统将逐步取代传统天车避碰系统。

　　2 系统构成

　　在本系统中。需要控制和监测的两台天车处于同一车问的上下两条轨道上，示意平面图如下图1所示：
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图1 天车车间示意图

　　在图中上天车在吊装物件时，在吊钩处于下放的过程中，上天车的吊钩可能会碰撞到下天车上。改造之前，基本是靠人眼看和喊话进行控制，但是天车司机长时间操作可能造成生产车间的天车碰撞事故。系统选择基于RFID的无线天车避碰控制方法。

　　首先在上下天车驾驶室上分别固定上一个RFID阅读器，然后在靠近天车驾驶室的上天车轨道上每0．5m 贴上一个RFID标签，下天车轨道上也是等距离的贴上RFID标签。当一辆天车运动的时候。阅读器也是跟着运动，同时读取到不同卡片上的位置信息。我们给定上天车在图1中XY平面上的坐标为：(x ，0)，下天车在XY平面上的坐标为：(x ，0)，那么两天车在X轴方向上的距离是：
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考虑到吊钩处于小滑车横梁的中间某一位置，所以考虑到修正值z，则上天车吊钩到下天车的距离为：
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最后根据xdown ，xup，z，D2，系统做出动态LED位置显示、行驶方向判断、近距离报警、停车控制。

　　3 系统硬件设计

　　3．1 RFID模块

　　RFID(Radio Frequency Identification)也就是射频识别技术，RFID系统由3部分组成电子标签(Tag)、读卡器(Reader)和在标签与读卡器之间传递射频信号的微型天线(Antenna)。
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图2 RFID工作原理图

　　RFID工作原理如图2所示，读卡器将要发送的信息，经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，当电子标签进入发射天线工作区域后，收到读卡器发出的射频信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。接着通过调制解码将存储在芯片中自身的相关信息加入到反射回去的射频信号中，电子标签凭借感应电流所获得的能量或者主动将某一频率的信号(Active Tag有源标签或主动标签)发送给读卡器。系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读卡器，读卡器读对接收的信号进行解调和解码后，将其送至中央信息系统进行有关数据处理。中央信息系统根据逻辑运算判断该电子标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，如录入相关数据、显示有关信息或者发出指令信号控制执行机构动作。

　　本设计选用读卡器的型号是UHF远距离一体化读写器，读卡器工作频率是902MHZ一928MHZ，内置水平极化天线，通信口可以是RS一232和RS-4852。通信速率由软件设定，最高可达57600bps。可靠读取距离15米电源是直流12V，平均功耗小于5瓦，工作温度为-35。~+60。。标签考虑到现场的金属环境，选用的是防金属的EPC可读写标签。