集裝箱車輛碼頭裝卸定位系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

摘要：本文主要介紹了利用激光的方向性好、亮度高、相干性好的特性實(shí)現(xiàn)的港口集裝箱定位系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，加上無線遙控裝置，方便了吊橋上的工作人員進(jìn)行停車位置切換。

關(guān)鍵詞：激光;紅外;遙控

1.引言

集裝箱運(yùn)輸已經(jīng)為國際貿(mào)易帶來了革命性變化，使得汽車零部件和玩具之類的小商品能通過海路、鐵路和公路迅速運(yùn)輸。集裝箱運(yùn)輸?shù)难该桶l(fā)展，使得碼頭集裝箱的流量巨大，于是集裝箱的快速裝卸便被擺在了重要位置。目前，碼頭上大多采用的是人工指揮集裝箱的裝載。其缺點(diǎn)是效率很低，影響集裝箱的裝卸速度，不利于整個(gè)港口的高速運(yùn)作。若在橋吊兩側(cè)安裝“人眼”（攝像頭），在集裝箱卡車（以下簡(jiǎn)稱集卡）內(nèi)安裝接收設(shè)備，則使成本大大增加。本文所設(shè)計(jì)的集裝箱車輛碼頭裝卸定位系統(tǒng)具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：定位精確、反應(yīng)速度快、成本低、操作方便、減小了工人的工作強(qiáng)度，并顯著提高了工作效率。

2.設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用紅外檢測(cè)法和激光檢測(cè)法。

（一）第一預(yù)告區(qū)采用了紅外檢測(cè)的方法。當(dāng)駕駛員IC卡識(shí)別系統(tǒng)給出放行信號(hào)，電子檔桿抬起放行后，若有紅外光被反射回來，說明有車輛駛?cè)?，也代表有車輛通過，此時(shí)檔桿恢復(fù)原位，若半分鐘內(nèi)，無紅外光被反射即無車輛通過，檔桿也恢復(fù)原位;檢測(cè)到車輛通過以后，啟動(dòng)第二預(yù)告區(qū)的檢測(cè)裝置。

（二）第二預(yù)告區(qū)的檢測(cè)裝置采用了激光檢測(cè)方法，光敏檢測(cè)管若檢測(cè)到從集卡上的特殊反射鏡（該鏡面可以使得任意發(fā)射方向的激光按照原路返回）反射回的信號(hào)，則說明的確有集裝箱進(jìn)入（其他物體反射回的光很弱，對(duì)本系統(tǒng)無干擾，即使是平面鏡，由原路返回的概率也很小，很難引起誤觸發(fā)），當(dāng)集裝箱進(jìn)入每個(gè)目標(biāo)位置前3米、l米處分別發(fā)出第一、第二預(yù)警信號(hào)，告訴司機(jī)目標(biāo)位置正逐步接近。為了使司機(jī)能快速停準(zhǔn)位置，提高整個(gè)港口的運(yùn)行效率，本系統(tǒng)在每個(gè)目標(biāo)位置前3米、l米處分別發(fā)出第一、第二預(yù)警信號(hào)，告訴司機(jī)目標(biāo)位置正逐步接近。距離目標(biāo)位置3米時(shí)，點(diǎn)亮紅燈，以通知司機(jī)，離目標(biāo)位置還有1m點(diǎn)亮黃燈，以提示司機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)目標(biāo)位置定位裝置。

（三）定位裝置采用了激光檢測(cè)方法，若在一定時(shí)間內(nèi)沒有檢測(cè)到被反射回的信號(hào)，則說明進(jìn)入第一預(yù)告區(qū)的不是集裝箱，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位;若集卡經(jīng)過目標(biāo)位置一次，則紅燈點(diǎn)亮一次（200ms），若集卡停在了目標(biāo)位置，則紅燈一直亮著，司機(jī)即可從紅燈的亮暗來判斷是否到達(dá)目標(biāo)位置。到達(dá)目標(biāo)位置后，啟動(dòng)自動(dòng)稱重系統(tǒng)進(jìn)行稱重，然后進(jìn)行裝卸貨，再一次稱重，并記錄兩次稱重之差;通知駕駛員離開，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。

3.車輛探測(cè)單元的設(shè)計(jì)

集裝箱車輛碼頭裝卸定位系統(tǒng)的探測(cè)裝置采用紅外探測(cè)。紅外探測(cè)單元分為紅外發(fā)射裝置和紅外接收裝置兩部分。

（一）紅外發(fā)射裝置所需主要元件——8050三極管， 8050是一種低電壓，大電流，小信號(hào)的NPN型三極管，做對(duì)射式使用時(shí)，由于是紅外線發(fā)射管和接收管正對(duì)，反射管發(fā)射的光線直接投射到接收管，近距離內(nèi)幾乎沒有衰減，因此發(fā)射管無須較大的發(fā)射功率，接收管對(duì)周邊電路要求也不是很高。對(duì)普通功率的紅外線發(fā)射管來講，一般連續(xù)工作正向電流（直流）都可達(dá)50mA，脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)可達(dá)1A或1.2A及1.5A，主要受驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比來決定。但實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，都很少讓它工作在極限電流狀態(tài)即可達(dá)到要求。紅外發(fā)射裝置主要用途是常規(guī)應(yīng)用以及音頻放大。

（二）紅外接收裝置即紅外接收三極管，通常只有兩只腳，可簡(jiǎn)單理解為一個(gè)紅外線二極管和一個(gè)三極管的集成，它的集電極發(fā)射極間（C，E極間）可等效為單向?qū)ǖ囊粋€(gè)光敏電阻，不同于普通光敏電阻的是它的等效電阻的變化范圍更寬廣，飽和導(dǎo)通時(shí)為幾百歐姆，截止時(shí)為無窮大。它的主要功能包括放大，選頻，解調(diào)幾大部分，要求輸入信號(hào)需是已經(jīng)被調(diào)制的信號(hào)。經(jīng)過它的接收放大和解調(diào)會(huì)在輸出端直接輸出原始的信號(hào)。從而使電路達(dá)到最簡(jiǎn)化！靈敏度和抗干擾性都非常好，可以說是一個(gè)接收紅外信號(hào)的理想裝置。

紅外探測(cè)單元的電路如圖1所示。

4.車輛距離與位置檢測(cè)單元的設(shè)計(jì)

車輛距離與位置檢測(cè)單元主要采用激光探測(cè)。

激光檢測(cè)單元分為激光發(fā)射裝置和激光接收裝置兩部分。

（一）激光發(fā)射裝置的主要部分是激光二極管和NPN型8050三極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低，輸出功率高的優(yōu)點(diǎn)，在雙向光接收機(jī)的回傳模塊中，上行發(fā)射一般都采用量子阱激光二極管作為光源，它的主要作用是發(fā)出激光信號(hào)。8050三極管放大器起放大信號(hào)的作用。

（二）激光接收裝置采用CX20106紅外接收裝置， CX20106是紅外線遙控接收前置放大雙極性集成電路，內(nèi)部電路由前置放大器、自動(dòng)偏執(zhí)電平控制電路、限幅放大器、帶通放大器、峰值檢波器和波形整型電路等組成。CX20106性能優(yōu)越，可用來代替多種信號(hào)的遙控集成電路。

所設(shè)計(jì)的激光檢測(cè)單元的電路如圖2所示：

5.小結(jié)

該設(shè)計(jì)與現(xiàn)有智能定位系統(tǒng)比較，具有定位精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)有紅外預(yù)檢區(qū)，整個(gè)系統(tǒng)平時(shí)處于休眠狀態(tài)，只有當(dāng)車輛進(jìn)入預(yù)檢區(qū)后才打開、工作，這樣不僅減小了整機(jī)功耗，更延長(zhǎng)了系統(tǒng)工作壽命。

作者簡(jiǎn)介：王芳，女，1969，漢族，威海職業(yè)學(xué)院副教授，工程碩士。