通讯速率按需调整的塔机间无线信息交互方法及系统.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410665309.2 (22)申请日 2014.11.20 H04W 28/22(2009.01) H04W 28/24(2009.01) H04W 48/06(2009.01) B66C 23/88(2006.01) (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长沙市麓山南路 932 号 (72)发明人 肖友刚 杨群 孙亮 陈江 申肖雪 (54) 发明名称 通讯速率按需调整的塔机间无线信息交互方 法及系统 (57) 摘要 本发明公开了一种按需调整通讯速率的塔机 间无线信息交互方法及系统，通过判断申请入网 塔机与网内塔机间。

2、的交迭关系，将与网内塔机存 在交迭关系的塔机节点加入网络 ；将塔机的实时 回转角与自由区、缓冲区、交迭区的临界角进行对 比，得出塔臂当前所在区域，根据区域属性自动调 整通讯优先级 ；根据通讯优先级自动调整数据发 送在线节点列表，使优先级最高的节点享有最快 的数据发送频率，及时地将塔机的动态数据发送 给交迭塔机。系统包括信息检测装置、无线射频模 块、信息预处理装置、嵌入式平板电脑，系统间按 照无线信息交互协议通讯。本发明能按需调整数 据发送频率，使最有可能碰撞的塔机节点拥有最 快的数据发送速度，及时地为防碰决策提供参数。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明。

3、专利申请 权利要求书4页 说明书8页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104486801 A (43)申请公布日 2015.04.01 CN 104486801 A 1/4 页 2 1.按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，其特征在于 ：包括如下步骤 ： 步骤 1、组建交迭塔机间的无线信息交互网络 安装在塔机司机室中的塔机无线信息交互系统上电后，无线射频模块根据运行于其中 无线信息交互程序，依次进行信道扫描，并通过随机退避竞争产生临时主节点。临时主节点 周期性地发送消息，等待其它节点加入网络。 待加入节点在数据交互的预留时隙按照退避算法进行退避后，发送上线请求信息，其 中包含待加入塔机。

4、的静态数据。网络中节点根据待加入节点的上线请求信息，判断彼此间 的交迭关系，并将交迭塔机的静态数据保存在嵌入式平板电脑中。 临时主节点在预留时隙回复一个带确认加入指令的网络控制帧，确认交迭塔机节点的 加入，同时同步所有在线节点，并更新网络在线节点列表。待加入节点在收到允许加入信息 后，加入网络，建立在线节点列表，并进入信息交互周期，周期性地发送自身动态数据。 步骤 2、根据塔机运行区域属性自动调整塔机节点的通讯优先级 将塔机自由区的通讯优先级定为 0 级，缓冲区定为 1 级，交迭区定为 2 级。对比塔机的 实时回转角和塔机自由区、缓冲区、交迭区的临界值，确定塔机的当前运行区域属性。根据 其运行。

5、区域的属性，自动调整该塔机节点的通讯优先级。 步骤 3、根据通讯优先级自动调整塔机节点的数据发送频率 在当前信息交互周期，塔机节点利用发送自身数据的时隙，将带有优先级调整指令的 数据帧发送出去，并由临时主节点在预留时隙更新数据发送在线节点列表。在下一个信息 交互周期，就会按照新在线节点列表进行数据交互，使优先级最高的节点享有最快的数据 发送频率，从而实现节点信息交互速率的按需调整。 2.根据权利要求 1 所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，其特征在 于 ：所述的步骤 1 中，塔机间是否存在交迭关系的判断过程包括如下步骤 ： 步骤 A、假设塔机 i、塔机 j 的回转中心在 xy 平面。

6、内的投影点坐标分别为 (x i ，y i )、(x j ， y j )，则塔机 i、塔机 j 回转中心在 xy 平面内投影点间的距离 d ij 可表达为 步骤 B、假设塔机 i、塔机 j 起重臂的最大回转半径分别为 R ci 、R cj ，则塔机 i 及塔机 j 的 最大回转半径和 R ij 可表达为 ； R ij R ci +R cj (2) 步骤 C、若 d ij R ij ，则塔机 i 和塔机 j 间存在交迭关系，两塔机有可能发生碰撞 ；若 d ij R ij ，则塔机 i 和塔机 j 间不存在交迭关系，两塔机不可能发生碰撞。 3.根据权利要求 1 所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息。

7、交互方法，其特征在 于 ：所述的步骤 2 中，塔机当前运行区域属性的确定过程包括如下步骤 ： 步骤 A、假设塔机 i、塔机 j 的回转中心在 xy 平面内投影点为 O i 、O j ，则 O i O j 与 X 轴正向 的夹角 ij 可表达为 步骤 B、将塔机 i、塔机 j 交迭区所对应圆心角的一半分别记为 i 、 j ，则 当 时， 权 利 要 求 书CN 104486801 A 2/4 页 3 当 时， 若式(4)(7)中R i 、R j 分别表示塔机 i、塔机 j 的起重臂长度，意味着两塔机的起重 臂存在交迭，依据上述步骤可求出两起重臂的交迭区 ；若 R i 、R j 分别表示塔机 i、。

8、塔机 j 的平 衡臂长度，意味着两塔机的平衡臂存在交迭，依据上述步骤可求出两平衡臂的交迭区 ；若 R i 表示塔机 i 的起重臂长度、R j 表示塔机 j 的平衡臂长度，意味着塔机 i 的起重臂和塔机 j 的 平衡臂存在交迭，依据上述步骤可求出塔机i的起重臂和塔机j的平衡臂的交迭区 ；若R i 表 示塔机 i 的平衡臂长度、R j 表示塔机 j 的起重臂长度，意味着塔机 i 的平衡臂和塔机 j 的起 重臂存在交迭，依据上述步骤可求出塔机 i 的平衡臂和塔机 j 的起重臂的交迭区。 步骤 C、确定塔机各运行区域属性的边界值 当塔机 i 位于塔机 j 的右边，其横坐标 x i x j 。塔机 i 。

9、逆时针进入交迭区时，起始角 为 k360 + ij - i (k -1，0，1. 下同 )，终止角为 k360 + ij + i ，角度逐渐增加 ； 当塔机i顺时针进入交迭区时，起始角为k360+ ij + i ，终止角为k360+ ij - i ， 角度逐渐减少。塔机j逆时针进入交迭区时，起始角为k360+180+ ij - j ， 终止角为 k360 +180 + ij + j ，角度逐渐增加；顺时针进入交迭区时，起始角为 k360 +180 + ij + j ，终止角为 k360 +180 + ij - j ，角度逐渐减少。 当塔机 j 位于塔机 i 的左边，其横坐标 x i x j 。。

10、塔机 i 逆时针进入交迭区时，起始角 为 k360 +180 + ij - i ，终止角为 k360 +180 + ij + i ，角度逐渐增加 ；顺时针 进入交迭区时，起始角为 k360 +180 + ij + i ，终止角为 k360 +180 + ij - i ， 角度逐渐减少。塔机j逆时针进入交迭区时，起始角为k360+ ij - j ，终止角为 k360 + ij + j (k -1，0，1)，角度逐渐增加 ；当塔机 i 顺时针进入交迭区时，起始角为 k360 + ij + j ，终止角为 k360 + ij - j ，角度逐渐减少。 考虑到回转惯性作用，在进入塔机交迭区之前设置缓冲。

11、区，缓冲区所对应的圆心角根 据现场经验或实测确定。依经验确定塔机高速档缓冲角为 90、中速档缓冲角为 60、低 速档缓冲角为 30。实测时让塔机在不同速度回转时刹车，记录塔机停下来后所转过的角 度，作为缓冲角。 塔机运行的自由区，为除缓冲区、交迭区之外的区域。 4.根据权利要求 1 所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，其特征在 于 ：所述的步骤 3 中，根据节点通讯优先级自动调整节点数据发送频率的过程包括如下步 骤： 步骤 A、根据节点通讯优先级调整节点数据发送列表 权 利 要 求 书CN 104486801 A 3/4 页 4 将网内所有在线节点列表作为数据发送节点列表的第 1 。

12、段，优先级为 1 以上的所有在 线节点列表作为第 2 段，优先级为 2 以上的所有在线节点列表作为第 3 段，将这些段依次连 接，形成一个数据发送在线节点列表。当塔机的运行区域改变时，通讯优先级会进行自动调 整，因而数据发送在线节点列表也会随之进行自动调整。 步骤 B、根据数据发送在线节点列表确定节点数据发送频率 由网内节点构成的数据发送在线节点列表，加上 2 个用于节点加入和临时主节点控制 网络的预留时隙，构成一个完整的信息交互周期。在这个周期中，所包含的时隙数量 N t 为： 其中，N 为信道内的节点总数，p i 为节点 i 的通讯优先级。当节点 i 在自由区时，p i 0 ；当节点 i 。

13、在缓冲区时，p i 1 ；当节点 i 在交迭区时，p i 2. 塔机在自由区、缓冲区、交迭区运行时，其无线节点的发送频率 f 0 、f 1 、f 2 满足如下数学 表达式 ： 其中，t 为单位时隙长度，根据所采用的射频模块发送完一个 16byte 数据帧所需的 时间，向上取整后确定。 5.按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，其特征在于 ：包括信息检测装置、 无线射频模块、信息预处理装置、嵌入式平板电脑。其中，信息检测装置用于采集塔机的动 态数据，无线射频模块用于交迭塔机间的无线信息交互，信息预处理装置用于处理信息检 测装置采集的模拟信号，嵌入式平板电脑用于收集、处理塔机的静、动态信息，确。

14、定塔机当 前位置及运行趋势，并根据其调整塔机间的无线信息交互速率，同时将塔机动态数据、交迭 塔机间的相对位置、分别以数据、图形、声光报警形式在显示屏上显示。 6.根据权利要求 5 所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，其特征在 于 ：所述的信息检测装置包括安装在起升装置上的起升传感器、安装在回转装置上回转传 感器、安装在变幅装置上变幅传感器、安装在测力轴上的重量传感器，分别用于检测塔机的 起升高度、回转角度、变幅幅度、吊重重量，并通过航空插头及屏蔽电缆与信息预处理装置 相连。还包括嵌入式平板电脑上的 I/O 口，以检测塔机的起升、回转及变幅方向。 7.根据权利要求 5 所述的按需调整。

15、通讯速率的塔机间无线信息交互系统，其特征在 于 ：所述的无线射频模块，安装在塔机驾驶室内，但其天线安装在驾驶室外 ；该模块内含可 运行无线信息交互程序的高性能单片机。该模块通过航空插头及屏蔽电缆和嵌入式平板电 脑相连，并在嵌入式平板电脑的协调下，组建交迭塔机间的无线信息交互网络。 8.根据权利要求 5 所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，其特征在 权 利 要 求 书CN 104486801 A 4/4 页 5 于 ：所述的信息预处理装置安装在司机驾驶室的侧墙上，通过航空插头及屏蔽电缆和嵌入 式平板电脑相连，包括信号调理模块、A/D 转换模块、信号转换模块。 9.根据权利要求 5 所。

16、述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，其特征在 于 ：所述的嵌入式平板电脑安装在司机室前方的侧柱上，包括中央处理器、触摸屏、显示屏， 显示器的亮度可以通过其上的亮度调节旋钮进行调节，并配有遮光罩。 权 利 要 求 书CN 104486801 A 1/8 页 6 通讯速率按需调整的塔机间无线信息交互方法及系统 技术领域 0001 本发明涉及塔机信息交互方法和系统，特别涉及通讯速率按需调整的塔机间无线 信息交互方法以及所采用的系统，属无线通讯领域。 背景技术 0002 为了保障塔机安全运行，要求在塔机上安装电子防碰系统。塔机电子防碰系统需 要通过塔机间的通讯，来明确各塔机间的实时位置关系。。

17、采取有线方式需铺设通讯电缆。由 于现场施工环境复杂，铺设通讯电缆很不方便，成本也很高，铺好的电缆也容易被破坏。在 一个工地上作业的塔机群，分布区域有限，在塔机间进行无线通讯，将塔机的实时位置及时 地通知其它塔机，不仅可行，成本也较低，因此成了诸多电子防碰系统不约而同的选择。 0003 然而，当前市场上大部分塔机电子防碰系统不管塔机间是否有可能发生碰撞，都 参与塔机间通讯，而且不管塔机的具体运行位置、塔机间通讯速率都保持恒定。这就不管工 地上的塔机是否会发生碰撞、临近碰撞的程度，都平等地分享了无线通讯资源，使碰撞可能 性最高的塔机通讯效率低，造成防碰决策滞后，难以推广应用。 发明内容 0004 。

18、针对现有塔机电子防碰系统不能按需调整塔机间通讯速率的缺陷，本发明公布了 按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法及系统。其特征在于 ：根据塔机交迭情况加 入网络、根据实时位置调整节点通讯速率，将不发生交迭的塔机排除在信息交互网络外，使 碰撞可能性最高的塔机享有最高的通讯速率，及时地为塔机间防碰决策提供第一手参数。 0005 为实现上述目的，所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，按照以 下步骤实施 ： 0006 步骤 1、组建交迭塔机间的无线信息交互网络 0007 根据申请入网塔机向网络提交的静态数据，判断和网内塔机间的交迭关系，只接 受和网内塔机存在交迭的新塔机节点加入网络，最大程度。

19、地限制无线网络规模。按照预先 设置在无线射频模块中的无线信息交互协议，在嵌入式平板电脑的协调下，在有交迭的塔 机间组建无线信息交互网络，将信息检测装置获取的塔机动态数据发送给彼此间存在交迭 的塔机。 0008 步骤 2、根据塔机运行区域属性自动调整塔机节点的通讯优先级 0009 根据塔机在运行过程中临近碰撞的程度，将塔机的运行区域分为自由区、缓冲区、 交迭区。将自由区的通讯优先级定为 0 级，缓冲区定为 1 级，交迭区定为 2 级。将塔机运行 过程中的实时回转角和各区域的临界角进行对比，确定塔机的当前运行区域属性。根据其 运行区域属性，自动调整该塔机节点的通讯优先级。 0010 步骤 3、根据。

20、通讯优先级自动调整塔机节点的数据发送频率 0011 将网内所有在线节点列表作为数据发送节点列表的第 1 段，优先级为 1 以上的所 有节点列表作为第 2 段，优先级为 2 以上的所有节点列表作为第 3 段，将这些段依次连接， 说 明 书CN 104486801 A 2/8 页 7 形成一个数据发送节点列表，另加用于节点加入和临时主节点控制网络的 2 个预留时隙， 构成一个完整的信息交互周期，网内节点就按这个信息交互周期发送数据。因而通讯优先 级越高，发送频率越快，信息交互速率也就越大。 0012 为实现上述目的，所述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统，包括信 息检测装置、无线射频模块、。

21、信息预处理装置、嵌入式平板电脑。 0013 其中，信息检测装置用于采集塔机的动态数据。包括检测起升高度的起升传感器、 检测回转角度的回转传感器、检测小车变幅的变幅传感器、检测起吊重量的重量传感器、及 检测联动台操作指令以获取起升、回转、变幅方向信息的开关量信号检测器，该检测器采用 嵌入式平板电脑的 I/O 口。 0014 无线射频模块用于组建交迭塔机间的无线信息交互网络，以获取交迭塔机的动态 信息。 0015 信息预处理装置用于处理传感器模块采集的模拟信号，并将其输送到嵌入式平板 电脑中，包括信号调理模块、A/D 转换模块、信号转换模块。 0016 嵌入式平板电脑用于录入、收集、处理塔机的静、。

22、动态信息，确定塔机当前位置及 运行趋势，并根据其调整塔机间的无线信息交互速率。同时将塔机动态数据、交迭塔机间的 相对位置、分别以实时数据、实时图形、声光报警形式在显示屏上显示。 0017 本发明有益效果是 ：1) 通过判断申请入网的塔机节点和其它塔机节点间的交迭 情况，只接受和网内塔机存在交迭的塔机节点加入网络，最大程度地限制网络规模，提高了 通讯的实时性。2) 塔机节点在申请加入网络时，就提交了自身的静态数据，在随后的信息 交互周期中，各无线节点只发送本塔机的动态数据，减少了信息发送量，加快了信息发送速 度。3) 根据塔机实时位置调整通讯速率，使碰撞可能性最高的塔机节点拥有最快的发送速 度，。

23、实现了塔机间无线通讯速率的按需调整，及时地为防碰决策提供了保障。 附图说明 0018 图 1 为塔机间无线信息交互流程图 ； 0019 图 2 为中心距较远塔机的交迭区域 ； 0020 图 3 为中心距较近塔机的交迭区域 ； 0021 图 4 为塔机无线信息交互系统功能模块图 ； 0022 图 5 为塔机无线信息交互系统结构布置图。 具体实施方式 0023 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 0024 本发明的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法及系统，其基本思路是 ： 首先，设计根据塔机交迭情况加入网络的无线通讯协议，组建交迭塔机间的无线信息交互 网络 ；然后，使碰撞可。

24、能性最高的塔机享有最高的通讯速率，实现塔机间通讯速率的按需调 整。最后，设计一套按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统。 0025 本发明的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互方法，按照以下步骤实施 ： 0026 步骤 1、组建交迭塔机间的无线信息交互网络 0027 组建塔机间的无线信息交互网络前，需要进行坐标系的选取，及无线信息交互系 说 明 书CN 104486801 A 3/8 页 8 统的初始化。 0028 所述的坐标系的选取，以工地的水平基准面与其中一台塔身中心线的交点作为坐 标原点，以工地的正西方向为 X 轴正向，正北方向为 Y 轴正向，竖直向上为 Z 轴正向，建立直 角坐标系。。

25、以塔机起重臂在正西方向时的回转角为基准零度。 0029 所述的无线信息交互系统初始化在管理员模式下进行。首先，通过嵌入式平板电 脑录入本塔机的静态数据，包括塔机编号、塔身高度、起重臂长度、平衡臂长度、塔机回转中 心横坐标、塔机回转中心纵坐标，并保存在数据库中。然后，判断该塔机和工地上其它塔机 是否存在交迭关系，如存在，则通过嵌入式平板电脑输入交迭塔机的静态数据，并保存在数 据库中。当塔机静态数据变化时，则需重新判断塔机间的交迭关系，并对数据库中的静态数 据进行相应修改。 0030 塔机开始作业时，塔机无线信息交互系统上的无线射频模块按照如图 1 所示的塔 机间无线信息交互流程，从低频率信道到高。

26、频率信道，依次进行信道扫描，检测当前信道中 是否存在网络。如果射频模块的传输范围内不存在其它网络，则选择 0 号信道，通过随机退 避竞争成为临时主节点，生成网络地址0x00。若此时在通信覆盖范围内没有其它节点上电， 则这个主节点按照每隔两个时隙发送一次的模式，持续发送临时主节点存在的消息及自身 节点的动态数据信息，发送目标为信道内所有节点。 0031 未成功竞争成为临时主节点的节点和网络存在后新上电的节点，进行信道扫描， 接收到临时主节点发出的消息后，判断该信道内存在网络活动。选择该信道，并进入等待加 入状态。为了避免几个节点同时发送上线请求引起冲突，等待加入的节点在数据交互的预 留时隙按照退。

27、避算法进行退避后，发送上线请求，该上线请求信息包括本塔机的静态信息 及与其有交迭关系的塔机编号信息。网络中节点在接收到该塔机的上线请求信息后，将其 中的塔机编号信息与该塔机编号信息进行比较，若相同，说明新塔机和该塔机存在交迭关 系，将新塔机节点的静态信息保存在该塔机节点的数据库中。临时主节点接收到新塔机节 点的上线请求信息后，将其中的塔机编号信息与当前在线节点列表信息进行比较，若当前 在线节点列表中存在该塔机编号，说明新塔机和网络中的塔机存在交迭关系，将未使用的 最小节点编号赋给新塔机节点，并在预留时隙回复一个带确认加入指令的网络控制帧，同 时同步所有在线节点，并更新网络在线节点列表。待加入节。

28、点在收到允许加入信息后，加入 网络，建立在线节点列表。新节点加入后，网络进入信息交互周期，临时主节点和新加入节 点开始按照在线节点列表发送动态数据信息。动态数据信息包括塔机回转角度及回转方 向、起升高度及起升方向、小车变幅及变幅方向。其它需要加入网络的节点以相同方式加入 网络并进行数据交互。对不与网络中塔机存在交迭的塔机节点，临时主节点在预留时隙发 送一个带拒绝加入指令的网络控制帧，收到该控制帧后，塔机节点继续扫描下一信道。若信 道中存在网络，则重复上述过程，若存在网络的信道检测完后，塔机节点仍不能加入网络， 则选择一个未被占用的信道，并自动编号为 0x00，成为该信道内的临时主节点，并按上述。

29、模 式，等待其它节点加入。 0032 在发送塔机的静态或动态数据信息时，为了提高数据发送效率，将精确到小数点 后2位的塔机参数乘以100，再转换成16进制数发送 ；在其它节点收到数据后，再转化成10 进制数，并缩小 100 倍后使用。 0033 为了保证网络中节点信息严格按照预先设定的逻辑进行交互，信道内的每个节点 说 明 书CN 104486801 A 4/8 页 9 都维护了一份按从小到大顺序排列的在线节点列表，根据该表确定节点发送数据的先后顺 序，每个节点按此顺序在各自的时隙发送数据。当最大编号的节点发送完数据信息后，进入 2个预留时隙。当临时主节点在预留时隙发送完网络控制帧后，即开始进。

30、入下一轮信息交互 周期。因此，当网内存在 N 个节点时，完成一轮信息交互周期所需的时间为 N+2 个时隙。 0034 下面说明根据塔机的静态信息，判断塔机间交迭关系的具体算法 ： 0035 塔机间交迭包括起重臂之间的交迭、起重臂和平衡臂之间的交迭、平衡臂间的交 迭。起重臂间不发生交迭，其它两种交迭情况也不可能发生，所以只需判断塔机起重臂之间 是否存在交迭。这可以通过对比塔机 i 和塔机 j 的回转中心在 xy 平面内投影点间的距离 d ij 和两塔机起重臂的最大回转半径和 R ij 得到。 0036 塔机 i 和塔机 j 回转中心在 xy 平面内投影点间的距离 d ij 通过下式计算 ： 00。

31、37 0038 式中，(x i ，y i )，(x j ，y j ) 分别为塔机 i 和塔机 j 的回转中心在 xy 平面内投影点 O i 、 O j 的坐标。 0039 塔机 i 及塔机 j 起重臂的回转半径和 R ij 通过下式计算 ； 0040 R cicj R ci +R cj (2) 0041 式中，R ci 、R cj 分别为塔机 i 和塔机 j 的起重臂长度。 0042 若d ij R ij ，则塔机 i 和塔机 j 间存在交迭区，有可能发生碰撞 ；若 d ij R ij ，则 塔 机 i 和塔机 j 间没有交迭区，不可能发生碰撞。 0043 步骤 2、根据塔机运行区域属性自动调。

32、整塔机节点的通讯优先级 0044 在塔机回转过程中，将可以自由回转的区域定义为自由区、塔机间可能发生碰撞 的区域定义为交迭区，考虑到塔机运动惯性，在自由区和交迭区间设置缓冲区。由于交迭区 塔机的位置变化很有可能导致塔机碰撞，所以塔机在交迭区运行时，应具有最快的通讯速 率，以将其位置变化及时通知给其它塔机，缓冲区次之，自由区则可以较慢。因此，将塔机自 由区的通讯优先级定为 0 级，缓冲区定为 1 级，交迭区定为 2 级。 0045 塔机节点的通讯优先级取决于塔机的三个运行区域，这就要求先对其进行精确确 定。交迭区是在塔机的作业范围内，彼此交叉的区域。由于塔机的作业范围是以塔机回转 中心为圆心、塔。

33、臂为半径的一个圆，所以交迭区可以用两圆在 XY 平面内投影的相交部分来 表示。 0046 将塔机 i、塔机 j 交迭区所对应的圆心角的一半分别记为 i 、 j 。当两圆相距较 远时， 两塔机的圆形作业区域在 XY 平面内投影如图 2 所示，则 ： 0047 0048 0049 当两圆相距较近时， 两塔机的圆形作业区域在XY平面内投影如图3所 示，图中线段 O i P i 切圆 O j 于P i 点 ，则 ： 说 明 书CN 104486801 A 5/8 页 10 0050 0051 0052 图 2、图 3 中，两塔机中心连线 O i O j 与 X 轴正向的夹角 ij 为： 0053 00。

34、54 当塔机 i 位于塔机 j 的右边，其横坐标 x i x j 。塔机 i 逆时针进入交迭区时，起始 角为k360+ ij - i (k-1，0，1.下同)，终止角为k360+ ij + i ，角度逐渐增加 ； 当塔机i顺时针进入交迭区时，起始角为k360+ ij + i ，终止角为k360+ ij - i ， 角度逐渐减少。塔机j逆时针进入交迭区时，起始角为k360+180+ ij - j ， 终止角为 k360 +180 + ij + j ，角度逐渐增加；顺时针进入交迭区时，起始角为 k360 +180 + ij + j ，终止角为 k360 +180 + ij - j ，角度逐渐减少。。

35、 0055 当塔机j位于塔机i的左边，其横坐标x i x j 。塔机i逆时针进入交迭区时，起始角 为 k360 +180 + ij - i ，终止角为 k360 +180 + ij + i ，角度逐渐增加 ；顺时针 进入交迭区时，起始角为 k360 +180 + ij + i ，终止角为 k360 +180 + ij - i ， 角度逐渐减少。塔机j逆时针进入交迭区时，起始角为k360+ ij - j ，终止角为 k360 + ij + j (k -1，0，1)，角度逐渐增加 ；当塔机 i 顺时针进入交迭区时，起始角为 k360 + ij + j ，终止角为 k360 + ij - j ，角度。

36、逐渐减少。 0056 若式(3)(6)中R i 、R j 分别表示塔机 i、j 的起重臂长度，意味着两塔机的起重 臂存在交迭，依据上述步骤可求出两起重臂的交迭区 ；若 R i 、R j 分别表示塔机 i、j 的平衡臂 长度，意味着两塔机的平衡臂存在交迭，依据上述步骤可求出两平衡臂的交迭区 ；若R i 表示 塔机 i 的起重臂长度、R j 表示塔机 j 的平衡臂长度，意味着塔机 i 的起重臂和 j 的平衡臂存 在交迭，依据上述步骤可求出塔机 i 的起重臂和塔机 j 的平衡臂的交迭区 ；若 R i 表示塔机 i 的平衡臂长度、R j 表示塔机 j 的起重臂长度，意味着塔机 i 的平衡臂和塔机 j 。

37、的起重臂存 在交迭，依据上述步骤可求出塔机 i 的平衡臂和塔机 j 的起重臂的交迭区。 0057 考虑到回转惯性作用，在进入塔机交迭区之前设置缓冲区，缓冲区所对应的圆心 角根据塔机回转速度确定，系统默认的高速档缓冲角为 90、中速档缓冲角为 60、低速 档缓冲角为 30，也可以依据现场经验或实测确定，实测时让塔机在不同速度回转时刹车， 记录塔机停下来后所转过的角度，作为缓冲角。 0058 塔机安装好后，其运行区域的属性也就确定了。将各区域所对应的临界角保存在 塔机节点的数据库中，将其和塔机的实时回转角进行对比，就可确定塔机当前的运行区域。 根据其所在区域的属性，自动确定该塔机节点的通讯优先级。。

38、 0059 步骤 3、根据通讯优先级自动调整塔机节点的数据发送频率 0060 通讯优先级调整后，在当前信息交互周期，塔机节点利用发送自身数据的时隙，将 带有优先级调整指令的数据帧发送出去，并由临时主节点在预留时隙更新数据发送节点列 表。在下一个信息交互周期，就会按照新节点列表进行数据交互，使优先级最高的节点享有 最快的数据发送频率，从而实现节点信息交互速率的按需调整。 0061 下面给出根据通讯优先级确定数据发送频率的具体算法 ： 说 明 书CN 104486801 A 6/8 页 11 0062 假设信道内节点数为 N，各个节点的编号为 i(i 0 N-1)，各节点的通讯优先级 为 p(i)。

39、，单位时隙长度为 t，单位时隙长度根据所采用的射频模块发送完一个 16byte 数 据帧所需的时间，向上取整后确定。对 CC2530 射频模块，发送完一个 16byte 数据帧所需的 时间为 0.638ms，向上取整后，得其单位时隙长度为 1ms。将所有在线节点列表作为数据发 送节点列表的第 1 段，优先级为 1 以上的所有节点列表作为第 2 段，优先级为 2 以上的所有 节点列表作为第 3 段，将这些段依次连接，成为一个数据发送节点列表，另加用于节点加入 和临时主节点控制网络的 2 个预留时隙，构成一个完整的信息交互周期。在这样一个周期 中，所包含的时隙单位数量 N t 为： 0063 00。

40、64 式中，p i 为通讯优先级。当节点在自由区、缓冲区、交迭区时，p i 分别为 0、1、2。 0065 在一个完整的信息交互周期内，将节点在自由区、缓冲区、交迭区的发送频率分别 记为 f 0 、f 1 、f 2 为 ，则 ： 0066 0067 0068 0069 这就为节点的数据发送频率和通讯优先级建立了一一对应关系，节点根据当前信 道内节点总数 N、其它各节点的通讯优先级，就可以求出本节点在该优先级下的发送频率。 0070 假定一个工地上相互间有交迭关系的塔机最多为5台，塔机间采用CC2530射频模 块通讯，其通讯节点所占用的无线信道编号为 0x00，各节点地址分别为 0x00 0x0。

41、4，初始 状态下各个塔机节点的优先级均为 0，此时生成的在线节点列表为 ： 0071 表 1 在线节点列表 0072 0073 此时，各个节点的数据交互频率为 ： 0074 0075 若某时刻 0x01 的节点处于缓冲区、0x02 的节点处于交迭区，则生成的数据发送节 点列表为 ： 0076 表 2 数据发送节点列表 0077 说 明 书CN 104486801 A 7/8 页 12 0078 此时，0x01 节点的数据交互频率为 ： 0079 0080 0x02 节点的数据交互频率为 ： 0081 0082 可以看出，通讯优先级越高，数据发送频率越快。 0083 如图 4 5 所示，本发明所。

42、述的按需调整通讯速率的塔机间无线信息交互系统由 信息检测装置、无线射频模块 (5)、信号预处理装置 (6)、嵌入式平板电脑 (7) 组成。 0084 信息检测装置用于检测塔机运行过程中的动态信息，包括塔机起升高度及起升方 向、回转角度及回转方向、小车变幅及变幅方向。其中起升高度采用安装在起升装置上的起 升传感器 (1) 检测、回转角度采用安装在回转装置上的回转传感器 (2) 检测、变幅幅度采 用安装在变幅装置上的变幅传感器 (3) 检测、吊重重量采用安装在测力轴上的重量传感器 (4) 检测，并将其转换成电压信号或电流信号，通过航空插头及屏蔽电缆连接信息预处理装 置。 0085 塔机的起升、回转。

43、、变幅方向跟联动台的操作杆位置存在一一对应关系，因此根据 联动台的操作指令获取，并规定 ：塔臂逆时针方向回转为正转，顺时针方向回转为反转，正 转时回转角度增加，反转时回转角度减少 ；塔机吊钩向上运动起升高度增加，向下运动起升 高度减少 ；小车向外运动，变幅增加，向内运动，变幅减少。联动操作台指令为开关量信号， 通过电缆直接输送到嵌入式平板电脑上的 I/O 口进行检测。 0086 无线射频模块 (5) 安装在塔机驾驶室内，但其天线安装在驾驶室外，以避免无线 信号遭到塔机驾驶室的屏蔽。该模块的发射功率可以根据塔机群的作业范围进行调整，以 使其在保持良好通讯效果的同时，减少对周围环境的电磁污染。该模。

44、块内含可运行无线自 组织高效信息交互程序的高性能单片机，通过航空插头及屏蔽电缆和嵌入式平板电脑相 连，并在嵌入式平板电脑的协调下，组建交迭塔机间的无线信息交互网络。 0087 信息预处理装置 (6) 安装在司机驾驶室的侧墙上，包括信号调理模块、A/D 转换模 块、信号转换模块。传感器采集的模拟信号经信号调理模块进行滤波、隔离、抗干扰处理后， 输送到 A/D 转换模块，转换为数字量，并通过信号转换模块转化为 RS485 总线信号，连接到 RS485 总线上，然后输送到嵌入式平板电脑 (7) 中。 0088 嵌入式平板电脑 (7) 安装在司机室前方的侧柱上，通过航空插头及屏蔽电缆和信 息预处理装置。

45、相连，包括中央处理器、触摸屏、显示屏。触摸屏、显示屏分别通过 TSC 口、LCD 口与中央处理器相连。显示屏的亮度可以通过其上的亮度调节旋钮进行调节，并配有遮光 罩。嵌入式平板电脑用于收集、处理塔机的静、动态信息，确定塔机当前位置及运行趋势，并 根据其调整塔机间的无线信息交互速率。同时将塔机动态数据、交迭塔机间的相对位置、分 别以实时数据、实时图形、声光报警形式在显示屏上显示。通过嵌入式平板电脑可录入本塔 说 明 书CN 104486801 A 8/8 页 13 机及交迭塔机的静态数据 ：包括塔机编号、回转中心坐标、起重臂长度、平衡臂长度、塔身高 度。 0089 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，凡是未脱离本发明的技术实质，对以 上实施例所作的任何简单修改或替换，均属于本发明的保护范围内。 说 明 书CN 104486801 A 1/3 页 14 图1 说 明 书 附 图CN 104486801 A 2/3 页 15 图2 图3 说 明 书 附 图CN 104486801 A 3/3 页 16 图4 图5 说 明 书 附 图CN 104486801 A 。