原标题：塔吊状态监控与安全预警系统

　　概述

　　本设计拟应用于建筑工地塔吊工作状态监控与安全预警，塔吊是建筑工地上最常用的一种起重设备，是工地上一种必不可少的设备，但因为其高危性跟特殊性，管理稍微不当，极易发生安全事故，因此对塔吊状态监控与安全预警显得尤为重要且具有实际意义。本设计拟由STM32处理器、气压测量模块、温度测量模块、陀螺仪模块、显示模块等构成，STM32作为核心处理器协调多个模块正常工作，完成塔吊状态监控与安全预警。通过传感器测量塔吊俯仰角、翻滚角、航线角，工作姿态超过安全阈值时蜂鸣器预警。如：为了防止电缆扭结，旋转回转角大于设定角度时预警。

　　开发环境

　　硬件：ART-Pi STM32H750开发板、LPS22HH气压传感器、LSM6DSOX六轴传感器、128*64OLED屏、蜂鸣器

　　RT-Thread版本：4.0.3

　　开发工具及版本：MDK 5.27、RT-Thread Studio 1.1.5、STM32CubeMX 6.1.0、PuTTY 0.74

　　RT-Thread使用情况概述

　　（1）内核部分：线程、信号量、邮箱、软件定时器、调度器

　　线程：创建用户线程、读取传感器值并运算、显示与提醒。

　　信号量：定时器释放信号量，传感器获取信号量后读取传感器数据并处理。

　　邮箱：用于将传感器获取信号传递至显示线程。

　　软件定时器：为传感器提供稳定的采样周期，便于进行积分运算。

　　调度器：协调多个用户线程，满足线程实时性。

　　（2）组件部分：FinSH控制台

　　FinSH控制台：用于设备调试

　　（3）设备和驱动：PIN设备、I2C设备、SENSOR设备

　　PIN设备：LED、蜂鸣器均使用PIN设备

　　I2C设备：OLED、LPS22HH、LSM6DSOX均使用I2C通信协议

　　SENSOR设备：LPS22HH、LSM6DSOX注册为SENSOR设备

　　硬件框架

　　本作品采用由ART-Pi STM32H750开发板、LPS22HH气压传感器、LSM6DSOX六轴传感器、128*64OLED屏、蜂鸣器。

　　使用气压计与温度测量可求得对应位置的海拔高度，通过传感器零点标定，可求出塔吊相对于地面的高度，可用于限高预警；

　　使用六轴传感器求得塔吊转臂的相对零点的转动角度，用于监控塔吊工作在安全的回转角度，利用六轴数据的变化，可对塔机切斜角度进行监控与预警；

　　使用OLED实时显示传感器采集的数据，对预警姿态进行标记。

　　使用蜂鸣器进行预警提示。

　　软件框架说明

　　本作品软件部分采用四个用户线程，分别为LED指示灯线程、OLED显示屏线程、LPS22HH气压计传感器线程、LSM6DSOX 6轴传感器线程

　　LED指示灯线程为优先级较低的用户线程，用于指示系统的工作状态，正常工作时为红蓝交替闪烁，停止闪烁时表明其它线程执行有误，需要重启或检查。

　　OLED显示屏线程将塔吊的各项姿态进行显示，开机显示欢迎界面，使用用户按钮可进行换页操作，预警时屏幕显示不符合规范姿态信息。

　　LPS22HH气压计线程读取气压值，温度值，将气压折算为海拔，可求出相对于地面的高度，以此显示塔吊工作时的高度信息。

　　LSM6DSOX 6轴线程读取塔吊的3轴角速度计、3轴陀螺仪，将数据进行融合得到塔机工作姿态的欧拉角。

　　软件模块说明

　　OLED显示屏

　　OLED线程程序流程图如下图所示，开机进入欢迎页面，5秒后默认进入温度、高度、压强页面，可以使用按键进行切换。进入温度页面时，获取LPS22HH气压计的邮箱，邮箱为空时等待，获取邮箱后提取传感器信息并显示，判断是否超出安全预警值，超出时蜂鸣器开始工作以予以预警提示。姿态页面同理。

　　LPS22HH气压计

　　LPS22HH气压计线程程序流程图如下图所示，首先使用SENSOR传感器设备注册设备，然后创建气压计线程，初始化邮箱，根据注册名查找设备获得设备句柄，然后打开设备，读取16次传感器值求平均，求出初始气压值作为基准值，以此计算出海拔偏移量。然后开始读取传感器值，计算出相对高度，将温度、高度、气压值通过邮箱发送到OLED线程，等待1秒钟后循环读取传感器值。

　　LSM6DSOX 6轴传感器

　　LSM6DSOX 6轴传感器线程程序流程图如下图所示，首先使用SENSOR传感器设备注册设备，然后创建气压计线程，初始化软件定时器，初始化邮箱，根据注册名查找设备获得设备句柄，然后打开设备。然后获取软件定时器释放的信号量，获取后开始读取传感器值，利用积分法计算塔吊的航向角，利用四元素法计算塔吊的翻滚角与俯仰角，最后将数据通过邮箱发送到OLED线程，然后循环等待信号量。

　　演示效果

　　（1）作品图片：

图1 仿真实验场景

图2欢迎页面

图3 温度页面

图4 姿态角页面（翻滚角预警状态）

　　（2）视频：

　　比赛感悟

　　RT-thread时一款非常优秀的国产嵌入式实时多线程操作系统，经过两个多月的学习，深深感受到了它的魅力。丰富的组件与软件包以及便捷开发工具十分适合产品开发。随着物联网技术的快速发展，万物互联的时代指日可见，RTT凭借其丰富的物联网组件与软件包，定会赢得众多工程师的青睐，成为未来国内外主流的实时操作系统。作为一名嵌入式领域的初学者，对很多知识仍比较陌生，这次的题目完成的功能虽然不多，但我从中学到了很多，为我今后的工作学习奠定良好的基础。接下来计划利用RTT丰富的组件及软件包进一步丰富作品功能，进一步了解熟悉这款强大的国产RTOS。非常感谢本次RT-thread全连接创意创客大赛的主办方，感谢你们提供如此好的平台，通过本次参赛，让我对RTOS有了更加全面立体的理解，也让我更加坚定自己的职业方向。再次表达对赛事主办方的感谢。