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                        嵌入式工程機械監控系統研制

                        添加時間:2018/07/25 來源:無線互聯科技 作者:韓超 強偉 唐正飛
                        本文提出的監控系統中充分利用了計算機檢測技術、衛星定位技術以及無線通信技術等, 通過這些新技術的運用能夠對施工進度以及施工機械運行狀態進行實時監控, 結合通信技術將檢測結果進行傳遞, 由監控中心進行數據統計分析與整合。
                          以下為本篇論文正文:

                          摘要:文章主要針對嵌入式工程機械監控器系統進行研究與分析, 解析嵌入式工程機械監控系統的4層模型, 并在此基礎上詳細解析嵌入式工程機械監控器系統設計的整體構架。

                          關鍵詞:嵌入式; 工程機械監控器; 系統設計;

                          Abstract:This paper mainly focuses on the research and analysis of embedded construction machinery monitor system, analyzes the four-layer model of embedded construction machinery monitoring system, and on this basis, analyzes the whole frame of embedded construction machinery monitor system design in detail.

                          Keyword:embedded; construction machinery monitor; system design;

                          1、嵌入式工程機械監控系統的4層模型

                          基于嵌入式工程機械監控系統的設計中主要分為4個層次, 如圖1所示, 由工程機械控制器、監控器以及工程機械GPS定位系統和遠程監控系統構成。本文提出的監控系統中充分利用了計算機檢測技術、衛星定位技術以及無線通信技術等, 通過這些新技術的運用能夠對施工進度以及施工機械運行狀態進行實時監控, 結合通信技術將檢測結果進行傳遞, 由監控中心進行數據統計分析與整合。相關工作人員作為系統一部分, 可以實現和遠程監控中心的對接, 反饋施工現狀, 同時監控中心的專家也能夠進行遠程指導。下面就基于嵌入式工程機械監控系統的層次進行解析。

                        圖1 工程監控系統總體構架
                        圖1 工程監控系統總體構架

                          1.1、工程機械控制器

                          如圖所示, 是嵌入式工程機械監控系統的最基礎部分, 主要由各個控制系統構成, 包括安全監控系統、發動機電子控制單元 (Electronic Control Unit, ECU) 系統等。在工程機械控制器的各個控制系統之間, 系統本身獨立控制, 但不同系統之間又能夠相互聯系協調實現工程機械控制功能。同時, 不同控制系統之間互相配合、數據互通, 接受上層監控系統的控制。

                          1.2、工程機械監控器和工程機械GPS系統

                          嵌入式工程機械監控系統中的工程機械監控器以及工程機械GPS系統處于整個系統的中間層, 具有承接工程機械控制器和遠程監控系統的功能。工程機械監控器主要利用了機載前端主機, 通過人機交互裝置實現功能的。工程機械GPS系統采用了GPS技術以及GPRS無線傳輸技術[1]。通過中間層系統最終實現了對最底層控制系統的實時監控, 能夠及時發現系統故障并給出報警, 在控制中心就可以實現監控與維護等功能, 出現不能遠程控制解決的故障時, 還可以通過控制中心根據故障狀況給現場工作人員指導。

                          1.3、遠程監控系統

                          作為整個嵌入式工程機械監控系統的頂層, 主要由結構化查詢語言 (Structured Query Language, SQL) 信息管理系統以及網絡服務中心構成, 還引入電子地圖模塊。由于網絡服務中心的引入, 用戶在遠端就能夠了解工程機械的實時狀況, 在數據庫中進行存儲, 同時能夠根據故障信息和數據庫中已有故障信息進行匹配, 提供遠程專家幫助解決故障問題。

                          2、工程機械控制器

                          2.1、安全監控系統

                          在安全監控系統中引入了嵌入式微處理器, 而且以此為核心。結合傳感器來對工程機械現狀的各項運行參數進行監控, 比如起重機吊臂長度、壓力等, 對于采集到的數據進行模擬和計算。比如在起重機中可以利用傳感器來知道起吊重物的質量, 并和起重機的額定所吊重物質量進行比對和智能控制。當出現超負荷工作的時候, 安全監控系統會及時作出反饋, 診斷故障, 給出應急措施。

                          2.2、計算機電液比例控制系統

                          在當前現代控制工程當中, 電液比例控制技術是基本構成技術之一, 尤其是近10年來得到迅速發展, 成為當前工程控制設備和電子技術的橋梁。電液比例控制系統也是在傳統電液伺服技術的基礎上發展起來的, 目前由于節能、可靠等優越性在眾多領域得到應用[2]。以起重機為例, 計算機電液比例控制系統中能夠根據手柄輸入的電信號進行接收和分析, 在分析的基礎上對起重機的吊臂進行控制, 做出各種動作。結合控制器局域網絡 (Controller Area Network, CAN) 總線實現和中間層的連接以及數據交換、故障診斷等。

                          2.3、電子節能控制系統

                          電子節能控制系統基于一定前提進行的, 結合液壓系統, 將該系統中的壓力作為系統判斷的信號來分析機械的實際工作狀態。嵌入式微處理器能夠結合實際工作狀態進行工程機械的處理, 控制發動機的科學準確運行, 滿足生產要求的基礎上最大限度的實現節能[3-4]。目前電子節能控制系統的功能實現主要包括分工況節能控制、短期超載控制、自動怠速控制、溢流控制。

                          2.4、發動機ECU系統

                          該系統實際是發動機電子控制單元系統, 發動機電子控制單元系統的主要功能是最大限度地改善發動機運行, 提高其經濟性, 同時減少汽車尾氣中有害物質的排放, 提高其環保性;通過發動機ECU系統還能夠最大限度地保證機械發動機的動力性。在目前的工程中應用的機械設備大多是柴油發動機, 因此在利用發動機ECU系統進行控制的時候主要控制的是燃油定量和噴油定時問題, 該系統主要由ECU和傳感器構成。傳感器在檢測到各種信息之后, 能夠傳遞到電子控制單元進行信息的處理, 處理之后通過執行器傳遞給發動機進行動作。在當前發動機技術迅速發展與提高, 對于電子控制單元信息處理量以及處理速度也提出了更高的要求。

                          2.5、其他控制系統

                          在嵌入式工程機械監控器系統中, 要想實現監測控制功能, 不僅僅需要上述幾個系統, 還需要引入其他控制系統。本設計中引入了功率分配控制系統等, 希望能夠進一步提高工程機械監控器系統的控制水平。

                          3、工程機械監控器

                          工程機械監控器對于整個工程機械而言, 屬于中間層, 能夠承接頂層的遠程監控中心, 而且能夠承接底層的工程機械控制器。通過CAN總線將前端的控制系統和底層的控制系統連接起來, 從而可以實時采集工程機械實時運行狀態, 也能夠及時發現工程機械運行中的故障和潛在的故障[5], 針對發現故障問題給出報警信息, 另外可以聯合人機交互裝置來發出指令, 實現不同系統的控制。嵌入式微處理器作為機載前端監控系統的核心組成部分, 直接決定著機載前端控制系統的功能, 在當前采用的嵌入式微處理器主要是8位和16位的, 已經不能適應工程機械監控的要求, 基于ARM的32位嵌入式微處理器成為未來嵌入式工程機械監控器系統的發展潮流。機載前端監控系統的主要功能有:工程機械作業狀態信息采集功能、人機交互功能、數據處理功能。

                          4、工程機械GPS定位系統

                          在嵌入式工程機械監控系統中引入GPS技術的主要目的是能夠獲取工程機械的地理位置信息, 將GPS模塊嵌入系統當中采用串口連接的方式, 定時向系統發送位置信息。在當前技術的應用中采用美國NMEA0183 ASC II碼來傳遞位置的經緯度以及工程機械運行速度等各種信息, 串口處理程序接收到這些信息之后, 能夠對信息進行處理解讀得到經緯度信息, 并將系統通過GPRS無線傳輸模塊進行信息傳遞, 遠程實現和控制中心的通信。

                          5、遠程監控中心

                          遠程監控中心作為嵌入式工程機械監控器系統的一個核心, 能夠將制造廠、設計單位以及不同地點的各種信息有機集合起來的, 在繁雜的信息基礎上需要實現信息的全面處理以及資源的有效利用, 就必須要加強有效的遠程服務與調度建設, 通過遠程監控中心實現這一功能。對工程機械機群合理的調度, 最終能夠提高整個工程機械的作業效率。

                          6、結語

                          隨著工程機械的發展必須要加強智能控制系統的建設, 在智能控制系統中的關鍵時候控制器。新興的嵌入式技術開始得到發展, 并且在傳統工業中進行改革與應用, 目前嵌入式技術將32位處理器作為核心, 同時綜合運用了傳感器技術、信息技術以及通信技術、GPS技術等高科技手段, 來促進工程機械監控系統的建設與發展。

                          參考文獻
                          [1]孫曉星.智能化工程機械通信定位系統分析[J].數字通信世界, 2018 (2) :14, 22.
                          [2]魏敬成, 陳秀生, 倪林, 等.基于物聯網技術的工程機械監控系統設計[J].中國工程機械學報, 2014 (4) :364-366, 371.
                          [3]湯榮秀, 韓春賢.嵌入式文件系統在工程機械監控器上的移植[J].單片機與嵌入式系統應用, 2013 (7) :25-27.
                          [4]孟郁金.嵌入式工程機械監控器系統的開發與研究[J].才智, 2012 (34) :55.
                          [5]何銀菊, 黃運生, 何愛.基于CAN總線的分布式工程機械監控系統設計[J].自動化技術與應用, 2012 (1) :80-83, 92.

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