CN101135907A - 工程机械远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械远程监控系统，它包括：ARM控制器、数据存储器、GSM/GPRS无线通讯模块、GPS卫星定位模块、总线控制器、执行机构、信号采集装置和壳体；GPS卫星定位模块和ARM控制器相连；GSM/GPRS双模式无线通讯模块与ARM控制器相连；ARM控制器的A/D信号采集装置与工程机械的若干传感器相连接；ARM控制器通过接口电路和CAN总线接口电路与所述执行机构的受控端相连，执行机构的控制端与工程机械车辆上的相关被控设备相连。本发明集GPS全球卫星定位技术、GSM全球移动通讯技术、GPRS数据发送技术、智能自动化控制技术、CAN总线和RS－232/485总线控制技术、防盗、防拆和报警技术于一体，能够为工程机械车辆提供跟踪、管理、防盗、求助、故障维护、资讯查询等多项服务。

Description

工程机械远程监控系统

技术领域

本发明涉及一种监控系统，尤其是适合在工程机械车辆上使用的远程监控系统。

现有技术

现有的工程机械监控系统，主要依靠数据记录仪完成工程机械运行状态的监控工作。数据记录仪安装在工程机械车辆上，从工程机械上采集数据，并将这些反映工程机械运行状态的数据信息存放在自身的存储器中。数据记录仪一般不具备远程无线通讯和GPS定位功能，因此当工程机械出现问题时，需要相关操作人员赶到施工现场，使用专用设备从数据记录仪中导出历史数据，进而对工程机械的使用情况进行分析。与远程监控系统相比，这种监控方法延长了维修时间，降低了设备的利用率，同时增加了维护费用。

现有的部分工程机械远程监控系统，主要是在单片机或PLC控制器的基础上，通过GPS模块实现卫星定位，以确定工程机械车辆的地理位置；通过GSM模块实现自身与远程的管理中心的无线通讯，接收远程控制指令，发送回复信息。部分系统配置了简单的信号采集装置和执行机构，以实现信号采集和对车载设备的操作。现有系统实现的功能较为简单，一般不支持CAN总线、RS232和RS485总线通讯；无线通讯只支持GSM网络的短消息通讯功能，一般不支持GPRS网络的实时在线通讯功能；执行机构只是使用若干继电器控制车辆的液压机构或发动机点火开关，控制范围有限；实时性不强，当设备的运行状态发生重大变化，或者操作人员远程对监控系统发送控制命令后，系统不能短时间内做出有效的响应；体积大，隐蔽性有限，既不利于在狭小的空间内安装，又不利于防止恶意拆卸或人为破坏；密封性有限，防尘防水能力差，不能做到防尘防水或只能满足轻度的防尘防水要求，不利于在恶劣的施工现场作业。

发明目的

本发明的目的是提供一种工程机械远程监控系统，通过远程监控功能克服现有的监控系统维护不方便、维护费用高等问题。

发明内容

本发明所采用的技术方案主要组成部件包括：收集总线控制器、A/D信号采集装置、GPS定位模块的工程机械各部分运行状态参数且进行处理的ARM控制器(ARM：即Advanced RISC Machines的缩写，翻译为“进阶精简指令集机器”)、数据存储器、GSM/GPRS无线通讯模块、GPS卫星定位模块、总线控制器、执行机构、信号采集装置和壳体；GPS卫星定位模块和ARM控制器相连；将数据传回管理中心和接收用户通过管理中心或手机发来的控制指令的GSM/GPRS双模式无线通讯模块与ARM控制器相连；ARM控制器通过RS232总线接口、RS485总线接口和CAN(Controller Area Network，即控制器局域网络)总线接口分别与车辆内部的232/485/CAN总线控制器连接，ARM控制器还包括与其连接的数据存储器；所述执行机构的受控端与车辆内部232/485/CAN总线控制器的输出端相连，执行机构的控制端与工程机械车辆上的相关被控设备相连。

如上所述的工程机械远程监控系统，其中ARM控制器通过SPI接口扩展一片片外大容量存储器。

如上所述的工程机械远程监控系统，其中ARM控制器通过通用输入/输出接口(GPIO)与设备的人机交互界面连接。

如上所述的工程机械远程监控系统，所述执行机构为串接在工程机械的各种控制电路电源回路中的继电器。

发明效果

本发明所具有的优点：

1)工程机械远程监控系统集GPS全球卫星定位技术、GSM全球移动通讯技术、GPRS数据发送技术、智能自动化控制技术、CAN总线和RS-232/485总线控制技术、防盗、防拆和报警技术于一体的工程机械监控装置，能够为工程机械车辆提供跟踪、管理、防盗、求助、故障维护、资讯查询等多项服务。

2)本发明全面支持CAN总线、RS-232和RS485总线通讯；同时支持GSM(短消息通讯)和GPRS(实时在线通讯)两种无线通讯模式；工程机械远程监控系统可以对设备的运行状态进行远程监控，配合管理中心实现全智能化的工程车辆管理模式，有效提高设备的管理水平。

3)在执行机构方面，系统不仅可以通过若干继电器在硬件上直接控制车辆设备，而且可以通过CAN总线控制器发送控制命令，在软件上控制车辆设备；实时监控能力强，系统可以在车辆运行状态发生变化时(车辆启动、车辆熄火)和紧急状态时(车辆电瓶被窃、控制线束被剪断)立即通知管理中心；支持电压采集和开关量检测；通过远程通讯，设备的管理人员可获得实时、可靠、正确的车辆运行状态，必要时可对车辆进行远程控制，确保工程车辆的使用安全。

4)工程机械远程监控系统可以通过内置的数据存储器永久保存工程机械运行过程中的重要数据，并为车辆管理部门提供详实的车辆行驶数据查询，这对于租赁公司、施工单位和仲裁部门都大有裨益。

5)通过监控工程车辆的工作状况，及时对车辆进行保养和维护，保障车辆的使用安全，延长使用寿命，降低运营和管理成本。

6)远程监控系统亦适用于对车辆安全性、导航功能等有特殊要求的私人车辆使用或民用车辆租赁业务。

7)体积小巧(只有同类产品的50％)，隐蔽性强，适合于在狭小的空间内安装，可有效防止恶意拆卸或人为破坏；密封性强，防尘防水能力可以达到IP65。

附图说明

图1是本发明的外部结构示意图。

图2是本发明的电路原理示意图。

图3是本发明的软件结构示意图

图4是本发明的软件流程图

图5是本发明的系统总体方案框图。

具体实施方式

本发明的外部壳体结构参见图1，所述的电路安装在壳体2中，在壳体2的四角为安装支架1，壳体2的正面贴有贴膜3，插座4位于壳体2的一侧端。图1中5是侧挡板、6是橡胶垫圈、7是状态指示灯、8是橡胶垫圈、9是侧挡板、10是天线、11是天线、12是插座。在图1中，安装有4个支架，壳体上有贴膜(产品标识、插座功能标示、状态指示灯标示)，壳体两侧为挡板，壳体与挡板之间有橡胶垫圈(密封性好)、GPS天线插座、GSM/GPRS天线插座及与外部设备连接的插座位于两侧，状态指示灯(若干、用于显示系统运行状态)为于壳体正面。

4个L型安装支架与设备的外壳连接，可使用螺钉将监控设备固定在工程机械上。通过使用橡胶垫圈以提供壳体和两侧挡板的密封。壳体上设置了若干(图上为4个)状态指示灯，可显示系统运行状态，包括GPS定位状态、GSM/GPRS通讯状态、系统运行指示和电源指示。壳体两侧的挡板上设置了GPS天线插座、GSM/GPRS天线插座和防水插座(图上为两个)，分别连接外置的GPS天线、GSM/GPRS两用天线和电源/数据/控制线束。

本发明的电路硬件结构图可参见图2。本发明的电路硬件的主要组成部件包括：ARM微控制器、片外存储器、GPS接收机、GSM/GPRS双模式通讯模块、GPS天线、GSM/GPRS两用天线、SIM卡、执行机构、人机交互界面、CAN总线控制器、RS-232/485总线接口、电源。

ARM控制器通过RS232总线接口、RS485总线接口和CAN总线接口分别与车辆内部的232/485/CAN总线控制器连接，收集总线控制器(CAN总线、232总线和485总线)、A/D信号采集装置、GPS定位模块的工程机械各部分运行状态参数且进行处理，ARM控制器还包括与其连接的数据存储器。本实用新型能实现工程机械远程监控系统与工程车辆的数据通讯，获取车辆运行状态数据，并在必要时通过总线控制器控制车辆运行；所述执行机构的受控端与车辆内部通讯系统的输出端相连，执行机构的控制端与工程机械车辆上的相关被控设备相连。

GPS接收机模块通过GPS高增益天线捕捉GPS卫星信号，确定工程机械的实时地理位置，再通过SPI总线将地理位置信息送到ARM控制器，由ARM控制器处理。

GSM/GPRS无线通讯模块通过GSM/GPRS高灵敏度天线和内置的SIM卡实现与外界的无线通讯，通讯模块与ARM控制器的UARTO串行接口连接，实现数据收发。

ARM控制器通过通用输入/输出接口(GPIO)与设备的人机交互界面连接，显示系统运行状态，方便用户和维修人员检查设备的工作状态。

ARM控制器通过通用输入/输出接口(GPIO)与执行机构连接，执行机构和车辆运行控制系统连接，ARM控制器可以在必要时通过执行机构发出控制信号到车辆运行控制系统，实现限制工程机械车辆功能或解除功能限制。

ARM控制器通过RS-232/485接口电路和CAN总线接口电路与工程机械车辆的总线控制器构成的内部通讯系统连接，RS-232接口电路和CAN总线接口电路将接收到的反应车辆运行状态的数据送到ARM控制器，由ARM控制器处理。ARM控制器在必要时可以通过RS-232接口电路和CAN总线接口电路向车辆发送控制命令，车辆内部通讯系统收到控制命令后通过车辆运行控制系统完成相关的操作。

ARM控制器通过SPI接口扩展一片片外大容量存储器，以保存与工程机械运行状态相关的重要信息。

本发明的工作原理简述如下：工程机械远程监控系统通过信号采集装置、GPS定位模块、CAN总线和RS232/485总线获得工程机械运行状态参数并将其传送到ARM控制器。ARM控制器对工程机械运行状态参数进行处理后，一路通过人机交互界面显示，另一路通过GSM/GPRS无线通讯模块由通信网络发送到管理中心。管理中心的操作人员可以通过通信网络发送控制指令对监控系统进行远程控制。监控系统通过GSM/GPRS无线通讯模块接收到远程控制命令后，通过执行机构完成相应的操作，或通过CAN总线和RS232/485总线完成相应的操作。

本发明的软件体系结构示意图参见图3。基于μC/OS-II的嵌入式软件系统是由操作系统内核、底层驱动、启动代码、API函数和应用程序组成。

软件系统底层驱动程序作为连接底层的硬件和上层的应用程序接口API函数的纽带，将软件系统的API函数和底层的硬件分离开来。系统的底层驱动程序主要包括：系统启动/初始化程序、GPIO通用输入输出端口驱动程序、UART串口驱动程序、SPI驱动程序和CAN总线驱动程序等。

软件系统在底层驱动的基础上建立了API应用程序接口函数。根据系统需要，API主要分为GPS定位数据接收/处理、基于GSM网络的无线通讯和基于GPRS网络的无线通讯三类。GPS数据接收/处理的API应用程序主要包括：GPS模块启动、GPS模块休眠、GPS定位信息接收、GPS定位信息处理等应用程序。GSM无线通讯API主要包括：GSM初始化、接收短信、解析短信、发送短信。GPRS无线通讯API包括：GPRS初始化、建立连接、发送数据、断开连接。

软件系统在μC/OS-II、底层驱动和API函数的基础上建立了若干由μC/OS-II调度任务，这些任务包括：人机交互任务，主要负责实现人机交互界面；GPS定位任务，主要负责GPS定位数据的采集和处理；GSM/GPRS数据传输任务，主要负责车载监控子系统和监控中心/授权用户的通信；车辆状态检测/控制任务，主要负责车辆状态监控。

程序运行流程图参见图4。系统上电后，先进行硬件初始化和嵌入式操作系统μC/OS-II初始化。初始化完成后，程序开始建立多个任务，包括人机交互任务、GPS定位任务、GSM/GPRS任务、车辆状态检测/控制任务。任务建立后，软件系统启动多任务调度，由嵌入式操作系统μC/OS-II协调任务的运行。

图5是本发明所在的工程机械智能监控系统的总体方案图。工程机械智能监控系统主要由各远程监控系统以及监控中心组成。图中每台工程车辆为一个移动终端，配备有工程机械远程监控系统。工程机械远程监控系统除了具有采集、记录和显示车辆运行状态信息，还配备GPS卫星定位模块以确定本机位置，同时配备GSM/GPRS无线通讯模块，可实时向控制中心发送车辆的作业和位置信息，并响应管理中心发来的控制命令。监控中心通过上位机软件接入通讯网络，发送控制命令并接收各工程机械远程监控系统的信息反馈，通过工程机械管理系统显示各个终端位置和运行情况。工程机械管理系统可进行车辆调度、数据统计等工作。

Claims (4)

1.一种工程机械远程监控系统，其特征在于它的主要组成部分包括：收集总线控制器、A/D信号采集装置和GPS定位模块的工程机械各部分运行状态参数且进行处理的ARM控制器、数据存储器、GSM/GPRS无线通讯模块、GPS卫星定位模块、总线控制器、执行机构、信号采集装置和壳体；GPS卫星定位模块和ARM控制器相连；将数据传回管理中心和接收用户通过管理中心或手机发来的控制指令的GSM/GPRS双模式无线通讯模块与ARM控制器相连；ARM控制器通过RS232总线接口、RS485总线接口和CAN总线接口分别与车辆内部的232/485/CAN总线控制器连接，ARM控制器还包括与其连接的数据存储器；所述执行机构的受控端与车辆内部232/485/CAN总线控制器的输出端相连，执行机构的控制端与工程机械车辆上的相关被控设备相连。

2.如权利要求1所述的一种工程机械远程监控系统，其特征在于：其中ARM控制器通过SPI接口扩展一片片外大容量存储器。

3.如权利要求1所述的一种工程机械远程监控系统，其特征在于：其中ARM控制器通过通用输入/输出接口(GPIO)与设备的人机交互界面连接。

4.如权利要求1所述一种的工程机械远程监控系统，其特征在于：所述执行机构为串接在工程机械的各种控制电路电源回路中的继电器。

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