CN103174186A - 一种挖掘机的监控装置、方法及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机的监控装置、方法和挖掘机，主控装置实时采集挖掘机的工作状态参数，仪表装置显示工作状态参数，并对工作状态参数中超过报警阈值的工作状态参数进行报警显示；发动机油门控制装置根据主控装置发送的控制信号，控制挖掘机发动机的转速；远程监控装置接收通过短信或GPRS方式发送的控制指令，并将控制指令发送到主控装置。本发明的装置、方法和挖掘机，实现对挖掘机工作状况的实时监测和发动机油门的控制，同时保证了油门控制算法和仪表监控的数据处理速度，兼具仪表监控功能和油门以及转速控制功能，提高了仪表显示、油门以及转速的控制精度和响应速度，结构合理，具有结构合理、成本低、控制精度高等优点。

Description

一种挖掘机的监控装置、方法及挖掘机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种挖掘机的监控装置、方法及挖掘机。

背景技术

挖掘机，特别是小型挖掘机，作为最重要的土方施工机械之一，其恶劣的工程环境以及流动性工作特点，对挖掘机的工作状况实时监测以及维修提出了更高的要求。目前，国内市场上的挖掘机监控装置发展较为迅速，但是由于受到软硬件技术限制，在面对挖掘机所特有的大量并可能随时调整的信息内容时，往往存在显示精度低、可操作性差和动态响应性能差等缺点，直接影响驾驶员的工作效率，容易造成安全隐患。

在挖掘机监控系统现有技术中，在实现挖掘机状态监控上，虽然有一部分已经引入了CAN总线技术、GPS定位技术、图形仪表显示技术等，但是受到成本以及软硬件的限制，在以上所述技术的融合与控制要求中，仍然有一定的缺失，具体表现在：仪表的人机界面的友好性、发动机油门控制以及转速控制的精确性、监控信息的实时性等方面存在不足，而且针对使用机械泵的发动机，油门控制的精确化也一直是该类型挖掘机为节约能耗、提高响应速度所亟需解决的问题。

因此，需要一种同时满足仪表显示精确性以及油门控制时效性的监控装置。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种挖掘机的监控装置，实现对挖掘机工作状况的实时监测和发动机油门的控制。

一种挖掘机的监控装置，包括：主控装置、仪表装置、远程监控装置和发动机油门控制装置;所述主控装置实时采集挖掘机的工作状态参数，并将所述工作状态参数发送给所述仪表装置；所述仪表装置显示所述工作状态参数，并对所述工作状态参数中超过报警阈值的工作状态参数进行报警；所述发动机油门控制装置根据所述主控装置发送的控制信号，控制发动机的转速；所述远程监控装置接收通过短信或GPRS方式发送的控制指令，并将所述控制指令发送到所述主控装置。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述仪表装置、所述远程监控装置、所述发动机油门控制装置与所述主控制器装置通过RS232总线连接。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述主控装置包括：模拟输入端、数字输入端和USB接口；设置在所述挖掘机中的传感器与所述输入端连接，采集所述传感器的数据；所述传感器包括：用于检测发动机冷却水温的传感器、检测燃油油位的传感器、检测发动机转速的传感器、检测工作小时计的传感器；所述数字输入端接收设置在所述挖掘机中的开关发出的指示信号；所述指示信号包括：充电指示、空滤报警指示、液压油温度报警指示、机油压力报警、发动机预热指示、先导液压油滤指示、水温开关量指示；所述数字输入端与用于所述挖掘机锁车的继电器连接。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述发动机油门控制模块包括：油门控制装置、油门旋钮、油门驱动装置、油门执行器；所述油门旋钮、油门驱动装置分别与所述油门控制装置连接；所述油门旋钮连接在所述油门控制装置的模拟输入端；所述油门驱动装置输入端连接于所述油门控制装置的PWM输出端；所述油门执行器包括：油门电机和油门信号转换单元；所述油门电机与所述油门驱动装置的输出端连接，所述油门信号转换单元和所述油门控制装置的AD输入端连接。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述主控装置根据所述油门档位的旋钮位置、压力开关、发动机水温值、GPS信息、怠速开关，确定发动机的转速，将转速信息发送到所述油门控制装置；所述油门驱动装置将所述油门控制装置发送的控制信号进行放大处理，并将放大后的控制信号发送到所述油门电机；所述油门电机根据所述控制信号转动，控制油门拉线的长度；所述油门信号转换单元采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给所述油门控制装置。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述仪表装置包括：仪表显示单元；所述仪表显示单元包括：5.6英寸、分辨率为640*480的工业串口屏；所述工业串口屏与所述主控装置通过串口UART0连接。所述远程监控装置包括：GPS车载单元；所述GPS车载单元与所述主控装置通过串口UART1连接。

一种挖掘机，包括如上任意一项所述的挖掘机的监控装置。

本发明要解决的一个技术问题是提供一种挖掘机的监控方法，实现对挖掘机工作状况的实时监测和发动机油门的控制。

一种挖掘机的监控方法，包括：主控装置实时采集挖掘机的工作状态参数，并将所述工作状态参数发送给仪表装置；仪表装置显示所述工作状态参数，并对所述工作状态参数中超过报警阈值的工作状态参数进行报警；发动机油门控制装置根据所述主控装置发送的控制信号，控制发动机的转速；远程监控装置接收通过短信或GPRS方式发送的控制指令，并将所述控制指令发送到所述主控装置。

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，设置在所述挖掘机中的传感器与所述主控装置的输入端连接，采集所述传感器的数据；所述传感器包括：用于检测发动机冷却水温的传感器、检测燃油油位的传感器、检测发动机转速的传感器、检测工作小时计的传感器；所述主控装置的数字输入端接收设置在所述挖掘机中的开关发出的指示信号；所述指示信号包括：充电指示、空滤报警指示、液压油温度报警指示、机油压力报警、发动机预热指示、先导液压油滤指示、水温开关量指示；所述数字输入端与用于所述挖掘机锁车的继电器连接。

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，所述发动机油门控制模块包括：油门控制装置、油门旋钮、油门驱动装置、油门执行器；所述油门旋钮、油门驱动装置分别与所述油门控制装置连接；所述油门旋钮连接在所述油门控制装置的模拟输入端；所述油门驱动装置输入端连接于所述油门控制装置的PWM输出端；所述油门执行器包括：油门电机和油门信号转换单元；所述油门电机与所述油门驱动装置的输出端连接，所述油门信号转换单元和所述油门控制装置的AD输入端连接；所述主控装置根据所述油门档位的旋钮位置、压力开关、发动机水温值、GPS信息、怠速开关，确定发动机的转速，将转速信息发送到所述油门控制装置；所述油门驱动装置将所述油门控制装置发送的控制信号进行放大处理，并将放大后的控制信号发送到所述油门电机；所述油门电机根据所述控制信号转动，控制油门拉线的长度；所述油门信号转换单元采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给所述油门控制装置。

本发明的挖掘机的监控装置、方法和挖掘机，实现对挖掘机工作状况的实时监测和发动机油门的控制，同时保证了油门控制算法和仪表监控的数据处理速度，兼具仪表监控功能和油门以及转速控制功能，提高了仪表显示、油门以及转速的控制精度和响应速度，结构合理，可广泛用于挖掘机仪表中，具有结构合理、成本低、控制精度高等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的挖掘机的监控装置的一个实施例的示意图；

图2为根据本发明的挖掘机的监控装置的另一个实施例的示意图；

图3为根据本发明的挖掘机的监控装置的一个实施例中主控装置的硬件示意图；

图4为根据本发明的挖掘机的监控装置的一个实施例中发动机油门控制装置的示意图；

图5为根据本发明的挖掘机的监控方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为根据本发明的挖掘机的监控装置的一个实施例的示意图。如图1所示：挖掘机的监控装置包括：主控装置11、仪表装置12、远程监控装置14和发动机油门控制装置13。

主控装置11实时采集挖掘机的工作状态参数，并将工作状态参数发送给仪表装置。

仪表装置12显示工作状态参数，并对工作状态参数中超过报警阈值的工作状态参数进行报警。

发动机油门控制装置13根据主控装置发送的控制信号，控制发动机的转速。

远程监控装置14接收通过短信或GPRS方式发送的控制指令，并将控制指令发送到主控装置。

根据本发明的一个实施例，仪表装置12、远程监控装置14、发动机油门控制装置13与主控制器11装置通过RS232总线连接。

图2为根据本发明的挖掘机的监控装置的另一个实施例的示意图。如图2所示：主控装置21实时采集挖掘机工作状态参数，进行数据处理后，传递给仪表装置，仪表装置进行显示和报警信息处理，实现发动机运行参数的液晶显示、运行状态监测和极限参数报警。

在油门控制功能上，采用独立的油门控制装置221。油门控制装置221可以是一个单片机或单板机。

主控装置21根据油门档位设定旋钮位置、压力开关、发动机水温值、GPS信息、怠速开关等，经过计算机分析与计算，确定发动机的转速，改变串口片选信号，将数据单元通过串口传递给油门控制装置221，进而通过油门电机224闭环控制油门执行器拉线位置，实现发动机的油门控制，进而实现转速控制。油门执行器还包括油门信号转换单元223。

根据本发明的一个实施例，在主控装置21的硬件实现中包括带有USB接口的C8051F340单片机。

主控装置21的结构为：用于检测发动机冷却水温、燃油油位、发动机转速、工作小时计的传感器均与主控制单片机的模拟输入端相连。

用于指示和报警的充电指示、空滤报警、液压油温度报警、机油压力报警、发动机预热指示、先导液压油滤指示、水温开关量指示的线端均与主控制单片机的数字输入端相连。

用于锁车的继电器与主控制单片机的数字输出端相连。

根据本发明的一个实施例，仪表装置的显示模块为满足工程机械标准的5.6英寸分辨率640*480的工业串口屏。远程监控装置可以为GPS车载终端，通过GSM短信业务/GPRS数据传输传输技术实现远程监控。

根据本发明的一个实施例，可以通过远程监控装置来实现各类参数的远程监控，可以利用短信提醒方式以及锁车继电器动作来保证对挖掘机的管理、维护和维修。

本发明的挖掘机的监控装置，兼具仪表监控功能和油门控制功能，通过将GSM短信业务/GPRS数据传输技术、GPS定位技术、继电器输出控制以及图形仪表显示结合起来，既能以图形、文字甚至动画的方式来实时显示挖掘机的各种状态信息，又能自定义仪表功能和参数设置，且内置USB通信口支持系统升级和扩展，尤其是发动机油门控制采用独立的装置，保证了数据处理速度，实现了较高精度的油门控制，另外该装置不仅可以解决单点的实时监测，更可以结合监控网络上各个节点，以实现对挖掘机工作状况的远程实时监测，保证了维修维护的及时性。

图3为根据本发明的挖掘机的监控装置的一个实施例中主控装置的硬件示意图。如图3所示，主控装置21中的控制单元可以是带有USB接口的C8051F340单片机，C8051F340单片机主要包括：电源、时钟、复位、按键、下载以及USB扩展电路等，其中用于按键输入的电路与主控制器单片机的数字输入端相连。USB作为通信接口可以与其它设备相互连接，可以通过USB进行软件更新升级和设置。

图4为根据本发明的挖掘机的监控装置的一个实施例中发动机油门控制装置的示意图。如图4所示，发动机油门控制模块主要包括：油门电机45和油门信号转换单元44、油门（电机）驱动器（装置）43、与油门控制装置42。其中，油门电机45和油门信号转换单元44安装在发动机舱室，其余安装在仪表装置底层。油门控制装置42可以是一种单片机或单板机。

其中，油门控制装置42作为从机与仪表装置共用一个串口UART1，与主控装置41通过标准串口连接方式连接。

油门旋钮连接于油门控制装置42的模拟输入端，油门驱动装置43输入端连接于油门控制装置42的PWM输出端。

根据本发明的一个实施例，主控装置41根据油门档位的旋钮位置、压力开关、发动机水温值、GPS信息、怠速开关，确定发动机的转速，将转速信息发送到油门控制装置42。

油门驱动装置43将油门控制装置42发送的控制信号进行放大处理，并将放大后的控制信号发送到油门电机45。油门电机45根据控制信号转动，控制油门拉线的长度。

油门信号转换单元44采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给油门控制装置42。

图5为根据本发明的挖掘机的监控方法的一个实施例的流程图。如图5所示：

步骤501，主控装置实时采集挖掘机的工作状态参数，并将工作状态参数发送给仪表装置。

步骤502，仪表装置显示工作状态参数，并对工作状态参数中超过报警阈值的工作状态参数进行报警。

步骤503，发动机油门控制装置根据主控装置发送的控制信号，控制发动机的转速。

步骤504，远程监控装置接收通过短信或GPRS方式发送的控制指令，并将控制指令发送到主控装置。

根据本发明的一个实施例，设置在挖掘机中的传感器与主控装置的输入端连接，采集传感器的数据。传感器包括：用于检测发动机冷却水温的传感器、检测燃油油位的传感器、检测发动机转速的传感器、检测工作小时计的传感器。

主控装置的数字输入端接收设置在挖掘机中的开关发出的指示信号。指示信号包括：充电指示、空滤报警指示、液压油温度报警指示、机油压力报警、发动机预热指示、先导液压油滤指示、水温开关量指示。数字输入端与用于挖掘机锁车的继电器连接。

根据本发明的一个实施例，发动机油门控制模块包括：油门控制装置、油门旋钮、油门驱动装置、油门执行器。油门旋钮、油门驱动装置分别与油门控制装置连接。油门旋钮连接在油门控制装置的模拟输入端。油门驱动装置输入端连接于油门控制装置的PWM输出端。

油门执行器包括：油门电机和油门信号转换单元。油门电机与油门驱动装置的输出端连接，油门信号转换单元和油门控制装置的AD输入端连接。主控装置根据油门档位的旋钮位置、压力开关、发动机水温值、GPS信息、怠速开关，确定发动机的转速，将转速信息发送到油门控制装置。

油门驱动装置将油门控制装置发送的控制信号进行放大处理，并将放大后的控制信号发送到油门电机。油门电机根据控制信号转动，控制油门拉线的长度。油门信号转换单元采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给油门控制装置。

本发明的挖掘机的监控装置和方法，同时保证了油门控制算法和仪表监控的数据处理速度，兼具仪表监控功能和油门以及转速控制功能，与现有技术相比，保证了挖掘机状态的实时监控的同时，又使油门控制实现了自动化，采用标准工业串口屏，简化了仪表开发的难度，提高了仪表显示、油门以及转速的控制精度和响应速度，结构合理，可广泛用于挖掘机仪表中，同时可以通过USB进行软件更新升级和设置，具有结构合理、成本低、控制精度高等优点，可广泛应用在以机械泵为主要动力系统配置的其他工程机械中。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种挖掘机的监控装置，其特征在于，包括：主控装置、仪表装置、远程监控装置和发动机油门控制装置;

所述主控装置实时采集挖掘机的工作状态参数，并将所述工作状态参数发送给所述仪表装置；

所述仪表装置显示所述工作状态参数，并对所述工作状态参数中超过报警阈值的工作状态参数进行报警显示；

所述发动机油门控制装置根据所述主控装置发送的控制信号，控制挖掘机发动机的转速；

所述远程监控装置接收通过短信或GPRS方式发送的控制指令，并将所述控制指令发送到所述主控装置。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述仪表装置、所述远程监控装置、所述发动机油门控制装置与所述主控制器装置通过RS232总线连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述主控装置包括：模拟输入端、数字输入端和USB接口；

设置在所述挖掘机中的传感器与所述模拟输入端连接，采集所述传感器的数据；所述传感器包括：用于检测发动机冷却水温的传感器、检测燃油油位的传感器、检测发动机转速的传感器、检测工作小时计的传感器；

所述数字输入端接收设置在所述挖掘机中的开关发出的指示信号；所述指示信号包括：充电指示、空滤报警指示、液压油温度报警指示、机油压力报警、发动机预热指示、先导液压油滤指示、水温开关量指示；

所述数字输入端与用于所述挖掘机锁车的继电器连接。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述发动机油门控制模块包括：油门控制装置、油门旋钮、油门驱动装置、油门执行器；

所述油门旋钮、油门驱动装置分别与所述油门控制装置连接；

所述油门旋钮与所述油门控制装置的模拟输入端连接；所述油门驱动装置的输入端与所述油门控制装置的PWM输出端连接；

所述油门执行器包括：油门电机和油门信号转换单元；

所述油门电机与所述油门驱动装置的输出端连接，所述油门信号转换单元和所述油门控制装置的AD输入端连接。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述主控装置根据所述油门档位的旋钮位置、压力开关、发动机水温值、GPS信息和怠速开关信号，确定发动机的转速，将转速信息发送到所述油门控制装置；

所述油门驱动装置将所述油门控制装置发送的控制信号进行放大处理，并将放大后的控制信号发送到所述油门电机；所述油门电机根据所述控制信号转动，控制油门拉线的长度；

所述油门信号转换单元采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给所述油门控制装置。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述仪表装置包括：仪表显示单元；

所述仪表显示单元包括：5.6英寸、分辨率为640*480的工业串口屏；所述工业串口屏与所述主控装置通过串口UART连接；

所述远程监控装置包括：GPS车载单元；

所述GPS车载单元与所述主控装置通过串口UART连接。

7.一种挖掘机，其特征在于：

包括如权利要求1至6任意一项所述的挖掘机的监控装置。

8.一种挖掘机的监控方法，其特征在于，包括：

主控装置实时采集挖掘机的工作状态参数，并将所述工作状态参数发送给仪表装置；

仪表装置显示所述工作状态参数，并对所述工作状态参数中超过报警阈值的工作状态参数进行报警显示；

发动机油门控制装置根据所述主控装置发送的控制信号，控制挖掘机发动机的转速；

远程监控装置接收通过短信或GPRS方式发送的控制指令，并将所述控制指令发送到所述主控装置。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：

设置在所述挖掘机中的传感器与所述主控装置的模拟输入端连接，采集所述传感器的数据；所述传感器包括：用于检测发动机冷却水温的传感器、检测燃油油位的传感器、检测发动机转速的传感器、检测工作小时计的传感器；

所述主控装置的数字输入端接收设置在所述挖掘机中的开关发出的指示信号；所述指示信号包括：充电指示、空滤报警指示、液压油温度报警指示、机油压力报警、发动机预热指示、先导液压油滤指示、水温开关量指示；

所述数字输入端与用于所述挖掘机锁车的继电器连接。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：

所述发动机油门控制模块包括：油门控制装置、油门旋钮、油门驱动装置、油门执行器；

所述油门旋钮、油门驱动装置分别与所述油门控制装置连接；所述油门旋钮与所述油门控制装置的模拟输入端连接；所述油门驱动装置的输入端与所述油门控制装置的PWM输出端连接；

所述油门执行器包括：油门电机和油门信号转换单元；所述油门电机与所述油门驱动装置的输出端连接，所述油门信号转换单元和所述油门控制装置的AD输入端连接；

所述主控装置根据所述油门档位的旋钮位置、压力开关、发动机水温值、GPS信息、怠速开关，确定发动机的转速，将转速信息发送到所述油门控制装置；

所述油门驱动装置将所述油门控制装置发送的控制信号进行放大处理，并将放大后的控制信号发送到所述油门电机；所述油门电机根据所述控制信号转动，控制油门拉线的长度；

所述油门信号转换单元采集油门位置信息，并将油门位置信息转换为电信号传输给所述油门控制装置。

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