CN106527236B - 一种基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车，包括车体、罐体、抑尘装置和控制系统，所述抑尘装置包括雾炮，所述控制系统包括触摸显示设备、遥控器、GPS模块、发电机组组件、漏电检测设备、罐体水量检测元件、主控制器、转换器一、风机变频器、风机电机、转换器二、风机漏电断路器、药泵漏电断路器、药泵变频器、药泵电机、雾炮位置检测元件和液压系统，本发明的抑尘车基于CAN和ModBus总线控制技术，使得特种作业过程更加安全，整车线束更加简洁，控制系统更加稳定，显示内容更加丰富，人机交互更加便捷，故障排查更加容易。

Description

一种基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车

技术领域

本发明属于特种作业车辆的控制技术领域，具体涉及一种基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车。

背景技术

随着交通运输车辆尾气、工业工厂废气和城市民用生活炉灶及取暖锅炉废气的排放加剧，空气污染造成的环境问题日益凸显。雾霾和沙尘现象也越来越成为政府及民众关注的焦点。能够通过喷洒抑尘固化剂等喷洒液实现抑制扬尘污染的特种车辆——抑尘车也应运而生。目前，行业内的多功能抑尘车依据驱动类型可分为三类：CNG驱动抑尘车、全液压驱动抑尘车和发电机组驱动抑尘车。

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用最为广泛。

ModBus是由Modicon在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。ModBus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。它已经成为一种通用工业标准。协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。

发明内容

本发明的目的是利用CAN总线和ModBus总线技术来替代传统的检测和控制方法，提供一种基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车，该装置具有特种作业过程更加安全，整车线束更加整洁，控制系统更加稳定，显示内容更加丰富，人机交互更加便捷和故障排查更加容易的特点。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车，包括车体、罐体、抑尘装置和控制系统，所述抑尘装置包括雾炮，所述罐体和抑尘装置分别设置在车体的中部和尾部，所述控制系统包括触摸显示设备、遥控器、GPS模块、发电机组组件、漏电检测设备、罐体水量检测元件、主控制器、转换器一、风机变频器、风机电机、转换器二、风机漏电断路器、药泵漏电断路器、药泵变频器、药泵电机、雾炮位置检测元件和液压系统。

所述触摸显示设备、遥控器和GPS模块设置在车体驾驶室内；触摸显示设备通过转换器一连接主控制器，触摸显示设备用于操作人员输入作业命令以及接收并显示抑尘车各部件的运行状态数据；遥控器用于车辆定点作业时向主控制器进行远距离发送命令；GPS模块用于实时获取抑尘车的运行状态和作业路线并传输至云端进行监控和数据分析，以及接收云端传来的指令并通过CAN总线传输至主控制器。

所述发电机组组件和漏电检测设备设置在车体驾驶室和罐体之间的车体上，漏电检测设备安装在发电机组组件的下端，所述发电机组组件包括发电机组控制器和三相电源，发电机组控制器通过转换器二连接主控制器，发电机组控制器用于控制抑尘车发动机的开停机、数据检测和故障保护以及发电机电量测量和电量保护；三相电源输出端一依次通过风机漏电断路器和风机变频器连接风机电机，用于为风机电机提供驱动力；三相电源输出端二依次通过药泵漏电断路器和药泵变频器连接风机电机，用于为药泵电机提供驱动力；三相电源的输出端三连接液压系统，用于为液压系统提供驱动力；漏电检测设备用于检测抑尘车工作过程中是否存在漏电安全隐患，并将漏电信号发送给主控制器。

所述风机漏电断路器和药泵漏电断路器设置在车体尾部下端的控制柜内，风机漏电断路器用于风机主回路发生漏电安全隐患时，自动切断电源，所述风机变频器和风机电机设置在雾炮内部，风机变频器用于根据主控制器调整信息调整风机电机工作状态；药泵漏电断路器用于药泵主回路发生漏电安全隐患时，自动切断电源，所述药泵变频器和药泵电机设置在抑尘装置底部和车体之间，药泵变频器用于根据主控制器调整信息调整药泵电机工作状态。

所述罐体水量检测元件设置在罐体内部，罐体水量检测元件用于检测罐体内贮存的水量，并将水量信息发送给主控制器；所述雾炮位置检测元件和液压系统设置在抑尘装置下部；雾炮位置检测元件用于检测抑尘车工作过程中雾炮的实时位置，并将雾炮位置信息发送给主控制器；液压系统用于实现抑尘车工作过程中抑尘装置举升回落和左右旋转动作。

所述主控制器、转换器一和转换器二设置在车体尾部下端的控制柜内，主控制器信号输入端导线连接罐体水量检测元件、遥控器、漏电检测设备和雾炮位置检测元件，主控制器信号输出端导线连接液压系统，主控制器用于接收罐体水量检测元件、遥控器、漏电检测设备和雾炮位置检测元件发送的抑尘车的运行状态信息，并向液压系统发送动作指令，主控制器在CAN总线通道一内分别连接GPS模块、通过转换器一连接触摸显示设备和通过转换器二连接发电机组控制器，主控制器用于与GPS模块、触摸显示设备和发电机组控制器进行数据交换；转换器一用于主控制器在ModBus协议环境下与触摸显示设备进行实时的数据交换；转换器二用于主控制器在ModBus协议环境下与发电机组控制器进行实时的数据交换；主控制器在CAN总线通道二内分别连接风机变频器和药泵变频器，主控制器用于与风机变频器和药泵变频器进行数据交换。

作为本发明基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车进一步改进，所述转换器一和转换器二均采用CAN-RS485转换器。

有益效果

1、本发明抑尘车利用CAN总线和ModBus总线技术来替代传统的检测和控制方法，本发明的抑尘车设置有风机漏电断路器、药泵漏电断路器和漏电安全检测设备，发生漏电安全隐患时，主回路的漏电断路器会自动切断，避免触电事故。漏电安全检测设备用于检测抑尘车工作过程中风机和水泵主回路是否存在漏电安全隐患，主控制器得到漏电检测设备发出的漏电信号，及时断开风机变频器和药泵变频器控制回路，避免因漏电断路器损坏而未能及时脱开的危险情况，进而使得特种作业过程更加安全。

2、本发明抑尘车基于CAN总线和ModBus总线技术，使得总线上节点部件数量在理论上无限制，触摸显示设备可以从主控制器中获取各个部件的信息，如漏电信息、雾炮位置信息、罐体水量和发电机组转速等信息，因此显示内容更加丰富。

3、本发明设置有遥控器和可触摸的显示设备，可以实现远距离遥控操作及驾驶室人工操作，因此人机交互更加便捷。

4、由于CAN协议执行非集中化总线控制，所有主要通信包括总线读取控制，在系统中分几次完成，这是实现有较高可靠性的通信系统的方法，因此本发明抑尘车可靠性强，控制系统更加稳定。

5、本发明抑尘车CAN总线的各节点都可以根据总线访问优先权采用无损结构逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点抑尘车各个部件同时接收到相同的数据，这些特点使本发明抑尘车的数据通信实时性更强。

6、抑尘车控制系统的CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现像在传统RS-485网络中，因个别节点出现问题，使得控制系统总线处于死锁状态，而且为了界定故障，在每个总线单元中都设有两个计数，抑尘车的各部件故障排查更加容易。

附图说明

图1为本发明基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车的结构示意图；

图2为本发明基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车的控制系统结构框图；

图中标记：1、触摸显示设备，2、遥控器，3、GPS模块，4、发电机组组件，5、漏电检测设备，6、罐体水量检测元件，7、主控制器，8、转换器一，9、风机变频器，10、转换器二，11、风机漏电断路器，12、药泵漏电断路器，13、药泵变频器，14、雾炮位置检测元件，15、液压系统。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图所示：本发明提供一种基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车，包括车体、罐体、抑尘装置和控制系统，所述抑尘装置包括雾炮，所述罐体和抑尘装置分别设置在车体的中部和尾部，所述控制系统包括触摸显示设备1、遥控器2、GPS模块3、发电机组组件4、漏电检测设备5、罐体水量检测元件6、主控制器7、转换器一8、风机变频器9、风机电机、转换器二10、风机漏电断路器11、药泵漏电断路器12、药泵变频器13、药泵电机、雾炮位置检测元件14和液压系统15。

触摸显示设备1、遥控器2和GPS模块3设置在车体驾驶室内；触摸显示设备1通过转换器一8连接主控制器7，触摸显示设备1用于操作人员输入作业命令以及接收并显示抑尘车各部件的运行状态数据；遥控器2用于车辆定点作业时向主控制器7进行远距离发送命令；本发明抑尘车设置有遥控器2和可触摸的显示器，可以实现远距离遥控操作及驾驶室人工操作，因此人机交互更加便捷；GPS模块3用于实时获取抑尘车的运行状态和作业路线并传输至云端进行监控和数据分析，以及接收云端传来的指令并通过CAN总线传输至主控制器7，本发明抑尘车基于CAN总线和ModBus总线技术，使得总线上节点部件数量在理论上无限制，触摸显示设备1可以从主控制器7中获取各个部件的信息，如漏电信息、雾炮位置信息和罐体水量等信息，因此显示内容更加丰富。

本发明抑尘车CAN总线的各节点都可以根据总线访问优先权采用无损结构逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点抑尘车各个部件同时接收到相同的数据，这些特点使本发明抑尘车的数据通信实时性更强。

发电机组组件4和漏电检测设备5设置在车体驾驶室和罐体之间的车体上，漏电检测设备5安装在发电机组组件4的下端，所述发电机组组件4包括发电机组控制器和三相电源，发电机组控制器通过转换器二10连接主控制器7，发电机组控制器用于控制抑尘车发动机的开停机、数据检测和故障保护以及发电机电量测量和电量保护；三相电源输出端一依次通过风机漏电断路器11和风机变频器9连接风机电机，用于为风机电机提供驱动力；三相电源输出端二依次通过药泵漏电断路器12和药泵变频器13连接风机电机，用于为药泵电机提供驱动力；三相电源的输出端三连接液压系统15，用于为液压系统15提供驱动力；漏电检测设备5将漏电信号发送给主控制器7，发生漏电安全隐患时，主回路的风机漏电断路器11和药泵漏电断路器12会自动切断，避免触电事故。主控制器7得到漏电检测设备5发出的漏电信号，及时断开风机变频器9和药泵变频器13控制回路，避免因风机漏电断路器11和药泵漏电断路器12损坏而未能及时脱开的危险情况，进而使得特种作业过程更加安全。

风机漏电断路器11和药泵漏电断路器12设置在车体尾部下端的控制柜内，风机漏电断路器11用于风机主回路发生漏电安全隐患时，自动切断电源，所述风机变频器9和风机电机设置在雾炮内部，风机变频器9用于根据主控制器7调整信息调整风机电机工作状态；药泵漏电断路器12用于药泵主回路发生漏电安全隐患时，自动切断电源，所述药泵变频器13和药泵电机设置在抑尘装置底部和车体之间，药泵变频器13用于根据主控制器7调整信息调整药泵电机工作状态。

罐体水量检测元件6设置在罐体内部，罐体水量检测元件6用于检测罐体内贮存的水量，并将水量信息发送给主控制器7；所述雾炮位置检测元件14和液压系统15设置在抑尘装置下部；雾炮位置检测元件14用于检测抑尘车工作过程中雾炮的实时位置，并将雾炮位置信息发送给主控制器7；液压系统15用于实现抑尘车工作过程中抑尘装置举升回落和左右旋转动作。

主控制器7、转换器一8和转换器二10设置在车体尾部下端的控制柜内，主控制器7信号输入端导线连接罐体水量检测元件6、遥控器2、漏电检测设备5和雾炮位置检测元件14，主控制器7信号输出端导线连接液压系统15，主控制器7用于接收罐体水量检测元件6、遥控器2、漏电检测设备5和雾炮位置检测元件14发送的抑尘车的运行状态信息，并向液压系统15发送动作指令，主控制器7在CAN总线通道一（CAN1）内分别连接GPS模块3、通过转换器一8连接触摸显示设备1和通过转换器二10连接发电机组控制器，主控制器7用于与GPS模块3、触摸显示设备1和发电机组控制器进行数据交换；转换器一8用于主控制器7在ModBus协议环境下与触摸显示设备1进行实时的数据交换；转换器二10用于主控制器7在ModBus协议环境下与发电机组控制器进行实时的数据交换；主控制器7在CAN总线通道二（CAN2）内分别连接风机变频器9和药泵变频器13，主控制器7用于与风机变频器9和药泵变频器13进行数据交换。

本发明实现方案思路：在硬件上，使用导线将漏电检测设备5、罐体水量检测元件6、雾炮位置检测元件14、遥控器2接入主控制器7输入端，将液压系统14电磁阀接入主控制器7输出端，将三相电源经风机漏电断路器11和药泵漏电断路器12分别接入风机变频器9、药泵变频器13和液压系统14电机，将风机变频器9和药泵变频器13输出端分别接入风机电机和药泵电机。

用主控制器的CAN1接口接入转换器一（CAN-RS485转换器1）8、转换器二（CAN-RS485转换器2）10和GPS模块3等CAN设备，并在CAN拓扑结构的两个终端接入120Ω电阻。并将转换器一8输出端接入触摸显示设备1，将转换器二10输出端接入发电机组控制器。实现数据在触摸显示设备1上的显示和操作者在触摸显示设备1上的操作输入，发电机组转速、线电压、报警等信息的读取和机组启停的控制以及通过GPS模块3上传整车状态和接收云端指令。用主控制器7的CAN2接口接入风机变频器9和药泵变频器13，并在CAN拓扑结构的两个终端接入120Ω电阻。以实现风机变频器9和药泵变频器13数据采集和变频控制等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车，包括车体、罐体、抑尘装置和控制系统，所述抑尘装置包括雾炮，所述罐体和抑尘装置分别设置在车体的中部和尾部，其特征在于：所述控制系统包括触摸显示设备（1）、遥控器（2）、GPS模块（3）、发电机组组件（4）、漏电检测设备（5）、罐体水量检测元件（6）、主控制器（7）、转换器一（8）、风机变频器（9）、风机电机、转换器二（10）、风机漏电断路器（11）、药泵漏电断路器（12）、药泵变频器（13）、药泵电机、雾炮位置检测元件（14）和液压系统（15）；

所述触摸显示设备（1）、遥控器（2）和GPS模块（3）设置在车体驾驶室内；触摸显示设备（1）通过转换器一（8）连接主控制器（7），触摸显示设备（1）用于操作人员输入作业命令以及接收并显示抑尘车各部件的运行状态数据；遥控器（2）用于车辆定点作业时向主控制器（7）进行远距离发送命令；GPS模块（3）用于实时获取抑尘车的运行状态和作业路线并传输至云端进行监控和数据分析，以及接收云端传来的指令并通过CAN总线传输至主控制器（7）；

所述发电机组组件（4）和漏电检测设备（5）设置在车体驾驶室和罐体之间的车体上，漏电检测设备（5）安装在发电机组组件（4）的下端，所述发电机组组件（4）包括发电机组控制器和三相电源，发电机组控制器通过转换器二（10）连接主控制器（7），发电机组控制器用于控制抑尘车发动机的开停机、数据检测和故障保护以及发电机电量测量和电量保护；三相电源输出端一依次通过风机漏电断路器（11）和风机变频器（9）连接风机电机，用于为风机电机提供驱动力；三相电源输出端二依次通过药泵漏电断路器（12）和药泵变频器（13）连接风机电机，用于为药泵电机提供驱动力；三相电源的输出端三连接液压系统（15），用于为液压系统（15）提供驱动力；漏电检测设备（5）用于检测抑尘车工作过程中是否存在漏电安全隐患，并将漏电信号发送给主控制器（7）；

所述风机漏电断路器（11）和药泵漏电断路器（12）设置在车体尾部下端的控制柜内，风机漏电断路器（11）用于风机主回路发生漏电安全隐患时，自动切断电源，所述风机变频器（9）和风机电机设置在雾炮内部，风机变频器（9）用于根据主控制器（7）调整信息调整风机电机工作状态；药泵漏电断路器（12）用于药泵主回路发生漏电安全隐患时，自动切断电源，所述药泵变频器（13）和药泵电机设置在抑尘装置底部和车体之间，药泵变频器用于根据主控制器（7）调整信息调整药泵电机工作状态，发生漏电安全隐患时，主回路的风机漏电断路器和药泵漏电断路器会自动切断，避免触电事故；主控制器得到漏电检测设备发出的漏电信号，及时断开风机变频器和药泵变频器控制回路，避免因风机漏电断路器和药泵漏电断路器损坏而未能及时脱开的危险情况，进而使得特种作业过程更加安全；

所述罐体水量检测元件（6）设置在罐体内部，罐体水量检测元件（6）用于检测罐体内贮存的水量，并将水量信息发送给主控制器（7）；所述雾炮位置检测元件（14）和液压系统（15）设置在抑尘装置下部；雾炮位置检测元件（14）用于检测抑尘车工作过程中雾炮的实时位置，并将雾炮位置信息发送给主控制器（7）；液压系统（15）用于实现抑尘车工作过程中抑尘装置举升回落和左右旋转动作；

所述主控制器（7）、转换器一（8）和转换器二（10）设置在车体尾部下端的控制柜内，主控制器（7）信号输入端导线连接罐体水量检测元件（6）、遥控器（2）、漏电检测设备（5）和雾炮位置检测元件（14），主控制器（7）信号输出端导线连接液压系统（15），主控制器（7）用于接收罐体水量检测元件（6）、遥控器（2）、漏电检测设备（5）和雾炮位置检测元件（14）发送的抑尘车的运行状态信息，并向液压系统（15）发送动作指令，主控制器（7）在CAN总线通道一内分别连接GPS模块（3）、通过转换器一（8）连接触摸显示设备（1）和通过转换器二（10）连接发电机组控制器，主控制器（7）用于与GPS模块（3）、触摸显示设备（1）和发电机组控制器进行数据交换；转换器一（8）用于主控制器（7）在ModBus协议环境下与触摸显示设备（1）进行实时的数据交换；转换器二（10）用于主控制器（7）在ModBus协议环境下与发电机组控制器进行实时的数据交换；主控制器（7）在CAN总线通道二内分别连接风机变频器（9）和药泵变频器（13），主控制器（7）用于与风机变频器（9）和药泵变频器（13）进行数据交换。

2.如权利要求1所述的一种基于CAN和ModBus总线控制技术的多功能抑尘车，其特征在于：所述转换器一（8）和转换器二（10）均采用CAN-RS485转换器。

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