CN106657395A - 基于互联网的工程车辆远程监测及控制系统 - Google Patents

基于互联网的工程车辆远程监测及控制系统 Download PDF

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张树兵
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金娥
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Abstract

本发明公开了一种基于互联网的工程车辆远程监测及控制系统，是由远程监测系统和远程控制系统组成，本发明采用连接Internet网络的控制中心和手机实时监测和控制工程车辆；采用4G网络或使用WLAN无线局域网技术将系统所监测的数据上传至服务器，可满足系统对于实时监测和远程控制的网速需求；本发明的传感器所采集的数据可以全面覆盖工程车辆常见故障所发生的位置。机载电脑内置地图，可以实时监测车辆精确位置。本发明可实现无人化远程遥控驾驶和自动驾驶。在高危环境下作业充分保证了驾驶员的人身安全，同时自动驾驶功能的实现。本发明通过系统收集的故障数据进行整理分析，可以在故障发生前对控制中心以及手机发送预警信号。

Description

基于互联网的工程车辆远程监测及控制系统
技术领域
本发明涉及一种工程车辆监测及控制系统，特别是指一种基于互联网的轮式工程车辆远程监测及远程控制系统。
背景技术
轮式工程车辆主要是指装载机、吊车、自卸车等工程专用车辆。主要应用于矿石开采、工程建设等恶劣环境。因此，该系统可实现远程监测车辆工作状态，以便及时进行精准定位及维修。由于轮式工程车辆不同于履带行走车辆，轮式工程车辆可在城市公路驾驶。因此，该系统同时可实现在城市道路中辅助驾驶以及在高危作业环境下远程控制自动驾驶，以保护驾驶员人身安全。
传统的GPRS网络的最高数据传输速率为172.6Kbps，不能满足系统使用要求。因此该系统所采用第四代移动通信技术，即4G网络或使用WLAN无线局域网技术接入互联网。第四代移动通信系统传输速率可达到20Mbps，甚至最高可以达到高达100Mbps，完全满足系统要求。WLAN无线局域网的传输速度可达到54Mbps，同样满足系统要求。
发明内容
本发明提供了一种实用可靠的基于互联网的工程车辆远程监测及控制系统。用以解决现有工程车辆在运输、作业及远程监测方面的不足。本发明的目的在于，无论何时何地，通过接入Internet网络的计算机或手机，实现真正意义上的远程监测工程车辆的各项数据；通过接入Internet网络的计算机或手机，实现在高危环境下作业的工程车辆的远程控制自动驾驶，以保护驾驶员的人身安全。
本发明是由远程监测系统和远程控制系统组成；
远程监测系统包括监测传感器、数据采集卡、机载电脑、labVIEW网络服务器、监控中心和手机；
监测传感器包括有速度传感器、倾角传感器，监测参数传感器包括油位传感器、蓄电池电量传感器、机油压力传感器、胎压传感器、驾驶室温度传感器、机油温度传感器、冷却水温度传感器、发动机转速传感器、冷却水位传感器；
速度传感器和倾角传感器安装在工程车辆底盘中心位置与数据采集卡连接；油位传感器安装在工程车辆油箱内与数据采集卡连接；蓄电池电量传感器安装在蓄电池负极与数据采集卡连接；机油压力传感器和机油温度传感器安装在工程车辆机油油箱内与数据采集卡连接；驾驶室温度传感器安装在工程车辆驾驶室内与数据采集卡连接；冷却水温度传感器和冷却水位传感器安装在工程车辆水箱内与数据采集卡连接；胎压传感器安装在工程车辆四个或多个轮胎气门处与数据采集卡连接；发动机转速传感器安装在叶片飞轮处与数据采集卡连接；
所述数据采集卡与集成GPS接收器的机载电脑连接，机载电脑内置的labVIEW软件编程的数据采集程序将数据采集卡采集到的传感器数据通过4G网络或WLAN无线局域网发布至labVIEW网络服务器；由接入监控中心或手机使用设定的用户名和密钥登录服务器获取实时数据；
所述的远程控制系统包括机载电脑、监控中心或手机、摄像头和变频器连接、控制中心，通过监控中心或手机使用设定的用户名和密钥通过互联网连接集成GPS接收器的机载电脑，机载电脑内置基于labVIEW软件编写的程序；机载电脑连接cRIO下位机。cRIO下位机与摄像头和变频器连接，再由变频器连接车辆控制系统。机载电脑通过收集摄像头采集的数据，控制变频器输出电压来调节工程车辆的转向系统、油门系统、制动系统；
机载电脑接入cRIO下位机，并与摄像头和变频器连接，基于labVIEW控制vi通过Internet网络内嵌发布至控制中心或手机请求控制；经控制中心或手机准备完毕允许控制客户端；控制中心或手机取得控制权后输入账户秘钥对客户端进行控制，此时，系统将会出现驾驶模式选择；
当工程车辆选择主动控制模式时，控制中心或手机将通过Internet网络控制labVIEW前面板调节电压输出，再由cRIO下位机板卡输出相应电压控制车辆控制系统，当工程车辆选择自动驾驶模式时，控制中心或手机将通过Internet网络控制labVIEW自动控制vi。通过调用摄像头采集道路信息获取图像二值化处理得到标志线中点坐标；采用模糊PIP算法使车辆航角和距离偏差减小，从而控制工程车辆沿交通标志线自动前行。
所述的远程监测系统的监测传感器将车辆运行状态数据通过数据采集卡、通过机载电脑内的labVIEW串口信息读取与处理，可获得精确的位置信息，并将监测传感器采集的数据实时处理，由4G网络或WLAN无线局域网接入Internet网络上传至labVIEW网络服务器。最后由监控中心和手机实时查看。
所述的车辆控制系统包括转向系统、油门系统和制动系统。
本发明使用labview2015对FPGA模块、视觉与运动模块和运动与仿真模块对程序进行编写，对各类传感器的数据和图像信息进行读取和处理。labVIEW通过FPGA模块实现对cRIO下位机输入板卡信号采集和输出板卡输出电压的控制，labVIEW的视觉与运动模块控制摄像头对路面信息的采集和采集后图像信息的处理，labVIEW运动与仿真模块用来编写模糊PID算法的控制规则。本发明的数据传输主要为传感器采集的车辆运行的各种参数，传感器采集的信息通过cRIO板卡采集到下位机，下位机将数据传输至机载电脑进行分析处理，处理后的数据通过labVIEW的web服务器发送至监控中心和手机，监控中心计算机和手机根据接收到的数据对车辆的直行或者转向发出指令，机载电脑根据指令控制车辆的运动，从而实现对车辆的互联网监测与远程控制。
本发明的有益效果：
1、本发明采用连接Internet网络的控制中心和手机实时监测和控制工程车辆，克服了以往远程监控系统只能靠监控中心监测的局限性。
2、本发明采用第四代移动通信技术，即4G网络或使用WLAN无线局域网技术将系统所监测的数据上传至服务器。由于4G网络和WLAN无线局域网的数据传输速度可达54Mbps。可满足系统对于实时监测和远程控制的网速需求。
3、本发明的传感器所采集的数据可以全面覆盖工程车辆常见故障所发生的位置。同时，机载电脑内置地图，可以实时监测车辆精确位置，使工程车辆的维修以及丢失车辆的找回提供了便利。
4、本发明可实现无人化远程遥控驾驶和自动驾驶。在高危环境下作业充分保证了驾驶员的人身安全，同时自动驾驶功能的实现，让超大体积的工程车辆在城市道路中行驶更加便利。目前并没有同类技术。
5、本发明通过系统收集的故障数据进行整理分析，可以在故障发生前对控制中心以及手机发送预警信号。
附图说明
图1为本发明的结构和控制原理示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的工作流程图。
其中：1、监测传感器；2、数据采集卡；3、机载电脑；4、labVIEW串口信息；5、labVIEW网络服务器；6、监控中心；7、手机；8、摄像头和变频器；9、labVIEW控制vi；10、控制中心；11、客户端；12、控制中心或手机取得控制权后输入账户秘钥对客户端进行控制；13、主动控制模式选择；14、labVIEW前面板；15、cRIO下位机板；16、车辆控制系统；17、自动控制模式选择；18、labVIEW自动控制vi；19、摄像头；20、labVIEW图像二值化处理；21、模糊PIP算法；22、车辆自动前行。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明是由远程监测系统和远程控制系统组成；
远程监测系统包括监测传感器1、数据采集卡2、机载电脑3、labVIEW网络服务器5、监控中心6和手机7；
监测传感器1包括有速度传感器、倾角传感器，监测参数传感器包括油位传感器、蓄电池电量传感器、机油压力传感器、胎压传感器、驾驶室温度传感器、机油温度传感器、冷却水温度传感器、发动机转速传感器、冷却水位传感器；
速度传感器和倾角传感器安装在工程车辆底盘中心位置与数据采集卡2连接；油位传感器安装在工程车辆油箱内与数据采集卡2连接；蓄电池电量传感器安装在蓄电池负极与数据采集卡2连接；机油压力传感器和机油温度传感器安装在工程车辆机油油箱内与数据采集卡2连接；驾驶室温度传感器安装在工程车辆驾驶室内与数据采集卡2连接；冷却水温度传感器和冷却水位传感器安装在工程车辆水箱内与数据采集卡2连接；胎压传感器安装在工程车辆四个或多个轮胎气门处与数据采集卡2连接；发动机转速传感器安装在叶片飞轮处与数据采集卡2连接；
所述数据采集卡2与集成GPS接收器的机载电脑3连接，机载电脑3内置的labVIEW软件编程的数据采集程序将数据采集卡2采集到的传感器数据通过4G网络或WLAN无线局域网发布至labVIEW网络服务器5；由接入监控中心6或手机7使用设定的用户名和密钥登录服务器5获取实时数据；通过监控中心6或手机7使用设定的用户名和密钥通过互联网连接集成GPS接收器的机载电脑3，机载电脑3内置基于labVIEW软件编写的程序；
所述的远程控制系统包括机载电脑3、摄像头和变频器连接8、控制中心10，机载电脑3连接cRIO下位机。cRIO下位机与摄像头和变频器8连接，再由变频器连接车辆控制系统16。机载电脑3通过收集摄像头采集的数据，控制变频器输出电压来调节工程车辆的转向系统、油门系统、制动系统；
机载电脑3接入cRIO下位机，并与摄像头和变频器8连接，基于labVIEW控制vi9通过Internet网络内嵌发布至控制中心10或手机7请求控制；经控制中心10或手机7准备完毕允许控制客户端11；控制中心10或手机7取得控制权后输入账户秘钥对客户端进行控制12，此时，系统将会出现驾驶模式选择；
当工程车辆选择主动控制模式13时，控制中心10或手机7将通过Internet网络控制labVIEW前面板调节电压输出14，再由cRIO下位机板卡输出相应电压15控制车辆控制系统16，当工程车辆选择自动驾驶模式17时，控制中心10或手机7将通过Internet网络控制labVIEW自动控制vi18。通过调用摄像头19采集道路信息获取图像二值化处理20得到标志线中点坐标；采用模糊PIP算法21使车辆航角和距离偏差减小，从而控制工程车辆沿交通标志线自动前行22。
所述的远程监测系统的监测传感器1将车辆运行状态数据通过数据采集卡2、通过机载电脑3内的labVIEW串口信息4读取与处理，可获得精确的位置信息，并将监测传感器1采集的数据实时处理，由4G网络或WLAN无线局域网接入Internet网络上传至labVIEW网络服务器5。最后由监控中心6和手机7实时查看。
所述的车辆控制系统16包括转向系统、油门系统和制动系统。
如图3所示，本发明使用labview2015对FPGA模块、视觉与运动模块和运动与仿真模块对程序进行编写，对各类传感器的数据和图像信息进行读取和处理。labVIEW通过FPGA模块实现对cRIO下位机输入板卡信号采集和输出板卡输出电压的控制，labVIEW的视觉与运动模块控制摄像头对路面信息的采集和采集后图像信息的处理，labVIEW运动与仿真模块用来编写模糊PID算法的控制规则。本发明的数据传输主要为传感器采集的车辆运行的各种参数，传感器采集的信息通过cRIO板卡采集到下位机，下位机将数据传输至机载电脑进行分析处理，处理后的数据通过labVIEW的web服务器发送至监控中心和手机，监控中心计算机和手机根据接收到的数据对车辆的直行或者转向发出指令，机载电脑根据指令控制车辆的运动，从而实现对车辆的互联网监测与远程控制。

Claims (2)

1.一种基于互联网的工程车辆远程监测及控制系统，其特征在于：是由远程监测系统和远程控制系统组成；
远程监测系统包括监测传感器(1)、数据采集卡(2)、机载电脑(3)、labVIEW网络服务器(5)、监控中心(6)和手机(7)；
监测传感器(1)包括有速度传感器、倾角传感器，监测参数传感器包括油位传感器、蓄电池电量传感器、机油压力传感器、胎压传感器、驾驶室温度传感器、机油温度传感器、冷却水温度传感器、发动机转速传感器、冷却水位传感器；
速度传感器和倾角传感器安装在工程车辆底盘中心位置与数据采集卡(2)连接；油位传感器安装在工程车辆油箱内与数据采集卡(2)连接；蓄电池电量传感器安装在蓄电池负极与数据采集卡(2)连接；机油压力传感器和机油温度传感器安装在工程车辆机油油箱内与数据采集卡(2)连接；驾驶室温度传感器安装在工程车辆驾驶室内与数据采集卡(2)连接；冷却水温度传感器和冷却水位传感器安装在工程车辆水箱内与数据采集卡(2)连接；胎压传感器安装在工程车辆四个或多个轮胎气门处与数据采集卡(2)连接；发动机转速传感器安装在叶片飞轮处与数据采集卡(2)连接；
所述数据采集卡(2)与集成GPS接收器的机载电脑(3)连接，机载电脑(3)内置的labVIEW软件编程的数据采集程序将数据采集卡(2)采集到的传感器数据通过4G网络或WLAN无线局域网发布至labVIEW网络服务器(5)；由接入监控中心(6)或手机(7)使用设定的用户名和密钥登录服务器(5)获取实时数据；通过监控中心(6)或手机(7)使用设定的用户名和密钥通过互联网连接集成GPS接收器的机载电脑(3)，机载电脑(3)内置基于labVIEW软件编写的程序；
所述的远程控制系统包括机载电脑(3)、摄像头和变频器连接(8)、控制中心(10)，机载电脑(3)连接cRIO下位机；cRIO下位机与摄像头和变频器(8)连接，再由变频器连接车辆控制系统(16)；机载电脑(3)通过收集摄像头采集的数据，控制变频器输出电压来调节工程车辆的车辆控制系统(16)；基于labVIEW控制vi(9)通过Internet网络内嵌发布至控制中心(10)或手机(7)请求控制；经控制中心(10)或手机(7)准备完毕允许控制客户端(11)；控制中心(10)或手机(7)取得控制权后输入账户秘钥对客户端进行控制(12)，此时，系统将会出现驾驶模式选择；
当工程车辆选择主动控制模式(13)时，控制中心(10)或手机(7)将通过Internet网络控制labVIEW前面板调节电压输出(14)，再由cRIO下位机板卡输出相应电压(15)控制车辆控制系统(16)，当工程车辆选择自动驾驶模式(17)时，控制中心(10)或手机(7)将通过Internet网络控制labVIEW自动控制vi(18)，通过调用摄像头(19)采集道路信息获取图像二值化处理(20)得到标志线中点坐标；采用模糊PIP算法(21)使车辆航角和距离偏差减小，从而控制工程车辆沿交通标志线自动前行(22)。
所述的远程监测系统的监测传感器(1)将车辆运行状态数据通过数据采集卡(2)、通过机载电脑(3)内的labVIEW串口信息(4)读取与处理，可获得精确的位置信息，并将监测传感器(1)采集的数据实时处理，由4G网络或WLAN无线局域网接入Internet网络上传至labVIEW网络服务器(5)。最后由监控中心(6)和手机(7)实时查看。
2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的工程车辆远程监测及控制系统，其特征在于：所述的车辆控制系统(16)包括转向系统、油门系统和制动系统。
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