CN111516715A - 煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化测控技术领域，具体涉及煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统及监控方法。其应用时通过接近传感器对煤炭漏斗车的底门进行开闭监测，并生成传感数据传输至车载主机；车载主机获取接近传感器的传感数据后，对传感数据进行协议转换处理，生成监测数据，然后通过通讯模块将监测数据传输至数据管理终端；数据管理终端对监测数据进行处理，获得监测结果，并展现监测结果。本发明可以对煤炭漏斗车底门的开闭状态进行自动化、高效的监测，防止煤炭漏斗车在运行过程中，底门打开泄露而不被察觉，造成经济损失。

Description

煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统及监控方法

技术领域

本发明涉及自动化测控技术领域，具体涉及煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统及监控方法。

背景技术

煤炭漏斗车是一种端墙向内侧倾斜或者端面呈大圆弧，车体下部装有漏斗的铁路货车。煤炭由上面装入，卸货时用人力或风力开启漏斗底门，煤炭靠自身重力自动卸出。煤炭漏斗车的底门用于煤炭卸货，当煤炭漏斗车满载运行时，其自身振动加速度非常大，在运行过程中，可能造成底门打开泄露，直接造成经济损失，泄露至轨道的煤炭需要耗费大量的人力来清理，也会给其他运行至该路段的列车带来极大的安全隐患。然而，目前在煤炭漏斗车的实际运行使用过程中，却还没有专门针对煤炭漏斗车底门开闭状态进行有效监控的技术手段。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统及监控方法，其应用时，可以对煤炭漏斗车底门的开闭状态进行自动化、高效的监测。

本发明所采用的技术方案为：

煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，包括相互建立通讯对接的车载终端和数据管理终端，车载终端用于对煤炭漏斗车的底门进行开闭监测，并将监测信息传输至数据管理终端，数据管理终端用于对车载终端传输的监测信息进行接收处理，获得监测结果；所述车载终端包括接近传感器、车载主机和通讯模块，所述接近传感器用于对煤炭漏斗车的底门进行开闭监测，并生成传感数据传输至车载主机，所述通讯模块用于建立车载主机与数据管理终端之间的数据交互通道，所述车载主机用于接收接近传感器传输的传感数据，并将传感数据进行协议转换处理后，通过通讯模块传输至数据管理终端。

作为上述技术方案的优选，所述通讯模块选用4G通讯模块。

作为上述技术方案的优选，所述接近传感器选用静电容量型接近传感器。

作为上述技术方案的优选，所述车载主机包括依次对接的处理板、电源板和供电电源，所述处理板分别与接近传感器和通讯模块信号对接，用于接收接近传感器传输的传感数据，并将传感数据进行协议转换处理后，通过通讯模块传输至数据管理终端，所述供电电源通过电源板为处理板提供工作电源。

作为上述技术方案的优选，所述处理板包括ARM控制器，ARM控制器通过IO接口连接接近传感器，以对接近传感器的传感数据进行接收，ARM控制器的输出端设有RS232串行接口，其通过RS232串行接口对接通讯模块，ARM控制器将传感数据转换成RS232协议数据，再通过RS232串行接口传输至通讯模块。

作为上述技术方案的优选，所述处理板还包括EEPROM存储器，所述EEPROM存储器与ARM控制器连接，用于存储ARM控制器的处理数据。

作为上述技术方案的优选，所述供电电源包括锂电池和/或太阳能电池，所述供电电源提供12V/40Ah电源。

作为上述技术方案的优选，所述电源板输入DC12V电源，输出DC12V和DC3.3V电源，电源板包括DC-DC转换器和LM1117-3.3电压转换芯片，DC-DC转换器用于将DC12V电源转换为DC5V电源，LM1117-3.3电压转换芯片用于将DC5V电源转换为DC3.3V电源。

作为上述技术方案的优选，所述电源板还包括过流保护模块和电磁兼容模块，过流保护模块用于对电源板进行过流保护，所述电磁兼容模块用于对电源板进行抗电磁干扰保护。

煤炭漏斗车底门开闭状态监控方法，包括以下步骤：

通过接近传感器对煤炭漏斗车的底门进行开闭监测，并生成传感数据传输至车载主机；

车载主机获取接近传感器的传感数据后，对传感数据进行协议转换处理，生成监测数据，然后通过通讯模块将监测数据传输至数据管理终端；

数据管理终端对监测数据进行处理，获得监测结果，并展现监测结果。

本发明的有益效果为：

本发明通过接近传感器可以实时监测煤炭漏斗车底门的开闭状态，车载主机可以将接近传感器的传感数据整理成监测信息后，通过讯模块传输至数据管理终端，由数据管理终端进行监测信息的接收处理，来获得监测结果。这样的监测系统设计在运行过程中，若是煤炭漏斗车的底门由关闭状态转为打开状态，则接近传感器会第一时间监测到，并根据这种状态变化产生相应的电信号传输至车载主机，再由车载主机再对电信号进行相应的处理转化后，传输至数据管理终端，数据管理终端就能及时发现煤炭漏斗车底门的状态变化，实现对煤炭漏斗车底门开闭状态的实时、高效监测。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为车载终端和数据管理终端的对接示意图；

图2为车载终端的结构示意图；

图3为车载终端的具象化效果图；

图4为车载主机的对接示意图；

图5为处理板的构成示意图；

图6为电源板的构成示意图；

图7为实施例5中车载终端的软件程序工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本发明的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等等)。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1：

本实施例提供煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，如图1至图2所示：

包括相互建立通讯对接的车载终端和数据管理终端，车载终端用于对煤炭漏斗车的底门进行开闭监测，并将监测信息传输至数据管理终端，数据管理终端用于对车载终端传输的监测信息进行接收处理，获得监测结果；所述车载终端包括接近传感器、车载主机和通讯模块，所述接近传感器用于对煤炭漏斗车的底门进行开闭监测，并生成传感数据传输至车载主机，所述通讯模块用于建立车载主机与数据管理终端之间的数据交互通道，所述车载主机用于接收接近传感器传输的传感数据，并将传感数据进行协议转换处理后，通过通讯模块传输至数据管理终端。

接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件，它利用位移传感器对接近的物体具有敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，通常又把接近传感器称为接近开关。它是代替开关等接触式检测式检测方式，以无需接触被检测对象为目的的传感器的总称，它能检测对象的移动和存在信息并转化成电信号。实际应用过程中，可设置多个接近传感器来同步多方诊断煤炭漏斗车底门开闭状态，避免门未关、门未关到位和车门被打开等状态未能被及时检测到。

其实施时，可将如图3所示的车载终端直接安装在煤炭漏斗车上，通过接近传感器可以实时监测煤炭漏斗车底门的开闭状态，车载主机可以将接近传感器的传感数据整理成监测信息后，通过讯模块传输至数据管理终端，由数据管理终端进行监测信息的接收处理，来获得监测结果。这样的监测系统设计在运行过程中，若是煤炭漏斗车的底门由关闭状态转为打开状态，则接近传感器会第一时间监测到，并根据这种状态变化产生相应的电信号传输至车载主机，再由车载主机再对电信号进行相应的处理转化后，传输至数据管理终端，数据管理终端就能及时发现煤炭漏斗车底门的状态变化，实现对煤炭漏斗车底门开闭状态的实时、高效监测。

实施例2：

作为对上述实施例的优化，如图4所示，所述通讯模块可选用4G通讯模块，4G通讯模块采用第四代移动通信技术，数据的传输速率更快，传输更稳定，当然，通讯模块也可选用2G、3G、蓝牙、WiFi、ZigBee、LoRa等其他数据传输模块来替代。所述接近传感器选用静电容量型接近传感器，其感应更灵敏，通用性强，当然，也可选用感应型、超声波型、光电型、磁力型的其他类型的接近传感器来替代。所述车载主机包括依次对接的处理板、电源板和供电电源，所述处理板分别与接近传感器和通讯模块信号对接，用于接收接近传感器传输的传感数据，并将传感数据进行协议转换处理后，通过通讯模块传输至数据管理终端，所述供电电源通过电源板为处理板提供工作电源。

实施例3：

作为对上述实施例的优化，如图5所示，所述处理板包括ARM控制器，ARM控制器通过IO接口连接接近传感器，以对接近传感器的传感数据进行接收，ARM控制器的输出端设有RS232串行接口，其通过RS232串行接口对接通讯模块，ARM控制器将传感数据转换成RS232协议数据，再通过RS232串行接口传输至通讯模块。ARM控制器选用带定时器的STM32L431型处理器，其应用时可处于SLEEP状态或者唤醒状态，其唤醒状态正常工作电流为100uA，SLEEP状态下的电流更低，功耗也更低。ARM控制器平时处于SLEEP状态，当煤炭漏斗车底门状态未改变，可通过定时器唤醒ARM控制器；当煤炭漏斗车底门状态发生改变时，通过输入端IO电平的变化唤醒ARM控制器，ARM控制器唤醒之后通过IO采集接近传感器数据，并通过RS232串行接口向通讯模块发送相应数据。

所述处理板还包括EEPROM存储器，所述EEPROM存储器与ARM控制器连接，用于存储ARM控制器的处理数据，也可存储煤炭漏斗车的车辆基本信息，如车号、车型、生产日期、润滑油脂信息、轮轴装配信息等，ARM控制器将煤炭漏斗车的车辆基本信息与对应接近传感器的传感数据进行整合后发送至数据管理终端，以便在监测到煤炭漏斗车底门状态异常时，准确找到该煤炭漏斗车。EE PROM(Electrically Erasable Programmable read onlymemory)是指带电可擦可编程只读存储器。是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。其可通过高于普通电压的作用来擦除和重新编写(重写)。

如图6所示，所述供电电源包括锂电池和太阳能电池，所述供电电源提供12V/40Ah电源，采用电池+太阳能供电模式，可有效保证监测系统长时可靠运行。所述电源板输入DC12V电源，输出DC12V和DC3.3V电源，电源板包括DC-DC转换器和LM1117-3.3电压转换芯片，利用DC-DC转换器将DC12V电源转换为DC5V电源，再利用LM1117-3.3电压转换芯片将DC5V电源转换为DC3.3V电源，实际就可提供DC12V、DC5V和DC3.3V三种电源来适配各种用电器件。

所述电源板还包括过流保护模块和电磁兼容模块，过流保护模块用于对电源板进行过流保护，所述电磁兼容模块用于对电源板进行抗电磁干扰保护。电磁兼容模块采用EMC(Electro Magnetic Compatibility)设计。过流保护模块可采用电流保险丝(fuse)，IEC127标准将它定义为"熔断体(fuse-link)"。其主要是起过载保护作用，电路中正确安置保险丝，保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和热度的时候，自身熔断切断电流，保护了电路安全运行。

在一个可行的实际使用例子中，对于处理板的设计功能要求：

1、定时/中断接收煤炭漏斗车底门状态传感数据；

2、接近传感器数据处理后通过RS232发往通讯模块传输；

3、串口调试功能；

4、EEPROM、通讯模块、接近传感器供电控制功能；

5、电源输入二级TVS保护，对外接口浪涌冲击防护。

对于电源板的设计功能要求：

1、输入电压DC 12V，输出电压+12V、+3.3V；

2、过流，短路，自恢复和防反接保护；

3、功率3.2W；

4、输入输出隔离电压1500V；

5、输出电压精度：±5％；

6、输出纹波小于50mV；

7、工作温度：-40～85℃。

实施例4：

本实施例提供煤炭漏斗车底门开闭状态监控方法，包括以下步骤：

通过接近传感器对煤炭漏斗车的底门进行开闭监测，并生成传感数据传输至车载主机；

车载主机获取接近传感器的传感数据后，对传感数据进行协议转换处理，生成监测数据，然后通过通讯模块将监测数据传输至数据管理终端；

数据管理终端对监测数据进行处理，获得监测结果，并展现监测结果。

实施例5：

在一个可行的实际应用例子中，车载终端设置相应的软件程序来完成系统自检及相应数据的采集传输。其中，软件程序的工作流程如图7所示，系统自检过程包括升级自检、系统初始化、设置看门狗、串口初始化及存储自检。自检完成分别进入数据采集线程和4G(传输)线程。进入数据采集线程检测是否所有行程开关(即接近传感器，下同)无变化，若无变化进入休眠状态，在休眠状态检测到有行程开关唤醒时，进行相应的数据采集。进入4G线程连接数据中心(即数据管理终端，下同)，分别检测是否完成数据采集、是否间隔10min未发送信息、是否有车辆信息查看配置请求、是否有系统维护信息查看配置请求；若是完成数据采集，则发送数据到数据中心，然后进入休眠；若是间隔10min未发送信息，则发送相应生命信息到数据中心，然后进入休眠；若是有车辆信息查看配置请求，则回复请求，然后进入休眠；若是有系统维护信息查看配置请求，则回复请求，然后进入休眠。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，其特征在于：包括相互建立通讯对接的车载终端和数据管理终端，车载终端用于对煤炭漏斗车的底门进行开闭监测，并将监测信息传输至数据管理终端，数据管理终端用于对车载终端传输的监测信息进行接收处理，获得监测结果；所述车载终端包括接近传感器、车载主机和通讯模块，所述接近传感器用于对煤炭漏斗车的底门进行开闭监测，并生成传感数据传输至车载主机，所述通讯模块用于建立车载主机与数据管理终端之间的数据交互通道，所述车载主机用于接收接近传感器传输的传感数据，并将传感数据进行协议转换处理后，通过通讯模块传输至数据管理终端。

2.根据权利要求1所述的煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，其特征在于：所述通讯模块选用4G通讯模块。

3.根据权利要求1所述的煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，其特征在于：所述接近传感器选用静电容量型接近传感器。

4.根据权利要求1所述的煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，其特征在于：所述车载主机包括依次对接的处理板、电源板和供电电源，所述处理板分别与接近传感器和通讯模块信号对接，用于接收接近传感器传输的传感数据，并将传感数据进行协议转换处理后，通过通讯模块传输至数据管理终端，所述供电电源通过电源板为处理板提供工作电源。

5.根据权利要求4所述的煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，其特征在于：所述处理板包括ARM控制器，ARM控制器通过IO接口连接接近传感器，以对接近传感器的传感数据进行接收，ARM控制器的输出端设有RS232串行接口，其通过RS232串行接口对接通讯模块，ARM控制器将传感数据转换成RS232协议数据，再通过RS232串行接口传输至通讯模块。

6.根据权利要求5所述的煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，其特征在于：所述处理板还包括EEPROM存储器，所述EEPROM存储器与ARM控制器连接，用于存储ARM控制器的处理数据。

7.根据权利要求4所述的煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，其特征在于：所述供电电源包括锂电池和/或太阳能电池，所述供电电源提供12V/40Ah电源。

8.根据权利要求7所述的煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，其特征在于：所述电源板输入DC12V电源，输出DC12V和DC3.3V电源，电源板包括DC-DC转换器和LM1117-3.3电压转换芯片，DC-DC转换器用于将DC12V电源转换为DC5V电源，LM1117-3.3电压转换芯片用于将DC5V电源转换为DC3.3V电源。

9.根据权利要求7所述的煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，其特征在于：所述电源板还包括过流保护模块和电磁兼容模块，过流保护模块用于对电源板进行过流保护，所述电磁兼容模块用于对电源板进行抗电磁干扰保护。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的煤炭漏斗车底门开闭状态监控系统，提供煤炭漏斗车底门开闭状态监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过接近传感器对煤炭漏斗车的底门进行开闭监测，并生成传感数据传输至车载主机；

车载主机获取接近传感器的传感数据后，对传感数据进行协议转换处理，生成监测数据，然后通过通讯模块将监测数据传输至数据管理终端；

数据管理终端对监测数据进行处理，获得监测结果，并展现监测结果。

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