CN111856992A - 一种基于物联网的工程机械监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的工程机械监控系统，包括服务器及安装于每台工程机械上的监控终端，监控终端包括微处理器及与微处理器连接的蜂窝网络通信模块、GPS模块、CAN总线、电子围栏单元和锁车管理器，服务器后台包括人员管理单元、账户管理单元、工单管理单元、车辆监管单元、报警中心单元、运行模型单元、决策辅助单元、采购管理单元、网关管理单元和操作视频单元。微处理器将定位信息、工程机械的工作状态数据发送至服务器后台，管理人员通过服务器后台的数据运算以及应用相应功能单元和模块，可对众多工程机械进行模型化分析和管理。本发明可有效协助管理人员远程管理工程机械车辆，做出更优的管理决策，提高管理效率和经营效益。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其是涉及一种基于物联网的工程机械监控系统。
背景技术
在大型基建工程中，往往在同一工地上同时配备了数量众多的工程机械设备，使得对于工程机械的调度管理需要耗费大量人力资源，而且管理者对于每台工程机械的实时运行状态、维修保养需求、故障状况、营收效益等的经营信息难以全面把握，无法及时对工程机械的管理做出及时、精确的决策。另外，同一家公司配置的众多工程机械也可能被租赁分配至多个不同的工地，在传统的工程机械管理方式中也难以应对这种复杂局面，出租方的管理者无法及时监控各个工地的所有车辆信息，并及时对整体做同一规划和调度，从而存在管理效率低下、经济效益难以提高的问题。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的主要目的是提供一种基于物联网的工程机械监控系统，用于对工程机械设备及车辆进行实时和全面的监控、管理和控制，辅助管理者根据实时数据做出精确的管理决策，以减少人力资源成本、大幅提升经营效率。
根据上述目的，本发明提供一种基于物联网的工程机械监控系统，其特征在于，该系统包括服务器及安装于每台工程机械上的监控终端，所述服务器用于实时接收所述监控终端发送的被监控工程机械的各种数据信息，查看被监控工程机械的工作状态数据、定位信息，以及向被监控工程机械发出远程控制及远程参数配置指令；所述监控终端包括微处理器及与所述微处理器连接的蜂窝网络通信模块、GPS模块和CAN总线；所述微处理器用于将GPS模块获取的定位信息、所述CAN总线采集的工作状态数据通过所述蜂窝网络通信模块发送至所述服务器，并且根据所述服务器的指令控制被监控工程机械以及对工程机械的参数进行配置；其中，所述服务器的后台配置有：
人员管理单元，用于管理工程机械对应的操作人员的个人信息、角色管理，不同的操作人员赋予不同的操作权限及不同的功能角色管理，不同的操作人员赋予不同的操作权限及不同的功能；
账户管理单元，用于该工程机械监控系统的管理员账户进行车主注册和额度管理；
工单管理单元，用于通过车辆监管单元，对该工程机械车辆进行实时维修和保养操作，根据人员管理单元模块进行角色分类，对客服、听诊、仓库、高管等不同角色承担相应工作职责；
车辆监管单元，用于对每台工程机械的数据信息进行读取、解析、显示、记录和远程控制设置，包括位置管理模块、历史数据模块、锁车管理模块等；
报警中心单元，用于对被监控工程机械的报警信息进行实时显示、记录和统计分析；
运行模型单元，其包括控制模型模块、报警模型模块、编程中心模块、通讯报文模块及历史报文模块；
决策辅助单元，用于对被监控工程机械的业务和营收进行统计，并分析对应操作员工的员工效率；
采购管理单元，用于对被监控工程机械所需配件进行采购和退换的管理；
网关管理单元，其包括计算公式模块、故障代码模块、非线性表模块、智能模板模块及模板字段模块。
进一步地，所述蜂窝网络通信模块用于通过2G或4G通信网络实现所述微处理器与所述服务器之间的通信；
所述GPS模块用于通过AGPS、GPRS、北斗等辅助定位方式获取被监控工程机械的定位信息，并将定位信息实时发送给所述微处理器；
所述CAN总线与被监控工程机械的各仪表相连，用于采集被监控工程机械的工作状态数据，并将该工作状态数据发送至所述微处理器。
进一步地，所述微处理器还包括电子围栏单元，所述电子围栏单元用于根据所述服务器预设的位置范围参数监控工程机械的移动范围，所述微处理器将被监控工程机械的定位信息与预设的位置范围参数比对，判断工程机械是否突破电子围栏，当被监控工程机械超出移动范围时，所述微处理器发出停车指令使工程机械缓慢停止并向服务器上传工程机械的定位信息。
进一步地，所述工作状态数据包括：工程机械开机时间、剩余油位、油温、水温、工时、工时油耗、历史轨迹及行进速度。
进一步地，所述服务器的后台还配置有操作视频单元，用于储存和播放对应工程机械的操作视频。
进一步地，所述车辆监管单元包括位置管理模块、电子围栏模块、历史数据模块和锁车管理模块。
进一步地，所述报警中心单元包括报警设置模块、历史报警模块、实时报警模块和统计分析模块。
进一步地，所述决策辅助单元包括业务统计模块、营收统计模块、服务统计模块、综合看板和员工效率模块。
进一步地，监控终端还包括锁车管理器，其与微处理器连接，用于当工程机械突破电子围栏或其他突发事件时，锁车管理器可以被触发，对工程机械进行锁死。锁车管理器还具有防拆功能，当本发明的监控终端被拆卸时，锁车管理器也会被触发，而令工程机械被直接锁死。
由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明达到以下有益效果：通过服务器后台的人员管理、账户管理、车辆监管、决策辅助、采购管理、网关设置、运行模型、报警中心等功能，帮助管理人员实现对众多工程机械的实时监控以及控制，并由数据运算对所有工程机械车辆进行统计规划，通过模型化做出有效分析，协助管理人员作出最优决策，提高管理效率和经营效益；监控终端基于蜂窝网络通信技术，使得管理者可通过服务器远程监测每台工程机械设备的工作状态，并远程控制工程机械启动或停止，使得操作更加方便快捷；而且可以实现对大量工程机械的运行状态数据、故障信息、定位信息进行采集，通过服务器分析工程机械的运行状况和故障诊断，以便维修人员及时排除故障，确保工程机械可靠运行，提升了工程机械的经营效率；另外，基于GPS定位和电子围栏技术，可以避免工程机械突破预先设定的地理范围，防止工程机械被盗，提升了工程机械财产的安全性。
附图说明
附图1是本发明的一种工程机械远程监控系统的方框结构示意图。
附图2是本发明的服务器后台的模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对根据本发明的具体实施方式进行详细说明。
首先请参考图1，是根据本发明所揭露的技术，表示一种基于物联网的工程机械监控系统的方框结构示意图。本实施例的一种基于物联网的工程机械远程监控系统，该系统包括服务器及安装于每台工程机械上的监控终端，监控终端包括微处理器及与所述微处理器连接的蜂窝网络通信模块、GPS模块、CAN总线和电子围栏单元。服务器用于实时接收所述监控终端发送的被监控工程机械的各种数据信息，查看被监控工程机械的工作状态数据、定位信息，以及向被监控工程机械发出远程控制及远程参数配置指令。微处理器用于将GPS模块获取的定位信息、所述CAN总线采集的工作状态数据通过所述蜂窝网络通信模块发送至所述服务器，并且根据所述服务器的指令控制被监控工程机械以及对工程机械的参数进行配置。该监控终端还设有锁车管理器。
本实施例中，蜂窝网络通信模块用于通过2G或4G通信网络实现所述微处理器与所述服务器之间的通信。所述GPS模块用于通过AGPS辅助定位方式获取被监控工程机械的定位信息，并将定位信息实时发送给所述微处理器。本发明采用AGPS辅助GPS定位，基站定位与卫星定位结合，弥补了楼层密度较大区域或天气条件差时GPS信号差的缺陷；且定位天线采用外置天线提高定位能力。
所述CAN总线与被监控工程机械的各仪表相连，用于采集被监控工程机械的工作状态数据，并将该工作状态数据发送至所述微处理器。其中，工作状态数据包括：工程机械开机时间、剩余油位、油温、水温、工时、工时油耗、历史轨迹及行进速度。进一步地，其中所述微处理器对CAN总线采集的被监控工程机械的工作状态数据进行解析，获得工程机械故障代码，并将该故障代码发送至该服务器。
所述电子围栏单元用于根据所述服务器预设的位置范围参数监控工程机械的移动范围，所述微处理器将被监控工程机械的定位信息与预设的位置范围参数比对，判断工程机械是否突破电子围栏，当被监控工程机械超出移动范围时，所述微处理器发出停车指令使工程机械缓慢停止并向服务器上传工程机械的定位信息。
锁车管理器与所述微处理器连接，用于当工程机械突破电子围栏或其他突发事件时，该锁车管理器可以被触发，对工程机械进行锁死。锁车管理器与被监控工程机械车辆的锁车系统连接，锁车系统还可以用于防止一些违规操作，譬如非正常状态启动行驶，工程机械车辆被盗时锁止，或者该监控终端被拆时锁止车辆等。
在本实施例中，微处理器采用单片机STM32。此类微处理器功耗低，外设丰富，芯片供给充足，资料完备，大大降低开发与更新周期。供电电路设计经过多次测试。耐压上限为48V，支持多种电源供电。内部模块供电分为8V、5V、4.2V、3.3V。
在本发明的较佳实施例中，定位采用AGPS辅助GPS定位，基站定位与卫星定位结合，定位精度在20米以内，并在楼层较多或是基站较少的环境下能够互补。为提高户外信号接受能力采用开放民用信号L1频率为1575.42Mhz。信号天线采用外置圆形极化天线，效果强于垂直极化。并且本发明的监控终端外壳采用铝壳设计，有较为良好的接地，一定程度上防止EMI干扰。
在本实施例中，所述监控终端采用嵌入式实时操作系统，进行任务、时间、信息、记录功能的同步管理。其内核支持优先级调度算法，非常适合对于工程车辆的实时监控，数据采集以及预警。并且还支持轮换调度算法，可以同时执行不同任务，采用相同优先级。为了保证能够实时处理工程车辆信息并作出响应，本发明采用可剥夺型内核，较为重要的数据和任务可以优先得到传输以及执行。
本实施例中的工程机械以工程车辆为例进行说明，在其他实施方式中，工程机械也可以是挖掘机、装载车、水泥泵车等各种工程机械设备及车辆，并不限于本实施例。
接着请参考图2，并结合图1。本发明服务器的后台配置有人员管理单元、账户管理单元、工单管理模块、车辆监管单元、报警中心单元、运行模型单元、决策辅助单元、采购管理单元、网关管理单元、操作视频单元。
人员管理单元用于管理工程机械对应的操作人员的个人信息、角色管理，不同的操作人员赋予不同的操作权限及不同的功能等。人员管理单元获得的操作人员的工时，可用于决策辅助单元计算员工效率。
账户管理单元，用于该工程机械监控系统的管理员账户进行车主注册和额度管理。账户管理单元主要有车主注册模块和额度管理模块组成。由于工程机械大多采用租赁形式，所以车主注册后，可对其设定一定的信用额度，并根据工程机械的经营状况调整其额度。
工单管理单元用于通过车辆监管单元，对该工程机械车辆进行实时维修和保养操作，根据人员管理单元模块进行角色分类，对客服、听诊、仓库、高管等不同角色承担相应工作职责。
车辆监管单元用于对每台工程机械的数据信息进行读取、解析、显示、记录和远程控制设置。主要包括位置管理模块、电子围栏模块，历史数据模块和锁车管理模块。可根据实际需要，对每台工程机械的位置数据进行储存和统计分析、设定电子围栏以及锁车等远程控制。电子围栏模块用于在对工程车辆实时监控的同时，划定位置范围，如果工程机械车辆超过范围会自动报警，服务器后台可以同步记录位置历史数据。
报警中心单元用于对被监控工程机械的报警信息进行实时显示、记录和统计分析。通过微处理器读取车辆CAN总线传输数据实时监控车辆并及时报警，通过后台可以查询历史报警记录并对报警进行相关设置。报警中心单元具体包括报警设置模块、历史报警模块、实时报警模块和统计分析模块。
运行模型单元包括控制模型模块、报警模型模块、编程中心模块、通讯报文模块及历史报文模块。在管理中，可针对不同的工程机械采用不同的控制模型，且可以根据需求对任一台工程机械的控制模型进行个性化修改。
决策辅助单元用于对被监控工程机械的业务、服务统计模块、综合看板和营收进行统计，并分析对应操作员工的员工效率。
采购管理单元用于对被监控工程机械所需配件进行采购和退换的管理。采购管理可以让使用者更快的购买并更换产品以节省工程成本。
网关管理单元包括计算公式模块、故障代码模块、非线性表模块、智能模板模块及模板字段模块。网关管理用于修改车辆内各种信息计算公式，以作出微调使误差缩小。计算范围包括油位、油温、水温、GPS信号质量、点火电压。故障代码用于标明和显示工程车辆的故障原因，可以在工程车辆发生故障的时候及时发现问题。并且给出的故障代码可以协助维修人员及时修复车辆以降低工程成本。智能模版可以总结各种示数值结合故障代码做到更加智能的统计以及管理。网关设置同样也能配置数据路由协议，对数据链路层作出微调，从而提高数据链路层的信道利用率。所有工程车辆与服务器后台的整个物联网通信都是基于一定的加密协议，单片机间采用CRC校验并在可采用哈希加密。其余软件以及单片机通信采用MD5或CRC加密以保障用户数据的安全。
以下对本发明的监控终端与服务器后台的连接进行说明。监控终端的系统及其外设首先进行初始化，然后通过蜂窝网络通信模块发送AT指令与服务器连接。于此步骤中，单片机通过CAN总线读取工程机械车辆数据以及通过串口读取GPS/AGPS数据后，将数据通过2/4G传输至后台实现物联网通信。单片机首先进行GPIO初始化和串口初始化，所用串口的波特率与模块一致，调整为115200，8位数据位+一位停止位，本发明不加校验位和流控。初始化完成后发送AT指令，设置GPR数据长度以及数据内容，在进行AT指令/GPRS数据解析。数据传输加入了串口中断函数来保证AT指令是否发送成功。单片机的GSM模块配置过程中进行TCP/IP连接流程控制。首先检测模块串口工作指令为AT\r\n、检查是否插卡以及网络注册、再通过AT+CGATT＝1\r\n附着网络、然后设置PDP参数以及激活网络、最后连接TCP/IP服务器。
以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的保护范围；同时以上的描述，对于相关技术领域中具有通常知识者应可明了并据以实施，因此其他未脱离本发明所揭露概念下所完成之等效改变或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于物联网的工程机械监控系统，其特征在于，该系统包括服务器及安装于每台工程机械上的监控终端，所述服务器用于实时接收所述监控终端发送的被监控工程机械的各种数据信息，查看被监控工程机械的工作状态数据、定位信息，以及向被监控工程机械发出远程控制及远程参数配置指令；所述监控终端包括微处理器及与所述微处理器连接的蜂窝网络通信模块、GPS模块和CAN总线；所述微处理器用于将GPS模块获取的定位信息、所述CAN总线采集的工作状态数据通过所述蜂窝网络通信模块发送至所述服务器，并且根据所述服务器的指令控制被监控工程机械以及对工程机械的参数进行配置；其中，所述服务器的后台配置有：
人员管理单元，用于管理工程机械对应的操作人员的个人信息、角色管理，不同的操作人员赋予不同的操作权限及不同的功能；
账户管理单元，用于该工程机械监控系统的管理员账户进行车主注册和额度管理；
工单管理单元，用于通过车辆监管单元，对该工程机械车辆进行实时维修和保养操作，根据人员管理单元模块进行角色分类，对不同角色承担相应工作职责；
车辆监管单元，用于对每台工程机械的数据信息进行读取、解析、显示、记录和远程控制设置；
报警中心单元，用于对被监控工程机械的报警信息进行实时显示、记录和统计分析；
运行模型单元，其包括控制模型模块、报警模型模块、编程中心模块、通讯报文模块及历史报文模块；
决策辅助单元，用于对被监控工程机械的业务和营收进行统计，并分析对应操作员工的员工效率；
采购管理单元，用于对被监控工程机械所需配件进行采购和退换的管理；
网关管理单元，其包括计算公式模块、故障代码模块、非线性表模块、智能模板模块及模板字段模块。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的工程机械监控系统，其特征在于：
所述蜂窝网络通信模块用于通过2G或4G通信网络实现所述微处理器与所述服务器之间的通信；
所述GPS模块用于通过AGPS、GPRS或北斗辅助定位方式获取被监控工程机械的定位信息，并将定位信息实时发送给所述微处理器；
所述CAN总线与被监控工程机械的各仪表相连，用于采集被监控工程机械的工作状态数据，并将该工作状态数据发送至所述微处理器。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的工程机械监控系统，其特征在于：
所述微处理器还包括电子围栏单元，所述电子围栏单元用于根据所述服务器预设的位置范围参数监控工程机械的移动范围，所述微处理器将被监控工程机械的定位信息与预设的位置范围参数比对，判断工程机械是否突破电子围栏，当被监控工程机械超出移动范围时，所述微处理器发出停车指令使工程机械缓慢停止并向服务器上传工程机械的定位信息。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的工程机械监控系统，其特征在于，所述工作状态数据包括：工程机械开机时间、剩余油位、油温、水温、工时、工时油耗、历史轨迹及行进速度。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的工程机械监控系统，其特征在于，所述服务器的后台还配置有操作视频单元，用于储存和播放对应工程机械的操作视频。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的工程机械监控系统，其特征在于，所述车辆监管单元包括位置管理模块、电子围栏模块、历史数据模块和锁车管理模块。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的工程机械监控系统，其特征在于，所述报警中心单元包括报警设置模块、历史报警模块、实时报警模块和统计分析模块。
8.根据权利要求1所述的基于物联网的工程机械监控系统，其特征在于，所述决策辅助单元包括业务统计模块、营收统计模块、服务统计模块、综合看板和员工效率模块。
9.根据权利要求1所述的基于物联网的工程机械监控系统，其特征在于，锁死监控终端还包括锁车管理器，其与所述微处理器连接，用于当工程机械突破电子围栏或其他突发事件时，该锁车管理器可以被触发，对工程机械进行锁死。
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