CN113515120A - 一种基于物联网的叉车工况可视化装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的叉车工况可视化装置及系统，基于物联网的叉车工况可视化装置包括主机、传感器连接模块、蓝牙无线模块、通讯模块和IC读卡模块；主机连接传感器连接模块、蓝牙无线模块、通讯模块和IC读卡模块；传感器连接模块用于连接设置于叉车上的传感器。本发明提供的技术方案中，叉车工况可视化系统基于物联网、云计算、大数据、数字孪生、无线通信等技术，帮助企业提高车辆管理和作业效率，降低车辆安全风险和使用成本。

Description

一种基于物联网的叉车工况可视化装置及系统

技术领域

本发明涉及数据可视化技术领域，尤其涉及一种基于物联网的叉车工况可视化装置及系统。

背景技术

电动叉车，采用清洁能源蓄电池为动力，真正实现零污染，属环境友好型设备，正在一步步替代传统的内燃叉车，成为主流的搬运设备。电动叉车在使用过程中，其速度，位置，电池余量，是否闲置等系统工况直接影响叉车的工作性能和使用效率，国内很多企业在仓储物流管理方面都还采用人工管理的方式，该种方式不能使管理人员及时掌握叉车的工作状态和寿命状态，进而及时的对叉车做出维修保养策略和对整个仓库的叉车做出合理的分配调度方案，严重影响了整个物流链的运转速度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于物联网的叉车工况可视化装置及系统，旨在解决人工管理的方式不能使管理人员及时掌握叉车的工作状态和寿命状态，进而及时的对叉车做出维修保养策略和对整个仓库的叉车做出合理的分配调度方案，严重影响了整个物流链的运转速度的问题。

本发明实施例提供了一种基于物联网的叉车工况可视化装置，用于设置于叉车上，所述基于物联网的叉车工况可视化装置包括主机、传感器连接模块、蓝牙无线模块、通讯模块和IC读卡模块；

所述主机连接所述传感器连接模块、所述蓝牙无线模块、所述通讯模块和所述IC读卡模块；

所述传感器连接模块用于连接设置于叉车上的传感器。

可选地，所述传感器连接模块包括无线数传模块，所述无线数传模块用于连接无线速度传感器。

可选地，所述传感器连接模块包括Can总线接口，所述Can总线接口用于连接震动传感器和反逻辑点火继电器。

可选地，所述基于物联网的叉车工况可视化装置还包括报警模块，所述报警模块与所述主机通过485总线接口连接。

可选地，所述基于物联网的叉车工况可视化装置还包括显示模块，所述显示模块连接所述主机。

可选地，所述基于物联网的叉车工况可视化装置还包括定位模块，所述定位模块连接所述主机。

可选地，所述通讯模块为4G模块。

可选地，所述基于物联网的叉车工况可视化装置还包括电源管理模块，所述电源管理模块连接所述主机。

本发明实施例还提供了一种基于物联网的叉车工况可视化系统，包括云端平台服务器、传感器和如上所述的基于物联网的叉车工况可视化装置；所述传感器用于设置于叉车上，所述传感器连接所述基于物联网的叉车工况可视化装置的传感器连接模块。

可选地，所述传感器包括车速传感器、震动传感器、高度传感器和重力传感器中的至少一种。

本发明提供的技术方案中，叉车工况可视化系统基于物联网、云计算、大数据、数字孪生、无线通信等技术，帮助企业提高车辆管理和作业效率，降低车辆安全风险和使用成本。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于物联网的叉车工况可视化装置的架构图；

图2为本发明提供的基于物联网的叉车工况可视化系统的架构图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种基于物联网的叉车工况可视化系统，如图2所示，该基于物联网的叉车工况可视化系统(以下简称为叉车工况可视化系统)包括基于物联网的叉车工况可视化装置100、传感器和云端平台服务器300，基于物联网的叉车工况可视化装置100(以下简称为叉车工况可视化装置100)和传感器用于设置于叉车200上。

车辆数据采集的方式主要有两种：一种是通过在车辆加装传感器直接获取对应数据信息，如通过加装传感器得到叉车的速度、振动、驾驶座位、安全带，驾驶员身份识别等信息；另一种是从车辆电控系统中获取，标志性实现办法是通过CAN总线(Controller AreaNetwork，控制器局域网络)方式。第二种方式比第一种获得的数据更准确，并且能够减少线束的使用。但是通过CAN总线方式获取的数据比较有限，满足不了智能管理要求，因此项目中推荐使用加装传感器方式完成叉车数据获取。

可选地，传感器可以包括车速传感器、震动传感器、高度传感器和重力传感器中的至少一种。例如，通过传感器能采集车辆负载，采用液压传感器测量叉车提升油压方式，通过液压装置测量叉车载货状态的方法。通过在液压装置上增加一个高度传感器，监测高度传感器的电阻变化来判断叉车的货叉位置，通过在液压装置的重力传感器来判断货物重量，从而测量载货状态。与现有技术相比，通过液压装置测量叉车载货状态的方法能同时测量货物被举起的高度以及重量。

作为感知层的叉车工况可视化装置100是整个系统获取信息的基础，实时收集到叉车、人员的实时信息数据，并同步下行每辆叉车的授权、运行、安全的策略。运用物联网技术，通过“车载终端”连接叉车各种传感器收集信息。

叉车工况可视化装置100是车载终端的核心部分，其功能是配合传感器实时获得监测对象的数据。拟采用工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232和RS485接口，可以实现模拟信号的采集、量值转换和数字信号的采集等。叉车工况可视化装置100通常是将传感器传回的各类信号如电压、电流、温度、频率等通过信号处理单元转换为数字信号并交由处理器解算后，通过通信网络上传回云端平台服务器300。

具体地，如图1所示，在本实施例中，叉车工况可视化装置100包括主机、传感器连接模块、蓝牙无线模块、通讯模块和IC读卡模块；主机连接传感器连接模块、蓝牙无线模块、通讯模块和IC读卡模块；传感器连接模块用于连接设置于叉车200上的传感器。其中，主机可以采用STM32F407VGX等。

可选地，如图1所示，传感器连接模块包括无线数传模块，无线数传模块用于连接无线速度传感器。在本实施例中，无线数传模块可以为2.4G无线数传模块，无线数传模块连接主机的SPI接口，例如，无线数传模块采用nRF24L01无线数传模块，与目前的蓝牙技术相比，在提供更高速数据传输同时，仅需要极小的电源消耗。叉车工况可视化装置100采用nRF24L01无线数传模块接收无线速度传感器发来的角速度信号，线速度V＝角速度*D/2(D为车轮直径)。无线速度传感器以1s间隔发送实时角速度信息，主机近似计算出每秒线速度，得到实时的车速。

通过无线速度传感器可以获取车辆速度，针对获取车辆速度拟采用速度霍尔传感器，其中车轮速度由轮速检测装置测得，车辆行驶速度由一个车速测算装置在所测得的轮速基础上，并根据一个预定的规则进行测算。

可选地，如图1所示，传感器连接模块包括Can总线接口，Can总线接口用于连接震动传感器和反逻辑点火继电器。震动传感器能采集车辆颠簸震动。拟采用震动传感器通过获取水平位移和垂直位移的方式。基于通过获取路面倾角和本车车速信息计算车辆在水平位移和垂直位移，最终得到路面的国际平整度指数的路面颠簸检测方法，限制车辆的最高驱动扭矩和/或最高行驶速度，通过信息采集和计算对路面进行识别。

例如，震动传感器采用MPU605，MPU605为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。当连接到三轴磁强计时，MPU-60X0提供完整的9轴运动融合输出到其主I2C或SPI端口(SPI仅在MPU-6000上可用)。MPU-6000(6050)的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec(dps)，可准确追踪快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。产品传输可透过最高至400kHz的IIC或最高达20MHz的SPI(MPU-6050没有SPI)。MPU-6000可在不同电压下工作，VDD供电电压介为2.5V±5％、3.0V±5％或3.3V±5％，逻辑接口VDDIO供电为1.8V±5％(MPU6000仅用VDD)。MPU-6000的包装尺寸4x4x0.9mm(QFN)，在业界是革命性的尺寸。其他的特征包含内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有±1％变动的振荡器。本系统通过MPU6050采集车身感受到的加速度信息，经F103转换为can报文以1s一次的频率上报至主机。由主机进行加速度比较，判断震动是否应该预警。

反逻辑点火继电器是系统的执行单元，承担了控制车辆开启和熄火的任务，其基本原理是：主机通过CAN总线发送开启和关闭命令，由本部件控制继电器导通和关闭，从而控制车辆仪表电源。由于采用的是常闭型继电器，当主机失电或是在系统运行过程中意外复位，不会对车辆运行产生不良的安全影响。本系统仅在人员认证时将继电器断开，其他时间是导通的，由于人员认证时车辆是停止的。所以，即时主机系统断电或是复位，都不影响操作员再次刷卡认证。车辆行驶器件，继电器是自然闭合的，所有，即时主机系统有任何故障，都不影响车辆使用。同时、有能够有效的控制人员的刷卡认证行为。

可选地，如图1所示，叉车工况可视化装置100还包括报警模块，报警模块与主机通过485总线接口连接。其中，报警模块可以采用语音报警器，例如，语音报警器采用JQ8900语音方案，能够播放mp3等格式的音频文件，设计储存空间为4M，能够存储200条左右语音。能够方便的采用usb方式进行语音文件的更换，满足客户对提示语音的定制需求。通信采用R485数字通信，主机发送语音信号至语音报警器。随即，报警器播放语音。

可选地，如图1所示，通讯模块为4G模块，例如，4G模块连接主机的Uart接口，4G模块可以采用上海龙尚科技的U9300C 4G lte模块，内置丰富的网络协议，集成多个标准接口，可以工作在多种制式。在LTE-TDD/LTE-FDD制式下，U9300C DGVC上下行速率可以达到50Mbps和150Mbps，在没有LTE覆盖的情况下，U9300C DGVC还可以注册到3G(TD-SCDMA/UMTS/EVDO)或2G(EDGE/GPRS/CDMA/GSM)网络。U9300C DGVC除了提供高速数据接入，还提供短信、彩信、电话薄、语音通话等功能；可以用在CPE、视频监控、车载多媒体、路由器、平板电脑、数据卡等多个领域本模块采用GPS/北斗混合定位，定位精度达10m。向下兼容3g、2g网络。在本系统中主要负责与云端平台服务器300的无线数据交换工作。采用TCP/IP协议保证数据传输的准确和稳定性。公司采用工业物联网卡，大大减少了移动通信费用。

叉车工况可视化装置100通过蓝牙无线模块，能采集车辆的室内作业位置，蓝牙室内无线定位是基于分布式蓝牙定位技术和蜂窝网无线数据传输技术，在需要定位的应用场景内(如室内等)布设分布式蓝牙信标，形成无线定位环境，车辆、人员。例如，蓝牙无线模块连接主机的Uart接口，蓝牙无线模块可以采用Nordic Semiconductor的nRF52810作为核心处理器。蓝牙无线模块运行在2.4GHz ISM band，GFSK调制方式(高斯频移键控)，40频道2MHz的通道间隙，3个固定的广播通道，37个自适应自动跳频数据通道，物理层可以和经典蓝牙RF组合成双模设备，2MHz间隙能更好地防止相邻频道的干扰。宽输出功率调节(-20dBm～+4dBm)，-96dBm高增益接收灵敏度，该款模块可用于开发基于蓝牙4.0/4.2/5(BLE低功耗蓝牙)的消费类电子产品。如图1所示，本系统采用蓝牙无线透传方式与手机端小程序进行数据交换，用以对主机终端进行参数配置，传感器调试，信息上报等工作。针对当今社会手机智能终端普及率较高，使用手机对车载系统终端进行设置比较直观，设置简单，易于操作。摒弃了繁琐的按键操作带来的培训困难。同时对车载系统内部调试信息、运行信息的实时观察提供了一个方便的渠道。

可选地，叉车工况可视化装置100还包括定位模块，定位模块连接主机，通过定位模块能采集车辆的室外作业位置，例如，定位模块可以为GPS定位模块，利用GPS使用卫星对某物进行准确定位的技术，它从最初的定位精度低、不能实时定位、难以提供及时的导航服务，发展到现如今的高精度GPS全球定位，实现了在任意时刻、地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以便实现导航、定位、授时等功能。跟踪定位，监控中心能全天侯监控所有被控车辆的实时位置、行驶方向、行驶速度，以便最及时的掌握车辆的状况。轨迹回放，监控中心能随时回放车辆历史行程、轨迹记录。区域报警(电子围栏)，监控中心设定区域范围监控。

叉车工况可视化装置100通过IC读卡模块，能实现人员身份采集，例如，IC读卡模块连接主机的lic接口，IC读卡模块可以采用NXP公司的MF RC522，MF RC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。IC读卡模块可以完全集成在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，刷卡距离2～5cm、采用IIC通信方式、读写速度满足实际需求。IC读卡模块主要用于用户卡的资料信息读取、添加、删除。

可选地，如图1所示，叉车工况可视化装置100还包括显示模块，显示模块连接主机。显示模块可以为TFT显示模块等，显示模块连接主机的SPI接口。显示模块可以用于显示二维码、系统信息等，例如，蓝牙扫码连接、4g无线信号质量、GPS卫星定位信息等。

可选地，基于物联网的叉车工况可视化装置100还包括电源管理模块，电源管理模块连接主机。电源管理模块可以包括电池充电模块和整流管理芯片，电池充电模块用于电池充电管理，电池充电模块可以连接主机的Gpio接口，电池充电电路可以采用TP4056设计锂电池充电电路，充电限流为1A，有过充保护，过压保护等功能。电池充电模块同时采用mosfet开关设计了自动充电电路，当系统有电时，自动关闭锂电池供电，当系统外部失电时，自动切换为锂电池供电，实现了不掉线工作和自动充电的目的；整流管理芯片采用MP2908 dcdc同步整流管理芯片，MP2908A是宽范围输入的同步降压控制器，工作输入电压是在4-60V之间，最低4V的工作电压，配合专门设计的低压差工作模式集成双N型晶体管驱动器、静态工作电流最低至25uA、最大占空比高达99.5％、100kHZ-1MH开关频率可调、电流限可调该方案电压范围宽、输出电流大，转换效率高。同时能自由调节开关频率，方便EMC设计。

可选地，如图1所示，叉车工况可视化装置100还包括钥匙检测电路，钥匙检测电路连接主机，例如，钥匙检测电路连接主机的Gpio接口，钥匙检测电路可以采用光隔离转换电路检测钥匙的开关信号，适应电压范围10～90v，基本满足现有叉车的钥匙信号电压种类。同时采用光隔离器件能够有效的保护主机系统不被车辆电压扰动或是意外脉冲信号伤害。本电路的功能是将10～90v钥匙信号转换为0/3.3vMCU可以接收的TTL电平信号。使之能够稳定可靠的检测车辆启动与关闭。

在本实施例中，叉车工况可视化装置100可以实现如下功能：

1、授权用车：驾驶员刷卡认证后驾驶车辆；

2、安全仪表台：速度显示、震动显示、安全带指示、联网指示；

3、声光语音提示：超速、震动、倒车等违规用车提醒；

4、可选传感器(震动、速度)连接，监测现场车辆不同的违规；

5、通过小程序蓝牙通信，离线直接对驾驶员授权、设置阈值及查看车辆驾驶记录、震动记录、超速记录、点检记录；

6、小程序电子点检功能，可定制点检项；

7、通过继电器打开车辆点火起动；

8、基于无线/4G网络，将数据传输至云平台。

在本实施例中，云端平台服务器300可以实现如下功能：

1、车辆管理：现役车辆的列表和状态、叉车分类管理、配置监测和控制参数；

2、驾驶员管理：驾驶员信息登记、驾驶员驾照年审管理；

3、车辆授权：设置车辆的所有授权操作人员名单；

4、车辆GPS位置监视；

5、电子点检功能，选择车辆安全检查列表，点检问题上报；

6、车辆运行记录、人员驾驶记录；

7、驾驶员违规操作记录，超速监测记录，严重震动监测记录；

8、车辆维保管理：车辆维修记录管理，车辆保养记录管理与提醒，车辆年检记录与提醒管理。

而在本实施例中，叉车工况可视化系统具有如下优点：

1、智能远程管车，提供云端管理平台，实现人与车实时监测；

2、提供移动端小程序扫码设置监测阈值、查看车辆驾驶记录、超速记录、震动记录；

3、增加驾驶员身份识别功能，授权使用车辆，形成驾驶记录；

4、叉车工况可视化装置支持离线运行、离线数据补发；

5、叉车工况可视化装置安装布线简单，可实现1小时装车；

6、叉车工况可视化装置坚固的结构经得起恶劣的环境条件，防水、防尘、防震动；

7、符合国际OSHA标准，提供自动安全检查表；

8、符合国内TSG N0001—2017《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》，GB/T38893-2020《工业车辆安全监控管理系统》等标准，能监控超速、车辆严重振动等异常事件，语音提醒作业人员安全规范操作；

9、适用性广，兼容市面上主流叉车；

10、刷卡反应速度快，可实现一秒开机；

11、根据需要定制现场作业安全、效率统计报表。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的叉车工况可视化装置，其特征在于，用于设置于叉车上，所述基于物联网的叉车工况可视化装置包括主机、传感器连接模块、蓝牙无线模块、通讯模块和IC读卡模块；

所述主机连接所述传感器连接模块、所述蓝牙无线模块、所述通讯模块和所述IC读卡模块；

所述传感器连接模块用于连接设置于叉车上的传感器。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的叉车工况可视化装置，其特征在于，所述传感器连接模块包括无线数传模块，所述无线数传模块用于连接无线速度传感器。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的叉车工况可视化装置，其特征在于，所述传感器连接模块包括Can总线接口，所述Can总线接口用于连接震动传感器和反逻辑点火继电器。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的叉车工况可视化装置，其特征在于，所述基于物联网的叉车工况可视化装置还包括报警模块，所述报警模块与所述主机通过485总线接口连接。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的叉车工况可视化装置，其特征在于，所述基于物联网的叉车工况可视化装置还包括显示模块，所述显示模块连接所述主机。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的叉车工况可视化装置，其特征在于，所述基于物联网的叉车工况可视化装置还包括定位模块，所述定位模块连接所述主机。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的叉车工况可视化装置，其特征在于，所述通讯模块为4G模块。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的叉车工况可视化装置，其特征在于，所述基于物联网的叉车工况可视化装置还包括电源管理模块，所述电源管理模块连接所述主机。

9.一种基于物联网的叉车工况可视化系统，其特征在于，包括云端平台服务器、传感器和如权利要求1-8任意一项所述的基于物联网的叉车工况可视化装置；

所述传感器用于设置于叉车上，所述传感器连接所述基于物联网的叉车工况可视化装置的传感器连接模块。

10.根据权利要求9所述的基于物联网的叉车工况可视化系统，其特征在于，所述传感器包括车速传感器、震动传感器、高度传感器和重力传感器中的至少一种。

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