CN114542338A - 工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程机械技术领域，公开了一种工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统及监测方法，该系统包括空气滤清器，空气滤清器包括滤芯和外壳，还包括电子标签、气压传感器、单片机、电子标签读写器、振动传感器、远程通信主机和管理平台；气压传感器与单片机连接，单片机与电子标签连接，电子标签与电子标签读写器通信连接，电子标签读写器与远程通信主机连接，振动传感器与远程通信主机连接，远程通信主机与管理平台通信连接。本发明能够避免出现以次代好的现象，提醒使用者在正确的时机清洁或更换滤芯，避免过早更换滤芯带来的成本和过晚更换滤芯造成发动机的损伤。本发明适用于监测空气滤清器。

Description

工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，涉及空气滤清器，具体地说是一种工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统及监测方法。

背景技术

空气滤清器是工程机械发动机上的一个重要部件，用于过滤进入发动机的空气，阻挡空气中的灰尘。工程机械工作的环境常常是灰尘很重的，所以说空气滤清器的滤清能力在一定程度上决定着发动机的工作寿命。

决定空气滤清器滤清能力的因素包括过滤材料的质量、空气滤清器的保养程度和更换空气滤清器的时间。

在过滤材料的质量方面，好的滤清器采用过滤能力强的过滤材料，阻挡灰尘进入发动机的能力强，但是价格比较高，一般是劣质空滤器的数倍或十余倍，因此，常常出现以次代好的情况，降低了发动机的使用寿命。

在空气滤清器的保养程度方面，由于工程机械工作环境灰尘大，要求每天或隔一两天，用压缩空气反向吹掉空气滤清器上面的灰尘，使空气滤清器的过滤灰尘的能力得以提高，因此，设备使用人员是否定期吹掉滤清器上的灰尘和空气滤清器的清理程度，都决定着空气滤清器的过滤能力。

在更换空气滤清器的时间方面，如果空气滤清器的过滤材料破损了，会导致脏空气直接通过滤清器，或是空气滤清器堵塞了，也会失去过滤能力，因此，出现这两种状况，都要及时更换新的空气滤清器，因此更换空气滤清器的时刻很重要，更换早了，提高设备使用成本，更换晚了，脏空气进入发动机，影响发动机的寿命。而在实际工作中，常常不管工程机械的工作环境，采用“固定间隔日期”强制更换空气滤清器，这种“固定间隔日期”的保养方法，对于在灰尘比较重环境（如：露天煤矿）中施工的设备，空气滤清器更换间隔时间可能太长了，影响发动机寿命；反之，对于在干净空气环境中（如：城市环境）中施工的设备，空气滤清器更换间隔时间可能太短了，提高了设备使用成本。

综上，如何检测空气滤清器的能力、提醒人员清洁和更换空气滤清器，是实际工作中亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统及监测方法，以检测空气滤清器的能力、提醒使用者及时清洁和更换空气滤清器。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：

一种工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统，包括空气滤清器，空气滤清器包括滤芯和外壳，工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统还包括存储有空气滤清器滤芯信息标识的电子标签、用于检测通过空气滤清器后空气气压的气压传感器、单片机、电子标签读写器、振动传感器、远程通信主机和存储有数据阈值，并且存储有与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识的管理平台，远程通信主机内部存储有工程机械发动机工作时的振动阈值；气压传感器与单片机连接，单片机与电子标签连接，电子标签与电子标签读写器通信连接，电子标签读写器与远程通信主机连接，振动传感器与远程通信主机连接，远程通信主机与管理平台通信连接。

作为限定：滤芯包括内滤芯和外滤芯，内滤芯和外滤芯的封闭端均安装有电子标签，电子标签读写器安装在空气滤清器的外壳表面与电子标签相对应的位置，气压传感器安装在空气滤清器的内部的封闭端，振动传感器和远程通信主机均安装在工程机械发动机上。

作为进一步限定：单片机为STC8G1K08单片机，电子标签采用ST25DV16K芯片，气压传感器采用HP303S芯片，远程通信主机采用NB网络或GPRS网络。

本发明还提供了上述工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统的一种监测方法，包括依次进行的以下步骤：

S1、振动传感器检测工程机械发动机的振动，并将检测到的振动数据上传至远程通信主机；

S2、远程通信主机将接收到的振动号数据与预先存储的振动阈值进行比对，若接收到的振动数据大于预先存储的振动阈值，则判断工程机械发动机处于工作状态，并向电子标签读写器发送读取电子标签的命令，同时，接收管理平台发送的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识；

S3、电子标签读写器执行读取电子标签的命令，读取电子标签信息，电子标签接收到电子标签读写器发出的无线电信号，感应出电压和电流，为电子标签、单片机和气压传感器供电；

S4、气压传感器检测空气滤清器中的空气气压，并将空气气压数据发送至单片机进行数据转换后，再发送至电子标签；

S5、电子标签读写器读取电子标签中的滤芯信息标识和空气气压数据，并将滤芯信息标识和空气气压数据发送至远程通信主机；

S6、远程通信主机将从电子标签读写器中接收的滤芯信息标识与从管理平台接收的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识进行对比，若从电子标签读写器中接收的滤芯信息标识与从管理平台接收的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识不相同，则远程通信主机向管理平台发送“滤芯被更换”的报警信息；若从电子标签读写器中接收的滤芯信息标识与从管理平台接收的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识相同，则接收管理平台发送的数据阈值，执行步骤S7；

S7、远程通信主机将从电子标签读写器5中接收的空气气压数据进行保存，将空气气压数据与从管理平台接收的数据阈值进行比较分析，判断滤芯清洁程度和工作状态。

作为限定：管理平台发送的数据阈值包括滤芯破损时空气气压数据阈值、滤芯被人工清洁后的空气气压数据阈值、滤芯新装测试时的空气气压数据阈值、空气气压数据斜率阈值、滤芯阻塞时空气气压数据阈值；步骤S7中对空气气压数据分析的过程包括依次进行的以下步骤：

S71、比较上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与滤芯破损时空气气压数据阈值的大小，若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据小于滤芯破损时空气气压数据阈值，则向管理平台发送“滤芯破损”的报警信息；若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据不小于滤芯破损时空气气压数据阈值，则执行步骤S72；

S72、比较上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的大小，若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值不大于滤芯被人工清洁后的空气气压数据阈值，则向管理平台发送“空气滤清器滤芯未清洁”的报警信息；若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值大于滤芯被人工清洁后的空气气压数据阈值，则执行步骤S73；

S73、若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值不大于滤芯新装测试时的空气气压数据阈值，则向管理平台发送“空气滤清器滤芯未清洁干净”的报警信息；若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值大于滤芯新装测试时的空气气压数据阈值，则执行步骤S74；

S74、将此次空气气压数据按照时间顺序拟合曲线，比较拟合曲线的斜率与空气气压数据斜率阈值的大小，若拟合曲线的斜率小于空气气压数据斜率阈值，则进一步比较此次空气气压数据与滤芯阻塞时空气气压数据阈值的大小，若此次空气气压数据大于滤芯阻塞时空气气压数据阈值，则向管理平台发送“空气滤清器滤芯阻塞”的报警信息。

本发明由于采用了上述方案，与现有技术相比，所取得的有益效果是：

本发明提供的一种工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统及监测方法，通过识别包含滤芯信息标识的电子标签，判断所采用的滤芯是否为与空气滤清器相匹配的滤芯，避免出现以次代好的现象；通过气压传感器检测通过空气滤清器的空气气压，判断空气滤清器的清洁程度工作状态，可以直观地反映滤芯的使用状态或者损伤状态，提醒使用者及时清洁，提高发动机使用寿命，在正确的时机更换滤芯，避免过早更换滤芯带来的成本和过晚更换滤芯造成发动机的损伤。

本发明适用于监测空气滤清器。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。

图1为本发明实施例中工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统的结构框图；

图2为本发明实施例中空气滤清器结构示意图；

图3为本发明实施例中电子标签、气压传感器和单片机的电路原理图；

图4为本发明实施例中监测方法的流程图；

图5为本发明实施例中监测方法中步骤S7的流程图；

图中：1、内滤芯；2、外滤芯；3、外壳；4、电子标签； 5、电子标签读写器；6、气压传感器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于以下实施例，任何在本发明具体实施例基础上做出的改进和等效变化，都在本发明权利要求保护的范围之内。

实施例 工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统及监测方法

一种工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统，其结构框图如图1所示，包括空气滤清器，其结构示意图如图2所示，空气滤清器包括滤芯和外壳3，滤芯包括内滤芯1和外滤芯2，工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统还包括存储有空气滤清器滤芯信息标识的电子标签4、用于检测通过空气滤清器后空气气压的气压传感器6、单片机、电子标签读写器5、振动传感器、远程通信主机和存储有数据阈值，并且存储有与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识的管理平台，内滤芯1和外滤芯2内部的封闭端均安装有电子标签4和气压传感器6，电子标签读写器5安装在空气滤清器的外壳3表面与电子标签4相对应的位置，振动传感器和远程通信主机均安装在工程机械发动机上，振动传感器与远程通信主机连接，远程通信主机内部存储有工程机械发动机工作时的振动阈值；气压传感器6与单片机连接，单片机与电子标签4连接， 电子标签4与电子标签读写器5通信连接，电子标签读写器5与远程通信主机连接，远程通信主机与管理平台通信连接。

本实施例中电子标签4、气压传感器6和单片机控制模块的电路原理图如图3所示，单片机为STC8G1K08单片机，电子标签4采用ST25DV16K芯片，气压传感器6采用HP303S芯片，远程通信主机采用NB网络或GPRS网络。

本实施例的工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统的监测方法，其流程图如图4所示，包括依次进行的以下步骤：

S1、振动传感器检测工程机械发动机的振动，并将检测到的振动数据上传至远程通信主机；

S2、远程通信主机将接收到的振动号数据与预先存储的振动阈值进行比对，若接收到的振动数据大于预先存储的振动阈值，则判断工程机械发动机处于工作状态，并向电子标签读写器5发送读取电子标签4的命令，同时，接收管理平台发送的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识；

S3、电子标签读写器5执行读取电子标签4的命令，读取电子标签4信息，电子标签4接收到电子标签读写器5发出的无线电信号，感应出电压和电流，为电子标签4、单片机和气压传感器6供电；

S4、气压传感器6检测空气滤清器中的空气气压，并将空气气压数据发送至单片机进行数据转换后，再发送至电子标签4；

S5、电子标签读写器5读取电子标签4中的滤芯信息标识和空气气压数据，并将滤芯信息标识和空气气压数据发送至远程通信主机；

S6、远程通信主机将从电子标签读写器5中接收的滤芯信息标识与从管理平台接收的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识进行对比，若从电子标签读写器5中接收的滤芯信息标识与从管理平台接收的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识不相同，则远程通信主机向管理平台发送“滤芯被更换”的报警信息；若从电子标签读写器5中接收的滤芯信息标识与从管理平台接收的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识相同，则接收管理平台发送的滤芯破损时空气气压数据阈值、滤芯被人工清洁后的空气气压数据阈值、滤芯新装测试时的空气气压数据阈值、空气气压数据斜率阈值、滤芯阻塞时空气气压数据阈值，执行步骤S7；

S7、远程通信主机将从电子标签读写器5中接收的空气气压数据进行保存，并对空气气压数据进行分析，分析流程图如图5所示，包括依次进行的一下步骤：

S71、比较上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与滤芯破损时空气气压数据阈值的大小，若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据小于滤芯破损时空气气压数据阈值，则向管理平台发送“滤芯破损”的报警信息；若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据不小于滤芯破损时空气气压数据阈值，则执行步骤S72；

S72、比较上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的大小，若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值不大于滤芯被人工清洁后的空气气压数据阈值，则向管理平台发送“空气滤清器滤芯未清洁”的报警信息；若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值大于滤芯被人工清洁后的空气气压数据阈值，则执行步骤S73；

S73、若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值不大于滤芯新装测试时的空气气压数据阈值，则向管理平台发送“空气滤清器滤芯未清洁干净”的报警信息；若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值大于滤芯新装测试时的空气气压数据阈值，则执行步骤S74；

S74、将此次空气气压数据按照时间顺序拟合曲线，比较拟合曲线的斜率与空气气压数据斜率阈值的大小，若拟合曲线的斜率小于空气气压数据斜率阈值，则进一步比较此次空气气压数据与滤芯阻塞时空气气压数据阈值的大小，若此次空气气压数据大于滤芯阻塞时空气气压数据阈值，则向管理平台发送“空气滤清器滤芯阻塞”的报警信息。

Claims (5)

1.一种工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统，包括空气滤清器，空气滤清器包括滤芯和外壳，其特征在于，工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统还包括存储有空气滤清器滤芯信息标识的电子标签、用于检测通过空气滤清器后空气气压的气压传感器、单片机、电子标签读写器、振动传感器、远程通信主机和存储有数据阈值，并且存储有与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识的管理平台，远程通信主机内部存储有工程机械发动机工作时的振动阈值；气压传感器与单片机连接，单片机与电子标签连接，电子标签与电子标签读写器通信连接，电子标签读写器与远程通信主机连接，振动传感器与远程通信主机连接，远程通信主机与管理平台通信连接。

2.根据权利要求1所述的工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统，其特征在于，滤芯包括内滤芯和外滤芯，内滤芯和外滤芯的封闭端均安装有电子标签，电子标签读写器安装在空气滤清器的外壳表面与电子标签相对应的位置，气压传感器安装在空气滤清器的内部的封闭端，振动传感器和远程通信主机均安装在工程机械发动机上。

3.根据权利要求1或2所述的工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统，其特征在于，单片机为STC8G1K08单片机，电子标签采用ST25DV16K芯片，气压传感器采用HP303S芯片，远程通信主机采用NB网络或GPRS网络。

4.权利要求1-3中任意一项所述的工程机械发动机空气滤清器阻塞程度监测系统的一种监测方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：

S1、振动传感器检测工程机械发动机的振动，并将检测到的振动数据上传至远程通信主机；

S2、远程通信主机将接收到的振动号数据与预先存储的振动阈值进行比对，若接收到的振动数据大于预先存储的振动阈值，则判断工程机械发动机处于工作状态，并向电子标签读写器发送读取电子标签的命令，同时，接收管理平台发送的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识；

S3、电子标签读写器执行读取电子标签的命令，读取电子标签信息，电子标签接收到电子标签读写器发出的无线电信号，感应出电压和电流，为电子标签、单片机和气压传感器供电；

S4、气压传感器检测空气滤清器中的空气气压，并将空气气压数据发送至单片机进行数据转换后，再发送至电子标签；

S5、电子标签读写器读取电子标签中的滤芯信息标识和空气气压数据，并将滤芯信息标识和空气气压数据发送至远程通信主机；

S6、远程通信主机将从电子标签读写器中接收的滤芯信息标识与从管理平台接收的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识进行对比，若从电子标签读写器中接收的滤芯信息标识与从管理平台接收的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识不相同，则远程通信主机向管理平台发送“滤芯被更换”的报警信息；若从电子标签读写器中接收的滤芯信息标识与从管理平台接收的与空气滤清器相匹配滤芯的滤芯信息标识相同，则接收管理平台发送的数据阈值，执行步骤S7；

S7、远程通信主机将从电子标签读写器5中接收的空气气压数据进行保存，将空气气压数据与从管理平台接收的数据阈值进行比较分析，判断滤芯清洁程度和工作状态。

5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，管理平台发送的数据阈值包括滤芯破损时空气气压数据阈值、滤芯被人工清洁后的空气气压数据阈值、滤芯新装测试时的空气气压数据阈值、空气气压数据斜率阈值、滤芯阻塞时空气气压数据阈值；步骤S7中对空气气压数据分析的过程包括依次进行的以下步骤：

S71、比较上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与滤芯破损时空气气压数据阈值的大小，若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据小于滤芯破损时空气气压数据阈值，则向管理平台发送“滤芯破损”的报警信息；若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据不小于滤芯破损时空气气压数据阈值，则执行步骤S72；

S72、比较上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的大小，若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值不大于滤芯被人工清洁后的空气气压数据阈值，则向管理平台发送“空气滤清器滤芯未清洁”的报警信息；若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值大于滤芯被人工清洁后的空气气压数据阈值，则执行步骤S73；

S73、若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值不大于滤芯新装测试时的空气气压数据阈值，则向管理平台发送“空气滤清器滤芯未清洁干净”的报警信息；若上一次工程机械发动机关机时空气气压数据与此次工程机械发动机开机时空气气压数据的差值大于滤芯新装测试时的空气气压数据阈值，则执行步骤S74；

S74、将此次空气气压数据按照时间顺序拟合曲线，比较拟合曲线的斜率与空气气压数据斜率阈值的大小，若拟合曲线的斜率小于空气气压数据斜率阈值，则进一步比较此次空气气压数据与滤芯阻塞时空气气压数据阈值的大小，若此次空气气压数据大于滤芯阻塞时空气气压数据阈值，则向管理平台发送“空气滤清器滤芯阻塞”的报警信息。

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