CN115218921A - 一种基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法 - Google Patents
一种基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法，包括：根据测量模块结构设计图实现硬件组装；实现整个模块的网络配置；设置各个设备间数据传输的格式；车轮编码器随着车载平台的移动向PLC发送脉冲信号；根据PLC计数程序流程图实现计数；上位机接收到数据帧，解析桩号，传递给控制端，控制端接收、解析并显示桩号并通过Netty通信实现；根据PLC与控制端联合实现的标定程序流程实现标定。车轮编码器与PLC结合，根据车轮尺寸精确设定测量单位，在测量精度上具有显著优势。并且测量的精度不随距离的长度产生变化，无显著的累计误差，适配各种车轮尺寸的车载平台，操作简洁。
Description
技术领域
本发明属于车载移动测量系统的技术领域，尤其涉及一种基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法。
背景技术
车载移动测量系统是一种用于地球科学、测绘科学技术、水利工程领域的特种检测仪器，对于车载移动测量系统的车轮行驶里程的测量，现有的移动测量系统主要采用：
(1)改造车内电路，将行车电脑接入车身电路，直接获取实时里程。
(2)集成GNSS记录车辆瞬时位置信息，利用线性参考转换里程。
(3)利用编码器直接与上位机通信，获取车辆行驶里程。
这些方法都存在一定的缺陷：方法一对车辆改造较大，获取的车轮行驶里程精度较低；方法二成本较高，抗干扰性差，例如在隧道、建筑物环绕等环境无法适用；方法三标定过程复杂，需要修改硬件连接，并且无法与不同尺寸车轮的车载平台适配。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法，测量精度高，抗干扰性强，适配性强，操作简洁，实时性强。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法，包括以下步骤：
S1：根据测量模块结构设计图实现硬件组装；
S2：实现整个模块的网络配置；
S3：设置各个设备间数据传输的格式；
S4：车轮编码器随着车载平台的移动向PLC发送脉冲信号；
S5：根据PLC计数程序流程图实现计数；
S6：上位机接收到数据帧，解析桩号，传递给控制端，控制端接收、解析并显示桩号并通过Netty通信实现；
S7：根据PLC与控制端联合实现的标定程序流程实现标定。
可选的，所述步骤S1具体包括：
S11：根据测量模块结构设计图购置所需的设备和电缆，包括：网络设备、车轮编码器、PLC、控制端设备；
S12：根据硬件集成图完成车轮编码器和PLC间的接线，以及PLC与上位机间的串口连接；
S13：完成供电和网络设备与各个设备间的物理连接，确保供电设备可为各设备供电，网络设备向各个设备提供网络环境；
S14：检测硬件组装、供电、串口、网线连接是否成功。
进一步的，所述步骤S2具体包括：
S21：完成网络设备的相关配置，确保网络设备可为各个设备提供网络环境；
S22：完成各个设备的网络配置；
S23：检测网络配置是否成功。
可选的，所述步骤S3具体包括：
S31：编码器与PLC间传输脉冲信号，检测正反转是否设置正确；
S32：PLC与上位机间串口通信传输测距数据帧，根据异步通信的字符信息格式完成测距数据帧的格式设计；
S33：控制端与PLC间通过PLC专用协议读取PLC寄存器实现标定，设计PLC寄存器数据存储内容；
S34：检查各个设备间数据传输的格式是否设置正确。
可选的，所述步骤S5具体包括：
S51：PLC接收车轮编码器的脉冲信号并进行计数；
S52：计数达到测量单位后向上位机发送数据帧；
S53：判别编码器正反转，即分辨车载平台行驶与倒车；
S54：倒车时不发送测距数据帧给上位机。
可选的，所述步骤S7具体包括：
S71：当环境胎压或者车载平台发生变化时，用户通过控制端连接PLC；
S72：控制端根据用户操作读写PLC寄存器；
S73：PLC监听寄存器，根据控制端对寄存器的修改计算相应的标定结果；
S74：控制端根据标定结果修改PLC中的测量单位，实现对编码器的标定。
由上，本发明的基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法具有如下有益效果：
(1)测量精度高：车轮编码器与PLC结合，根据车轮尺寸精确设定测量单位，在测量精度上具有显著优势。并且测量的精度不随距离的长度产生变化，无显著的累计误差。
(2)抗干扰性强：车轮编码器和PLC间采用物理连接，PLC与控制端间仅依赖车内局域网通信，抗干扰性极强。
(3)适配性强，操作简洁：PLC与控制端通信，实现PLC中的测量单位标定，仅需要在控制端的简单操作，即可间接标定编码器，从而适配各种车轮尺寸的车载平台。
(4)实时性强：PLC可以通过设备接口向上位机提供车载平台的瞬时桩号，实时性高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明的基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法的流程图；
图2是本发明的测距模块的硬件集成图；
图3是本发明的测量模块的结构示意图；
图4是本发明的PLC计数程序流程图；
图5是本发明的PLC与控制端联合实现的标定程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
如图1至图5所示，本发明的基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法包括以下步骤：
(1)根据测量模块结构设计图实现硬件组装，包括以下几步操作：
第一步：根据测量模块结构设计图购置所需的设备和电缆，包括：网络设备(路由器和交换机)、车轮编码器、PLC、控制端设备。
第二步：根据硬件集成图完成车轮编码器和PLC间的接线，以及PLC与上位机间的串口连接。
第三步：完成供电和网络设备与各个设备间的物理连接，确保供电设备可为各设备供电，网络设备向各个设备提供网络环境。
第四步：检测硬件组装、供电、串口、网线连接是否成功。
(2)实现整个模块的网络配置，包括以下几步操作：
第一步：完成网络设备的相关配置，确保网络设备可为各个设备提供网络环境。
第二步：完成各个设备的网络配置，例如设置其IP地址等。
第三步：检测网络配置是否成功。
(3)设置各个设备间数据传输的格式，包括以下几步操作：
第一步：编码器与PLC间传输脉冲信号，需要检测正反转是否设置正确。
第二步：PLC与上位机间串口通信传输测距数据帧，需要根据异步通信的字符信息格式完成测距数据帧的格式设计。
第三步：控制端与PLC间通过PLC专用协议读取PLC寄存器实现标定，需要设计PLC寄存器数据存储内容。
第四步：检查各个设备间数据传输的格式是否设置正确。
(4)车轮编码器随着车载平台的移动向PLC发送脉冲信号。
(5)根据PLC计数程序流程图实现计数，需要完成以下功能：
第一：PLC能够接收车轮编码器的脉冲信号并进行计数。
第二：计数达到测量单位后向上位机发送数据帧。
第三：可以判别编码器正反转，即分辨车载平台行驶与倒车。
第四：倒车时不发送测距数据帧给上位机。
(6)上位机接收到数据帧，解析桩号，传递给控制端。控制端接收、解析并显示桩号并通过Netty通信实现。
(7)根据PLC与控制端联合实现的标定程序流程实现标定，需要完成以下功能：
第一：当环境胎压或者车载平台发生变化时，用户可以通过控制端连接PLC。
第二：控制端可以根据用户操作读写PLC寄存器。
第三：PLC监听寄存器，根据控制端对寄存器的修改计算相应的标定结果。
第四：控制端根据标定结果修改PLC中的测量单位，实现对编码器的标定。
(8)对以上各个步骤进行检查和测试，确保模块正常运转。
本发明采用软硬件集成的方式，其中相关的硬件设备和软件程序都是必要的，其中硬件包括：
(1)网络设备(提供网络环境)
(2)车轮编码器(发送脉冲信号给PLC)
(3)可编程逻辑控制器(接收车轮编码器的脉冲信号，实现计数，达到测量单位向上位机发送数据帧)
(4)控制端(接收上位机发送的桩号信息，调用标定程序，实现编码器标定)
软件程序主要包括：
(1)PLC计数程序
(2)PLC与控制端联合实现的标定程序。
本产品的软硬件集成方式为：(1)PLC与上位机间采用物理连接，串口通信实现测距帧传递，(2)控制端与PLC间采用车内局域网和PLC专用协议通信实现测量单位标定。
测量模块精度：
(1)长距离长时间测量：测量模块当前已完成原型实现，用于辽宁省公路普查，经过上万公里普查结果反馈，50-60公里误差约为10米，主要由测量过程中车辆行驶转弯，避让行人，障碍物等引起。部分反馈和测试结果如下。
(2)标定：利用某500m标准道标定后，对该标准道进行8次往返测量，测量结果如下。
根据上述结果，可以看出无论是测量精度还是标定精度都满足国家测距要求。并且测量模块程序稳定可靠，操作简洁，交互体验感良好，可以满足使用需要。
针对车载移动测量过程中如何获取车轮行驶里程计算车载平台所处桩号的问题，本发明提出了一种集成旋转式编码器和可编程逻辑控制器(简称为PLC)的车轮行驶里程高精度测量模块。采用软硬件集成方式实现，具备优势：
(1)该方式稳定可靠，累计误差小，可长时间长距离自动获取车载平台的瞬时桩号位置。
(2)采用PLC的专有协议与控制端通信，实现编码器标定，过程简单方便。
(3)实现标定后，模块可以适配各种尺寸车轮的车载平台，并且减小了由车轮胎压变化导致的测量误差。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据测量模块结构设计图实现硬件组装；
S2：实现整个模块的网络配置；
S3：设置各个设备间数据传输的格式；
S4：车轮编码器随着车载平台的移动向PLC发送脉冲信号；
S5：根据PLC计数程序流程图实现计数；
S6：上位机接收到数据帧，解析桩号，传递给控制端，控制端接收、解析并显示桩号并通过Netty通信实现；
S7：根据PLC与控制端联合实现的标定程序流程实现标定。
2.如权利要求1所述的基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11：根据测量模块结构设计图购置所需的设备和电缆，包括：网络设备、车轮编码器、PLC、控制端设备；
S12：根据硬件集成图完成车轮编码器和PLC间的接线，以及PLC与上位机间的串口连接；
S13：完成供电和网络设备与各个设备间的物理连接，确保供电设备可为各设备供电，网络设备向各个设备提供网络环境；
S14：检测硬件组装、供电、串口、网线连接是否成功。
3.如权利要求1所述的基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21：完成网络设备的相关配置，确保网络设备可为各个设备提供网络环境；
S22：完成各个设备的网络配置；
S23：检测网络配置是否成功。
4.如权利要求1所述的基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31：编码器与PLC间传输脉冲信号，检测正反转是否设置正确；
S32：PLC与上位机间串口通信传输测距数据帧，根据异步通信的字符信息格式完成测距数据帧的格式设计；
S33：控制端与PLC间通过PLC专用协议读取PLC寄存器实现标定，设计PLC寄存器数据存储内容；
S34：检查各个设备间数据传输的格式是否设置正确。
5.如权利要求1所述的基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
S51：PLC接收车轮编码器的脉冲信号并进行计数；
S52：计数达到测量单位后向上位机发送数据帧；
S53：判别编码器正反转，即分辨车载平台行驶与倒车；
S54：倒车时不发送测距数据帧给上位机。
6.如权利要求1所述的基于旋转式编码器和可编程逻辑控制器的车轮行驶里程高精度测量方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括：
S71：当环境胎压或者车载平台发生变化时，用户通过控制端连接PLC；
S72：控制端根据用户操作读写PLC寄存器；
S73：PLC监听寄存器，根据控制端对寄存器的修改计算相应的标定结果；
S74：控制端根据标定结果修改PLC中的测量单位，实现对编码器的标定。
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