CN115247436B - 一种挖掘机启停控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机启停控制系统及其控制方法,包括：集成开关面板上设置开关控制单元、一键启动开关和电源开关，电源开关的一端连接挖掘机系统电源正极，另一端通过连接第一二极管连接电源继电器的线圈；电源开关的另一端分别连接开关控制单元的一个引脚和主控制器的第一引脚；主控制器的第二输出引脚通过第二二极管连接到电源继电器的线圈来控制挖掘机系统电源的通断；主控制器的第三输出引脚通过连接启动继电器的线圈控制发动机启动单元；主控制器分别通过总线连接发动机控制器和开关控制单元。本发明通过采集电源开关信号，通过保持回路实现智能电源管理，提升电源控制的智能化效果。

Description

一种挖掘机启停控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种挖掘机启停控制系统及方法，具体涉及挖掘机电源及启停控制技术，属于挖掘机电气控制技术领域。

背景技术

随着汽车行业一键启动发展及应用，近年来部分工程机械厂家也开始引入一键启动方案。但是一键启动方案由于专利较多，侵权风险较高。部分工程机械厂家结合自身产品使用特点也发明了适合自己的一键启动方案。

随着电气控制技术的发展，传统的挖掘机电气系统已无法较好的满足信息化和智能化发展需求，同时传统的电气元件集成化程度较低，成本设计已无法满足产品日益白热化的价格竞争需求，挖掘机启停控制系统通过融合集成化、智能化、信息化技术能够大幅提升产品的竞争力。

目前主流的挖掘机电源控制及发动机启停主要是通过钥匙开关控制，并且系统熄火后钥匙开关将进入断电状态，因此无法满足熄火后需要保持系统上电的应用场景。挖掘机启停控制仅通过钥匙开关实现简单的启停控制，控制灵活性差。另外还有部分厂家采用的是汽车行业成熟的一键启动方案，上电和启动均通过一个按键，这种方案虽然技术比较成熟，但是需要引入射频钥匙并增加了控制电路的复杂性，系统成本偏高；也有部分厂家使用旋按一体一键启动模块来实现上电、启动、熄火的功能，通过外环旋转实现上电，内部按钮用于启停。这些都会增加系统硬件架构的复杂性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的以上不足，提供一种挖掘机启停控制系统及方法，不仅简化了传统的一键启动模块的结构复杂性，同时还可以实现发动机启停和上电功能的分离。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一方面，本发明提供一种挖掘机启停控制系统，包括：主控制器、集成开关面板、发动机启动单元和发动机控制器；

其中集成开关面板上设置开关控制单元、一键启动开关和电源开关，所述电源开关的一端连接挖掘机系统电源正极，另一端通过连接第一二极管D1连接电源继电器K1的线圈；电源开关的所述另一端还分别连接开关控制单元的一个引脚和主控制器的第一引脚；

所述主控制器的第二输出引脚通过第二二极管D2连接到电源继电器K1的线圈来控制挖掘机系统电源的通断；

所述主控制器的第三输出引脚通过连接启动继电器K2的线圈控制发动机启动单元；所述主控制器分别通过总线连接发动机控制器和开关控制单元。

进一步地，所述主控制器的第四输出引脚通过连接急停开关连接到发动机控制器。

进一步地，所述集成开关面板上还设置了电源运行指示灯、启动保护指示灯和启动运行指示灯。

进一步地，所述电源开关采用单触点的结构，或者双触点冗余结构，当采用双触点冗余结构，能够提高电源开关的可靠性。

进一步地，所述系统还包括移动终端，所述移动终端通过通讯模块与主控制器通信，所述移动终端用于对操作人员身份进行认证。

再进一步地，所述系统还包括电子监控器，所述移动终端通过电子监控器与主控制器连接，所述电子监控器用于进行认证界面的设置和显示。

再进一步地，所述系统还包括生物识别单元，所述生物识别单元与移动终端集成或者所述移动终端通过所述生物识别单元与主控制器连接，所述生物识别单元用于对操作人员身份证进行生物识别。

第二方面，本发明还提供了一种挖掘机启停控制系统的控制方法，所述一种挖掘机启停控制系统如以上技术方案所述的一种挖掘机启停控制系统，所述控制方法包括：

电源开关闭合，此时电源继电器K1线圈得电，主控制器采集电源开关状态信号，如果电源开关状态为闭合状态，主控制器的第二输出引脚输出等同于挖掘机系统电源的高电平，并经过第二二极管D2到达电源继电器K1，使电源继电器K1线圈持续得电。

进一步地，主控制器采集电源开关状态信号的方式包括：若主控制器和开关控制单元之间的总线通讯正常，则主控制器通过总线接收开关控制单元发送的电源开关状态信号；若主控制器和开关控制单元之间的总线通讯不正常，则主控制器利用第一引脚采集电源开关状态信号。

进一步地，所述方法包括：主控制器判断电源开关的状态为断开状态，主控制器的第二输出引脚在设置的延迟时间之后停止输出高电平，来控制电源开关断开后的挖掘机系统电源保持时间。

进一步地，所述系统还包括移动终端和电子监控器，所述移动终端通过通讯模块与主控制器进行通信，所述移动终端用于对操作人员身份进行认证；所述移动终端通过电子监控器与连接，所述电子监控器用于进行认证界面的设置；所述方法包括：

挖掘机电源系统上电后，进入认证提示状态，电子监控器上的认证界面包含基于移动终端的APP无线认证和密码认证，首次无线认证时将无线通讯设置为打开状态，操作人员利用出厂密码进行移动终端配对，操作人员下载APP后使用移动设备的管理员密码进行APP挖掘机注册绑定，在认证界面能够选择APP无线认证或密码登录认证，所述认证界面还提供访客登录的选择，访客登录时系统将限制挖掘机的使用权限。

本发明所取得的有益技术效果：本发明通过采集电源开关信号，通过保持回路实现智能电源管理，提升电源控制的智能化效果；

独立的一键启动按键可以实现断电和熄火的分离控制，提升启停功能的不同场景下的适应性；电源开关和一键启动开关与整机集成开关高度集成，系统可靠性更高，更节省安装空间，成本更低；支持生物设别及移动终端无线认证；提升操作的安全性，通过APP及密码权限并行认证的方式提高了认证便捷性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的挖掘机启停控制系统框图；

图2是本发明实施例中集成开关面板结构功能图

图3是本发明实施例中电路原理图；

图4是本发明实施例中集成开关面板电源冗余控制回路原理图；

图5是本发明实施例中启停控制流程图。

其中附图标记：

1、急停开关；2、发动机控制器；3、生物识别单元；4、移动终端； 5、通讯模块；6、电子监控器；7、集成开关面板； 8、电源继电器；9、发动机启动单元；10、主控制器；71、开关控制单元；72、一键启动开关；73、电源开关；74、电源运行指示灯；75、启动保护指示灯；76、启动运行指示灯；77、第一二极管；78、第二二极管；79、电源开关S1冗余触点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

需要说明的是，当元件被称为“连接于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在整个说明书中参考“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征，结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，“在一个实施例中”或“在一些实施例中”的短语出现在整个说明书的各个地方，并非所有的指代都是相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征，结构或特性。

实施例1：一种挖掘机启停控制系统，如图1所示，包括：主控制器10、集成开关面板7、发动机启动单元9和发动机控制器2；

其中集成开关面板7上设置开关控制单元71、一键启动开关72和电源开关73，电源开关73的一端连接挖掘机系统电源正极Power+，另一端通过连接第一二极管77（如图4中二极管D1）连接电源继电器8（如图4中继电器K1）的线圈；电源开关73的另一端还分别连接开关控制单元71的一个引脚和主控制器10的第一引脚；

主控制器10的第二输出引脚通过第二二极管78（如图4中二极管D2）连接到电源继电器8的线圈来控制挖掘机系统电源的通断；

主控制器10的第三输出引脚通过连接启动继电器K2的线圈控制发动机启动单元9；主控制器10分别通过总线连接发动机控制器2(ECM)和开关控制单元71。

可选地，在其他实施例中，主控制器10的第四输出引脚通过连接急停开关1连接到发动机控制器2。

具体实施例中如图2所示，开关控制单元71、一键启动开关72和电源开关73设置于集成开关面板7上，集成开关面板7上还设置了电源运行指示灯74、启动保护指示灯75和启动运行指示灯76。

可选地，系统还包括移动终端4，所述移动终端4通过通讯模块5与主控制器10进行通信，所述移动终端4用于对操作人员身份进行认证。

系统还包括电子监控器6，所述移动终端4通过电子监控器6与主控制器10连接，所述电子监控器6用于进行认证界面的设置。

可选地，在其他实施例中，系统还包括生物识别单元3，所述生物识别单元3与移动终端4集成或者所述移动终端4通过所述生物识别单元3与主控制器10连接，所述生物识别单元3用于对操作人员身份证进行生物识别。

移动终端4可通过通讯模块5和电子监控器6无线耦合；电子监控器6和集成开关面板7通过总线连接；电源继电器8和集成开关面板7电连接；启动单元9和主控制器10电连接。本实施例中，优选的，移动终端4集成了生物识别单元3，并支持主流的安卓和IOS操作系统，生物识别的技术包括人脸识别和指纹识别。

优选的，通讯模块5可以是单独的蓝牙模块或WiFi模块、也可以是集成在电子监控器上蓝牙模块或WiFi模块。

如图2所示，集成开关面板7集成了至少包含开关控制单元71、一键启动开关72和电源开关73。一键启动开关72为常开复位按钮，也可以是触屏按钮；电源开关73为操作按钮，也可以是触屏按钮。

集成开关面板7集成电源开关73可以是单触点的结构，也可以双触点冗余结构，可以是带复位的开关、也可以是不带复位的开关。当为单触点时开关控制单元71可以采集单触点开关的闭合状态，当为双触点时开关面板控制单元也可以通过采集电源开关S1冗余触点79状态来判定电源开关73闭合状态。

实施例2：在实施例1的基础上，本实施例提供了一种挖掘机启停控制系统的控制方法，所述控制方法包括：

电源开关73闭合，此时电源继电器K1线圈得电，系统电源经过电源开关73（图4中的S1）、第一二极管77经过电源继电器8，实现系统电源导通。主控制器10采集电源开关73闭合信号，同时接收开关控制单元71通过总线传输的电源开关73闭合信号，主控制器10判断总线是否通讯正常，如果总线通讯正常，则判断电源开关73的开关状态，如果电源开关73状态为闭合状态，主控制器10的第二输出引脚输出等同于挖掘机系统电源的高电平，并经过第二二极管78到达电源继电器8，使电源继电器8线圈持续得电。

结合图1~图4，当集成开关面板7电源开关73按钮按下后，系统电源经过第一二极管77后到达电源继电器8，使电源继电器8线圈得电进而使系统上电，此时主控制器10得电工作，主控制器DI端口可以采集到来自于集成开关面板7的端口2传输的电源开关73的闭合信号，也可以通过总线（如图3中CAN总线）传输过来的电源开关73的闭合信号。若主控系统10判定总线通讯正常，系统将判定来自总线的电源开关73的开关状态；如果总线通讯不正常，则主控制器通过集成开关面板7的端口2传输的电源开关73的闭合信号，见图4中电源开关的另一端分别连接到开关控制单元71的一个引脚和集成开关面板7的端口2，集成开关面板7的端口2连接主控制器的第一引脚。

如果开关状态为闭合状态，主控制器10通过DO端口输出等同于系统电源的高电平，并经过第二二极管78后到达电源继电器8，使电源继电器8线圈得电,用于电源开关73断开后的电源保持。如果总线异常系统利用冗余控制机制进一步判断来自主控制器10采集集成开关面板7传输的电源开关信号，进而实现上电。同理，断电时也是利用冗余控制，通过冗余控制可以提升系统电源控制的可靠性。

具体实施例中，可根据实际应用场景和应用需求，采用主控制器进行逻辑判断，并输出信号到启动单元和发动机控制器，可选择实现不同的启动和熄火模式。如，主控制器判断电源开关的状态为断开状态，主控制器的第二输出引脚在设置的延迟时间之后停止输出高电平，来控制电源开关断开后的挖掘机系统电源保持时间。基于本申请提供的挖掘机启停控制系统的结果，本领域技术人员能够确定具体应用中的控制逻辑，本申请中不作详细描述。

实施例3：在实施例1的基础上，本实施例提供了一种挖掘机启停控制系统的控制方法，结合图1~图5，所述控制方法包括：

系统上电后，电子监控器6进入认证提示状态，认证界面包含基于移动终端4的APP无线认证和密码认证，首次无线认证时系统自动将无线通讯设置为打开状态，此时机主可以利用出厂密码进行移动终端4配对，操作用户可下载APP后使用移动终端管理员密码进行APP挖掘机车辆注册绑定，操作人员在认证界面可以选择APP自动认证，也可以选择密码登录认证，如果操作人员不想认证该页面还可以提供访客登录的选择，访客登录时系统将限制机器的使用权限。包括不限于禁止启动机器等操作。

操作人员采用可以通过电子监控器6的注册页面的二维码获取现在APP的链接，也可以通过公司全球网站下载，系统还支持在安卓及苹果的应用商店现在APP。

移动终端在进行APP认证绑定时，操作人员可以利用其移动终端4自带的生物识别系统3例如指纹识别、人脸识别开启生物识别，从而简化APP登录操作时的认证操作。

电子监控器6在开机时将自动打开无线设置以支持无线APP认证，当认证完毕后电子监控器6将关闭无线设置，从而减少射频功耗。同时系统还可以通过无线通讯自动开启手机APP，并在后台完成验证，进而提升验证效率。

系统还支持宽限时长设置，当机器两次上电时长小于宽限时间，下次上电后系统将不需要进行认证操作，宽限时长设置及宽限功能开启均可以通过仪表进行设置。

进一步，操作人员可以在认证页面选择忘记密码，电子监控器6将从认证界面跳转到动态密码登录和密保问题登录界面，登录成功后系统将进入密码修改界面，此时允许操作人员修改自己权限范围内的密码，如果是机主权限，除了可以修改自己的密码还可以修改所有操作手的密码。如果是操作手权限仅可以修改操作手自己的密码。

当机主（操作人员）忘记密码时，系统支持在电子监控器6中修改管理员密码，修改密码时系统支持密保提示问题及动态密码用于进入密码修改界面，机主可以通过电子监控器6上显示的验证码与主机厂开发的动态密码生成器软件进行动态密码获取。机主也可以通过预先绑定的移动终端4认证后进入相应的修改密码界面进行修改，

机手忘记密码时可以告知机主进行密码修改，也可以用密保提示问题进入密码修改界面，或者可以通过预先绑定的移动终端认证后进入相应的修改密码界面进行修改。

进一步，如果机器认证不正确系统将进入访客模式，此时限制启动机器。如果操作人员认证正确时机器将进入正常登陆模式，此时操作人员可以通过集成开关面板7上的一键启动开关72进行启动操作，当操作人员按下此按键时机器将进行启动操作，主控制器10用于和发动机控制器2端口KeySW连接的DO端口输出高电平。在动力系统正常启动之前如果操作人员未松开启动按钮，此时主控制器将使启动继电器K2得电。直至启动完毕，如果允许的最大启动时常之前仍无法启动系统，则DO端口将停止输出高电平，以防止启动过长时间对启动马达的损伤。

当机器允许启动时集成开关面板7上的启动运行指示灯76显示绿色，如果机器禁止启动，启动保护指示灯75黄色指示灯将亮起。

进一步，当机器启动后操作人员如果再次按下的一键启动开关72，此时主控制器10用于和发动机控制2器端口KeySW连接的DO端口停止高电平输出，发动机将进入预设模式下的熄火状态，操作人员可以在电子监控器6中设置熄火延时参数，用于不同的熄火时长要求。此时系统仍然处于上电状态。

进一步，如果操作人员在熄火后按下集成开关面板7上的电源开关73此时系统将进入延时断电状态，其中断电延时时长可以在电子监控器6中进行配置，也可以采用非延时断电控制，实现直接断电；如果按此开关系统将进入立即断电状态。

如果机器未进入熄火状态，操作人员操作集成开关面板7上的电源开关73，此时系统断电和熄火进入同步状态，同时如果系统熄火异常，操作人员还可以通过操作急停开,1实现紧急熄火。

本发明提供的挖掘机启停控制系统通过设置电源开关和一键启动开关实现双按键分离控制，不仅简化了传统的一键启动模块的结构复杂性，同时还可以实现发动机启停和上电功能的分离。系统利用上电保持技术实现复位后对电源的智能控制，实现熄火和断电的灵活配置。系统还可以通过对启停按钮的复合操作实现应急断电，提升机器的使用安全性。系统通过APP及密码权限并行认证的方式提高了认证便捷性，同时通过基于生物识别的APP后台自动认证，提高了认证效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所做的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种挖掘机启停控制系统，其特征在于，包括：主控制器、集成开关面板、发动机启动单元和发动机控制器；

其中集成开关面板上设置开关控制单元、一键启动开关和电源开关，所述电源开关的一端连接挖掘机系统电源正极，另一端通过连接第一二极管D1连接电源继电器K1的线圈；电源开关的所述另一端还分别连接开关控制单元的一个引脚和主控制器的第一引脚；

所述主控制器的第二输出引脚通过第二二极管D2连接到电源继电器K1的线圈来控制挖掘机系统电源的通断；

所述主控制器的第三输出引脚通过连接启动继电器K2的线圈控制发动机启动单元；所述主控制器分别通过总线连接发动机控制器和开关控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种挖掘机启停控制系统，其特征在于，所述主控制器的第四输出引脚通过连接急停开关连接到发动机控制器。

3.根据权利要求1所述的一种挖掘机启停控制系统，其特征在于，所述集成开关面板上还设置了电源运行指示灯、启动保护指示灯和启动运行指示灯。

4.根据权利要求1所述的一种挖掘机启停控制系统，其特征在于，

所述电源开关采用单触点的结构，或者双触点冗余结构。

5.根据权利要求1所述的一种挖掘机启停控制系统，其特征在于，所述系统还包括移动终端，所述移动终端通过通讯模块与主控制器通信，所述移动终端用于对操作人员身份进行认证。

6.根据权利要求5所述的一种挖掘机启停控制系统，其特征在于，所述系统还包括电子监控器，所述移动终端通过电子监控器与主控制器连接，所述电子监控器用于进行认证界面的设置和显示。

7.根据权利要求5所述的一种挖掘机启停控制系统，其特征在于，所述系统还包括生物识别单元，所述生物识别单元与移动终端集成或者所述移动终端通过所述生物识别单元与主控制器连接，所述生物识别单元用于对操作人员身份证进行生物识别。

8.一种挖掘机启停控制系统的控制方法，其特征在于，所述一种挖掘机启停控制系统如权利要求1~4任意一项权利要求所述的一种挖掘机启停控制系统，其特征在于，所述控制方法包括：

电源开关闭合，此时电源继电器K1线圈得电，主控制器采集电源开关状态信号，如果电源开关状态为闭合状态，主控制器的第二输出引脚输出等同于挖掘机系统电源的高电平，并经过第二二极管D2到达电源继电器K1，使电源继电器K1线圈持续得电。

9.根据权利要求8所述的一种挖掘机启停控制系统的控制方法，其特征在于，主控制器采集电源开关状态信号的方式包括：若主控制器和开关控制单元之间的总线通讯正常，则主控制器通过总线接收开关控制单元发送的电源开关状态信号；若主控制器和开关控制单元之间的总线通讯不正常，则主控制器利用第一引脚采集电源开关状态信号。

10.根据权利要求8所述的一种挖掘机启停控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：主控制器判断电源开关的状态为断开状态，主控制器的第二输出引脚在设置的延迟时间之后停止输出高电平，来控制电源开关断开后的挖掘机系统电源保持时间。

11.根据权利要求8所述的一种挖掘机启停控制系统的控制方法，其特征在于，所述系统还包括移动终端和电子监控器，所述移动终端通过通讯模块与主控制器进行通信，所述移动终端用于对操作人员身份进行认证；所述移动终端通过电子监控器与连接，所述电子监控器用于进行认证界面的设置；

所述方法包括：

挖掘机电源系统上电后，进入认证提示状态，电子监控器上的认证界面包含基于移动终端的APP无线认证和密码认证，首次无线认证时将无线通讯设置为打开状态，操作人员利用出厂密码进行移动终端配对，操作人员下载APP后使用移动设备的管理员密码进行APP挖掘机注册绑定，在认证界面能够选择APP无线认证或密码登录认证，所述认证界面还提供访客登录的选择，访客登录时系统将限制挖掘机的使用权限。