CN201556057U

CN201556057U - 车载工程机械远程无线数据采集装置

Info

Publication number: CN201556057U
Application number: CN2009202007989U
Authority: CN
Inventors: 龙坍; 高宇; 邱清盈; 史勇
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2019-12-07

Abstract

本实用新型公开了一种车载工程机械远程无线数据采集装置，包括微控制器、数据采集输入单元、微控制器外围电路和GPRS通讯模块；所述数据采集输入单元包括模拟量、开关量、频率量、RS-232接口、CAN总线接口、GPS模块，所述微控制器外围电路包括电源模块、实时时钟、外扩存储器和编程调试模块；其中，模拟量、开关量、频率量、RS-232接口、CAN总线接口、GPS模块、电源模块、实时时钟、外扩存储器、编程调试模块和GPRS通讯模块分别与微控制器连接。该装置的数据采集通道丰富多样，数据采集存储、数据采集传输及其周期可远程配置，数据采集装置本地存储数据可远程调取，保证在无线通讯网络不可用时采集数据不丢失，适用于车载工程机械远程数据采集监控。

Description

车载工程机械远程无线数据采集装置

技术领域

本实用新型属于机电设备电子监控技术领域，特别涉及到一种车载工程机械远程无线数据采集装置。

背景技术

随着无线移动通信网络技术的发展，移动基站覆盖率的提高，无线数据传输资费的下降，基于移动通讯网络的远程监控技术也得到更大的应用。车载工程机械单体价格昂贵，工作条件恶劣，故对于安全生产的重要性要求比较高。因此，在工程施工中车载工程机械的工作情况进行监控是非常有必要的。传统的监控装置只能把监测结果显示给驾驶员，不能存储监测结果，更不能远程传输至监控中心。因此，更能适应现代化生产的远程无线数据采集监控系统也应运而生。该系统包括一个数据采集装置和一个数据监控装置。数据采集装置用于实时采集车载工程机械的工作状况信息与GPS定位信息；数据监控装置用于远程监控数据采集装置，存储以及发布数据采集装置发送来的采集数据。有了远程无线数据采集监控系统，使用者可对其分布在全国各地的车载工程机械同时进行远程监控，了解各台车载工程机械设备的工作状况和定位信息。对于生产商，则可在该系统基础上，对每台车载工程机械设备进行全生命周期信息管理，了解各地车载工程机械使用情况，改善营销策略；通过对采集到的工作状况数据进行分析，为车载工程机械用户提供状态预警报告、故障诊断等功能，提高售后服务质量；还可通过分析车载工程机械故障情况改进产品的设计、制造，提高产品质量。可见，远程无线数据采集监控系统对于推进车载工程机械行业发展起到重要作用。

车载工程机械的工作状况参数众多，如压力、排量、温度、电压、转速、各种开关量等；检测这些参数的仪器也各有不同，其检测结果输出形式也很多样，如模拟量、开关量、频率量、RS-232接口、CAN总线接口等。车载工程机械常工作于一些偏僻的野外环境，这些地方的无线通讯网络覆盖率较低，致使基于移动通讯网络的无线数据传输无法进行，这将导致数据采集装置无法将采集到的数据及时传输至数据监控装置。现有的远程无线数据监控系统，或是数据采集接口单一、采集通道偏少；或是数据采集存储、数据采集传输方式单一且不可控，或是在无线通讯网络不可用时将丢失采集数据。这些问题都将对工程机械远程监控产生不利影响。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在无线通讯网络不可用时采集数据不丢失的车载工程机械远程无线数据采集装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

该车载工程机械远程无线数据采集装置主要包括微控制器、数据采集输入单元、微控制器外围电路和GPRS通讯模块；所述数据采集输入单元包括模拟量、开关量、频率量、RS-232接口、CAN总线接口、GPS模块，所述微控制器外围电路包括电源模块、实时时钟、外扩存储器和编程调试模块；所述模拟量、开关量、频率量、RS-232接口、CAN总线接口、GPS模块、电源模块、实时时钟、外扩存储器、编程调试模块和GPRS通讯模块分别与微控制器连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的数据采集通道丰富，带有模拟量、开关量、频率量、RS-232接口、CAN总线等采集通道，可以满足工程机械各种状态信息采集的要求；本实用新型带有GPRS无线数据通讯模块和外扩存储器，采集到的数据可无线传输至外部连接的数据监控装置，也可本地存储；本实用新型的数据采集装置可接收外部连接的数据监控装置发送的控制指令，远程配置数据采集传输与否、数据采集存储与否及其周期；本实用新型的外扩存储器上的采集数据可被外部连接的数据监控装置远程调取，能满足在无线通信网络不好情况下，数据采集装置所采集到的、未能及时传输至外部连接的数据监控装置的那部分数据不丢失，为建立工程机械全生命周期信息管理提供保证。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构框图。

图2是本实用新型的微控制器电路原理图。

图3是本实用新型的模拟量输入电路原理图。

图4是本实用新型的开关量输入电路原理图。

图5是本实用新型的频率量输入电路原理图。

图6是本实用新型的RS-232接口电路原理图。

图7是本实用新型的CAN总线接口电路原理图。

图8是本实用新型的GPS模块接口电路原理图。

图9是本实用新型的电源模块电路原理图。

图10是本实用新型的外围电路中的实时时钟电路原理图。

图11是本实用新型的外扩SD卡存储器电路原理图。

图12是本实用新型的外扩铁电存储器电路原理图。

图13是本实用新型的外扩FLASH存储器电路原理图。

图14是本实用新型的编程调试模块电路原理图。

图15是本实用新型的GPRS通讯模块电路原理图。

其中，包括：1.模拟量、2.开关量、3.频率量、4.RS-232接口、5.CAN总线接口、6.GPS模块、7.微控制器、8.电源模块、9.实时时钟、10.外扩存储器、11.编程调试模块、12.GPRS通讯模块。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的数据采集装置包括微控制器7、数据采集输入单元(包括模拟量1、开关量2、频率量3、RS-232接口4、CAN总线接口5、GPS模块6)、微控制器外围电路(包括电源模块8、实时时钟9、外扩存储器10、编程调试模块11)、GPRS通讯模块12。模拟量1、开关量2、频率量3、RS-232接口4、CAN总线接口5、GPS模块6、电源模块8、实时时钟9、外扩存储器10、编程调试模块11和GPRS通讯模块12分别与微控制器7连接。

数据采集装置以微控制器7为中心，在微控制器7的作用下完成数据采集、存储、传输等功能。如图2所示，微控制器7(MCU)选用ARM7系列芯片LPC2378(IC15)，系统时钟选为48MHz。如图14所示，编程调试模块11提供了一个JTAG接口(J5)，使用J-Link仿真器进行系统编程调试下载；如图9所示，电源模块8使用电源芯片LM2576(IC2、IC3)、SPX117(U3、U4、U5、U6)，为硬件电路其他器件提供所需电压电源。

工况信息采集有五种采集通道，各种通道的数据采集方法具体过程如下：(1)模拟量1：如图3所示，模拟量输入AIN[0…5]经滤波处理电路后与MCU的AD[0…5]连接，使用MCU自带的ADC，ADC参考电压选为+3.3V，10次AD采样结果经程序滤波后作为采集结果；(2)开关量2：如图4所示，开关量IN[0…10]经隔离电路后与MCU的INIO[0…10]连接，将INIO[0…10]口配置为输入引脚功能，通过读取I/O口状态寄存器的值，便可得出相应开关量的值；(3)频率量3：如图5所示，频率量输入ZS1、ZS2经隔离滤波电路与定时器T0的输入捕获端口P0.0、P0.1相连，利用输入捕获功能，获取多个脉冲的历经时间，换算为脉冲周期即可，该过程在捕获中断中完成；(4)RS-232接口4：如图6所示，根据RS-232通讯要求，MCU与RS-232接口设备间需使用电压转换芯片，选用SP3232EEN电压转换芯片(U1)，RS-232接口PCTXD、PCRXD经U1后与MCU的TXD0、RXD0相连，MCU在UART0的接收中断中接收RS-232接口检测设备的输出数据，完成数据采集；(5)CAN总线接口5：如图7所示，MCU的CRXD、CTXD端口与CAN收发器CTM1050(IC20)连接，使用MCU自带的CAN控制器及CAN收发器，接收CAN总线接口检测设备的输出数据，完成数据采集。

GPS定位信息采集：GPS模块6中的GPS接收模块采用u-blox公司的LEA-5S，最大数据更新频率为4Hz。该GPS接收模块通过串行接口GPS_TXD、GPS_RXD与MCU的TXD2、RXD2相连，波特率选择9600bps，GPS接收模块接口电路如图8所示。GPS接收模块每1秒输出一个标准的NMEA数据包，MCU通过UART2接收中断接收该数据包，并解析出需要的经度、纬度信息。

时间标签信息采集：MCU自带实时时钟(RTC)。MCU中的实时时钟除可由电源模块8供电外，也可由电池(B1)供电。如图10所示，实时时钟9中的B1与MCU的VBAT相连，以备数据采集装置断电时，MCU中的实时时钟仍能正常工作。读取相应寄存器的值便可采集到时间信息。如图10所示，外围电路中的实时时钟9采用单独的32.768KHz时钟(X2)，X2与MCU的RTCX1、RTCX2相连。

数据存储功能：如图11至图13所示，外扩存储器10包括外扩SD卡存储器、外扩铁电存储器和外扩FLASH存储器三种。如图11所示，在MCU的SD/MMC卡接口上扩展了一个2G的SD卡(S1)，S1与MCU的SD/MMC卡接口相连；如图12所示，MCU的SPI总线接口上扩展了一个32M的FLASH存储器(U12)，U12与MCU的SPI总线接口相连；如图13所示，SPI总线接口上还扩展了一个256KB的铁电存储器(U11)，U11与MCU的SPI总线接口相连。MCU自带的SD/MMC控制器，用于控制SD卡数据存储和数据读取，SPI控制器负责FLASH存储器和FM存储器数据存储和数据读取。由于数据存储频繁，而SD卡和FLASH存储器都有擦写次数限制，因而将数据地址存储在可无限擦写且掉电保护的铁电存储器中，数据内容存储在SD卡或FLASH中，这样便可保证足够的存储器寿命。当需要存储数据时，所采集的数据逐条按其时间标签由先至后的顺序依次存储在SD卡或FLASH中。当外部连接的数据监控装置调取某时间段内的数据时，通过查询起止时间标签对应的数据，便可查找出数据监控装置所需要的数据。数据存储与否、及其周期由数据监控装置控制，当需要存储数据时，微控制器7则采集存储数据，根据设定周期，延迟一段时间后，进行下一次数据采集存储。当数据传输不可用时，数据采集装置将自动按一定周期进行数据采集存储，以备数据传输可用时数据监控装置远程调取，便可保证采集数据在时间上的完整性，从而使得本实用新型的数据采集装置在无线通讯网络不可用时保证数据不丢失。

数据传输功能：该功能由微控制器7控制GPRS通讯模块12完成。GPRS通讯模块12中的GPRS模块采用motorola的G24(U8)，这是一款工业级的GPRS模块，内嵌TCP/IP协议，使用方便，性能稳定。G24(U8)和SIM卡(U9)的接口电路如图15所示。G24通过串行接口GSM_TXD、GSM_RXD经电压转换芯片SP3232EEN(U1、U2)与MCU的TXD3、RXD3相连。G24具备短信、语音、TCP、UDP、FTP等多种数据传输模式，此处选用TCP数据传输模式。G24控制使用标准的AT指令。使用时，MCU发送相关AT指令至G24，完成G24的初始化、G24与数据监控装置Socket连接，以及TCP协议数据发送、数据接收。由于GPRS网络质量变差等原因，G24与外部连接的数据监控装置建立的Socket连接会发生断开，此时，MCU能发送相应AT指令至G24，控制其重新与数据监控装置建立Socket连接。

Claims

1.一种车载工程机械远程无线数据采集装置，其特征是：包括微控制器(7)、数据采集输入单元、微控制器外围电路和GPRS通讯模块(12)；所述数据采集输入单元包括模拟量(1)、开关量(2)、频率量(3)、RS-232接口(4)、CAN总线接口(5)、GPS模块(6)，所述微控制器外围电路包括电源模块(8)、实时时钟(9)、外扩存储器(10)和编程调试模块(11)；所述模拟量(1)、开关量(2)、频率量(3)、RS-232接口(4)、CAN总线接口(5)、GPS模块(6)、电源模块(8)、实时时钟(9)、外扩存储器(10)、编程调试模块(11)和GPRS通讯模块(12)分别与微控制器(7)连接。