CN202150040U - 现场混装炸药车监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种现场混装炸药车监控装置，属于工业化控制领域。该监控装置包括微控制器、主板、摄像头、无线通讯模块和无线通讯天线，主板读取PLC装药参数，生产工程文件，控制制药过程，且启动摄像头，PLC装药参数及摄像头提供的视频图像均依次通过无线通讯模块上传；在制药过程中产生的PLC生产数据经微处理器分析，发送给主板，再依次通过无线通讯模块上传，另外，GPS模块提供的位置信息经微处理器解析后发送给主板，再依次通过无线通讯模块上传。通过本实用新型，实现了混装车施工作业的远程监控及准确定位。

Description

现场混装炸药车监控装置

技术领域

本实用新型涉及一种工业化控制装置，特别是一种现场混装炸药车监控装置。

背景技术

目前我国民爆行业政策大力支持、鼓励使用混装车作业方式，因此进几年现场混装炸药车的应用在飞速发展，国内许多民爆企业纷纷引进和采用混装车作业方式进行爆破施工，混装车的应用处于飞速发展时期，现场混装炸药车作业方式成为民爆行业先进生产力的体现。另外，我国正处于基础设施建设的高峰期，现场混装爆破作业方式将具有越来越广阔的市场前景。

现场混装炸药车的施工作业跨省、跨地区的现象非常普遍，不能进行统一管理，这使混装车的应用单位以及国家行业监管部门的监管面临巨大的挑战。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种现场混装炸药车监控装置，可以对现场混装炸药车控制系统进行远程无线实时监测和控制。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种现场混装炸药车监控装置，包括车载电池、保护电路和车载电源，其中所述车载电池通过所述保护电路与所述车载电源相连，还包括微控制器、主板、摄像头、多个无线通讯模块和多个无线通讯天线，其中所述车载电源向所述微控制器、所述主板分别提供第一电压、第二电压，所述微控制器通过串行口与所述主板双向连接，所述摄像头与所述主板双向连接，所述微控制器的RS232（串行物理接口标准）信号端与所述无线通讯模块双向连接，所述主板的USB（Universal Serial，通用串行总线） 数据端与所述无线通讯模块双向连接，并且所述无线通讯模块与所述无线通讯天线相连；

在需要调整PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）装药参数时，PLC装药参数命令包通过Internet网传送至所述无线通讯模块，所述无线通讯模块将收到的所述PLC装药参数命令包发送给所述主板，由所述主板更新所述PLC装药参数，且通过所述微控制器写入车载装药控制系统，在不需要调整PLC装药参数时，PLC装药参数通过所述微处理器传输给所述主板生成工程文件，控制开始制药，启动所述摄像头，所述摄像头将视频图像传输给所述主板处理，且所述PLC装药参数、所述视频图像依次通过所述无线通讯模块、无线通讯天线输出；

在制药过程中产生的PLC生产数据经所述微控制器分析后发送给所述微控制器与所述主板交换数据的内存区暂存，再依次通过所述无线通讯模块、所述无线通讯天线输出。

所述多个无线通讯模块包括WIFI（wireless fidelity，无线相容性认证）模块、WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）模块和EVDO（Evolution，Data Only，CDMA的一种演进阶段）模块,且所述多个无线通讯天线包括分别与所述WIFI模块、所述WCDMA模块和EVDO模块相连的WIFI天线、联通3G天线和电信3G天线，其中所述WCDMA模块、所述EVDO模块分别与所述微控制器的RS232信号端、所述主板的USB数据端双向连接；

所述微控制器选择启动所述WCDMA模块、所述EVDO模块中无线信号较强的无线通讯模块，且所述主板控制选定的无线通讯模块拨号连接；

所述WIFI模块与所述主板双向连接，实现短距离无线通讯。

所述现场混装炸药车监控装置还包括GPS（Global Positioning System，全球定位系统）信号接收天线和GPS定位模块，其中所述GPS信号接收天线与所述GPS定位模块相连，GPS定位模块的输出端与微控制器的第一输入端连接；

卫星信号通过所述GPS信号接收天线输入至所述GPS定位模块，转换成包括经纬度和海拔高度信息的GPS数据，传输给所述微控制器处理，再依次通过所述主板、所述无线通讯模块、所述无线通讯天线输出。

所述现场混装炸药车监控装置还包括温度/湿度检测电路，其中所述温度/湿度检测电路的输出端与所述微控制器的第二输入端相连，所述温度/湿度检测电路检测包括工作温度信息和工作湿度信息的环境状态数据且发送给所述微控制器处理，再依次通过所述主板、所述无线通讯模块、所述无线通讯天线输出；

在环境状态数据出现异常需要调整所述微处理器的参数时，控制命令包依次通过所述无线通讯天线、无线通讯模块和主板发送给所述微处理器，进行参数调整。

所述现场混装炸药车监控装置还包括抗震硬盘和电池电压检测电路，其中所述抗震硬盘与所述主板双向连接，所述主板控制所述抗震硬盘存储其接收到的数据；

所述电池电压检测电路的输出端与所述微控制器的第三输入端相连，所述电池电压检测电路用于检测所述微控制器的工作电压值，当所述工作电压值小于工作电压下限时，所述微控制器控制所述主板将其接收到的数据及时存储于抗震硬盘中。

所述现场混装炸药车监控装置还包括液晶显示屏、触摸屏和液晶显示屏亮度控制电路，其中所述主板的输出端与所述液晶显示屏的输入端相连；

所述触摸屏的输出端与所述主板的输入端相连；

所述液晶显示屏亮度控制电路的输出端与所述液晶显示屏的输入端相连。

所述主板选用Atom 系列PC104主板。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、采用微控制器、主板、无线通讯模块和无线通讯天线，使得外部车载装药控制系统与微控制器双向连接，微控制器与主板双向连接，主板通过该无线通讯模块、无线通讯天线与远程服务器相互通讯，从而实现了对现场混装炸药车的无线实时监测以及无线控制；

2、采用WCDMA模块和EVDO模块以及分别与其等匹配联通3G天线和电信3G天线，可以通过3G网络实现主板和远程服务器之间的远程无线通讯；

3、采用WIFI模块和与其匹配的WIFI天线，可实现主板与现场监控电脑的短距离无线通讯，并且能够降低3G网络的无线通讯费用；

4、采用GPS信号接收天线、GPS定位模块、温度/湿度检测电路和摄像头，分别实现了混装炸药车位置信息、该监控装置的温度/湿度信息以及现场视频图像的监测；

5、采用抗震硬盘，实现了主板接收到的信息的实时存储，保证了信息现场采集的完整性；另外，采用电池电压检测电路，保证了微控制器无法正常工作时主板中信息的及时存储，从而进一步保证信息采集的完整性；

6、采用液晶显示屏和触摸屏，可以实现主板中信息的显示和外部车载装药控制系统的现场控制；

7、采用液晶显示屏亮度控制电路，使得混装炸药车在夜间工作时液晶显示屏也能具有良好的显示效果。

附图说明

图1是本实用新型的电路方框图；

图2是本实用新型中监测方法流程图；

图3是实时数据包上传线程的流程图；

图4是实时视频上传线程的流程图；

图5是无线通讯模块拨号连接的流程图；

图6是摄像头启动的流程图。

图中标记：1为联通3G天线，2为电信3G天线，3为WIFI天线。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，该现场混装炸药车监控装置包括车载电池、保护电路、车载电源、微控制器、主板、多个无线通讯模块、多个无线通讯天线、摄像头、GPS信号接收天线、GPS定位模块、电池电压检测电路、温度/湿度检测电路、抗震硬盘、触摸屏、液晶显示屏和液晶亮度控制电路，其中该无线通讯模块包括WCDMA模块、EVDO模块和WIFI模块，无线通讯天线包括分别与WIFI模块、WCDMA模块和EVDO模块相连的WIFI天线3、联通3G天线1和电信3G天线2。车载电池通过该保护电路与车载电源相连，车载电源的第一输出端、第二输出端分别与微控制器、主板的电源输入端连接，车载电池提供+24V的电压，保护电路将车载电池和车载电源隔离，用于消除电源电压波动对该监控装置的影响，且车载电源分别向微控制器、主板提供+5V的第一电压和+12V的第二电压。

微控制器通过串行口与主板双向连接，摄像头与主板双向连接，主板的USB数据端分别与WCDMA模块、EVDO模块双向连接，微控制器的RS232信号端与WCDMA模块、EVDO模块双向连接，联通3G天线1、电信3G天线2分别与WCDMA模块、EVDO模块连接，其中该联通3G天线1、电信3G天线2均用于接收或者发送无线信号，微处理器选择启动WCDMA模块、EVDO模块中无线信号较强的无线通讯模块，且由主板控制选定的无线通讯模块拨号连接，使得远程无线通讯效果更好。通过上述结构可以实现车载装药控制系统的远程无线实时监测和控制。在需要调整车载装药控制系统的PLC装药参数时，可以由远处服务器将PLC装药参数命令包依次通过无线通讯天线、无线通讯模块发送给主板，主板更新PLC装药参数，且通过微处理器的CAN数据端口或者串行数据端口写入车载装药控制系统的PLC中；在不需要调整PLC装药参数时，车载装药控制系统的PLC装药参数通过微处理器发送给主板生成工程文件，控制开始制药，启动摄像头，摄像头将视频图像传输给主板处理，且PLC装药参数、视频图像依次通过无线通讯模块、无线通讯天线输出，发送给远处服务器，从而实现了对制药过程的远程控制。在制药过程中产生的PLC生产数据经微处理器分析后发送给微处理器与主板交换数据的内存区暂存，再依次通过无线通讯模块、无线通讯天线输出，发送给远程服务器，从而实现了对制药过程的监测。其中，PLC装药参数是指制药过程中需要的药量配比、效率等，在同一制药过程中是固定不变的；PLC生产数据是指在制药过程中产生的数据，是实时变化的。

另外，针对存在Internet网的情况，该监控装置将WIFI模块与主板双向连接。由于WIFI模块能够在数百米范围的短距离内传送信息，WIFI模块可以将主板接收到的所有数据通过WIFI天线1传送至具有Internet网连接的监控电脑，通过Internet网传输给远程服务器，从而实现主板与该远程服务器之间的相互通讯，这样可以节省无线通讯费用。

由于现场混装炸药车的施工作业跨省、跨地区的现象非常普遍，精确定位该现场混装炸药车，对于现场混装炸药车的监管显得非常重要。该监控装置中GPS信号接收天线的输出端与GPS定位模块的输入端相连，GPS定位模块的输出端与微控制器的第一输入端连接，GPS信号接收天线用于接收卫星信号且将卫星信号传输给GPS定位模块，由GPS定位模块转换成包括经纬度和海拔高度信息的GPS数据，再传输给微控制器处理，微控制器通过串行口将经处理后的GPS数据发送给主板暂存，再通过选定的无线通讯模块、对应的无线通讯天线输出，发送给远程服务器，从而实现该混装炸药车位置信息的无线实时监测。

为了保证该监控装置的核心构件微处理器处于正常的工作状态，温度/湿度检测电路的输出端与该微控制器的第二输入端相连，该温度/湿度检测电路用于检测包括工作温度信息、工作湿度信息的环境状态数据并且将该环境状态数据发送给微控制器处理，再依次通过主板、无线通讯模块、无线通讯天线输出，发送给远程服务器，从而实现该监控装置的环境状态的无线实时监测。在环境状态数据出现异常需要调整微处理器的参数时，控制命令包依次通过所述无线通讯天线、无线通讯模块和主板发送给所述微处理器，进行参数调整。

为了在Internet网或者3G网络不存在时，仍然能够保证该监控装置接收到数据的完整性，该监控装置中硬盘（优选地，采用具有抗震效果的抗震硬盘）与主板双向连接，主板控制该硬盘存储其接收到的数据。主板上设置有USB数据端或者LAN数据端，外部读取设备连接至主板的USB数据端或者LAN数据端时，由主板调取抗震硬盘中存储的信息并且输出此等信息给该外部读取设备，从而实现主板接收到的信息的现场采集，保证了整体信息的完整性。另外，电池电压检测电路的输出端与微控制器的第三输入端连接，该电池电压检测电路用于检测微控制器的工作电压值，当该工作电压值小于微控制器的工作电压下限时，微控制器控制主板将其接收到的数据及时存储于抗震硬盘，从而进一步保证数据的完整性。

此外，车载装药控制系统的控制可以是无线远程控制，也可以是现场控制。为了实现车载装药控制系统的现场控制，该监控装置增设了液晶显示屏和触摸屏（诸如红外触摸屏），其中主板的输出端与液晶显示屏的输入端相连，由该液晶显示屏显示主板接收到的数据。触摸屏的输出端与主板的输入端相连，从而实现了现场监控。

在工程进度比较赶的情况下，混装炸药车必须在夜间作业，现场液晶显示屏的显示亮度对于夜间作业至关重要，该监控装置中液晶显示屏亮度控制电路的输出端与该液晶显示屏的输入端相连。

其中，该监控装置采用的各种器件的参数为：

微控制器选用具有高性能和超低功耗优点的ARM7微控制器，主板选用具有低功耗、宽温范围、可靠性高特点的Atom 系列PC104主板。WCDMA模块采用EM770U工业级无线模块，通用Mini PCI Express接口，提供主集天线、分集天线接口，支持UMTS 2100/1900/900/850 和 GPRS/GSM1900/1800/900/850 频段，工作电压为3.0V～3.6V。EVDO电信3G模块采用MC703工业级无线模块，MC703模块对外信号接口采用60pin B2B连接器，支持CDMA 800/1900频段，提供主集天线、分集天线接口，工作电压为3.4V～4.2V。

GPS定位模块采用EM4工业级miniGPS模块，采用66通道，-195 dBw高接收灵敏度，内置ARM7处理器，最大刷新率10Hz，中心频率为1575.42MHz，工作电压为3.3V±10%。

联通和电信3G天线均为全向玻璃钢天线，12dB增益，支持频段为850～2100MHz。

GPS天线为3M授时天线，频点为1575MHz。

WiFi短距离无线模块支持802.11n协议，外接3根天线，最大传输速度可达300Mbps，RJ45接口。

WiFi天线为全向玻璃钢天线，12dB增益，频点为2.4GHz。

红外触摸屏模块支持4096x4096分辨率，大小10.4”,串行输出。

液晶显示器：工业级10.4”液晶显示，分辨率800*600，LVDS接口，采用LED背光。

抗震硬盘为工业级宽温硬盘，80G容量，采用2级3D减震。

CMOS摄像头为H.264压缩的百万像素摄像机，RJ45接口，支持双码率方式，主码率高清视频用于本地存储，次码率用于远端视频监控。

车载电源为2块12V/7Ah串联且隔离后，并接在混装车电瓶，最大输出功率50W。

如图2所示，本发明中该现场混装炸药车监控方法包含以下步骤：

（1）微控制器上电启动进行初始化，选择启动WCDMA模块、EVDO模块中无线信号较强的无线通讯模块，且将选定信号传输给主板；

（2）主板启动进行初始化且启动实时视频上传线程、实时数据包上传线程和拷贝高清视频线程，控制微控制器选择的无线通讯模块拨号连接；

（3）启动制药过程中首先判断是否需要调整车载装药控制系统的PLC装药参数，如果需要调整所述PLC装药参数，PLC装药参数命令包依次通过无线通讯天线和无线通讯模块发送给所述主板，更新PLC装药参数，且通过微控制器写入车载装药控制系统的PLC中，之后再进行制药；

如果不需要调整PLC装药参数，PLC装药参数通过微控制器传输给主板，由主板生产工程文件，控制开始制药且启动摄像头，并且制药过程中产生的PLC生产数据经微处理器分析后发送至微处理器与主板交换数据的内存区中，在制药完成后由主板控制关闭所述摄像头；

（4）主板在制药开始前接收到的PLC装药参数以及在制药过程中接收到的PLC生产数据依次通过无线通讯模块、无线通讯天线，由上述实时数据包上传线程上传。

在步骤（1）中GPS数据由GPS定位模块传输给所述微处理器解析，再依次通过主板、无线通讯模块、无线通讯天线，由上述实时数据包上传线程上传。再者，环境状态数据由温度/湿度检测电路传输给微处理器，再依次通过主板、无线通讯模块、无线通讯天线，由实时数据包上传线程上传，其中环境状态数据包括微处理器的工作温度信息、工作湿度信息；在环境状态数据出现异常需要调整微处理器的参数时，控制命令包依次通过无线通讯天线、无线通讯模块和主板发送给微处理器，进行参数调整。另外，当电池电压检测电路检测到的所述微处理器的工作电压小于其工作电压下限时，所述微控制器控制所述主板将接收到的数据及时存储于抗震硬盘中。

在现场混装炸药车监控过程中如果需要初始化时，初始化命令包依次通过所述无线通讯天线、无线通讯模块、主板发送给所述微处理器，由所述微处理器发送新的硬件ID给所述主板。

步骤（2）中实时数据包上传线程的过程如图3所示：与远程服务器建立链接后，主板将其获得的PLC装药参数、PLC生产数据、环境状态数据、GPS数据上传，且在未接收到命令包时持续上传。实时视频上传线程的过程如图4所示：等待远程服务器开启视频请求后，主板建立视频上传链路且发送视频数据帧，在远程服务器不停止视频请求时持续发送视频数据帧，在远程服务器停止视频请求时断开视频上传链接。无线通讯模块拨号连接的过程如图5所示：启动无线通讯模块拨号，检测当前网络参数，等待拨号使能，判断PPPD拨号是否成功，如果未成功则继续拨号，如果成功则建立与远程服务器的通讯链接，且在检测到通讯状态错误或者掉线时，复位选定的无线通讯模块。

步骤（3）中启动摄像头的过程如图6所示，打开摄像头电源，初始化摄像头参数，在主板判断进入制药状态后，打开远程监视且将视频数据包存储至抗震硬盘中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种现场混装炸药车监控装置，包括车载电池、保护电路和车载电源，其中所述车载电池通过所述保护电路与所述车载电源相连，其特征在于：还包括微控制器、主板、摄像头、多个无线通讯模块和多个无线通讯天线，其中所述车载电源向所述微控制器、所述主板分别提供第一电压、第二电压，所述微控制器通过串行口与所述主板双向连接，所述摄像头与所述主板双向连接，所述微控制器的RS232信号端与所述无线通讯模块双向连接，所述主板的USB数据端与所述无线通讯模块双向连接，并且所述无线通讯模块与所述无线通讯天线相连；

在需要调整PLC装药参数时，PLC装药参数命令包通过internet网传送至无线通讯模块，所述无线通讯模块将接收到的所述PLC装药参数命令包发送给所述主板，由所述主板更新所述PLC装药参数，且通过所述微控制器写入车载装药控制系统，在不需要调整PLC装药参数时，PLC装药参数通过所述微处理器传输给所述主板生成工程文件，控制开始制药，启动所述摄像头，所述摄像头将视频图像传输给所述主板处理，且所述PLC装药参数、所述视频图像依次通过所述无线通讯模块、无线通讯天线输出；

在制药过程中产生的PLC生产数据经所述微控制器分析后发送给所述微控制器与所述主板交换数据的内存区暂存，再依次通过所述无线通讯模块、所述无线通讯天线输出。

2.根据权利要求1所述的现场混装炸药车监控装置，其特征在于：所述多个无线通讯模块包括WIFI模块、WCDMA模块和EVDO模块,且所述多个无线通讯天线包括分别与所述WIFI模块、所述WCDMA模块和EVDO模块相连的WIFI天线（3）、联通3G天线（1）和电信3G天线（2），其中所述WCDMA模块、所述EVDO模块分别与所述微控制器的RS232信号端、所述主板的USB数据端双向连接；

所述微控制器选择启动所述WCDMA模块、所述EVDO模块中无线信号较强的无线通讯模块，且所述主板控制选定的无线通讯模块拨号连接；

所述WIFI模块与所述主板双向连接，实现短距离无线通讯。

3.根据权利要求1所述的现场混装炸药车监控装置，其特征在于：还包括GPS信号接收天线和GPS定位模块，其中所述GPS信号接收天线与所述GPS定位模块相连，GPS定位模块的输出端与微控制器的第一输入端连接；

卫星信号通过所述GPS信号接收天线输入至所述GPS定位模块，转换成包括经纬度和海拔高度信息的GPS数据，传输给所述微控制器处理，再依次通过所述主板、所述无线通讯模块、所述无线通讯天线输出。

4.根据权利要求1所述的现场混装炸药车监控装置，其特征在于：还包括温度/湿度检测电路，其中所述温度/湿度检测电路的输出端与所述微控制器的第二输入端相连，所述温度/湿度检测电路检测包括工作温度信息和工作湿度信息的环境状态数据且发送给所述微控制器处理，再依次通过所述主板、所述无线通讯模块、所述无线通讯天线输出；

在环境状态数据出现异常需要调整所述微处理器的参数时，控制命令包依次通过所述无线通讯天线、无线通讯模块和主板发送给所述微处理器，进行参数调整。

5.根据权利要求1所述的现场混装炸药车监控装置，其特征在于：还包括抗震硬盘和电池电压检测电路，其中所述抗震硬盘与所述主板双向连接，所述主板控制所述抗震硬盘存储其接收到的数据；

所述电池电压检测电路的输出端与所述微控制器的第三输入端相连，所述电池电压检测电路用于检测所述微控制器的工作电压值，当所述工作电压值小于工作电压下限时，所述微控制器控制所述主板将其接收到的数据及时存储于抗震硬盘中。

6.根据权利要求1所述的现场混装炸药车监控装置，其特征在于：还包括液晶显示屏、触摸屏和液晶显示屏亮度控制电路，其中所述主板的输出端与所述液晶显示屏的输入端相连；

所述触摸屏的输出端与所述主板的输入端相连；

所述液晶显示屏亮度控制电路的输出端与所述液晶显示屏的输入端相连。

7.根据权利要求1所述的现场混装炸药车监控装置，其特征在于：所述主板选用Atom 系列PC104主板。

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