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軍用工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載狀態(tài)監(jiān)測模塊設(shè)計

發(fā)布時間:2016-10-06 16:02

  本文關(guān)鍵詞:軍用工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的車載狀態(tài)監(jiān)測模塊設(shè)計,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


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第 38 卷 2007 年 7 月

工程機械

Microcompute r Applica tions

軍用工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的 車載狀態(tài)監(jiān)測模塊設(shè)計
大連理工大學(xué) 劉 欣 劉海龍 方加寶

微 機 應(yīng) 用 與 智 能 化

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摘 要 : 軍用工程機械的自動化、 系統(tǒng)化、 智能化是軍隊信息化建設(shè)的重要內(nèi)容, 也是未來作戰(zhàn)更好地 遂行工程保障的需要。利用軍用工程機械車載短波電臺和監(jiān)控中心無線電基站建立無線通信網(wǎng) , 可實現(xiàn)工

程機械作業(yè)的遠程監(jiān)控。車載狀態(tài)監(jiān)測模塊是軍用工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要組成部分 , 主要完成 信號采集、 信號分析、 狀態(tài)顯示、 故障報警和人機交互等功能。在系統(tǒng)分析了影響工程機械安全性能諸因素

壓力等狀態(tài)參數(shù)作為主要監(jiān)測對象 , 給出車載狀態(tài)監(jiān)測模塊的總體設(shè)計方案 , 對硬件、 的基礎(chǔ)上 , 選取溫度、 軟件進行了初步設(shè)計和開發(fā) , 構(gòu)建了車載狀態(tài)監(jiān)測模塊 , 并著重論述了串行通訊的實現(xiàn)。目前 , 該模塊已初 裝于 GCZ- 110 履帶式多用工程車 , 抗干擾能力強 , 工作性能穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞 : 軍用工程機械 遠程監(jiān)控車載狀態(tài)監(jiān)測 模塊

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軍用工程機械是戰(zhàn)時保障部隊機動、 反機動和 生存的主要工程裝備。隨著微電子技術(shù)、 計算機智 能技術(shù)和遠程遙控技術(shù)等高新技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事 領(lǐng)域 , 以及各種新式武器和技術(shù)兵器大量投放戰(zhàn)場 , 戰(zhàn)爭的突發(fā)性和破壞性空前提高 , 戰(zhàn)爭對工程保障 的依賴性進一步增強。建立工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng) 既可以更大限度地發(fā)揮機械效能 , 減少故障 , 還能夠 保證指揮員隨時掌握機械的狀態(tài)信息 , 從而合理迅 速地做出決策 , 實施科學(xué)調(diào)度。車載狀態(tài)監(jiān)測模塊 是工程機械狀態(tài)信息采集、 存儲及初步分析的模塊 , 是遠程監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要組成部分。



軍用工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成和工作 原理
軍用工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由車

載狀態(tài)監(jiān)測模塊、 無線自組網(wǎng) (由車載短波 電臺和監(jiān)控中心無線電基站組建的非民用 信道通訊網(wǎng)絡(luò) ) 和遠程監(jiān)控中心 3 部 分 組 成。圖 1 為系統(tǒng)組成示意圖。 車載狀態(tài)監(jiān)測模塊首先對其采集到的 機械狀態(tài)信息進行分析及顯示 ; 而后通過 無線自組網(wǎng)將該信息傳輸給監(jiān)控中心, 監(jiān) 控中心根據(jù)收到的信息分析機械狀態(tài); 遇 有操作故障或下達指令時 , 監(jiān)控中心通過
圖1 軍用工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成 —

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的管理和信息指令的發(fā)送。

無線網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)命令信息傳遞給工程機械車載狀態(tài) 監(jiān)測模塊 , 再由該模塊顯示給操作手 , 指示操作手執(zhí) 行相應(yīng)動作。這樣監(jiān)控中心就可實現(xiàn)所有現(xiàn)場數(shù)據(jù)



車載狀態(tài)監(jiān)測模塊總體結(jié)構(gòu)
影響工程機械性能安全的狀態(tài)信息很多 , 對于

在線狀態(tài)監(jiān)測 特 別 是 故 障 (事 故 )預(yù) 警 而 言 , 若 參 數(shù) 選擇不當 , 就不能有效地對機械進行實時控制 , 因此 必須選擇合適的特征信息作為監(jiān)測參數(shù)。軍用工程 機 械 主 要 部 件 有 發(fā) 動 機 ( 柴 油 機 )、 傳動裝置、 制動 系、 轉(zhuǎn)向系、 行駛系及工作裝置等。監(jiān)測參數(shù)主要選 。





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微 機 應(yīng) 用 與 智 能 化

① 潤滑系統(tǒng)選取機油的溫度和壓力 ; ② 冷卻系統(tǒng)選取冷卻水的溫度 ; ③ 液壓傳動系統(tǒng)選取液壓油的溫度、壓力 , 冷
卻系統(tǒng)的溫度和變幅液壓缸前后缸壓力 ;

256 字節(jié)片內(nèi) RAM、 64K 片外尋址空間和一個全雙
工串口等資源。系統(tǒng)電路原理圖如圖 3 所示。

3.2

信號傳輸程序 單片機將采集的傳感器信號代入計算程序分析

④ 底盤選取變速器油溫和變矩器出口油溫 ; ⑤ 工作裝置選取的參數(shù)因工程機械的類型不
同而異 , 主要有工作力臂角度變化、 長度變化、 幅度 壓力等。 參數(shù) , 液壓油油溫、 車載狀態(tài)監(jiān)測模塊主要實現(xiàn)信號采集、顯示管 理、 實時時鐘、 數(shù)據(jù)通信、 存貯管理以及故障(危險)報 警等功能 , 其總體結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

處理 , 根據(jù)鍵盤掃描信號將處理后要顯示的數(shù)據(jù)傳 輸過去。 如果在工作中出現(xiàn)故障或超載 , 單片機會將 當時的時間、相關(guān)數(shù)據(jù)和狀態(tài)等信息存放到

AT28C64B 的固定地址中 , 完成數(shù)據(jù)采集工作。需要
向上位機 ( 如筆記本電腦) 傳輸故障區(qū)數(shù)據(jù)以及更改 工程機械某些參數(shù)時 , 從 AT28C64B 中讀取相應(yīng)的 數(shù)據(jù) , 利用 MAX232CPA 按字節(jié)發(fā)送到上位機 , 完成 數(shù)據(jù)通訊工作。



車載狀態(tài)監(jiān)測模塊硬件設(shè)計
車載狀態(tài)監(jiān)測模塊由主控板電路、信號采集電


4.1

車載狀態(tài)監(jiān)測模塊軟件程序設(shè)計
主程序設(shè)計 狀態(tài)監(jiān)測模塊軟件程序的主要任務(wù)包括系統(tǒng)

路、 系統(tǒng)安裝在 A/D 轉(zhuǎn)換電路與人機交互電路組成。 光電隔離傳輸 駕駛室中 , 各傳感器的信號通過放大、 給主控板。

自檢、 初始化、 處理鍵盤命令、 處理接口命令、 處理 條件觸發(fā)并調(diào)度執(zhí)行模塊及完成顯示等 , 系統(tǒng)的軟 件程序包含主程序和若干子程序及中斷服務(wù)程序。 系統(tǒng)主程序按照預(yù)先設(shè)定循環(huán)進行計算、判斷、 控 制等工作, 通過鍵盤可以執(zhí)行設(shè)置、 調(diào)整、 顯示、 通 訊和指示等功能。圖 4 為車載狀態(tài)監(jiān)測模塊軟件主 程序流程圖。

3.1

芯片的選擇 片外存儲芯片選用 AT28C64B, 具有 8K 尋址空

間、 軟硬件數(shù)據(jù)保護措施 , 寫入的同時自動擦除 , 寫 入周期短 ( 10 ms) , 掉電數(shù)據(jù)不丟失 , 斷電后數(shù)據(jù)能 夠 保 存 10 年 , 功 耗 低 , 能 夠 像 普 通 的 靜 態(tài) RAM 那 樣進行讀寫操作。時鐘芯片選用 DS1302 串行實時 時鐘 , 它可對秒、 分、 時、 日、 周、 月及年 (帶閏年補償 功能)進行計數(shù) , 功耗低。串行通訊芯片選用 MAXIM 公司的 MAX232CPA, 功耗低 , 波特率高 , 使用普遍 , 與 PC 機通訊很方便。單片機采用 WINBOD 公司的

4.2

串行通訊程序 串行通訊分為同步和異步兩種模式 , 異步使用

較多。車載狀態(tài)監(jiān)測模塊與上位機采取異步通信方 式 , 其通信過程為 : 單片機上電自檢后 , 液晶屏顯示 如果此時接收到 "- - " , 表示當前處于串行通訊狀態(tài)。

52 系 列 單 片 機 W78E58, 具 有 32K 片 內(nèi) EPROM、

圖2 —

車載狀態(tài)監(jiān)測模塊總體結(jié)構(gòu)





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圖3

車載狀態(tài)監(jiān)測模塊電路原理圖

性、 穩(wěn)定性和可靠性。



結(jié)束語
構(gòu)建工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)是信息化作戰(zhàn)保障

的需要 , 也是軍隊完成機械化向信息化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵 步驟。該系統(tǒng)可完成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工程機械狀態(tài)信息 的采集與分析 , 既便于監(jiān)控中心對工程機械統(tǒng)一調(diào) 度 , 提高機群作業(yè)的效率 , 又便于機械維修技術(shù)人員 對大量的故障現(xiàn)場進行維修指導(dǎo) , 有效地提高了軍 用工程機械工作效率和車輛裝備的故障診斷、維修 能力。 車載狀態(tài)監(jiān)測模塊是該系統(tǒng)的重要組成部分 , 該 模 塊 已 部 分 應(yīng) 用 于 GCZ- 110 履 帶 式 多 用 工 程
圖4 車載狀態(tài)監(jiān)測模塊主程序流程

車 , 具有成本低廉、 操作方便以及數(shù)據(jù)傳輸準確快捷 等特點 , 客戶反映良好。

握手信號(即通訊信號), 系統(tǒng)將處于串行通訊狀態(tài)并 向上位機發(fā)送反饋信號 , 否則進入正常工作狀態(tài)。 進 入串行通訊狀態(tài)時 , 單片機會按上位機發(fā)出的指令 與其進行通訊。通訊流程圖見圖 5 所示。 指令分為兩大類 : 松手指令(放棄通訊指令)和正 常通訊指令。松手指令雙方可以用相互約定不易混 淆的代碼設(shè)計。 正常通訊指令由 3 部分組成 : 指令代 碼 ( 讀 / 寫) 、 操作對象地址和操作對象數(shù)量范圍 , 以 此指導(dǎo)單片機尋址、 操作。 指令設(shè)定一個字節(jié)作為最 小的通訊單位 , 單片機一次最多發(fā)送 256 個字節(jié) ( 單 片機本身所限) 。 指令代碼的設(shè)置應(yīng)具有一定的安全

圖5

通訊程序流程 —





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微 機 應(yīng) 用 與 智 能 化

參考文獻

[3] 陳新軒 , 許安 . 工程機械狀態(tài)檢測與故障診斷 [M]. 北京 :
人民交通出版社 , 2004.

[1] 范逸之 , 陳立元 .Visual Basic 與 RS- 232 串行通訊控制 [M]. 北京 : 清華大學(xué)出版社 , 2002. [2] 張培仁 . 基于 C 語言編程 MCS- 51 單片機原理與應(yīng)用 [M]. 北京 : 清華大學(xué)出版社 , 2003.

通信地址 : 大連理工大學(xué)機械工程學(xué)院 ( 116024) ( 收稿日期 : 2007- 03- 16)

工 程 機 械 遠 程 監(jiān) 測 與 故 障 診 斷 系 統(tǒng)
廣 西 柳 州 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 鄭柳萍 梁列全 廣東商學(xué)院廣東省電子商務(wù)市場應(yīng)用技術(shù)重點實驗室

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摘 要 : 現(xiàn)代工程機械設(shè)備的性能與復(fù)雜程度不斷提高 , 傳統(tǒng)的現(xiàn)場故障診斷手段和 方 法 已 無 法 滿 足工程機械故障診斷需求。提出一種基于 GSM/GPRS 技術(shù)的工程機械設(shè)備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng) , 介 紹該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)包括車載終端和遠程故障診斷中心的構(gòu)成 , 以及監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模塊

故障檢測和診斷技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信、 多傳感 原理 , 重點敘述系統(tǒng)采用的多線程技術(shù)、

器數(shù)據(jù)融合以及故障樹診斷等先進技術(shù) , 對工程機械設(shè)備運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)測分析和故障診 斷 , 便 于 故障停機 , 為企業(yè)和用戶帶來巨大的經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞 : GS M/GP RS 技術(shù) 遠程故障診斷

及時發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備故障 , 協(xié)助工程機械制造商為用戶提供及時有效的售后服務(wù) , 最大程度避 免 或 縮 短

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工程機械工作環(huán)境惡劣 , 雨水、 塵土、 振動載荷 等因素都很容易引發(fā)工程機械故障 , 及時發(fā)現(xiàn)和排 除故障對避免或縮短故障停機 , 減少用戶經(jīng)濟損失 尤為重要。現(xiàn)代機械設(shè)備日趨大型化、 連續(xù)化、 機電 一體化 , 其性能與復(fù)雜程度不斷提高 , 設(shè)備故障診斷 也更為復(fù)雜 , 依靠填寫值班日志、 參數(shù)越限報警等人 工或半自動化的傳統(tǒng)故障診斷方法來維護機械設(shè)備 已無法滿足現(xiàn)代機械設(shè)備的故障診斷要求。為保證 異地施工設(shè)備良好的運行狀態(tài) , 及時發(fā)現(xiàn)并迅速排 除設(shè)備故障 , 建立遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是一種 很好的手段 , 不僅能夠最大程度地避免或縮短故障 停機 , 而且能合理調(diào)配售后服務(wù)人員 , 為企業(yè)和用戶 帶來巨大的經(jīng)濟效益。 工程機械設(shè)備的各種運行狀態(tài)信息由不同傳感 器采集 , 通過車載終端和 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 傳送至工程機械遠程監(jiān)測與故障診斷中心 , 在數(shù)據(jù) 服務(wù)器進行數(shù)據(jù)預(yù)處理和存儲 , 然后在故障診斷中 心利用多傳感器融合和故障樹診斷技術(shù)進行設(shè)備的 故障診斷和定位 , 在設(shè)備故障出現(xiàn)后能夠迅速確定 故障部位 , 并指導(dǎo)操作工人或設(shè)備維護人員及時排 除故障 , 保障設(shè)備的正常運行。






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多傳感器數(shù)據(jù)融合 故障樹



系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
工程機械遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)包括工程機

械車載終端、 通信網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控服務(wù)中心 3 部分 , 結(jié)構(gòu) 原理圖如圖 1 所示。車載終端采集工程機械設(shè)備的

圖1

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡圖

Constr uction Machiner y and Equipment
Vol. 38 No. 7 Abstracts in English
Design of an On - boar d Condition Monitor ing Module in Remote Contr ol System of Militar y Constr uction Machiner y Automation, systemization and intelligentization of military construction machinery are not only the contents in army' s information construction but also the requirements of battle support in future wars. A wireless communication network is set up with on- board short- wave radio sta- tion on military construction machinery and radio base station in moni- toring center to realize remote monitoring of construction machinery operations. On- board condition monitoring module is an important part in remote control system of military construction machinery, which per- forms signal collecting, signal analyzing, condition displaying, failure alarming, HCI and etc. On the basis of systematical analysis on various factors influencing construction machinery safety, parameters of temper- ature, pressure and condition are selected as monitoring objectives. The overall design scheme of the module is presented and initial design and development are carried out on its hardware and software, then an on- board condition monitoring module is constructed and the realization of serial communication is mainly discussed. Currently the module has been equipped on model GCZ- 110 track type tool carrier, which shows high anti- interference and stable operation performance. Keywor ds:Militar y constr uction machiner y Remote monitor ing On- boar d condition monitor ing Module Remote Monitor ing and Failur e Diagnosing System of Constr uc- tion Machiner y Performance and complexity of modern construction machinery are get- ting higher and higher so that conventional field failure diagnosing means and methods can not meet the failure diagnosis requirements of construction machinery. A GSM/GPRS- technology- based remote moni- toring and failure diagnosing system of construction machinery is sug- gested. The system hardware consisting of on - board terminal and re- mote failure diagnosis center is described and the modular principle of software architecture is also explained. Some key techniques applied to the system, such as multiple route, failure test and diagnosis,, are em- phatically depicted. In association with network communication, multi- sensor data mixing, failure tree diagnosis and other advanced technolo- gies, the system remotely monitors and analyzes equipment operating conditions and then presents failure diagnosis, which facilitates in- time finding and troubleshooting of equipment failures and help construction machinery manufacturers provide their customers with prompt and ef- fective after - sale - service to avoid or shorten downtime to maximum extent. All these bring significant economical benefits to enterprises and their customers. Keywor ds:GSM/GPRS technology Remote failur e diagnosis Multi- sensor data mixing Failur e tr ee Smar t Contr ol for Excavator Attachments Using ARM9 A smart control for excavator attachments is presented in the article. It employs ARM CMOS chip, S3C2410. Free operating system, Linux with open source codes, is adopted as its operating system and MCX314 movement control chip from a Japanese company NOVA is utilized in movement control signal output. With the controller, attachment trajec- tory of excavators can be automatically controlled by the system to real- ize automatic operations in leveling landscape, trimming slope and trenches. It also functions excavating demonstration, reduces driver' s operating intensity, increases productivity and speeds up construction

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progress. Compositions, hardware design, hardware connection, software design and equipment driving programs are expatiated, which provides a reference for construction machinery to develop toward information and intelligentization directions. Keywor ds:Excavator Smar t contr ol Embedded technique Integr ated cir cuit

Model LXL1000 Pavement Milling Machine Model LXL1000 milling machine is a completely new generation of pavement milling products autonomously developed by Tianjin Ding- sheng Construction Machinery Co., Ltd. The machine integrated me- chanical, electrical and hydraulic technologies and features a rational overall arrangement. Cummins engine, imported hydraulic elements and electric components with high performances make it super in perfor- mance and higher in reliability. It features a maximum milling width of 1010mm, milling depth of 150mm and its diameter of milling circle is 660mm, rated power of engine is 132kW at the speed of 2200r/min, transferring speed is 0  ̄7km/h, operation speed is 0  ̄30m/h, overall weight is 14500kg and operating weight is 15500kg. It employs rear - located work tool, the milling head was parameter - optimized with the software that the company autonomously developed and the spiral con- figuration of milling teeth and the material ejecting trajectory were all 3D simulated. The spiral arrangement of milling teeth provides satisfac- tory result in operation. Material conveying system is positioned behind the machine and the shooting angle can be adjusted horizontally or ver- tically in ± 20° range so that the milled materials can be easily dumped onto a truck during milling operation. Its wide front sight ensures oper- ation safety. Additional functions include neutral start, backup alarm and plug- in working lights (in several places). A monitoring function on pressures of work hydraulic system is designed: when work system pres- sure reaches the maximum setting pressure value, the electric system automatically toggle machine speed to low gear and at the same time the pressure alarming light is flickering to remind the operator to lower the speed so that the machine returns to best work condition to go on working. Trial test on model LXL1000 milling machine shows that the machine presents easy and flexible operation, stable work condition, high productivity and controllable milling depth. Keywor ds:Milling machine Str uctur e Per for mance par ameter Automatic Self- leveling Method for Backhoe Loading Attachment with Suppor t Fr ame Linkage With automatic self- leveling, the angle between bucket and boom can be automatically adjusted by bucket cylinder during the boom lifting to avoid accident of backward material spillage of bucket. Method for loader attachment with support frame linkage to realize self- leveling is described. When the bucket reaches its critical condition to spill mate- rials as the boom is lifting, stop the boom, adjust the angle between bucket and boom, tilt the bucket and then lift the boom, repeat the procedure until the bucket reaches its dumping position. Hydraulic sys- tem principle diagram to realize automatic self - leveling of bucket is presented and related feedback mechanism to control bucket cylinder is developed. Lifting time was compared between booms with and without leveling function. Results show that the boom lifting time is prolonged slightly with automatic leveling but it is still within the 7s of national standard. The automatic leveling mechanism has been applied to model XG765 backhoe- loader manufactured by Xiagong Group and satisfacto- ry customer respond is obtained.



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本文編號:132078

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