基于GSM_GPS網(wǎng)絡(luò)的挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

1、基于GS M /GPS網(wǎng)絡(luò)的挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)程馳宇, 馮海隆, 潘雙夏(浙江大學(xué)機(jī)械設(shè)計研究所, 浙江杭州310027摘 要:提出了一個集狀態(tài)監(jiān)控和知識挖掘相結(jié)合的挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過GS M 短信平臺, 能對挖掘機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行即時監(jiān)控, 并對產(chǎn)品的更新設(shè)計提供經(jīng)驗(yàn)知識; 通過GPS 網(wǎng)絡(luò), 也能對挖掘機(jī)的地理位置進(jìn)行精確的跟蹤。關(guān)鍵詞:GS M; GPS ; 電子地圖; 遠(yuǎn)程監(jiān)控; 串口通信; 挖掘機(jī)中圖分類號:TP274+. 2; S222. 5+5; 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1001-4551(2005 07-0007-04R e m ote Excavator M on

2、itoring and Control Syste m Based on GS M /GPSN et workC HENG Ch-i yu , FENG H a-i l o ng , PAN Shuang -x ia(Laboratory of M echanical D esi gn, Zhejiang University, H angzhou 310027, China Abstrac t :W ith the deve l op m ent o f construc ti on m ach i nery , users ability o f re m ote m onitor i n

3、g and con tro l is de m an -ded mo re and mo re . R e m ote Ex cavato rM onito ri ng and Control Sy stem Based on GS M /GPS N et work , i nclud i ng the comb-i nati on of statusm on itor i ng and know l edge di gg ing , are i ntroduced g enerall y . W ith G S M platfor m, a ll k i nds o f para m ete

4、rs o f excavator s w ork i ng status can be transferred and expe rience o f desi gn can be prov i ded to production updati ng . W ith G PS net wo rk , t he latit ude and l ong itude of excavator can be transferred and excavator can be l o ca ted easily . A lso , t he sam e re -m ote mon i to ri ng a

5、nd con tro l syste m can be i m ple m en ted i nto any othe r constructi on m ach i nery .K ey word s :G S M; GPS ; D ig italM ap ; R e m ote Contro l and M on itoring ; Excavator將成熟的互聯(lián)網(wǎng)與機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)結(jié)合在一起, 開發(fā)成熟的、高可靠性的、使用經(jīng)濟(jì)的工程機(jī)械GS M /GPS遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng), 就成為一個非常實(shí)用的想法。通過Inter net 或是通信網(wǎng)絡(luò), 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為挖掘機(jī)用戶安全、經(jīng)濟(jì)、滿意地使用

6、挖掘機(jī), 提供了最可靠的技術(shù)保證。1 系統(tǒng)總體設(shè)計基于GS M /GPS網(wǎng)絡(luò)的挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),如圖1所示。從圖中可以看出, 整個系統(tǒng)分為三子模塊:挖掘機(jī)參數(shù)采集和傳遞模塊、上位機(jī)數(shù)據(jù)采集接收模塊。1. 1 挖掘機(jī)參數(shù)采集和傳遞模塊主要包括安裝在挖掘機(jī)上的各種傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和GS M /GPS數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器。該模塊主要負(fù)責(zé)挖掘機(jī)實(shí)際工作時工作狀態(tài)參數(shù)的采集和發(fā)送。位于挖掘機(jī)機(jī)身上各個部位的傳感器把相應(yīng)的收稿日期:2004-12-21 修訂日期:2005-01-19作者簡介:程馳宇(1980-, 男, 四川隆昌人, 碩士研究生, 研究方向:從事挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方向的研究。數(shù)多項(xiàng)式, 還有形如

7、隱函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式的求解問題; 有更多拐點(diǎn)的平面曲線的識別與檢測; 單像素圖像像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取方法和精度的關(guān)系等等?？傊? 通過不斷的完善, 一定能得到更好更實(shí)用的處理方法。參考文獻(xiàn):1 皺長春, 史 哥. 一類正弦曲線的H ough 變換快速檢測方法J,計算機(jī)工程與應(yīng)用, 2002(4.2 曾接賢, 張桂梅, 儲 君, 等. 霍夫變換在冪函數(shù)型曲線檢測中的應(yīng)用J,計算機(jī)工程與應(yīng)用, 2002(2. 3 楊銀才, 陳凌峰, 沈邦興, 唐敏, 夏明安. H ough 變換在工業(yè)測量中的應(yīng)用J,振動、測試與診斷, 2000, 20(增刊.4 易大義, 沈云寶, 李有法. 計算方法M, 杭州:浙江大

8、, #7#機(jī)電工程 2005年第22卷第7期 M echan ical&E lectri calEng i neeri ng M agazine Vo. l 22 No . 7 2005實(shí)際值傳送給數(shù)據(jù)采集卡, 數(shù)據(jù)采集卡接收到傳感器送來的數(shù)據(jù)后, 統(tǒng)一送給GS M /GPS數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器。GS M /GPS數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換器把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行GPS 格式壓縮后送給GS M /GPS網(wǎng)絡(luò)。GPS 傳輸網(wǎng)絡(luò)模塊通過租用已有的衛(wèi)星頻道實(shí) 現(xiàn)信號傳輸。圖1 挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)1. 2 上位機(jī)數(shù)據(jù)采集接收模塊負(fù)責(zé)接收GS M /GPS信號的接收和分析、管理。安裝在工作現(xiàn)場的挖掘機(jī)上的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送模塊定時

9、的把挖掘機(jī)的各種即時工作狀態(tài)參數(shù)以GPS 格式的形式發(fā)送出去。安裝在客戶端的上位機(jī)數(shù)據(jù)采集接收模塊接收到GS M /GPS信號, 通過GSM /GPS 解析模塊解析出數(shù)據(jù)后直接通過串口送給上位機(jī)軟件。至此整個工作狀態(tài)參數(shù)傳遞流程完畢。從圖1可見, 整個挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)有兩個數(shù)據(jù)傳遞方向:一是從挖掘機(jī)到客戶端, 這是工作狀態(tài)參數(shù)傳遞流程; 二是從客戶端到挖掘機(jī), 這是控制命令傳遞流程。這兩個方向相反的數(shù)據(jù)傳遞過程, 挖掘機(jī)和客戶端之間就可以很好的進(jìn)行交互式數(shù)據(jù)傳遞, 從而達(dá)到挖掘機(jī)工作狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的?？梢员O(jiān)控的挖掘機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)有:(1 挖掘機(jī)所在的地理位置信息, 經(jīng)緯度; (2 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)

10、速; (3 空氣濾清、機(jī)油壓力報警; (4 水溫; (5 燃油液位; (6 液壓油溫; (7 電瓶電壓; (8 挖掘機(jī)姿態(tài)角等。2 系統(tǒng)軟件設(shè)計挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境采用VC6. 0, 語言采用C+和MFC4. 2版本。采用C+, 可以很容易的實(shí)現(xiàn)程序與串口、數(shù)據(jù)庫等模塊的連接。采用M FC 結(jié)構(gòu), 可以很容易的搭建程序的總體框架。系統(tǒng)的總體模塊框架和主界面如圖2、圖3 所示。圖2 系統(tǒng)總體模塊結(jié)構(gòu)示意圖圖3 系統(tǒng)主界面在該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中, 串口起到了連接挖掘機(jī)和上位機(jī)軟件的作用。為了提高GPS 傳送效率和單片機(jī)內(nèi)存的資源使用率, 系統(tǒng)采用的是變長的通信模式, 每次過來的數(shù)據(jù)包含有不同長

11、度的數(shù)據(jù)量。當(dāng)程序初始化時, 安裝在挖掘機(jī)上的數(shù)據(jù)采集模塊會自動發(fā)給上位機(jī)一個長度為15的挖掘機(jī)的初始狀態(tài)參數(shù)包。當(dāng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)正常啟動以后, 每1h 會自動回送一次長度為125的挖掘機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)包。如果上位機(jī)發(fā)送工作狀態(tài)參數(shù)請求命令給下位機(jī), 下位機(jī)也會回送一個長度為15的挖掘機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)包。這為串口通信處理增加了一定的難度。在該系統(tǒng)中, 串口通信模塊采用的是微軟提供的MSCo mm 控件, 各種串口的參數(shù)都有統(tǒng)一的設(shè)置界面, 這可以大大的縮短串口通信開發(fā)周期, 不過統(tǒng)一的參數(shù)設(shè)置界面也為處理不定長的數(shù)據(jù)包帶來了較大的困難。為了解決這個問題, 采用了動態(tài)串口觸發(fā)技術(shù)。具體的代碼片斷如下:

12、On M SC o mm ( /串口數(shù)據(jù)處理過程, 此處略 /#8#M echan ical&E lectricalE ngi neeri ng M agaz i ne Vo. l 22 No . 7 2005 機(jī)電工程 2005年第22卷第7期if(m _Co mm. GetPort O pen( m _Comm. SetPort O pen(FALSE ; th is-m _Comm. Set R Threshold(125;m _Comm. SetPort O pen(TRUE ; 從上面的串口代碼片斷可以看出, 當(dāng)前一次的數(shù)據(jù)包到達(dá)時, 先處理數(shù)據(jù)包里面的數(shù)據(jù), 然后判斷串口是否正常打

13、開。如果正常打開, 則先關(guān)閉該串口, 用M SCo mm 控件自帶的Set R Thresho l d (int i 函數(shù)來進(jìn)行串口觸發(fā)字節(jié)數(shù)的設(shè)定。設(shè)定完畢之后, 再開啟該串口。通過這樣的方法, 可以很方便的在M SCo mm 串口通信控件上動態(tài)的改變串口的觸發(fā)字節(jié)數(shù)。圖4為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)串口通信動態(tài)UML 時序圖, 反映了串口數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時候監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的 處理流程。圖4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)串口通信動態(tài)UM L 時序圖利用GPS 網(wǎng)絡(luò)的目的除了方便挖掘機(jī)狀態(tài)參數(shù)傳輸外, 還有一個主要目的是為了方便挖掘機(jī)的定位。在圖3中可以看見, 該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)里面帶有電子地圖。通過GPS 發(fā)回來的經(jīng)度、緯度數(shù)值,

14、可以精確的在電子地圖上確定挖掘機(jī)當(dāng)前位置。該系統(tǒng)的電子地圖采用M apI nfo 公司的M apX 控件, 數(shù)字地圖采用tab 格式文件?？丶某跏蓟a如下:/創(chuàng)建一個M apX 對象if(!m _ctrMl apX. C reate(NULL , W S _VISI BLE , CRect(0, 0, 100, 100, th is , I D C _MAP return -1; try m _ctrMl apX . Set G eoSet(_T( china . gst ; /取相應(yīng)的電子地圖m _ctrM l apX. Set C en ter X (105; /設(shè)定中央X坐標(biāo)坐標(biāo)m

15、_ctrM l apX. SetZoo m (3700; /設(shè)定地圖放大倍數(shù), 系統(tǒng)采用定時器來偵聽GPS 信息, 當(dāng)GPS 傳輸過來經(jīng)緯度數(shù)值后, 立即在地圖上定位, 代碼片斷如下:OnT i m er(U I N T nI D Even t C M apXLayer layer ;if(FindLayer(/gps 0, layer C M apXPoint po i n ; t po i n . t CreateD ispatch (po i n . t GetC lsi d ( poin. t Set(the App-m _M apY, the App-m _M apX ;#9#機(jī)電工

16、程 2005年第22卷第7期 M echan ical&E lectri calEng i neeri ng M agazine Vo. l 22 No . 7 20053 可測量的挖掘機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)該挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以測量的挖掘機(jī)工作時的絕大部分的工作即時參數(shù)。主要有:3. 1 GPS 位置信息挖掘機(jī)工作時的經(jīng)度、緯度信息。上位機(jī)可以即時跟蹤挖掘機(jī)所處的位置。3. 2 四關(guān)節(jié)姿態(tài)角和油缸壓力信息四關(guān)節(jié)信息主要是指回轉(zhuǎn)q 0、動臂q 1、斗桿q 2和鏟斗q 3的關(guān)節(jié)角位置和油缸壓力變化信息。根據(jù)這些即時關(guān)節(jié)角變化曲線和油缸壓力信息, 上位機(jī)可以分析判斷出挖掘機(jī)的即時工作狀態(tài)以及斗齒尖的運(yùn)動

17、軌跡。從而為軌跡規(guī)劃、軌跡監(jiān)控提供直接的參數(shù)支持。3. 3 液壓泵1和2的壓力、排量、旁路壓力顯示液壓泵1和液壓泵2的壓力、排量和旁路壓力的變化曲線。根據(jù)這些曲線, 上位機(jī)可以即時監(jiān)視泵1和泵2的工作狀態(tài)。3. 4. 空氣濾清和機(jī)油壓力報警提供即時的空氣濾清和機(jī)油壓力的報警, 能在第一時間保護(hù)挖掘機(jī)。3. 5 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、燃油液位、液壓油溫和電瓶電壓 提供挖掘機(jī)發(fā)動機(jī)的即時轉(zhuǎn)速、水溫和燃油液位的當(dāng)前值以及挖掘機(jī)上的供電電瓶電壓。這些即時參數(shù)可以為挖掘機(jī)的故障排除和日常維修提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。圖5和圖6為虛擬示波器面板和 參數(shù)選擇菜單。圖5 虛擬示波器面板圖6 參數(shù)選擇菜單該挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)

18、控系統(tǒng)可監(jiān)控的參數(shù)主要取決于挖掘機(jī)機(jī)身上的傳感器的安裝情況, 因此該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。4 結(jié)束語該挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。通過GS M 短信平臺和GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng), 用戶可以在全球范圍內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控挖掘機(jī)的工作狀態(tài)和地理位置信息。同樣, 該系統(tǒng)可以用于各種工程機(jī)械的遠(yuǎn)程監(jiān)控, 使工程機(jī)械廠商或是用戶隨時掌握自己擁有的工程機(jī)械的各種狀態(tài), 可以大大的提高工程機(jī)械的售后服務(wù)質(zhì)量的大幅縮短維修周期。參考文獻(xiàn):1 陳耀琥, 伍 鵬, 汪樂宇. 基于流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化嵌入視頻監(jiān)控系統(tǒng)J.工程設(shè)計學(xué)報, 2004, 11(2. 2 張瑞菊, 陶華學(xué). G IS 與空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)集成問題的研究J.勘察科學(xué)技術(shù), 2003(2.3 付建萍, 于銀輝. G