楊藝 肖廣兵

摘?要：本文設(shè)計(jì)了一套基于挖掘機(jī)公司實(shí)時(shí)工作監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由供電模塊、無(wú)線通信模塊、車輛GPS監(jiān)控模塊、LTC699主處理器模塊、車輛報(bào)警模塊等組成，針對(duì)目前挖掘機(jī)管理效率低下，工作進(jìn)度太慢，無(wú)法親臨現(xiàn)場(chǎng)等問(wèn)題可通過(guò)本系統(tǒng)對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單，功能全面等特點(diǎn)，能夠提高挖掘機(jī)管理的效率和決策的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞： LTC699;實(shí)時(shí)監(jiān)控;無(wú)線通信

文章編號(hào)： 2095-2163（2021）01-0069-05 中圖分類號(hào)：TU621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

【Abstract】This paper designs a real-time monitoring system for a hydraulic excavator company， which is composed of power supply module， LTC699 main processor module， wireless communication module， upper computer management system， vehicle alarm module etc. Aiming at the problems of low efficiency of excavator management， slow work progress， being unable to visit the site， etc.， the system can be used to monitor the excavator. The system has the characteristics of simple operation and comprehensive functions， which can improve the efficiency of excavator management and the accuracy of decision making.

【Key words】LTC699; real time monitoring; wireless communication

0 引?言

近年來(lái)，隨著建筑機(jī)械的需求倍增，其中涉及的挖掘機(jī)系列的發(fā)展也極為迅速，并已然成為當(dāng)下工程建設(shè)中最重要的建筑機(jī)械之一[1]。目前，黃志雄等人[2]對(duì)挖掘機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的研究在一定程度上便捷了對(duì)挖掘機(jī)的管理。然而，現(xiàn)有挖掘機(jī)在管理過(guò)程中，主要存在以下問(wèn)題：管理員無(wú)法及時(shí)獲知挖掘機(jī)的工作狀態(tài)，無(wú)法得知挖掘機(jī)工作是否按時(shí)按量完成，無(wú)法精準(zhǔn)地判知車輛是否安全。這些問(wèn)題將導(dǎo)致挖掘機(jī)管理效率低下，車輛的實(shí)時(shí)信息獲取難度較大，在整體上就延緩了預(yù)定的工作進(jìn)度。

基于此，本文設(shè)計(jì)了一種基于挖掘機(jī)實(shí)時(shí)工作監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)[3]，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控可以及時(shí)掌握車輛的工作狀態(tài)，挖掘機(jī)工作的關(guān)鍵實(shí)時(shí)信息通過(guò)?GPS [4]同步傳輸至上位機(jī)管理界面，對(duì)此數(shù)據(jù)加以處理后，就可得到相應(yīng)車輛或所有車輛的實(shí)時(shí)工作信息。當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，可由管理員通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行上報(bào)，實(shí)時(shí)發(fā)送報(bào)警信息和獲取定位，避免駕駛員出現(xiàn)危險(xiǎn)，從而降低人員傷亡可能以及更大財(cái)產(chǎn)損失。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，挖掘機(jī)實(shí)時(shí)工作監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由上位機(jī)管理系統(tǒng)[5]、實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警裝置、數(shù)據(jù)處理傳輸模塊組成。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)工作監(jiān)控、工作量統(tǒng)計(jì)、車輛時(shí)速、里程、停滯時(shí)間、實(shí)時(shí)位置等的監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信[6]網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，整合到上位機(jī)管理得到車輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，核實(shí)車輛是否正常工作。報(bào)警系統(tǒng)[7]可由管理員進(jìn)行自主上報(bào)，及時(shí)發(fā)送報(bào)警信息，避免挖掘機(jī)在實(shí)施搶險(xiǎn)救災(zāi)或是較危險(xiǎn)工作、遇到突發(fā)情況可能導(dǎo)致的駕駛員受傷害的嚴(yán)重后果發(fā)生。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

基于挖掘機(jī)公司實(shí)時(shí)工作監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件主要包括：供電模塊、主處理器模塊、無(wú)線通信模塊、車輛GPS監(jiān)控模塊、車輛報(bào)警模塊等。硬件設(shè)備以LTC699主處理器模塊為核心，其他模塊以供電模塊作為輔助，與處理器的串口連接，完成車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)比擬展開(kāi)研究分述如下。

2.1 供電模塊

處理器模塊采用1.0～5.0 V直流電壓，無(wú)線通信模塊采用3.0～3.6 V的直流電壓，車輛GPS監(jiān)控模塊采用3.1～3.5 V直流電壓，車輛報(bào)警模塊采用最大正向電壓為1V的直流電壓，供電模塊可保證大電流、低電壓的輸入。供電模塊采用TPS54310[8-9]芯片具有良好的輸出功率特性，可以用于處理器邏輯復(fù)位、故障信號(hào)檢測(cè)和持續(xù)供電。設(shè)定輸入電壓與實(shí)際電壓之間的最大誤差為3.3%，精度高，穩(wěn)定性好。供電模塊如圖2所示。圖2中，C1、C2等是電容，起到濾波降壓的作用;SS/ENA管腳可以延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間。供電模塊電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以適用于挖掘機(jī)的艱苦作業(yè)，輸出電壓穩(wěn)定，滿足硬件設(shè)備的電量需求。

2.2 處理器模塊

本系統(tǒng)的核心硬件在于LTC699[10]處理器，通過(guò)處理器對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控的分析以及處理整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量車輛的管理。

LTC699的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。LTC699是一種基于電腦的微處理器，具有體積小、功能強(qiáng)、超低功耗、片內(nèi)資源豐富、開(kāi)發(fā)環(huán)境方便高效等特點(diǎn)。同時(shí)，LTC699具有4.65 V 電壓監(jiān)視器以及比較器電路用來(lái)監(jiān)視電源線路。是MAX699[11]的優(yōu)秀替代產(chǎn)品。是關(guān)鍵性的微處理器電壓監(jiān)視。

2.3 無(wú)線通信模塊

無(wú)線傳感模塊電路如圖4所示。圖4中，無(wú)線傳感器通常的工作電壓范圍為3.0 ～3.6V。這種電源采用了TLFA274穩(wěn)壓器，可轉(zhuǎn)換3～40V的電壓。該模塊微控制器選用ATMEL atmega88[12]，不僅功耗低，可以快速轉(zhuǎn)換主動(dòng)模式以及待機(jī)模式，而且還內(nèi)置了A/D轉(zhuǎn)換器[13]。此設(shè)計(jì)相對(duì)靈活，能夠使用多種帶寬、傳感器、天線、電源類型。大幅改善了測(cè)試設(shè)備對(duì)真實(shí)所處環(huán)境的影響，使得測(cè)試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

2.4 車輛GPS監(jiān)控模塊

GPS模塊是一種采用低功耗主芯片的超小型外部GPS接收模塊。靈敏度高，功能齊備，體型小，重量輕，滿足實(shí)時(shí)定位的嚴(yán)格要求。該模塊也滿足RoHS要求[14]。?車輛GPS監(jiān)控模塊如圖5所示。在圖5中，C1、C2等是電容，起到濾波降壓的作用;芯片組采用SIRF3[15];輸入電壓在3.1～3.5V之間;定位資料更新所需頻率為1Hz，較其他類別射頻收發(fā)芯片有明顯的優(yōu)勢(shì)，適用于挖掘機(jī)艱苦作業(yè)。

2.5 車輛報(bào)警模塊

車輛報(bào)警模塊如圖6所示。由圖6可知，車輛報(bào)警模塊系統(tǒng)監(jiān)測(cè)出車輛發(fā)生緊急情況或故障時(shí)做出語(yǔ)音提示并報(bào)警。在模塊中插入1N4148[16]開(kāi)關(guān)二極管。此二極管是一種利用二極管導(dǎo)通與截止特性達(dá)到關(guān)斷與導(dǎo)通電路目的的高速開(kāi)關(guān)。該模塊能夠形成恒流穩(wěn)壓電路并完善地保護(hù)元器件，具有輸出穩(wěn)定性好、輸出過(guò)流、過(guò)熱自動(dòng)保護(hù)等特點(diǎn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件研發(fā)選用?Visual Basic 6.0設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的界面?？蓪?duì)車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行查詢，了解對(duì)應(yīng)車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)，對(duì)車輛實(shí)現(xiàn)安全有效的監(jiān)控，而且有利于對(duì)大量車輛進(jìn)行管控。節(jié)省人力物力，用最方便快捷的方式完成車輛的批量管理及系統(tǒng)管理。

軟件主界面如圖7所示。由圖7可知，該軟件由車輛實(shí)時(shí)工作監(jiān)測(cè)、車輛信息查詢、工作實(shí)時(shí)監(jiān)控、工作量查詢、實(shí)時(shí)天氣情況、車主反饋系統(tǒng)界面組成，分別實(shí)現(xiàn)車輛軌跡等系統(tǒng)查詢、車輛信息查詢、工作實(shí)時(shí)監(jiān)控、工作量、實(shí)時(shí)天氣及車主反饋的功能，功能詳備，方便快捷。

系統(tǒng)軟件流程如圖8所示。圖8中，管理員登錄成功后即可看到5個(gè)界面，首先是車輛實(shí)時(shí)工作監(jiān)測(cè)。目前挖掘機(jī)的發(fā)展相對(duì)較快，挖掘機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜，工作地點(diǎn)多變，可通過(guò)對(duì)車輛的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得知車輛所處地點(diǎn)，以及里程等信息。車輛信息查詢可得知車輛是否可以繼續(xù)使用，是否達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)可以對(duì)車輛是否具有隱患進(jìn)行排查。工作實(shí)時(shí)監(jiān)控可以看到所有車輛的工作監(jiān)控，也可以有針對(duì)性地查詢相應(yīng)車輛工作監(jiān)控。工作量查詢可以得知車輛近一個(gè)星期及一個(gè)月的工作情況。實(shí)時(shí)天氣情況可得知是否適宜挖掘機(jī)進(jìn)行工作。車主反饋可以提出自己的建議與意見(jiàn)。

軟件的核心在于車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)LTC699 微處理器的實(shí)時(shí)監(jiān)控，得到車輛的相應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)車輛能否安全施工進(jìn)行判定，可以對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到高效率的工作。

實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)如圖9所示。由圖9可知，車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)可通過(guò)查詢具體車牌號(hào)，查詢對(duì)應(yīng)車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)，及時(shí)得知車輛在對(duì)應(yīng)時(shí)間的位置、時(shí)速、里程及停車時(shí)間。通過(guò)對(duì)應(yīng)地圖反饋可以得知車輛工作所到達(dá)的地點(diǎn)，清晰便捷地得知車輛在對(duì)應(yīng)時(shí)間內(nèi)的各個(gè)信息?？刹皇軙r(shí)間、距離的約束，遠(yuǎn)程得知車輛的實(shí)時(shí)情況。

車輛針對(duì)監(jiān)控如圖10所示。圖10中，通過(guò)對(duì)車牌號(hào)的選擇，可針對(duì)查詢到車輛的實(shí)時(shí)車速、油壓、油量、車輛溫度、行駛里程在限定范圍內(nèi)等是否正常，也可以看到對(duì)應(yīng)車輛工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控[17]，確保對(duì)應(yīng)車輛在規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)正常工作，顯著提高車輛工作的效率，有效避免了工作人員存在怠工情況，不僅如此，還可對(duì)車輛進(jìn)行管控，得知對(duì)應(yīng)車輛是否突發(fā)緊急狀況或是遇到自然災(zāi)害天氣車輛能否繼續(xù)工作，是否存在安全隱患等。

工作量界面如圖11所示。通過(guò)對(duì)近一周時(shí)間的選擇，得到對(duì)應(yīng)時(shí)間的有關(guān)車輛的工作量，通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖可以直觀地查詢到車輛工作情況的柱狀圖，得知車輛有無(wú)認(rèn)真按時(shí)完成工作量，是否存在怠工現(xiàn)象。通過(guò)點(diǎn)擊上報(bào)數(shù)據(jù)及保存數(shù)據(jù)，向車輛管理部門(mén)發(fā)送信息，傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)即可。點(diǎn)擊月完成率可做到對(duì)月完成率的查詢。

點(diǎn)擊月完成率后，如圖12所示，通過(guò)對(duì)車牌號(hào)的選擇，可以看到近六個(gè)月的月完成量折線圖，利用大數(shù)據(jù)可以清晰地得知各個(gè)車輛的工作情況。通過(guò)上傳數(shù)據(jù)可以向車輛管理部門(mén)進(jìn)行上報(bào)，保存數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以LTC699 微處理器為核心，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)車輛進(jìn)行信息采集、匯總上報(bào)，得知車輛是否處于正常工作狀態(tài)。除此之外，若遇到緊急情況可及時(shí)上報(bào)處理，確保駕駛員的生命安全，減少了人工管理的麻煩，并可實(shí)現(xiàn)車輛的高效控制管理。該設(shè)計(jì)方案適用于挖掘機(jī)公司及時(shí)了解車輛的工作情況，并能提高公司管控車輛的效率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以直接應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐中。

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