一種挖掘機的監控裝置、方法及挖掘機的製作方法
2023-04-22 16:35:11 1
專利名稱：一種挖掘機的監控裝置、方法及挖掘機的製作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械技術領域，尤其涉及一種挖掘機的監控裝置、方法及挖掘機。
背景技術：
挖掘機，特別是小型挖掘機，作為最重要的土方施工機械之一，其惡劣的工程環境以及流動性工作特點，對挖掘機的工作狀況實時監測以及維修提出了更高的要求。目前，國內市場上的挖掘機監控裝置發展較為迅速，但是由於受到軟硬體技術限制，在面對挖掘機所特有的大量並可能隨時調整的信息內容時，往往存在顯示精度低、可操作性差和動態響應性能差等缺點，直接影響駕駛員的工作效率，容易造成安全隱患。在挖掘機監控系統現有技術中，在實現挖掘機狀態監控上，雖然有一部分已經引入了 CAN總線技術、GPS定位技術、圖形儀表顯示技術等，但是受到成本以及軟硬體的限制，在以上所述技術的融合與控制要求中，仍然有一定的缺失，具體表現在:儀表的人機界面的友好性、發動機油門控制以及轉速控制的精確性、監控信息的實時性等方面存在不足，而且針對使用機械泵的發動機，油門控制的精確化也一直是該類型挖掘機為節約能耗、提高響應速度所亟需解決的問題。因此，需要一種同時滿足儀表顯示精確性以及油門控制時效性的監控裝置。
發明內容
有鑑於此，本發明要解決的一個技術問題是提供一種挖掘機的監控裝置，實現對挖掘機工作狀況的實時監測和發動機油門的控制。一種挖掘機的監控裝置，包括:主控裝置、儀表裝置、遠程監控裝置和發動機油門控制裝置；所述主控裝置實時採集挖掘機的工作狀態參數，並將所述工作狀態參數發送給所述儀表裝置；所述儀表裝置顯示所述工作狀態參數，並對所述工作狀態參數中超過報警閾值的工作狀態參數進行報警；所述發動機油門控制裝置根據所述主控裝置發送的控制信號，控制發動機的轉速；所述遠程監控裝置接收通過簡訊或GPRS方式發送的控制指令，並將所述控制指令發送到所述主控裝置。根據本發明的裝置的一個實施例，進一步的，所述儀表裝置、所述遠程監控裝置、所述發動機油門控制裝置與所述主控制器裝置通過RS232總線連接。根據本發明的裝置的一個實施例，進一步的，所述主控裝置包括:模擬輸入端、數字輸入端和USB接口 ；設置在所述挖掘機中的傳感器與所述輸入端連接，採集所述傳感器的數據；所述傳感器包括:用於檢測發動機冷卻水溫的傳感器、檢測燃油油位的傳感器、檢測發動機轉速的傳感器、檢測工作小時計的傳感器；所述數字輸入端接收設置在所述挖掘機中的開關發出的指示信號；所述指示信號包括:充電指示、空濾報警指示、液壓油溫度報警指示、機油壓力報警、發動機預熱指示、先導液壓油濾指示、水溫開關量指示；所述數字輸入端與用於所述挖掘機鎖車的繼電器連接。根據本發明的裝置的一個實施例，進一步的，所述發動機油門控制模塊包括:油門控制裝置、油門旋鈕、油門驅動裝置、油門執行器；所述油門旋鈕、油門驅動裝置分別與所述油門控制裝置連接；所述油門旋鈕連接在所述油門控制裝置的模擬輸入端；所述油門驅動裝置輸入端連接於所述油門控制裝置的PWM輸出端；所述油門執行器包括:油門電機和油門信號轉換單元；所述油門電機與所述油門驅動裝置的輸出端連接，所述油門信號轉換單元和所述油門控制裝置的AD輸入端連接。根據本發明的裝置的一個實施例，進一步的，所述主控裝置根據所述油門檔位的旋鈕位置、壓力開關、發動機水溫值、GPS信息、怠速開關，確定發動機的轉速，將轉速信息發送到所述油門控制裝置；所述油門驅動裝置將所述油門控制裝置發送的控制信號進行放大處理，並將放大後的控制信號發送到所述油門電機；所述油門電機根據所述控制信號轉動，控制油門拉線的長度；所述油門信號轉換單元採集油門位置信息，並將油門位置信息轉換為電信號傳輸給所述油門控制裝置。根據本發明的裝置的一個實施例，進一步的，所述儀表裝置包括:儀表顯示單元；所述儀表顯示單元包括:5.6英寸、解析度為640*480的工業串口屏；所述工業串口屏與所述主控裝置通過串口 UARTO連接。所述遠程監控裝置包括:GPS車載單元；所述GPS車載單元與所述主控裝置通過串口 UARTl連接。一種挖掘機，包括如上任意一項所述的挖掘機的監控裝置。本發明要解決的一個技術問題是提供一種挖掘機的監控方法，實現對挖掘機工作狀況的實時監測和發動機油門的控制。一種挖掘機的監控方法，包括:主控裝置實時採集挖掘機的工作狀態參數，並將所述工作狀態參數發送給儀表裝置；儀表裝置顯示所述工作狀態參數，並對所述工作狀態參數中超過報警閾值的工作狀態參數進行報警；發動機油門控制裝置根據所述主控裝置發送的控制信號，控制發動機的轉速；遠程監控裝置接收通過簡訊或GPRS方式發送的控制指令，並將所述控制指令發送到所述主控裝置。根據本發明的方法的一個實施例，進一步的，設置在所述挖掘機中的傳感器與所述主控裝置的輸入端連接，採集所述傳感器的數據；所述傳感器包括:用於檢測發動機冷卻水溫的傳感器、檢測燃油油位的傳感器、檢測發動機轉速的傳感器、檢測工作小時計的傳感器；所述主控裝置的數字輸入端接收設置在所述挖掘機中的開關發出的指示信號；所述指示信號包括:充電指示、空濾報警指示、液壓油溫度報警指示、機油壓力報警、發動機預熱指示、先導液壓油濾指示、水溫開關量指示；所述數字輸入端與用於所述挖掘機鎖車的繼電器連接。根據本發明的方法的一個實施例，進一步的，所述發動機油門控制模塊包括:油門控制裝置、油門旋鈕、油門驅動裝置、油門執行器；所述油門旋鈕、油門驅動裝置分別與所述油門控制裝置連接；所述油門旋鈕連接在所述油門控制裝置的模擬輸入端；所述油門驅動裝置輸入端連接於所述油門控制裝置的PWM輸出端；所述油門執行器包括:油門電機和油門信號轉換單元；所述油門電機與所述油門驅動裝置的輸出端連接，所述油門信號轉換單元和所述油門控制裝置的AD輸入端連接；所述主控裝置根據所述油門檔位的旋鈕位置、壓力開關、發動機水溫值、GPS信息、怠速開關，確定發動機的轉速,將轉速信息發送到所述油門控制裝置；所述油門驅動裝置將所述油門控制裝置發送的控制信號進行放大處理，並將放大後的控制信號發送到所述油門電機；所述油門電機根據所述控制信號轉動，控制油門拉線的長度；所述油門信號轉換單元採集油門位置信息，並將油門位置信息轉換為電信號傳輸給所述油門控制裝置。本發明的挖掘機的監控裝置、方法和挖掘機，實現對挖掘機工作狀況的實時監測和發動機油門的控制，同時保證了油門控制算法和儀表監控的數據處理速度，兼具儀表監控功能和油門以及轉速控制功能，提高了儀表顯示、油門以及轉速的控制精度和響應速度，結構合理，可廣泛用於挖掘機儀表中，具有結構合理、成本低、控制精度高等優點。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為根據本發明的挖掘機的監控裝置的一個實施例的示意圖；圖2為根據本發明的挖掘機的監控裝置的另一個實施例的示意圖；圖3為根據本發明的挖掘機的監控裝置的一個實施例中主控裝置的硬體示意圖；圖4為根據本發明的挖掘機的監控裝置的一個實施例中發動機油門控制裝置的示意圖；圖5為根據本發明的挖掘機的監控方法的一個實施例的流程圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中說明本發明的示例性實施例。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。圖1為根據本發明的挖掘機的監控裝置的一個實施例的示意圖。如圖1所示:挖掘機的監控裝置包括:主控裝置11、儀表裝置12、遠程監控裝置14和發動機油門控制裝置13。主控裝置11實時採集挖掘機的工作狀態參數，並將工作狀態參數發送給儀表裝置。儀表裝置12顯示工作狀態參數，並對工作狀態參數中超過報警閾值的工作狀態參數進行報警。發動機油門控制裝置13根據主控裝置發送的控制信號，控制發動機的轉速。遠程監控裝置14接收通過簡訊或GPRS方式發送的控制指令，並將控制指令發送到主控裝置。根據本發明的一個實施例，儀表裝置12、遠程監控裝置14、發動機油門控制裝置13與主控制器11裝置通過RS232總線連接。圖2為根據本發明的挖掘機的監控裝置的另一個實施例的示意圖。如圖2所示:主控裝置21實時採集挖掘機工作狀態參數，進行數據處理後，傳遞給儀表裝置，儀表裝置進行顯示和報警信息處理，實現發動機運行參數的液晶顯示、運行狀態監測和極限參數報警。在油門控制功能上，採用獨立的油門控制裝置221。油門控制裝置221可以是一個單片機或單板機。主控裝置21根據油門檔位設定旋鈕位置、壓力開關、發動機水溫值、GPS信息、怠速開關等，經過計算機分析與計算，確定發動機的轉速，改變串口片選信號，將數據單元通過串口傳遞給油門控制裝置221，進而通過油門電機224閉環控制油門執行器拉線位置，實現發動機的油門控制，進而實現轉速控制。油門執行器還包括油門信號轉換單元223。根據本發明的一個實施例，在主控裝置21的硬體實現中包括帶有USB接口的C8051F340 單片機。主控裝置21的結構為:用於檢測發動機冷卻水溫、燃油油位、發動機轉速、工作小時計的傳感器均與主控制單片機的模擬輸入端相連。用於指示和報警的充電指示、空濾報警、液壓油溫度報警、機油壓力報警、發動機預熱指示、先導液壓油濾指示、水溫開關量指示的線端均與主控制單片機的數字輸入端相連。用於鎖車的繼電器與主控制單片機的數字輸出端相連。根據本發明的一個實施例，儀表裝置的顯示模塊為滿足工程機械標準的5.6英寸解析度640*480的工業串口屏。遠程監控裝置可以為GPS車載終端，通過GSM簡訊業務/GPRS數據傳輸傳輸技術實現遠程監控。根據本發明的一個實施例，可以通過遠程監控裝置來實現各類參數的遠程監控，可以利用簡訊提醒方式以及鎖車繼電器動作來保證對挖掘機的管理、維護和維修。本發明的挖掘機的監控裝置，兼具儀表監控功能和油門控制功能，通過將GSM簡訊業務/GPRS數據傳輸技術、GPS定位技術、繼電器輸出控制以及圖形儀表顯示結合起來，既能以圖形、文字甚至動畫的方式來實時顯示挖掘機的各種狀態信息，又能自定義儀表功能和參數設置，且內置USB通信口支持系統升級和擴展，尤其是發動機油門控制採用獨立的裝置，保證了數據處理速度，實現了較高精度的油門控制，另外該裝置不僅可以解決單點的實時監測，更可以結合監控網絡上各個節點，以實現對挖掘機工作狀況的遠程實時監測，保證了維修維護的及時性。圖3為根據本發明的挖掘機的監控裝置的一個實施例中主控裝置的硬體示意圖。如圖3所示，主控裝置21中的控制單元可以是帶有USB接口的C8051F340單片機，C8051F340單片機主要包括:電源、時鐘、復位、按鍵、下載以及USB擴展電路等，其中用於按鍵輸入的電路與主控制器單片機的數字輸入端相連。USB作為通信接口可以與其它設備相互連接，可以通過USB進行軟體更新升級和設置。圖4為根據本發明的挖掘機的監控裝置的一個實施例中發動機油門控制裝置的示意圖。如圖4所示，發動機油門控制模塊主要包括:油門電機45和油門信號轉換單元44、油門(電機)驅動器(裝置)43、與油門控制裝置42。其中，油門電機45和油門信號轉換單元44安裝在發動機艙室，其餘安裝在儀表裝置底層。油門控制裝置42可以是一種單片機或單板機。其中，油門控制裝置42作為從機與儀表裝置共用一個串口 UARTl，與主控裝置41通過標準串口連接方式連接。
油門旋鈕連接於油門控制裝置42的模擬輸入端，油門驅動裝置43輸入端連接於油門控制裝置42的PWM輸出端。根據本發明的一個實施例，主控裝置41根據油門檔位的旋鈕位置、壓力開關、發動機水溫值、GPS信息、怠速開關，確定發動機的轉速，將轉速信息發送到油門控制裝置42。油門驅動裝置43將油門控制裝置42發送的控制信號進行放大處理，並將放大後的控制信號發送到油門電機45。油門電機45根據控制信號轉動，控制油門拉線的長度。油門信號轉換單元44採集油門位置信息，並將油門位置信息轉換為電信號傳輸給油門控制裝置42。圖5為根據本發明的挖掘機的監控方法的一個實施例的流程圖。如圖5所示:步驟501，主控裝置實時採集挖掘機的工作狀態參數，並將工作狀態參數發送給儀
表裝置。步驟502，儀表裝置顯示工作狀態參數，並對工作狀態參數中超過報警閾值的工作狀態參數進行報警。步驟503，發動機油門控制裝置根據主控裝置發送的控制信號，控制發動機的轉速。步驟504，遠程監控裝置接收通過簡訊或GPRS方式發送的控制指令，並將控制指令發送到主控裝置。根據本發明的一個實施例，設置在挖掘機中的傳感器與主控裝置的輸入端連接，採集傳感器的數據。傳感器包括:用於檢測發動機冷卻水溫的傳感器、檢測燃油油位的傳感器、檢測發動機轉速的傳感器、檢測工作小時計的傳感器。主控裝置的數字輸入端接收設置在挖掘機中的開關發出的指示信號。指示信號包括:充電指示、空濾報警指示、液壓油溫度報警指示、機油壓力報警、發動機預熱指示、先導液壓油濾指示、水溫開關量指示。數字輸入端與用於挖掘機鎖車的繼電器連接。根據本發明的一個實施例，發動機油門控制模塊包括:油門控制裝置、油門旋鈕、油門驅動裝置、油門執行器。油門旋鈕、油門驅動裝置分別與油門控制裝置連接。油門旋鈕連接在油門控制裝置的模擬輸入端。油門驅動裝置輸入端連接於油門控制裝置的PWM輸出端。油門執行器包括:油門電機和油門信號轉換單元。油門電機與油門驅動裝置的輸出端連接，油門信號轉換單元和油門控制裝置的AD輸入端連接。主控裝置根據油門檔位的旋鈕位置、壓力開關、發動機水溫值、GPS信息、怠速開關，確定發動機的轉速,將轉速信息發送到油門控制裝置。油門驅動裝置將油門控制裝置發送的控制信號進行放大處理，並將放大後的控制信號發送到油門電機。油門電機根據控制信號轉動，控制油門拉線的長度。油門信號轉換單元採集油門位置信息，並將油門位置信息轉換為電信號傳輸給油門控制裝置。本發明的挖掘機的監控裝置和方法，同時保證了油門控制算法和儀表監控的數據處理速度，兼具儀表監控功能和油門以及轉速控制功能，與現有技術相比，保證了挖掘機狀態的實時監控的同時，又使油門控制實現了自動化，採用標準工業串口屏，簡化了儀表開發的難度，提高了儀表顯示、油門以及轉速的控制精度和響應速度，結構合理，可廣泛用於挖掘機儀表中，同時可以通過USB進行軟體更新升級和設置，具有結構合理、成本低、控制精度高等優點，可廣泛應用在以機械泵為主要動力系統配置的其他工程機械中。可能以許多方式來實現本發明的方法和系統。例如，可通過軟體、硬體、固件或者軟體、硬體、固件的任何組合來實現本發明的方法和系統。用於方法的步驟的上述順序僅是為了進行說明，本發明的方法的步驟不限於以上具體描述的順序，除非以其它方式特別說明。此外，在一些實施例中，還可將本發明實施為記錄在記錄介質中的程序，這些程序包括用於實現根據本發明的方法的機器可讀指令。因而，本發明還覆蓋存儲用於執行根據本發明的方法的程序的記錄介質。本發明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將本發明限於所公開的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
權利要求
1.一種挖掘機的監控裝置，其特徵在於，包括:主控裝置、儀表裝置、遠程監控裝置和發動機油門控制裝置； 所述主控裝置實時採集挖掘機的工作狀態參數，並將所述工作狀態參數發送給所述儀表裝置； 所述儀表裝置顯示所述工作狀態參數，並對所述工作狀態參數中超過報警閾值的工作狀態參數進行報警顯示； 所述發動機油門控制裝置根據所述主控裝置發送的控制信號，控制挖掘機發動機的轉速； 所述遠程監控裝置接 收通過簡訊或GPRS方式發送的控制指令，並將所述控制指令發送到所述主控裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於: 所述儀表裝置、所述遠程監控裝置、所述發動機油門控制裝置與所述主控制器裝置通過RS232總線連接。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於: 所述主控裝置包括:模擬輸入端、數字輸入端和USB接口； 設置在所述挖掘機中的傳感器與所述模擬輸入端連接，採集所述傳感器的數據；所述傳感器包括:用於檢測發動機冷卻水溫的傳感器、檢測燃油油位的傳感器、檢測發動機轉速的傳感器、檢測工作小時計的傳感器； 所述數字輸入端接收設置在所述挖掘機中的開關發出的指示信號；所述指示信號包括:充電指示、空濾報警指示、液壓油溫度報警指示、機油壓力報警、發動機預熱指示、先導液壓油濾指示、水溫開關量指示； 所述數字輸入端與用於所述挖掘機鎖車的繼電器連接。
4.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於: 所述發動機油門控制模塊包括:油門控制裝置、油門旋鈕、油門驅動裝置、油門執行器； 所述油門旋鈕、油門驅動裝置分別與所述油門控制裝置連接； 所述油門旋鈕與所述油門控制裝置的模擬輸入端連接；所述油門驅動裝置的輸入端與所述油門控制裝置的PWM輸出端連接； 所述油門執行器包括:油門電機和油門信號轉換單元； 所述油門電機與所述油門驅動裝置的輸出端連接，所述油門信號轉換單元和所述油門控制裝置的AD輸入端連接。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於: 所述主控裝置根據所述油門檔位的旋鈕位置、壓力開關、發動機水溫值、GPS信息和怠速開關信號，確定發動機的轉速，將轉速信息發送到所述油門控制裝置； 所述油門驅動裝置將所述油門控制裝置發送的控制信號進行放大處理，並將放大後的控制信號發送到所述油門電機；所述油門電機根據所述控制信號轉動，控制油門拉線的長度； 所述油門信號轉換單元採集油門位置信息，並將油門位置信息轉換為電信號傳輸給所述油門控制裝置。
6.如權利要求5所述的裝置，其特徵在於: 所述儀表裝置包括:儀表顯示單元； 所述儀表顯示單元包括:5.6英寸、解析度為640*480的工業串口屏；所述工業串口屏與所述主控裝置通過串口 UART連接； 所述遠程監控裝 置包括:GPS車載單元； 所述GPS車載單元與所述主控裝置通過串口 UART連接。
7.一種挖掘機，其特徵在於: 包括如權利要求1至6任意一項所述的挖掘機的監控裝置。
8.一種挖掘機的監控方法，其特徵在於，包括: 主控裝置實時採集挖掘機的工作狀態參數，並將所述工作狀態參數發送給儀表裝置；儀表裝置顯示所述工作狀態參數，並對所述工作狀態參數中超過報警閾值的工作狀態參數進行報警顯示； 發動機油門控制裝置根據所述主控裝置發送的控制信號，控制挖掘機發動機的轉速；遠程監控裝置接收通過簡訊或GPRS方式發送的控制指令，並將所述控制指令發送到所述主控裝置。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於: 設置在所述挖掘機中的傳感器與所述主控裝置的模擬輸入端連接，採集所述傳感器的數據；所述傳感器包括:用於檢測發動機冷卻水溫的傳感器、檢測燃油油位的傳感器、檢測發動機轉速的傳感器、檢測工作小時計的傳感器； 所述主控裝置的數字輸入端接收設置在所述挖掘機中的開關發出的指示信號；所述指示信號包括:充電指示、空濾報警指示、液壓油溫度報警指示、機油壓力報警、發動機預熱指示、先導液壓油濾指示、水溫開關量指示； 所述數字輸入端與用於所述挖掘機鎖車的繼電器連接。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於: 所述發動機油門控制模塊包括:油門控制裝置、油門旋鈕、油門驅動裝置、油門執行器； 所述油門旋鈕、油門驅動裝置分別與所述油門控制裝置連接；所述油門旋鈕與所述油門控制裝置的模擬輸入端連接；所述油門驅動裝置的輸入端與所述油門控制裝置的PWM輸出端連接； 所述油門執行器包括:油門電機和油門信號轉換單元；所述油門電機與所述油門驅動裝置的輸出端連接，所述油門信號轉換單元和所述油門控制裝置的AD輸入端連接； 所述主控裝置根據所述油門檔位的旋鈕位置、壓力開關、發動機水溫值、GPS信息、怠速開關，確定發動機的轉速，將轉速信息發送到所述油門控制裝置； 所述油門驅動裝置將所述油門控制裝置發送的控制信號進行放大處理，並將放大後的控制信號發送到所述油門電機；所述油門電機根據所述控制信號轉動，控制油門拉線的長度； 所述油門信號轉換單元採集油門位置信息，並將油門位置信息轉換為電信號傳輸給所述油門控制裝置。
全文摘要
本發明公開了一種挖掘機的監控裝置、方法和挖掘機，主控裝置實時採集挖掘機的工作狀態參數，儀表裝置顯示工作狀態參數，並對工作狀態參數中超過報警閾值的工作狀態參數進行報警顯示；發動機油門控制裝置根據主控裝置發送的控制信號，控制挖掘機發動機的轉速；遠程監控裝置接收通過簡訊或GPRS方式發送的控制指令，並將控制指令發送到主控裝置。本發明的裝置、方法和挖掘機，實現對挖掘機工作狀況的實時監測和發動機油門的控制，同時保證了油門控制算法和儀表監控的數據處理速度，兼具儀表監控功能和油門以及轉速控制功能，提高了儀表顯示、油門以及轉速的控制精度和響應速度，結構合理，具有結構合理、成本低、控制精度高等優點。
文檔編號E02F9/20GK103174186SQ20131009620
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者魏彬, 胡傳正, 劉會娟 申請人:徐工集團工程機械股份有限公司