一種工程機械監控系統的監控模塊的製作方法
2023-11-06 06:42:17
專利名稱：一種工程機械監控系統的監控模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種工程機械監控系統的監控模塊，屬於工程機械監視與控制技術領域。
背景技術：
工程機械是人類改造自然、利用自然最有力的工具，在許多領域都有著不可替代的作用。PLC (Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)由於具有可靠性高、 通用型強、成本較低、軟硬體易於開發以及工業現場抗幹擾能力強等特點，使其在工業控制和工程機械等領域應用十分廣泛。但是，隨著工程機械自動化程度的進一步提高、處理信息量的加大以及作業對象複雜程度的提高，PLC所擅長的順序控制能力已經無法滿足大中型工程機械的高端產品的要求。隨著計算機以及微電子技術的發展，採用32位CPU控制器為核心以及使用C、 LabVIEW等高級語言進行編程並採用提高控制性能的實時作業系統的高端大型工程機械控制系統已經成為工程機械控制領域的發展趨勢。目前已有的大型工程機械的控制系統都非常複雜，需要分別對各種傳感器(例如溫溼度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器等)採集的工況參數進行監控，並且單獨對每個對應的執行器發送控制命令。因此，現有的大型工程機械普遍存在不能在同一個設備上統一對相應的傳感器和執行器進行監控的問題。
發明內容本實用新型為解決在現有的大型工程機械普遍存在不能在同一個設備上統一對相應的傳感器和執行器進行監控的問題，提出了一種工程機械監控系統的監控模塊，包括數據接收及存儲模塊，用於通過對CAN總線上傳數據的濾波和識別，將採集的數據存儲在內存空間內，供用戶程序調用；數據發送模塊，用於將用戶輸入的控制命令打包成附帶識別碼的CAN數據幀，並周期性地向CAN總線發送數據；顯示與指令輸入模塊，用於根據用戶指令並通過數據接收及存儲模塊採集的數據查看工程機械的運行工況，以及通過對界面控制項狀態的改變向數據發送模塊發送用戶輸入的控制命令；系統參數設置模塊，用於根據用戶指令設置通信過程中的波特率、幀類型及濾波
ο本實用新型通過將採集的工況信息通過CAN總線採集數據，並根據用戶指令查看工程機械的運行工況及改變輸入控制命令，實現了在同一個設備上統一對現有的大型工程機械中相應的傳感器和執行器進行檢測和控制。
圖1是本實用新型的具體實施方式
提供的工程機械監控系統的監控模塊與CAN總線連接的結構示意圖。圖2是本實用新型的具體實施方式
提供的監控模塊的主控制界面示意圖；圖3是本實用新型的具體實施方式
提供的監控模塊的檢測系統界面示意圖；圖4是本實用新型的具體實施方式
提供的監控模塊的控制系統開關控制界面示意圖；圖5是本實用新型的具體實施方式
提供的監控模塊的控制系統連續控制界面示意圖；圖6是本實用新型的具體實施方式
提供的監控模塊的PWM信號頻率及佔空比控制示意圖。
具體實施方式
本實用新型的具體實施方式
提供了一種工程機械監控系統的監控模塊，包括數據接收及存儲模塊、數據發送模塊、顯示與指令輸入模塊和系統參數設置模塊，相應的數據接收及存儲模塊用於通過對CAN總線上傳數據的濾波和識別，將採集的數據存儲在內存空間內，供用戶程序調用；數據發送模塊用於將用戶輸入的控制命令打包成附帶識別碼的CAN 數據幀，並周期性地向CAN總線發送數據；顯示與指令輸入模塊用於根據用戶指令並通過數據接收及存儲模塊採集的數據查看工程機械的運行工況，以及通過對界面控制項狀態的改變向數據發送模塊發送用戶輸入的控制命令；系統參數設置模塊用於根據用戶指令設置通信過程中的波特率、幀類型及濾波器。該工程機械監控系統的監控模塊用於通過一個獨立的設備對大型工程機械的工況進行監視和控制，主要功能包括在檢測過程中，實現數據的接收、處理、顯示以及存儲；在控制過程中，實現PWM信號以及開關控制信號的輸出。其主要原理是在CAN總線的支持下，通過數據接收及存儲模塊讀取大型工程機械的工況參數， 並通過顯示與指令輸入模塊進行監視和控制，在控制的過程中，通過數據發送模塊將用戶指令通過CAN總線發送給大型工程機械，同時還可以通過系統參數設置模塊設置與大型工程機械之間的通信參數。為了更清楚的說明該技術方案，下面結合說明書附圖進行說明，如圖1所示，該工程機械監控系統的模擬臺具體可以包括數據接收及存儲模塊1，用於通過對CAN總線上傳數據的濾波和識別，將採集的數據存儲在內存空間內，供用戶程序調用；數據發送模塊2，用於將用戶輸入的控制命令打包成附帶識別碼的CAN數據幀，並周期性地向CAN總線發送數據；顯示與指令輸入模塊3，用於根據用戶指令並通過數據接收及存儲模塊1採集的數據查看工程機械的運行工況，以及通過對界面控制項狀態的改變向數據發送模塊2發送用戶輸入的控制命令；界面控制項狀態的改變包括布爾量的改變及控制項連續值的改變；系統參數設置模塊4，用於根據用戶指令設置通信過程中的波特率、幀類型及濾波
ο具體的，本具體實施方式
提供的監控模塊可由底板和EM9161主板組成，其中EM9161是一塊嵌入式主板，主要面向工業自動化，EM9161主板的兩側有雙排插針，而在底板上設有插槽，這樣EM9161主板和底板的配合構成了完整的智能設備。EM9161底板的基本功能主要包括依據工程應用需求提供各種通訊接口、提供電源模塊為主板供電、擴展專用電路等；底板的設計包括底板尺寸以及接口放置的位置，都應該充分考慮所設計的產品的實際需求。顯示與指令輸入模塊可採用四線電阻式觸控屏。監控模塊在程序定義和分配存儲空間之後，主要通過兩個定時器(timer_ReceiVe 和timerJ^end)在一定時間內觸發相關程序，來完成循環的數據採集和控制信號的發送。 在300ms的時間內，發送程序完成數據的組裝和發送，等待下一個觸發時刻的到來；在IOms 的時間內，接受程序接收一個數據幀，並且通過SWitch_case結構來對接收到的數據幀進行信息篩選，並把採集到的數據存儲到定義好的數據空間；定時器timer_apply在每一個應用框體中都有，並且設置的計時時間均為100ms，這意味著在IOOms時間內，此定時器觸發的程序會到對應的數據空間取出數據，並且將數據文本化和在界面上的文本框內進行顯示。在本具體實施方式
中，所採用的主板支持CAN總線接口，並可實現基於Widows CE 規範的流式驅動程序(Stream Device Driver)。由於C#不支持靜態庫的調用，因此在原有的can_api. lib接口函數靜態庫的基礎上，封裝一個基於CAN通信的接口應用COM組件，滿足CAN通信接口的數據收發和監測錯誤的要求。這個COM組件提供的接口方法函數更為簡潔並且支持多種開發工具(如》1和LabVIEW等)的調用。該組件的使用也非常方便，只需在最開始使用時註冊一次組件，在應用程式中調用相應的DLL文件就能實現接口方法函數的功能。相應的CAN通訊接口的COM組件提供五個接口方法函數打開CAN接口 (StartCAN)，向CAN接口寫數據(WriteCAN)，從CAN接口讀取數據(ReadCAN)，讀取接口錯誤代碼(GetErrorCode)以及關閉CAN接口(MopCAN)。當CAN接口由MartCAN函數打開後，會產生數據接受的線程和進行通信錯誤處理的線程，數據接受線程等待數據接收事件的發生，並存入緩存，可以通過讀數據函數將數據從緩存中調用出來。與CAN總線通信的標準幀的CAN報文共13個字節，內含八個字節的數據內容，數據的識別依靠的是每幀數據的前三個或前四個字節，第五個字節用來存放數據。程序通過將這些信息標誌進行逐步提取， 最終將數據幀中的目標數據讀取並存儲。通過從CAN總線上讀取的數據僅僅是CAN模塊將採集到的電壓信號進行8位模數變換得到的0-255之間的數字，並不能直觀的知曉其對應的物理量值的大小，因此，根據系統調試過程中實驗測得的電壓值與數字量之間數量對應關係，繪製散點圖，並根據這些散點信息進行數據擬合得到擬合公式，依據這些公式來編寫程序，將數字量反映為所測得的
物理量。鑑於所採集的數據內容是樹形的結構，且數據量大，可以通過如圖2所示的包括多層選項卡的人機界面顯示相應的工況參數，具體為頂層的檢測系統和控制系統分出各自的小項以顯示各種工程機械的工況參數；檢測系統如圖3所示可以分為液壓系統、氣動系統、電動系統、機械裝置、冷卻裝置、環境參數、圖像信息等七項；控制系統分出開關控制和連續控制兩項。以上幾項再依次往下細分，包括如圖4所示的開關控制界面、如圖5所示的連續控制界面以及如圖6所示的PWM信號頻率及佔空比控制界面，將所有的需要監控的參數囊括在內。但是考慮到操作時能夠順利找到相應的監控頁面，所有的選項卡的級別都不超過5級。可以選用⑶I Design Mudio軟體來設計主界面，在運行應用程式之後即可自動彈出主控制界面。通過這個主界面可以分別進入檢測系統進行數據查看，也可進入控制系統對模擬實驗臺架上的各個執行器件進行操作，開啟或關閉各個開關閥或者調整PWM 控制信號輸出來對連續控制執行元件進行調整。另外還可以通過「設置」按鈕調整CAN通信的各項參數，如改變通信波特率等。這樣，用戶就可以通過本具體實施方式
提供的監控模塊對工程機械中相應的傳感器和執行器進行檢測和控制。採用本具體實施方式
提供的技術方案，通過將採集的工況信息通過CAN模塊發送給監控上位機，並由監控上位機根據工況參數及用戶輸入的控制命令對工程機械的動力裝置、傳動裝置以及工作裝置進行相應的控制，能夠直觀的獲取高端大型工程機械的執行狀態，具有對高端大型工程機械的控制操作難度較小以及能夠預先對高端大型工程機械控制操作的結果進行估計的特點。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求1.一種工程機械監控系統的監控模塊，其特徵在於，包括數據接收及存儲模塊，用於通過對CAN總線上傳數據的濾波和識別，將採集的數據存儲在內存空間內，供用戶程序調用；數據發送模塊，用於將用戶輸入的控制命令打包成附帶識別碼的CAN數據幀，並周期性地向CAN總線發送數據；顯示與指令輸入模塊，用於根據用戶指令並通過數據接收及存儲模塊採集的數據查看工程機械的運行工況，以及通過對界面控制項狀態的改變向數據發送模塊發送用戶輸入的控制命令；系統參數設置模塊，用於根據用戶指令設置通信過程中的波特率、幀類型及濾波器。
2.根據權利要求1所述的監控模塊，其特徵在於，所述顯示與指令輸入模塊採用四線電阻式觸控屏。
3.根據權利要求1所述的監控模塊，其特徵在於，所述界面控制項狀態的改變包括布爾量的改變及控制項連續值的改變。
專利摘要本實用新型提供了一種工程機械監控系統的監控模塊，屬於工程機械監視與控制技術領域，以解決在現有的大型工程機械普遍存在不能在同一個設備上統一對相應的傳感器和執行器進行監控的問題。該監控模塊的數據接收及存儲模塊通過對CAN總線上傳數據的濾波和識別，將採集的數據存儲在內存空間內，供用戶程序調用；數據發送模塊將用戶輸入的控制命令打包成附帶識別碼的CAN數據幀，並周期性地向CAN總線發送數據；顯示與指令輸入模塊根據用戶指令並通過數據接收及存儲模塊採集的數據查看工程機械的運行工況，以及通過對界面控制項狀態的改變向數據發送模塊發送用戶輸入的控制命令；系統參數設置模塊根據用戶指令設置通信過程中的波特率、幀類型及濾波器。
文檔編號G05B19/048GK202159243SQ20112008991
公開日2012年3月7日 申請日期2011年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者曾曉淵, 陳寶江 申請人:北京建築工程學院