專利名稱：車載工程機械遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機電設(shè)備電子監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種車載工程機械遠程無線
數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著無線移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，移動基站覆蓋率的提高，無線數(shù)據(jù)傳輸資費 的下降，基于移動通訊網(wǎng)絡(luò)的遠程監(jiān)控技術(shù)也得到更大的應(yīng)用。車載工程機械單體價格昂 貴，工作條件惡劣，故對于安全生產(chǎn)的重要性要求比較高。因此，在工程施工中車載工程機 械的工作情況進行監(jiān)控是非常有必要的。傳統(tǒng)的監(jiān)控裝置只能把監(jiān)測結(jié)果顯示給駕駛員， 不能存儲監(jiān)測結(jié)果，更不能遠程傳輸至監(jiān)控中心。因此，更能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的遠程無線數(shù) 據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)也應(yīng)運而生。該系統(tǒng)包括一個數(shù)據(jù)采集裝置和一個數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置。數(shù)據(jù)采 集裝置用于實時采集車載工程機械的工作狀況信息與GPS定位信息；數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置用于遠 程監(jiān)控數(shù)據(jù)采集裝置，存儲以及發(fā)布數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送來的采集數(shù)據(jù)。有了遠程無線數(shù)據(jù) 采集監(jiān)控系統(tǒng)，使用者可對其分布在全國各地的車載工程機械同時進行遠程監(jiān)控，了解各 臺車載工程機械設(shè)備的工作狀況和定位信息。對于生產(chǎn)商，則可在該系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對每臺車 載工程機械設(shè)備進行全生命周期信息管理，了解各地車載工程機械使用情況，改善營銷策 略；通過對采集到的工作狀況數(shù)據(jù)進行分析，為車載工程機械用戶提供狀態(tài)預(yù)警報告、故障 診斷等功能，提高售后服務(wù)質(zhì)量；還可通過分析車載工程機械故障情況改進產(chǎn)品的設(shè)計、制 造，提高產(chǎn)品質(zhì)量?？梢?，遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)對于推進車載工程機械行業(yè)發(fā)展起到 重要作用。 車載工程機械的工作狀況參數(shù)眾多，如壓力、排量、溫度、電壓、轉(zhuǎn)速、各種開關(guān)量 等；檢測這些參數(shù)的儀器也各有不同，其檢測結(jié)果輸出形式也很多樣，如模擬量、開關(guān)量、頻 率量、RS-232接口 、 CAN總線接口等。車載工程機械常工作于一些偏僻的野外環(huán)境，這些地 方的無線通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋率較低，致使基于移動通訊網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸無法進行，這將導(dǎo) 致數(shù)據(jù)采集裝置無法將采集到的數(shù)據(jù)及時傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置。現(xiàn)有的遠程無線數(shù)據(jù)監(jiān)控 系統(tǒng)，或是數(shù)據(jù)采集接口單一、采集通道偏少；或是數(shù)據(jù)采集存儲、數(shù)據(jù)采集傳輸方式單一 且不可控，或是在無線通訊網(wǎng)絡(luò)不可用時將丟失采集數(shù)據(jù)。這些問題都將對工程機械遠程 監(jiān)控產(chǎn)生不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在無線通訊網(wǎng)絡(luò)不可用時采集數(shù)據(jù)不丟
失的車載工程機械遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)及方法。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 該車載工程機械遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)監(jiān)控 裝置；所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括微控制器、數(shù)據(jù)采集輸入單元、微控制器外圍電路和GPRS 通訊模塊；所述數(shù)據(jù)采集輸入單元包括模擬量、開關(guān)量、頻率量、RS-232接口、 CAN總線接
4口、GPS模塊，所述微控制器外圍電路包括電源模塊、實時時鐘、外擴存儲器和編程調(diào)試模 塊；所述的數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置包括數(shù)據(jù)控制器、控制輸入模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)庫存儲處理 模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊；所述模擬量、開關(guān)量、頻率量、RS-232接口 、 CAN總線接口 、 GPS模塊、 電源模塊、實時時鐘、外擴存儲器、編程調(diào)試模塊和GPRS通訊模塊分別與微控制器連接；所 述控制輸入模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊分別與數(shù)據(jù)控制器 連接；所述GPRS通訊模塊與數(shù)據(jù)通訊模塊通過TCP數(shù)據(jù)通訊協(xié)議無線連接。
進一步，本發(fā)明所述微控制器包括 用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置間數(shù)據(jù)通訊連接的GPRS通訊裝置；
用于采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲至外擴存儲器的數(shù)據(jù)采集存儲裝置；
用于采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)遠程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)采集傳輸裝置；
所述GPRS通訊裝置包括 用于建立GPRS通訊模塊與數(shù)據(jù)通訊模塊間的無線數(shù)據(jù)通訊Socket連接的裝置， 用于查詢所述Socket連接的狀態(tài)并進行處理的裝置若Socket連接的狀態(tài)異常，
則更新用于控制所述數(shù)據(jù)采集存儲裝置工作參數(shù)的"存儲控制量"和用于控制所述數(shù)據(jù)采
集傳輸裝置工作參數(shù)的"傳輸控制量"，并處理異常，重新建立所述Socket連接， 用于接收、解析數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置發(fā)送至數(shù)據(jù)采集裝置的控制指令并根據(jù)具體控制指
令更新所述"存儲控制量"或更新所述"傳輸控制量"或重新設(shè)置RTC時間的裝置； 所述數(shù)據(jù)采集存儲裝置包括 用于根據(jù)所述"存儲控制量"，按周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工況信息、GPS定位信息、
時間標(biāo)簽信息并將其打包存儲至外擴存儲器的裝置， 或用于根據(jù)所述"存儲控制量"，不執(zhí)行任何操作的裝置； 所述數(shù)據(jù)采集傳輸裝置包括 用于根據(jù)所述"傳輸控制量"，按周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工況信息、GPS定位信息、 時間標(biāo)簽信息并將其打包遠程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的裝置， 或用于根據(jù)所述"傳輸控制量"，讀取外擴存儲器上時間標(biāo)簽為某時間段內(nèi)的每條 數(shù)據(jù)并將其遠程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的裝置， 或用于根據(jù)所述"傳輸控制量"，不執(zhí)行任何操作的裝置。
本發(fā)明的車載工程機械遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控方法主要包括如下步驟 1)數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置通過數(shù)據(jù)控制器接收控制輸入模塊發(fā)送來的用戶控制指令發(fā)送
至的步驟，該步驟為 數(shù)據(jù)控制器接收控制輸入模塊發(fā)送來的用于控制數(shù)據(jù)采集裝置的采集控制指令，
或數(shù)據(jù)控制器接收控制輸入模塊發(fā)送來的用于控制數(shù)據(jù)顯示模塊的顯示控制指 令，并依據(jù)該顯示控制指令通過數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊讀取所需顯示內(nèi)容；
2)數(shù)據(jù)控制器發(fā)送用戶控制指令的步驟，該步驟為 數(shù)據(jù)控制器通過數(shù)據(jù)通訊模塊將用于控制數(shù)據(jù)采集裝置的采集控制指令發(fā)送至 GPRS通訊模塊， 或數(shù)據(jù)控制器將用于控制數(shù)據(jù)顯示模塊的顯示控制指令及顯示數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù) 顯示模塊； 3)數(shù)據(jù)采集裝置通過GPRS通訊模塊接收數(shù)據(jù)通訊模塊發(fā)送來的采集控制指令并做相應(yīng)處理的步驟，該步驟為 微控制器根據(jù)接收到的采集控制指令更新用于控制實時數(shù)據(jù)采集存儲的"存儲控 制量"， 或微控制器根據(jù)接收到的采集控制指令更新用于控制實時數(shù)據(jù)采集傳輸和外擴 存儲器上數(shù)據(jù)傳輸?shù)?傳輸控制量"， 或微控制器根據(jù)接收到的采集控制指令，重新設(shè)置RTC時間； 4)微控制器根據(jù)"存儲控制量"，執(zhí)行實時數(shù)據(jù)采集存儲的步驟，該步驟為 根據(jù)所述"存儲控制量"，按周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工程機械的工況信息、GPS定位
信息和時間標(biāo)簽信息，并將所采集的信息數(shù)據(jù)打包存儲至外擴存儲器， 或根據(jù)所述"存儲控制量"，不執(zhí)行實時數(shù)據(jù)采集和存儲的操作； 5)微控制器根據(jù)"傳輸控制量"，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E，該步驟為 根據(jù)所述"傳輸控制量"，按周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工程機械的工況信息、GPS定位
信息和時間標(biāo)簽信息，并將所采集的信息數(shù)據(jù)打包發(fā)送至數(shù)據(jù)通訊模塊， 或根據(jù)所述"傳輸控制量"，讀取步驟4)中外擴存儲器所存儲的信息數(shù)據(jù)，并發(fā)送
至數(shù)據(jù)通訊模塊， 或根據(jù)所述"傳輸控制量"，不執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟僮鳎?6)數(shù)據(jù)控制器通過數(shù)據(jù)通訊模塊接收GPRS通訊模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，并通過數(shù) 據(jù)庫存儲處理模塊按時間標(biāo)簽解析存儲數(shù)據(jù)包的步驟； 7)數(shù)據(jù)顯示模塊接收數(shù)據(jù)控制器發(fā)送來的顯示控制指令及顯示數(shù)據(jù)，將顯示內(nèi)容 按顯示控制指令要求顯示出來的步驟。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集裝置數(shù)據(jù)采集通道豐 富，帶有模擬量、開關(guān)量、頻率量、RS-232接口、 CAN總線等采集通道，可以滿足工程機械各 種狀態(tài)信息采集的要求；本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集裝置帶有GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和外擴存儲 器，采集到的數(shù)據(jù)可無線傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，也可本地存儲；本發(fā)明的數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置可發(fā) 送控制指令至數(shù)據(jù)采集裝置，遠程配置數(shù)據(jù)采集傳輸與否、數(shù)據(jù)采集存儲與否及其周期；本 發(fā)明的數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置可遠程調(diào)取數(shù)據(jù)采集裝置外擴存儲器上的采集數(shù)據(jù)，能滿足在無線通 信網(wǎng)絡(luò)不好情況下，對數(shù)據(jù)采集裝置所采集到的、未能及時傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的那部分 數(shù)據(jù)的收集要求，確保采集的數(shù)據(jù)不丟失，為建立工程機械全生命周期信息管理提供保證。


圖1是本發(fā)明的總體原理框圖。 圖2是數(shù)據(jù)采集裝置的微控制器電路原理圖。 圖3是數(shù)據(jù)采集裝置的模擬量輸入電路原理圖。 圖4是數(shù)據(jù)采集裝置的開關(guān)量輸入電路原理圖。 圖5是數(shù)據(jù)采集裝置的頻率量輸入電路原理圖。 圖6是數(shù)據(jù)采集裝置的RS-232接口電路原理圖。 圖7是數(shù)據(jù)采集裝置的CAN總線接口電路原理圖。 圖8是數(shù)據(jù)采集裝置的GPS模塊接口電路原理圖。 圖9是數(shù)據(jù)采集裝置的電源模塊電路原理圖。
圖10是數(shù)據(jù)采集裝置的外圍電路中的實時時鐘電路原理圖。 圖11是數(shù)據(jù)采集裝置的外擴SD卡存儲器電路原理圖。 圖12是數(shù)據(jù)采集裝置的外擴鐵電存儲器電路原理圖。 圖13是數(shù)據(jù)采集裝置的外擴FLASH存儲器電路原理圖。 圖14是數(shù)據(jù)采集裝置的編程調(diào)試模塊電路原理圖。 圖15是數(shù)據(jù)采集裝置的外圍電路中的GPRS通訊模塊電路原理圖。 圖16是數(shù)據(jù)采集裝置的工作原理圖。 圖17是數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的工作原理圖。 圖18是數(shù)據(jù)采集裝置的微控制器的結(jié)構(gòu)原理圖。 其中，包括l.模擬量、2.開關(guān)量、3.頻率量、4. RS-232接口、5. CAN總線接口、 6.GPS模塊、7.微控制器、8.電源模塊、9.實時時鐘、10.外擴存儲器、11.編程調(diào)試模塊、 12.GPRS通訊模塊、13.控制輸入模塊、14.數(shù)據(jù)控制器、15.數(shù)據(jù)通訊模塊、16.數(shù)據(jù)庫存儲 處理模塊、17.數(shù)據(jù)顯示模塊。
具體實施例方式
本發(fā)明的車載工程機械遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)監(jiān) 控裝置兩部分。 如圖1所示，數(shù)據(jù)采集裝置包括微控制器7、數(shù)據(jù)采集輸入單元(包括模擬量1、開 關(guān)量2、頻率量3、RS-232接口 4、CAN總線接口 5、 GPS模塊6)、微控制器外圍電路(包括電 源模塊8、實時時鐘9、外擴存儲器10、編程調(diào)試模塊11)、GPRS通訊模塊12。數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置 包括數(shù)據(jù)控制器14、控制輸入模塊13、數(shù)據(jù)通訊模塊15、數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊16和數(shù)據(jù)顯 示模塊17。 相應(yīng)地，本發(fā)明的車載工程機械遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控方法包括如下步驟
1)數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置通過數(shù)據(jù)控制器14接收控制輸入模塊13發(fā)送來的用戶控制指令 發(fā)送至的步驟，該步驟為 數(shù)據(jù)控制器14接收控制輸入模塊13發(fā)送來的用于控制數(shù)據(jù)采集裝置的采集控制 指令， 或數(shù)據(jù)控制器14接收控制輸入模塊13發(fā)送來的用于控制數(shù)據(jù)顯示模塊17的顯 示控制指令，并依據(jù)該顯示控制指令通過數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊16讀取所需顯示內(nèi)容；
2)數(shù)據(jù)控制器14發(fā)送用戶控制指令的步驟，該步驟為 數(shù)據(jù)控制器14通過數(shù)據(jù)通訊模塊15將用于控制數(shù)據(jù)采集裝置的采集控制指令發(fā) 送至GPRS通訊模塊12， 或數(shù)據(jù)控制器14將用于控制數(shù)據(jù)顯示模塊17的顯示控制指令及顯示數(shù)據(jù)發(fā)送至 數(shù)據(jù)顯示模塊17 ; 3)數(shù)據(jù)采集裝置通過GPRS通訊模塊12接收數(shù)據(jù)通訊模塊15發(fā)送來的采集控制 指令并做相應(yīng)處理的步驟，該步驟為 微控制器7根據(jù)接收到的采集控制指令更新用于控制實時數(shù)據(jù)采集存儲的"存儲 控制量"， 或微控制器7根據(jù)接收到的采集控制指令更新用于控制實時數(shù)據(jù)采集傳輸和外
7擴存儲器上數(shù)據(jù)傳輸?shù)?傳輸控制量"， 或微控制器7根據(jù)接收到的采集控制指令，重新設(shè)置RTC時間； 4)微控制器7根據(jù)"存儲控制量"，執(zhí)行實時數(shù)據(jù)采集存儲的步驟，該步驟為 根據(jù)所述"存儲控制量"，按周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工程機械的工況信息、GPS定位
信息和時間標(biāo)簽信息，并將所采集的信息數(shù)據(jù)打包存儲至外擴存儲器10， 或根據(jù)所述"存儲控制量"，不執(zhí)行實時數(shù)據(jù)采集和存儲的操作； 5)微控制器7根據(jù)"傳輸控制量"，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E，該步驟為 根據(jù)所述"傳輸控制量"，按周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工程機械的工況信息、GPS定位
信息和時間標(biāo)簽信息，并將所采集的信息數(shù)據(jù)打包發(fā)送至數(shù)據(jù)通訊模塊15， 或根據(jù)所述"傳輸控制量"，讀取步驟4中外擴存儲器IO所存儲的信息數(shù)據(jù)，并發(fā)
送至數(shù)據(jù)通訊模塊15， 或根據(jù)所述"傳輸控制量"，不執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟僮鳎?6)數(shù)據(jù)控制器14通過數(shù)據(jù)通訊模塊15接收GPRS通訊模塊12發(fā)送來的數(shù)據(jù)包， 并通過數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊16按時間標(biāo)簽解析存儲數(shù)據(jù)包的步驟； 7)數(shù)據(jù)顯示模塊17接收數(shù)據(jù)控制器14發(fā)送來的顯示控制指令及顯示數(shù)據(jù)，將顯 示內(nèi)容按顯示控制指令要求顯示出來的步驟。 具體地說，數(shù)據(jù)采集裝置以微控制器7為中心，在微控制器7的作用下完成數(shù)據(jù)采 集、存儲、傳輸?shù)裙δ?。如圖2所示，微控制器7(MCU)選用ARM7系列芯片LPC2378 (IC15)， 系統(tǒng)時鐘選為48MHz，操作系統(tǒng)為實時嵌入式操作系統(tǒng)uC/0S-I1。如圖14所示，編程調(diào)試 模塊11提供了一個JTAG接口 (J5)，使用J-Link仿真器進行系統(tǒng)編程調(diào)試下載；如圖9所 示，電源模塊8使用電源芯片LM2576 (IC2、 IC3) 、 SPX117 (U3、 U4、 U5、 U6)，為硬件電路其他 器件提供所需電壓電源。 工況信息采集有五種采集通道，各種通道的數(shù)據(jù)采集方法具體過程如下(1)模 擬量1 :如圖3所示，模擬量輸入AIN
經(jīng)濾波處理電路后與MCU的AD
連接， 使用MCU自帶的ADC，ADC參考電壓選為+3. 3V， 10次AD采樣結(jié)果經(jīng)程序濾波后作為采集結(jié) 果；(2)開關(guān)量2 :如圖4所示，開關(guān)量IN
經(jīng)隔離電路后與MCU的INI0
連 接，將INI0
口配置為輸入引腳功能，通過讀取I/O 口狀態(tài)寄存器的值，便可得出相 應(yīng)開關(guān)量的值；(3)頻率量3 :如圖5所示，頻率量輸入ZS1、 ZS2經(jīng)隔離濾波電路與定時器 TO的輸入捕獲端口 PO. 0、P0. 1相連，利用輸入捕獲功能，獲取多個脈沖的歷經(jīng)時間，換算為 脈沖周期即可，該過程在捕獲中斷中完成；(4) RS-232接口 4 :如圖6所示，根據(jù)RS-232通訊 要求，MCU與RS-232接口設(shè)備間需使用電壓轉(zhuǎn)換芯片，選用SP3232EEN電壓轉(zhuǎn)換芯片(Ul)， RS-232接口 PCTXD、PCRXD經(jīng)U1后與MCU的TXDO、RXDO相連，MCU在UARTO的接收中斷中接 收RS-232接口檢測設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)采集；(5) CAN總線接口 5 :如圖7所示，MCU 的CRXD、 CTXD端口與CAN收發(fā)器CTM1050 (IC20)連接，使用MCU自帶的CAN控制器及CAN 收發(fā)器，接收CAN總線接口檢測設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)采集。 GPS定位信息采集GPS模塊6中的GPS接收模塊采用u-blox公司的LEA_5S，最 大數(shù)據(jù)更新頻率為4Hz。該GPS接收模塊通過串行接口 GPS_TXD、 GPS_RXD與MCU的TXD2、 RXD2相連，波特率選擇9600bps， GPS模塊6中的GPS接收模塊接口電路如圖8所示。該GPS 接收模塊每1秒輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的NMEA數(shù)據(jù)包，MCU通過UART2接收中斷接收該數(shù)據(jù)包，并解析出需要的經(jīng)度、緯度信息。 時間標(biāo)簽信息采集MCU自帶實時時鐘(RTC) 。 MCU中的實時時鐘除可由電源模塊 8供電外，也可由電池(Bl)供電。如圖10所示，實時時鐘9中的B1與MCU的VBAT相連，以 備數(shù)據(jù)采集裝置斷電時，MCU中的實時時鐘仍能正常工作。讀取相應(yīng)寄存器的值便可采集 到時間信息。如圖10所示，外圍電路中的實時時鐘9采用單獨的32. 768KHz時鐘(X2) ，X2 與MCU的RTCX1、 RTCX2相連。 數(shù)據(jù)存儲功能如圖11至圖13所示，外擴存儲器10包括外擴SD卡存儲器、外擴鐵 電存儲器和外擴FLASH存儲器三種。如圖11所示，在MCU的SD/匪C卡接口上擴展了 一個2G 的SD卡(Sl) ， Sl與MCU的SD/匪C卡接口相連；如圖12所示，MCU的SPI總線接口上擴展 了一個32M的FLASH存儲器(U12) ，U12與MCU的SPI總線接口相連；如圖13所示，SPI總線 接口上還擴展了一個256KB的鐵電存儲器(Ull)，Ull與MCU的SPI總線接口相連。MCU自 帶的SD/匪C控制器，用于控制SD卡數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)讀取，SPI控制器負(fù)責(zé)FLASH存儲器和 FM存儲器數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)讀取。由于數(shù)據(jù)存儲頻繁，而SD卡和FLASH存儲器都有擦寫次數(shù) 限制，因而將數(shù)據(jù)地址存儲在可無限擦寫且掉電保護的鐵電存儲器中，數(shù)據(jù)內(nèi)容存儲在SD 卡或FLASH中，這樣便可保證足夠的存儲器壽命。當(dāng)需要存儲數(shù)據(jù)時，所采集的數(shù)據(jù)逐條按 其時間標(biāo)簽由先至后的順序依次存儲在SD卡或FLASH中。當(dāng)數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置調(diào)取某時間段 內(nèi)的數(shù)據(jù)時，通過查詢起止時間標(biāo)簽對應(yīng)的數(shù)據(jù)，便可查找出數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置所需要的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)存儲與否、及其周期由數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置控制，當(dāng)需要存儲數(shù)據(jù)時，微控制器7則采集存儲
數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)定周期，延遲一段時間后，進行下一次數(shù)據(jù)采集存儲。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸不可用時，數(shù) 據(jù)采集裝置將自動按一定周期進行數(shù)據(jù)采集存儲，以備數(shù)據(jù)傳輸可用時數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置遠程 調(diào)取，便可保證采集數(shù)據(jù)在時間上的完整性，從而使得本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)在無線通訊網(wǎng)絡(luò) 不可用時保證數(shù)據(jù)不丟失。 數(shù)據(jù)傳輸功能該功能由微控制器7控制GPRS通訊模塊12完成。GPRS通訊模塊 12中的GPRS模塊采用motorola的G24 (U8)，這是一款工業(yè)級的GPRS模塊，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié) 議，使用方便，性能穩(wěn)定。G24(U8)和SIM卡(U9)的接口電路如圖15所示。G24通過串行 接口 GSM_TXD、GSM_RXD經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換芯片SP3232EEN(U1、U2)與MCU的TXD3、RXD3相連。G24 具備短信、語音、TCP、 UDP、 FTP等多種數(shù)據(jù)傳輸模式，此處選用TCP數(shù)據(jù)傳輸模式。G24控 制使用標(biāo)準(zhǔn)的AT指令。使用時，MCU發(fā)送相關(guān)AT指令至G24，完成G24的初始化、G24與數(shù) 據(jù)監(jiān)控裝置Socket連接，以及TCP協(xié)議數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量變差等原 因，G24與數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置建立的Socket連接會發(fā)生斷開，此時，MCU能發(fā)送相應(yīng)AT指令至 G24，控制其重新與數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置建立Socket連接。 數(shù)據(jù)采集裝置的微控制器7包括以下功能裝置建立數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)監(jiān)控裝 置間無線數(shù)據(jù)通訊連接的GPRS通訊裝置；采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲至外擴存儲器的數(shù)據(jù)采 集存儲裝置；采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)遠程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)采集傳輸裝置(參見圖 18)。其中 GPRS通訊裝置包括 用于創(chuàng)建GPRS通訊模塊12與數(shù)據(jù)通訊模塊15間的無線數(shù)據(jù)通訊Socket連接的 裝置， 用于查詢所述Socket連接的狀態(tài)并進行處理的裝置若Socket連接的狀態(tài)異常，則更新用于控制所述數(shù)據(jù)采集存儲裝置工作參數(shù)的"存儲控制量"和用于控制所述數(shù)據(jù)采 集傳輸裝置工作參數(shù)的"傳輸控制量"，并處理異常，重新建立所述Socket連接 用于接收、解析數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置發(fā)送至數(shù)據(jù)采集裝置的控制指令并根據(jù)具體指令更 新所述"存儲控制量"或更新所述"傳輸控制量"或重新設(shè)置RTC時間的裝置； 數(shù)據(jù)采集存儲裝置包括 用于根據(jù)所述"存儲控制量"，按某周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工況信息、GPS定位信
息、時間標(biāo)簽信息并將其打包存儲至外擴存儲器的裝置， 或用于根據(jù)所述"存儲控制量"，不執(zhí)行任何操作的裝置； 數(shù)據(jù)采集傳輸裝置包括 用于根據(jù)所述"傳輸控制量"，按某周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工況信息、GPS定位信 息、時間標(biāo)簽信息并將其打包遠程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的裝置， 或用于根據(jù)所述"傳輸控制量"，讀取外擴存儲器上時間標(biāo)簽為某時間段內(nèi)的每條 數(shù)據(jù)并將其遠程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的裝置， 或用于根據(jù)所述"傳輸控制量"，不執(zhí)行任何操作的裝置。 如圖16所示，微控制器7的工作過程如下(l)GPRS通訊任務(wù)GPRS模塊的初始 化、建立Socket連接，Socket連接斷開等GPRS模塊異常的處理，解析控制指令，更新"存儲 控制量"和"傳輸控制量"，重新設(shè)置RTC時間。(2)數(shù)據(jù)采集存儲任務(wù)根據(jù)"存儲控制量" 決定是否執(zhí)行以下操作，即按一定周期采集、存儲所需實時數(shù)據(jù)至FLASH、 SD卡(該周期由 "存儲控制量"決定)。(3)數(shù)據(jù)采集傳輸任務(wù)根據(jù)"傳輸控制量"決定是否執(zhí)行以下兩種 操作之一，a按一定周期采集、傳輸所需實時數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置(該周期由"傳輸控制量" 決定)；b從FLASH、SD卡存儲器中讀取、傳輸時間標(biāo)簽為某時間段的每條數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝 置(時間段的起止信息由"傳輸控制量"決定)。 數(shù)據(jù)采集裝置的工作參數(shù)可由數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置通過發(fā)送控制指令進行遠程配置，具 體可配置參數(shù)如下實時數(shù)據(jù)采集存儲與否及其周期、實時數(shù)據(jù)采集傳輸與否及其周期、設(shè) 置RTC時間、傳輸外擴存儲器中某時間段內(nèi)數(shù)據(jù)。 如圖17所示，數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置以數(shù)據(jù)控制器14為中心，控制輸入模塊13為控制指 令的輸入接口，數(shù)據(jù)通訊模塊15負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的接收和控制指令的發(fā)送，數(shù)據(jù)庫存儲處理 模塊16負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲，數(shù)據(jù)顯示模塊17負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)布，如圖1所示。數(shù)據(jù)接收和指令 發(fā)送采用基于IP的TCP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。 遠程監(jiān)控功能數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置根據(jù)用戶的輸入指令可完成以下監(jiān)控功能(l)輸 入目標(biāo)設(shè)定值，設(shè)定數(shù)據(jù)采集裝置的工作參數(shù)，如數(shù)據(jù)采集存儲與否、數(shù)據(jù)采集傳輸與否、 及其周期；(2)輸入起止時間標(biāo)簽點，調(diào)取數(shù)據(jù)采集裝置上存儲某時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)；(3)輸 入RTC設(shè)置時間，重新設(shè)置數(shù)據(jù)采集裝置上RTC時間。 數(shù)據(jù)存儲顯示功能(1)數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送來的采集數(shù)據(jù)經(jīng)處理后存儲在數(shù)據(jù)庫 中；(2)根據(jù)用戶輸入指令讀取數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)數(shù)據(jù)并以文字或圖表的形式顯示出來。
當(dāng)用戶輸入遠程監(jiān)控指令時，數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置根據(jù)用戶的輸入指令發(fā)送相應(yīng)的控制 指令至數(shù)據(jù)采集裝置，數(shù)據(jù)采集裝置收到控制指令后，解析指令并更新"存儲控制變量"和 "傳輸控制變量"或重新設(shè)置RTC時間，進而達到用戶的預(yù)期目標(biāo)；當(dāng)用戶輸入數(shù)據(jù)顯示指 令時，數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置則從數(shù)據(jù)庫中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)并顯示出來；當(dāng)數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置接收到數(shù)據(jù)采集中心發(fā)送來的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置將數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊16，對數(shù)據(jù)進行 處理存儲。
權(quán)利要求
一種車載工程機械遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是包括數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置；所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括微控制器(7)、數(shù)據(jù)采集輸入單元、微控制器外圍電路和GPRS通訊模塊(12)；所述數(shù)據(jù)采集輸入單元包括模擬量(1)、開關(guān)量(2)、頻率量(3)、RS-232接口(4)、CAN總線接口(5)、GPS模塊(6)，所述微控制器外圍電路包括電源模塊(8)、實時時鐘(9)、外擴存儲器(10)和編程調(diào)試模塊(11)；所述的數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置包括數(shù)據(jù)控制器(14)、控制輸入模塊(13)、數(shù)據(jù)通訊模塊(15)、數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊(16)和數(shù)據(jù)顯示模塊(17)；所述模擬量(1)、開關(guān)量(2)、頻率量(3)、RS-232接口(4)、CAN總線接口(5)、GPS模塊(6)、電源模塊(8)、實時時鐘(9)、外擴存儲器(10)、編程調(diào)試模塊(11)和GPRS通訊模塊(12)分別與微控制器(7)連接；所述控制輸入模塊(13)、數(shù)據(jù)通訊模塊(15)、數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊(16)和數(shù)據(jù)顯示模塊(17)分別與數(shù)據(jù)控制器(14)連接；所述GPRS通訊模塊(12)與數(shù)據(jù)通訊模塊(15)通過TCP數(shù)據(jù)通訊協(xié)議無線連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載工程機械遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述 微控制器(7)包括用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置間數(shù)據(jù)通訊連接的GPRS通訊裝置； 用于采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲至外擴存儲器的數(shù)據(jù)采集存儲裝置； 用于采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)遠程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)采集傳輸裝置； 所述GPRS通訊裝置包括用于建立GPRS通訊模塊(12)與數(shù)據(jù)通訊模塊(15)間的無線數(shù)據(jù)通訊Socket連接的 裝置，用于查詢所述Socket連接的狀態(tài)并進行處理的裝置若Socket連接的狀態(tài)異常，則更 新用于控制所述數(shù)據(jù)采集存儲裝置工作參數(shù)的"存儲控制量"和用于控制所述數(shù)據(jù)采集傳 輸裝置工作參數(shù)的"傳輸控制量"，并處理異常，重新建立所述Socket連接，用于接收、解析數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置發(fā)送至數(shù)據(jù)采集裝置的控制指令并根據(jù)具體控制指令更 新所述"存儲控制量"或更新所述"傳輸控制量"或重新設(shè)置RTC時間的裝置；所述數(shù)據(jù)采集存儲裝置包括用于根據(jù)所述"存儲控制量"，按周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工況信息、GPS定位信息、時間 標(biāo)簽信息并將其打包存儲至外擴存儲器的裝置，或用于根據(jù)所述"存儲控制量"，不執(zhí)行任何操作的裝置； 所述數(shù)據(jù)采集傳輸裝置包括用于根據(jù)所述"傳輸控制量"，按周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工況信息、GPS定位信息、時間 標(biāo)簽信息并將其打包遠程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的裝置，或用于根據(jù)所述"傳輸控制量"，讀取外擴存儲器上時間標(biāo)簽為某時間段內(nèi)的每條數(shù)據(jù) 并將其遠程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的裝置，或用于根據(jù)所述"傳輸控制量"，不執(zhí)行任何操作的裝置。
3. —種車載工程機械遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控方法，其特征是包括如下步驟1)數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置通過數(shù)據(jù)控制器(14)接收控制輸入模塊(13)發(fā)送來的用戶控制指令發(fā)送至的步驟，該步驟為數(shù)據(jù)控制器(14)接收控制輸入模塊(13)發(fā)送來的用于控制數(shù)據(jù)采集裝置的采集控制 指令，或數(shù)據(jù)控制器(14)接收控制輸入模塊(13)發(fā)送來的用于控制數(shù)據(jù)顯示模塊(17)的 顯示控制指令，并依據(jù)該顯示控制指令通過數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊(16)讀取所需顯示內(nèi)容；2) 數(shù)據(jù)控制器(14)發(fā)送用戶控制指令的步驟，該步驟為數(shù)據(jù)控制器(14)通過數(shù)據(jù)通訊模塊(15)將用于控制數(shù)據(jù)采集裝置的采集控制指令發(fā) 送至GPRS通訊模塊(12)，或數(shù)據(jù)控制器(14)將用于控制數(shù)據(jù)顯示模塊(17)的顯示控制指令及顯示數(shù)據(jù)發(fā)送至 數(shù)據(jù)顯示模塊(17);3) 數(shù)據(jù)采集裝置通過GPRS通訊模塊(12)接收數(shù)據(jù)通訊模塊(15)發(fā)送來的采集控制 指令并做相應(yīng)處理的步驟，該步驟為微控制器(7)根據(jù)接收到的采集控制指令更新用于控制實時數(shù)據(jù)采集存儲的"存儲控 制量"，或微控制器(7)根據(jù)接收到的采集控制指令更新用于控制實時數(shù)據(jù)采集傳輸和外擴 存儲器上數(shù)據(jù)傳輸?shù)?傳輸控制量"，或微控制器(7)根據(jù)接收到的采集控制指令，重新設(shè)置RTC時間；4) 微控制器(7)根據(jù)"存儲控制量"，執(zhí)行實時數(shù)據(jù)采集存儲的步驟，該步驟為 根據(jù)所述"存儲控制量"，按周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工程機械的工況信息、GPS定位信息和時間標(biāo)簽信息，并將所采集的信息數(shù)據(jù)打包存儲至外擴存儲器(10)， 或根據(jù)所述"存儲控制量"，不執(zhí)行實時數(shù)據(jù)采集和存儲的操作；5) 微控制器(7)根據(jù)"傳輸控制量"，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E，該步驟為 根據(jù)所述"傳輸控制量"，按周期重復(fù)執(zhí)行實時采集工程機械的工況信息、GPS定位信息和時間標(biāo)簽信息，并將所采集的信息數(shù)據(jù)打包發(fā)送至數(shù)據(jù)通訊模塊(15)，或根據(jù)所述"傳輸控制量"，讀取步驟4)中外擴存儲器(10)所存儲的信息數(shù)據(jù)，并發(fā)送至數(shù)據(jù)通訊模塊(15)，或根據(jù)所述"傳輸控制量"，不執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟僮鳎?) 數(shù)據(jù)控制器(14)通過數(shù)據(jù)通訊模塊(15)接收GPRS通訊模塊(12)發(fā)送來的數(shù)據(jù) 包，并通過數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊(16)按時間標(biāo)簽解析存儲數(shù)據(jù)包的步驟；7) 數(shù)據(jù)顯示模塊(17)接收數(shù)據(jù)控制器(14)發(fā)送來的顯示控制指令及顯示數(shù)據(jù)，將顯 示內(nèi)容按顯示控制指令要求顯示出來的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車載工程機械遠程無線數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)及方法。數(shù)據(jù)采集裝置中的模擬量、開關(guān)量、頻率量、RS-232接口、CAN總線接口、GPS模塊、電源模塊、實時時鐘、外擴存儲器、編程調(diào)試模塊和GPRS通訊模塊分別與微控制器連接；在數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置中，控制輸入模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)庫存儲處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊分別與數(shù)據(jù)控制器連接；數(shù)據(jù)采集裝置的GPRS通訊模塊與數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)通訊模塊通過TCP數(shù)據(jù)通訊協(xié)議無線連接。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集通道豐富多樣，數(shù)據(jù)采集存儲、數(shù)據(jù)采集傳輸及其周期可遠程配置，數(shù)據(jù)采集裝置本地存儲數(shù)據(jù)可遠程調(diào)取，保證在無線通訊網(wǎng)絡(luò)不可用時采集數(shù)據(jù)不丟失，適用于車載工程機械遠程數(shù)據(jù)采集監(jiān)控。
文檔編號G05B19/048GK101738963SQ20091015495
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者馮培恩, 史勇, 邱清盈, 高宇, 龍?zhí)?申請人:浙江大學(xué);徐州徐挖機械制造有限公司