專利名稱：一種工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控模塊，屬于工程機(jī)械監(jiān)視與控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工程機(jī)械是人類改造自然、利用自然最有力的工具，在許多領(lǐng)域都有著不可替代的作用。PLC (Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)由于具有可靠性高、 通用型強(qiáng)、成本較低、軟硬件易于開發(fā)以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，使其在工業(yè)控制和工程機(jī)械等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。但是，隨著工程機(jī)械自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高、處理信息量的加大以及作業(yè)對(duì)象復(fù)雜程度的提高，PLC所擅長(zhǎng)的順序控制能力已經(jīng)無(wú)法滿足大中型工程機(jī)械的高端產(chǎn)品的要求。隨著計(jì)算機(jī)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，采用32位CPU控制器為核心以及使用C、 LabVIEW等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程并采用提高控制性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的高端大型工程機(jī)械控制系統(tǒng)已經(jīng)成為工程機(jī)械控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。目前已有的大型工程機(jī)械的控制系統(tǒng)都非常復(fù)雜，需要分別對(duì)各種傳感器(例如溫濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器等)采集的工況參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并且單獨(dú)對(duì)每個(gè)對(duì)應(yīng)的執(zhí)行器發(fā)送控制命令。因此，現(xiàn)有的大型工程機(jī)械普遍存在不能在同一個(gè)設(shè)備上統(tǒng)一對(duì)相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行監(jiān)控的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為解決在現(xiàn)有的大型工程機(jī)械普遍存在不能在同一個(gè)設(shè)備上統(tǒng)一對(duì)相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行監(jiān)控的問(wèn)題，提出了一種工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控模塊，包括數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊，用于通過(guò)對(duì)CAN總線上傳數(shù)據(jù)的濾波和識(shí)別，將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存空間內(nèi)，供用戶程序調(diào)用；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，用于將用戶輸入的控制命令打包成附帶識(shí)別碼的CAN數(shù)據(jù)幀，并周期性地向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)；顯示與指令輸入模塊，用于根據(jù)用戶指令并通過(guò)數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊采集的數(shù)據(jù)查看工程機(jī)械的運(yùn)行工況，以及通過(guò)對(duì)界面控件狀態(tài)的改變向數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送用戶輸入的控制命令；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊，用于根據(jù)用戶指令設(shè)置通信過(guò)程中的波特率、幀類型及濾波
ο本實(shí)用新型通過(guò)將采集的工況信息通過(guò)CAN總線采集數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶指令查看工程機(jī)械的運(yùn)行工況及改變輸入控制命令，實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)設(shè)備上統(tǒng)一對(duì)現(xiàn)有的大型工程機(jī)械中相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行檢測(cè)和控制。
圖1是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
提供的工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控模塊與CAN總線連接的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
提供的監(jiān)控模塊的主控制界面示意圖；圖3是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
提供的監(jiān)控模塊的檢測(cè)系統(tǒng)界面示意圖；圖4是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
提供的監(jiān)控模塊的控制系統(tǒng)開關(guān)控制界面示意圖；圖5是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
提供的監(jiān)控模塊的控制系統(tǒng)連續(xù)控制界面示意圖；圖6是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
提供的監(jiān)控模塊的PWM信號(hào)頻率及占空比控制示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
提供了一種工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控模塊，包括數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、顯示與指令輸入模塊和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊，相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊用于通過(guò)對(duì)CAN總線上傳數(shù)據(jù)的濾波和識(shí)別，將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存空間內(nèi)，供用戶程序調(diào)用；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊用于將用戶輸入的控制命令打包成附帶識(shí)別碼的CAN 數(shù)據(jù)幀，并周期性地向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)；顯示與指令輸入模塊用于根據(jù)用戶指令并通過(guò)數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊采集的數(shù)據(jù)查看工程機(jī)械的運(yùn)行工況，以及通過(guò)對(duì)界面控件狀態(tài)的改變向數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送用戶輸入的控制命令；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊用于根據(jù)用戶指令設(shè)置通信過(guò)程中的波特率、幀類型及濾波器。該工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控模塊用于通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備對(duì)大型工程機(jī)械的工況進(jìn)行監(jiān)視和控制，主要功能包括在檢測(cè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、處理、顯示以及存儲(chǔ)；在控制過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)以及開關(guān)控制信號(hào)的輸出。其主要原理是在CAN總線的支持下，通過(guò)數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊讀取大型工程機(jī)械的工況參數(shù)， 并通過(guò)顯示與指令輸入模塊進(jìn)行監(jiān)視和控制，在控制的過(guò)程中，通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將用戶指令通過(guò)CAN總線發(fā)送給大型工程機(jī)械，同時(shí)還可以通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)置與大型工程機(jī)械之間的通信參數(shù)。為了更清楚的說(shuō)明該技術(shù)方案，下面結(jié)合說(shuō)明書附圖進(jìn)行說(shuō)明，如圖1所示，該工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的模擬臺(tái)具體可以包括數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊1，用于通過(guò)對(duì)CAN總線上傳數(shù)據(jù)的濾波和識(shí)別，將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存空間內(nèi)，供用戶程序調(diào)用；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊2，用于將用戶輸入的控制命令打包成附帶識(shí)別碼的CAN數(shù)據(jù)幀，并周期性地向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)；顯示與指令輸入模塊3，用于根據(jù)用戶指令并通過(guò)數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊1采集的數(shù)據(jù)查看工程機(jī)械的運(yùn)行工況，以及通過(guò)對(duì)界面控件狀態(tài)的改變向數(shù)據(jù)發(fā)送模塊2發(fā)送用戶輸入的控制命令；界面控件狀態(tài)的改變包括布爾量的改變及控件連續(xù)值的改變；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊4，用于根據(jù)用戶指令設(shè)置通信過(guò)程中的波特率、幀類型及濾波
ο具體的，本具體實(shí)施方式
提供的監(jiān)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(yè)自動(dòng)化，EM9161主板的兩側(cè)有雙排插針，而在底板上設(shè)有插槽，這樣EM9161主板和底板的配合構(gòu)成了完整的智能設(shè)備。EM9161底板的基本功能主要包括依據(jù)工程應(yīng)用需求提供各種通訊接口、提供電源模塊為主板供電、擴(kuò)展專用電路等；底板的設(shè)計(jì)包括底板尺寸以及接口放置的位置，都應(yīng)該充分考慮所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的實(shí)際需求。顯示與指令輸入模塊可采用四線電阻式觸控屏。監(jiān)控模塊在程序定義和分配存儲(chǔ)空間之后，主要通過(guò)兩個(gè)定時(shí)器(timer_ReceiVe 和timerJ^end)在一定時(shí)間內(nèi)觸發(fā)相關(guān)程序，來(lái)完成循環(huán)的數(shù)據(jù)采集和控制信號(hào)的發(fā)送。 在300ms的時(shí)間內(nèi)，發(fā)送程序完成數(shù)據(jù)的組裝和發(fā)送，等待下一個(gè)觸發(fā)時(shí)刻的到來(lái)；在IOms 的時(shí)間內(nèi)，接受程序接收一個(gè)數(shù)據(jù)幀，并且通過(guò)SWitch_case結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行信息篩選，并把采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到定義好的數(shù)據(jù)空間；定時(shí)器timer_apply在每一個(gè)應(yīng)用框體中都有，并且設(shè)置的計(jì)時(shí)時(shí)間均為100ms，這意味著在IOOms時(shí)間內(nèi)，此定時(shí)器觸發(fā)的程序會(huì)到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)空間取出數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)文本化和在界面上的文本框內(nèi)進(jìn)行顯示。在本具體實(shí)施方式
中，所采用的主板支持CAN總線接口，并可實(shí)現(xiàn)基于Widows CE 規(guī)范的流式驅(qū)動(dòng)程序(Stream Device Driver)。由于C#不支持靜態(tài)庫(kù)的調(diào)用，因此在原有的can_api. lib接口函數(shù)靜態(tài)庫(kù)的基礎(chǔ)上，封裝一個(gè)基于CAN通信的接口應(yīng)用COM組件，滿足CAN通信接口的數(shù)據(jù)收發(fā)和監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤的要求。這個(gè)COM組件提供的接口方法函數(shù)更為簡(jiǎn)潔并且支持多種開發(fā)工具(如》1和LabVIEW等)的調(diào)用。該組件的使用也非常方便，只需在最開始使用時(shí)注冊(cè)一次組件，在應(yīng)用程序中調(diào)用相應(yīng)的DLL文件就能實(shí)現(xiàn)接口方法函數(shù)的功能。相應(yīng)的CAN通訊接口的COM組件提供五個(gè)接口方法函數(shù)打開CAN接口 (StartCAN)，向CAN接口寫數(shù)據(jù)(WriteCAN)，從CAN接口讀取數(shù)據(jù)(ReadCAN)，讀取接口錯(cuò)誤代碼(GetErrorCode)以及關(guān)閉CAN接口(MopCAN)。當(dāng)CAN接口由MartCAN函數(shù)打開后，會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)接受的線程和進(jìn)行通信錯(cuò)誤處理的線程，數(shù)據(jù)接受線程等待數(shù)據(jù)接收事件的發(fā)生，并存入緩存，可以通過(guò)讀數(shù)據(jù)函數(shù)將數(shù)據(jù)從緩存中調(diào)用出來(lái)。與CAN總線通信的標(biāo)準(zhǔn)幀的CAN報(bào)文共13個(gè)字節(jié)，內(nèi)含八個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，數(shù)據(jù)的識(shí)別依靠的是每幀數(shù)據(jù)的前三個(gè)或前四個(gè)字節(jié)，第五個(gè)字節(jié)用來(lái)存放數(shù)據(jù)。程序通過(guò)將這些信息標(biāo)志進(jìn)行逐步提取， 最終將數(shù)據(jù)幀中的目標(biāo)數(shù)據(jù)讀取并存儲(chǔ)。通過(guò)從CAN總線上讀取的數(shù)據(jù)僅僅是CAN模塊將采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行8位模數(shù)變換得到的0-255之間的數(shù)字，并不能直觀的知曉其對(duì)應(yīng)的物理量值的大小，因此，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電壓值與數(shù)字量之間數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系，繪制散點(diǎn)圖，并根據(jù)這些散點(diǎn)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到擬合公式，依據(jù)這些公式來(lái)編寫程序，將數(shù)字量反映為所測(cè)得的
物理量。鑒于所采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容是樹形的結(jié)構(gòu)，且數(shù)據(jù)量大，可以通過(guò)如圖2所示的包括多層選項(xiàng)卡的人機(jī)界面顯示相應(yīng)的工況參數(shù)，具體為頂層的檢測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)分出各自的小項(xiàng)以顯示各種工程機(jī)械的工況參數(shù)；檢測(cè)系統(tǒng)如圖3所示可以分為液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、電動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械裝置、冷卻裝置、環(huán)境參數(shù)、圖像信息等七項(xiàng)；控制系統(tǒng)分出開關(guān)控制和連續(xù)控制兩項(xiàng)。以上幾項(xiàng)再依次往下細(xì)分，包括如圖4所示的開關(guān)控制界面、如圖5所示的連續(xù)控制界面以及如圖6所示的PWM信號(hào)頻率及占空比控制界面，將所有的需要監(jiān)控的參數(shù)囊括在內(nèi)。但是考慮到操作時(shí)能夠順利找到相應(yīng)的監(jiān)控頁(yè)面，所有的選項(xiàng)卡的級(jí)別都不超過(guò)5級(jí)?？梢赃x用⑶I Design Mudio軟件來(lái)設(shè)計(jì)主界面，在運(yùn)行應(yīng)用程序之后即可自動(dòng)彈出主控制界面。通過(guò)這個(gè)主界面可以分別進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)查看，也可進(jìn)入控制系統(tǒng)對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上的各個(gè)執(zhí)行器件進(jìn)行操作，開啟或關(guān)閉各個(gè)開關(guān)閥或者調(diào)整PWM 控制信號(hào)輸出來(lái)對(duì)連續(xù)控制執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)整。另外還可以通過(guò)“設(shè)置”按鈕調(diào)整CAN通信的各項(xiàng)參數(shù)，如改變通信波特率等。這樣，用戶就可以通過(guò)本具體實(shí)施方式
提供的監(jiān)控模塊對(duì)工程機(jī)械中相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用本具體實(shí)施方式
提供的技術(shù)方案，通過(guò)將采集的工況信息通過(guò)CAN模塊發(fā)送給監(jiān)控上位機(jī)，并由監(jiān)控上位機(jī)根據(jù)工況參數(shù)及用戶輸入的控制命令對(duì)工程機(jī)械的動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置以及工作裝置進(jìn)行相應(yīng)的控制，能夠直觀的獲取高端大型工程機(jī)械的執(zhí)行狀態(tài)，具有對(duì)高端大型工程機(jī)械的控制操作難度較小以及能夠預(yù)先對(duì)高端大型工程機(jī)械控制操作的結(jié)果進(jìn)行估計(jì)的特點(diǎn)。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控模塊，其特征在于，包括數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊，用于通過(guò)對(duì)CAN總線上傳數(shù)據(jù)的濾波和識(shí)別，將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存空間內(nèi)，供用戶程序調(diào)用；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，用于將用戶輸入的控制命令打包成附帶識(shí)別碼的CAN數(shù)據(jù)幀，并周期性地向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)；顯示與指令輸入模塊，用于根據(jù)用戶指令并通過(guò)數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊采集的數(shù)據(jù)查看工程機(jī)械的運(yùn)行工況，以及通過(guò)對(duì)界面控件狀態(tài)的改變向數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送用戶輸入的控制命令；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊，用于根據(jù)用戶指令設(shè)置通信過(guò)程中的波特率、幀類型及濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控模塊，其特征在于，所述顯示與指令輸入模塊采用四線電阻式觸控屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控模塊，其特征在于，所述界面控件狀態(tài)的改變包括布爾量的改變及控件連續(xù)值的改變。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種工程機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控模塊，屬于工程機(jī)械監(jiān)視與控制技術(shù)領(lǐng)域，以解決在現(xiàn)有的大型工程機(jī)械普遍存在不能在同一個(gè)設(shè)備上統(tǒng)一對(duì)相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行監(jiān)控的問(wèn)題。該監(jiān)控模塊的數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊通過(guò)對(duì)CAN總線上傳數(shù)據(jù)的濾波和識(shí)別，將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存空間內(nèi)，供用戶程序調(diào)用；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將用戶輸入的控制命令打包成附帶識(shí)別碼的CAN數(shù)據(jù)幀，并周期性地向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)；顯示與指令輸入模塊根據(jù)用戶指令并通過(guò)數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)模塊采集的數(shù)據(jù)查看工程機(jī)械的運(yùn)行工況，以及通過(guò)對(duì)界面控件狀態(tài)的改變向數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送用戶輸入的控制命令；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊根據(jù)用戶指令設(shè)置通信過(guò)程中的波特率、幀類型及濾波器。
文檔編號(hào)G05B19/048GK202159243SQ20112008991
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者曾曉淵, 陳寶江 申請(qǐng)人:北京建筑工程學(xué)院