本實用新型涉及挖掘機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種基于挖掘機無線監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

液壓挖掘機在工業(yè)與民用建筑、交通運輸水利電力工程、礦山采掘以及軍事工程等施工中起著極為重要的作用。對于某些不適合人類進入的工作場所，如高溫、含有輻射物或裝卸危險物品的場所下的挖掘任務(wù)，以人手動操作為主的傳統(tǒng)液壓挖掘機已不能勝任，液壓挖掘機的遠程監(jiān)控、自動化和智能化成為該類場所挖掘難題的最好解決方案。

因此，為克服上述技術(shù)的不足而設(shè)計出一款可遠程監(jiān)控、自動化智能化程度高、適用于惡劣環(huán)境情況下的工作場所、工作安全可靠的一種基于挖掘機無線監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，正是發(fā)明人所要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種基于挖掘機無線監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，可遠程監(jiān)控，自動化智能化程度高，適用于惡劣環(huán)境情況下的工作場所，工作安全可靠。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于挖掘機無線監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其包括nRF905模塊、FPGA通信控制模塊、上位機、下位機、CAN總線、挖掘機，所述nRF905模塊包括無線發(fā)送模塊、無線接收模塊，所述挖掘機上設(shè)置有執(zhí)行機構(gòu)、傳感器、下位機，所述下位機通過CAN總線傳輸傳感器數(shù)據(jù)和執(zhí)行機構(gòu)信號，所述執(zhí)行機構(gòu)包括有油缸電磁閥，所述下位機通過FPGA通信控制模塊與無線發(fā)送模塊連接，所述FPGA通信控制模塊通過GPIO口連接nRF905模塊，所述無線接收模塊通過FPGA通信控制模塊與上位機連接，所述nRF905模塊上設(shè)置有SPI接口，所述FPGA通信控制模塊包括NiosⅡ處理器、Avalon總線、SDRAM存儲器、定時器、UART接口、SPI核、PIO接口、Flash存儲器，所述NiosⅡ處理器、SDRAM存儲器、定時器、UART接口、SPI核、PIO接口、Flash存儲器分別連接Avalon總線，所述SPI核用以實現(xiàn)SPI協(xié)議并提供與Avalon總線相連的接口，所述PIO接口用于連接nRF905模塊的SPI接口和發(fā)出控制信號。

本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型通過挖掘機上設(shè)置的傳感器及執(zhí)行機構(gòu)來完成信息采集和挖掘、行走的執(zhí)行操作，F(xiàn)PGA控制模塊用于系統(tǒng)挖掘動作控制和行走操作控制，nRF905模塊用于無線監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳送，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可遠程監(jiān)控，自動化智能化程度高，適用于惡劣環(huán)境情況下的工作場所，工作安全可靠。

附圖說明

圖1是本實用新型系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實用新型FPGA通信控制模塊片上系統(tǒng)框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型，應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落在申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

參見圖1是本實用新型系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖，參見圖2是本實用新型FPGA通信控制模塊片上系統(tǒng)框圖，該結(jié)構(gòu)一種基于挖掘機無線監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其包括nRF905模塊、FPGA通信控制模塊、上位機、下位機、CAN總線、挖掘機，nRF905模塊包括無線發(fā)送模塊、無線接收模塊，挖掘機上設(shè)置有執(zhí)行機構(gòu)、傳感器、下位機，下位機通過CAN總線傳輸傳感器數(shù)據(jù)和執(zhí)行機構(gòu)信號，執(zhí)行機構(gòu)包括有油缸電磁閥，下位機通過FPGA通信控制模塊與無線發(fā)送模塊連接，F(xiàn)PGA通信控制模塊通過GPIO口連接nRF905模塊，無線接收模塊通過FPGA通信控制模塊與上位機連接，nRF905模塊上設(shè)置有SPI接口，F(xiàn)PGA通信控制模塊包括NiosⅡ處理器、Avalon總線、SDRAM存儲器、定時器、UART接口、SPI核、PIO接口、Flash存儲器，NiosⅡ處理器、SDRAM存儲器、定時器、UART接口、SPI核、PIO接口、Flash存儲器分別連接Avalon總線，SPI核用以實現(xiàn)SPI協(xié)議并提供與Avalon總線相連的接口，PIO接口用于連接nRF905模塊的SPI接口和發(fā)出控制信號。

本實用新型系統(tǒng)采用上下位機雙層控制結(jié)構(gòu)，上下位機之間采用了點對點通訊模式，上位機采用PC機，主要完成遠程監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲處理和運動軌跡規(guī)劃運算等工作下位機安裝于挖掘機上，采用機載電腦。下位機通過CAN總線傳輸各傳感器數(shù)據(jù)和油缸電磁閥開口大小信號，進行挖掘機狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動等，各傳感器、油缸電磁閥和機載電腦之間通過CAN總線通信。nRF905模塊進行無線數(shù)據(jù)傳輸。nRF905模塊有4種工作模式：掉電模式、待機模式、發(fā)射模式、接收模式。無線監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用FPGA作為通信控制模塊，使用SOPC技術(shù)搭建片上硬件系統(tǒng)。通信控制程序使用C語言編寫。FPGA通過GPIO口控制nRF905的三組引腳：TX_EN、TRX_CE和PWR來設(shè)置nRF905不同的工作模式；載波檢測輸出CD 、地址匹配輸出AM和數(shù)據(jù)就緒輸出DR用于通知FPGA、nRF905的收發(fā)狀態(tài)；SPI接口用于配置、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

FPGA通信控制模塊主要功能是通過建立通信協(xié)議和對無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的控制，準確實時地接收、存儲來自各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，并傳送給上位機和下位機。Flash存儲器用于存放程序和數(shù)據(jù)；SPI核用于實現(xiàn)SPI協(xié)議并提供Avalon接口；無線收發(fā)狀態(tài)控制PIO接口，用于連接nRF905的SPI接口和發(fā)出控制信號，其管腳連接至FPGA的GPIO口。

nRF905射頻模塊和FGPA通過SPI接口進行數(shù)據(jù)傳輸，該接口以主從方式工作，由以下四線組成：SCK時鐘信號，由主設(shè)備產(chǎn)生；CSN片選信號，由主設(shè)備控制；MOSI主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入；MISO主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出。通過FPGA實現(xiàn)SPI接口與總線接口轉(zhuǎn)換。

NIOS II的SPI核可以實現(xiàn)SPI協(xié)議并提供與Avalon總線相連的接口，SPI核作為連接微處理器和控制設(shè)備的通信接口，可以實現(xiàn)主協(xié)議，也可以實現(xiàn)從協(xié)議。將SPI核配置為主模式，SPI發(fā)送數(shù)據(jù)的順序根據(jù)nRF905的SPI接口數(shù)據(jù)傳輸要求，數(shù)據(jù)字的高位先發(fā)送。

本實用新型成本低，能較好地完成半雙工的挖掘機無線數(shù)據(jù)傳輸工作，采用SOPC設(shè)計挖掘機無線傳輸模塊的控制器能夠在軟硬件設(shè)計上實現(xiàn)模塊化，能夠大量地減輕研發(fā)工作量、提高研發(fā)速度。通過挖掘機上設(shè)置的傳感器及執(zhí)行機構(gòu)來完成信息采集和挖掘、行走的執(zhí)行操作，F(xiàn)PGA控制模塊用于系統(tǒng)挖掘動作控制和行走操作控制，nRF905模塊用于無線監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳送，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可遠程監(jiān)控，自動化智能化程度高，適用于惡劣環(huán)境情況下的工作場所，工作安全可靠。