本發(fā)明涉及一種工程車輛監(jiān)測及控制系統(tǒng)，特別是指一種基于互聯(lián)網(wǎng)的輪式工程車輛遠程監(jiān)測及遠程控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

輪式工程車輛主要是指裝載機、吊車、自卸車等工程專用車輛。主要應用于礦石開采、工程建設(shè)等惡劣環(huán)境。因此，該系統(tǒng)可實現(xiàn)遠程監(jiān)測車輛工作狀態(tài)，以便及時進行精準定位及維修。由于輪式工程車輛不同于履帶行走車輛，輪式工程車輛可在城市公路駕駛。因此，該系統(tǒng)同時可實現(xiàn)在城市道路中輔助駕駛以及在高危作業(yè)環(huán)境下遠程控制自動駕駛，以保護駕駛員人身安全。

傳統(tǒng)的GPRS網(wǎng)絡的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為172.6Kbps，不能滿足系統(tǒng)使用要求。因此該系統(tǒng)所采用第四代移動通信技術(shù)，即4G網(wǎng)絡或使用WLAN無線局域網(wǎng)技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)。第四代移動通信系統(tǒng)傳輸速率可達到20Mbps，甚至最高可以達到高達100Mbps，完全滿足系統(tǒng)要求。WLAN無線局域網(wǎng)的傳輸速度可達到54Mbps，同樣滿足系統(tǒng)要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種實用可靠的基于互聯(lián)網(wǎng)的工程車輛遠程監(jiān)測及控制系統(tǒng)。用以解決現(xiàn)有工程車輛在運輸、作業(yè)及遠程監(jiān)測方面的不足。本發(fā)明的目的在于，無論何時何地，通過接入Internet網(wǎng)絡的計算機或手機，實現(xiàn)真正意義上的遠程監(jiān)測工程車輛的各項數(shù)據(jù)；通過接入Internet網(wǎng)絡的計算機或手機，實現(xiàn)在高危環(huán)境下作業(yè)的工程車輛的遠程控制自動駕駛，以保護駕駛員的人身安全。

本發(fā)明是由遠程監(jiān)測系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)組成；

遠程監(jiān)測系統(tǒng)包括監(jiān)測傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、機載電腦、labVIEW網(wǎng)絡服務器、監(jiān)控中心和手機；

監(jiān)測傳感器包括有速度傳感器、傾角傳感器，監(jiān)測參數(shù)傳感器包括油位傳感器、蓄電池電量傳感器、機油壓力傳感器、胎壓傳感器、駕駛室溫度傳感器、機油溫度傳感器、冷卻水溫度傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、冷卻水位傳感器；

速度傳感器和傾角傳感器安裝在工程車輛底盤中心位置與數(shù)據(jù)采集卡連接；油位傳感器安裝在工程車輛油箱內(nèi)與數(shù)據(jù)采集卡連接；蓄電池電量傳感器安裝在蓄電池負極與數(shù)據(jù)采集卡連接；機油壓力傳感器和機油溫度傳感器安裝在工程車輛機油油箱內(nèi)與數(shù)據(jù)采集卡連接；駕駛室溫度傳感器安裝在工程車輛駕駛室內(nèi)與數(shù)據(jù)采集卡連接；冷卻水溫度傳感器和冷卻水位傳感器安裝在工程車輛水箱內(nèi)與數(shù)據(jù)采集卡連接；胎壓傳感器安裝在工程車輛四個或多個輪胎氣門處與數(shù)據(jù)采集卡連接；發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器安裝在葉片飛輪處與數(shù)據(jù)采集卡連接；

所述數(shù)據(jù)采集卡與集成GPS接收器的機載電腦連接，機載電腦內(nèi)置的labVIEW軟件編程的數(shù)據(jù)采集程序?qū)?shù)據(jù)采集卡采集到的傳感器數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡或WLAN無線局域網(wǎng)發(fā)布至labVIEW網(wǎng)絡服務器；由接入監(jiān)控中心或手機使用設(shè)定的用戶名和密鑰登錄服務器獲取實時數(shù)據(jù)；

所述的遠程控制系統(tǒng)包括機載電腦、監(jiān)控中心或手機、攝像頭和變頻器連接、控制中心，通過監(jiān)控中心或手機使用設(shè)定的用戶名和密鑰通過互聯(lián)網(wǎng)連接集成GPS接收器的機載電腦，機載電腦內(nèi)置基于labVIEW軟件編寫的程序；機載電腦連接cRIO下位機。cRIO下位機與攝像頭和變頻器連接，再由變頻器連接車輛控制系統(tǒng)。機載電腦通過收集攝像頭采集的數(shù)據(jù)，控制變頻器輸出電壓來調(diào)節(jié)工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、油門系統(tǒng)、制動系統(tǒng)；

機載電腦接入cRIO下位機，并與攝像頭和變頻器連接，基于labVIEW控制vi通過Internet網(wǎng)絡內(nèi)嵌發(fā)布至控制中心或手機請求控制；經(jīng)控制中心或手機準備完畢允許控制客戶端；控制中心或手機取得控制權(quán)后輸入賬戶秘鑰對客戶端進行控制，此時，系統(tǒng)將會出現(xiàn)駕駛模式選擇；

當工程車輛選擇主動控制模式時，控制中心或手機將通過Internet網(wǎng)絡控制labVIEW前面板調(diào)節(jié)電壓輸出，再由cRIO下位機板卡輸出相應電壓控制車輛控制系統(tǒng)，當工程車輛選擇自動駕駛模式時，控制中心或手機將通過Internet網(wǎng)絡控制labVIEW自動控制vi。通過調(diào)用攝像頭采集道路信息獲取圖像二值化處理得到標志線中點坐標；采用模糊PIP算法使車輛航角和距離偏差減小，從而控制工程車輛沿交通標志線自動前行。

所述的遠程監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測傳感器將車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡、通過機載電腦內(nèi)的labVIEW串口信息讀取與處理，可獲得精確的位置信息，并將監(jiān)測傳感器采集的數(shù)據(jù)實時處理，由4G網(wǎng)絡或WLAN無線局域網(wǎng)接入Internet網(wǎng)絡上傳至labVIEW網(wǎng)絡服務器。最后由監(jiān)控中心和手機實時查看。

所述的車輛控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、油門系統(tǒng)和制動系統(tǒng)。

本發(fā)明使用labview2015對FPGA模塊、視覺與運動模塊和運動與仿真模塊對程序進行編寫，對各類傳感器的數(shù)據(jù)和圖像信息進行讀取和處理。labVIEW通過FPGA模塊實現(xiàn)對cRIO下位機輸入板卡信號采集和輸出板卡輸出電壓的控制，labVIEW的視覺與運動模塊控制攝像頭對路面信息的采集和采集后圖像信息的處理，labVIEW運動與仿真模塊用來編寫模糊PID算法的控制規(guī)則。本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸主要為傳感器采集的車輛運行的各種參數(shù)，傳感器采集的信息通過cRIO板卡采集到下位機，下位機將數(shù)據(jù)傳輸至機載電腦進行分析處理，處理后的數(shù)據(jù)通過labVIEW的web服務器發(fā)送至監(jiān)控中心和手機，監(jiān)控中心計算機和手機根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)對車輛的直行或者轉(zhuǎn)向發(fā)出指令，機載電腦根據(jù)指令控制車輛的運動，從而實現(xiàn)對車輛的互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與遠程控制。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明采用連接Internet網(wǎng)絡的控制中心和手機實時監(jiān)測和控制工程車輛，克服了以往遠程監(jiān)控系統(tǒng)只能靠監(jiān)控中心監(jiān)測的局限性。

2、本發(fā)明采用第四代移動通信技術(shù)，即4G網(wǎng)絡或使用WLAN無線局域網(wǎng)技術(shù)將系統(tǒng)所監(jiān)測的數(shù)據(jù)上傳至服務器。由于4G網(wǎng)絡和WLAN無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度可達54Mbps?？蓾M足系統(tǒng)對于實時監(jiān)測和遠程控制的網(wǎng)速需求。

3、本發(fā)明的傳感器所采集的數(shù)據(jù)可以全面覆蓋工程車輛常見故障所發(fā)生的位置。同時，機載電腦內(nèi)置地圖，可以實時監(jiān)測車輛精確位置，使工程車輛的維修以及丟失車輛的找回提供了便利。

4、本發(fā)明可實現(xiàn)無人化遠程遙控駕駛和自動駕駛。在高危環(huán)境下作業(yè)充分保證了駕駛員的人身安全，同時自動駕駛功能的實現(xiàn)，讓超大體積的工程車輛在城市道路中行駛更加便利。目前并沒有同類技術(shù)。

5、本發(fā)明通過系統(tǒng)收集的故障數(shù)據(jù)進行整理分析，可以在故障發(fā)生前對控制中心以及手機發(fā)送預警信號。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和控制原理示意圖。

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的工作流程圖。

其中：1、監(jiān)測傳感器；2、數(shù)據(jù)采集卡；3、機載電腦；4、labVIEW串口信息；5、labVIEW網(wǎng)絡服務器；6、監(jiān)控中心；7、手機；8、攝像頭和變頻器；9、labVIEW控制vi；10、控制中心；11、客戶端；12、控制中心或手機取得控制權(quán)后輸入賬戶秘鑰對客戶端進行控制；13、主動控制模式選擇；14、labVIEW前面板；15、cRIO下位機板；16、車輛控制系統(tǒng)；17、自動控制模式選擇；18、labVIEW自動控制vi；19、攝像頭；20、labVIEW圖像二值化處理；21、模糊PIP算法；22、車輛自動前行。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明是由遠程監(jiān)測系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)組成；

遠程監(jiān)測系統(tǒng)包括監(jiān)測傳感器1、數(shù)據(jù)采集卡2、機載電腦3、labVIEW網(wǎng)絡服務器5、監(jiān)控中心6和手機7；

監(jiān)測傳感器1包括有速度傳感器、傾角傳感器，監(jiān)測參數(shù)傳感器包括油位傳感器、蓄電池電量傳感器、機油壓力傳感器、胎壓傳感器、駕駛室溫度傳感器、機油溫度傳感器、冷卻水溫度傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、冷卻水位傳感器；

速度傳感器和傾角傳感器安裝在工程車輛底盤中心位置與數(shù)據(jù)采集卡2連接；油位傳感器安裝在工程車輛油箱內(nèi)與數(shù)據(jù)采集卡2連接；蓄電池電量傳感器安裝在蓄電池負極與數(shù)據(jù)采集卡2連接；機油壓力傳感器和機油溫度傳感器安裝在工程車輛機油油箱內(nèi)與數(shù)據(jù)采集卡2連接；駕駛室溫度傳感器安裝在工程車輛駕駛室內(nèi)與數(shù)據(jù)采集卡2連接；冷卻水溫度傳感器和冷卻水位傳感器安裝在工程車輛水箱內(nèi)與數(shù)據(jù)采集卡2連接；胎壓傳感器安裝在工程車輛四個或多個輪胎氣門處與數(shù)據(jù)采集卡2連接；發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器安裝在葉片飛輪處與數(shù)據(jù)采集卡2連接；

所述數(shù)據(jù)采集卡2與集成GPS接收器的機載電腦3連接，機載電腦3內(nèi)置的labVIEW軟件編程的數(shù)據(jù)采集程序?qū)?shù)據(jù)采集卡2采集到的傳感器數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡或WLAN無線局域網(wǎng)發(fā)布至labVIEW網(wǎng)絡服務器5；由接入監(jiān)控中心6或手機7使用設(shè)定的用戶名和密鑰登錄服務器5獲取實時數(shù)據(jù)；通過監(jiān)控中心6或手機7使用設(shè)定的用戶名和密鑰通過互聯(lián)網(wǎng)連接集成GPS接收器的機載電腦3，機載電腦3內(nèi)置基于labVIEW軟件編寫的程序；

所述的遠程控制系統(tǒng)包括機載電腦3、攝像頭和變頻器連接8、控制中心10，機載電腦3連接cRIO下位機。cRIO下位機與攝像頭和變頻器8連接，再由變頻器連接車輛控制系統(tǒng)16。機載電腦3通過收集攝像頭采集的數(shù)據(jù)，控制變頻器輸出電壓來調(diào)節(jié)工程車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、油門系統(tǒng)、制動系統(tǒng)；

機載電腦3接入cRIO下位機，并與攝像頭和變頻器8連接，基于labVIEW控制vi9通過Internet網(wǎng)絡內(nèi)嵌發(fā)布至控制中心10或手機7請求控制；經(jīng)控制中心10或手機7準備完畢允許控制客戶端11；控制中心10或手機7取得控制權(quán)后輸入賬戶秘鑰對客戶端進行控制12，此時，系統(tǒng)將會出現(xiàn)駕駛模式選擇；

當工程車輛選擇主動控制模式13時，控制中心10或手機7將通過Internet網(wǎng)絡控制labVIEW前面板調(diào)節(jié)電壓輸出14，再由cRIO下位機板卡輸出相應電壓15控制車輛控制系統(tǒng)16，當工程車輛選擇自動駕駛模式17時，控制中心10或手機7將通過Internet網(wǎng)絡控制labVIEW自動控制vi18。通過調(diào)用攝像頭19采集道路信息獲取圖像二值化處理20得到標志線中點坐標；采用模糊PIP算法21使車輛航角和距離偏差減小，從而控制工程車輛沿交通標志線自動前行22。

所述的遠程監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測傳感器1將車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡2、通過機載電腦3內(nèi)的labVIEW串口信息4讀取與處理，可獲得精確的位置信息，并將監(jiān)測傳感器1采集的數(shù)據(jù)實時處理，由4G網(wǎng)絡或WLAN無線局域網(wǎng)接入Internet網(wǎng)絡上傳至labVIEW網(wǎng)絡服務器5。最后由監(jiān)控中心6和手機7實時查看。

所述的車輛控制系統(tǒng)16包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、油門系統(tǒng)和制動系統(tǒng)。

如圖3所示，本發(fā)明使用labview2015對FPGA模塊、視覺與運動模塊和運動與仿真模塊對程序進行編寫，對各類傳感器的數(shù)據(jù)和圖像信息進行讀取和處理。labVIEW通過FPGA模塊實現(xiàn)對cRIO下位機輸入板卡信號采集和輸出板卡輸出電壓的控制，labVIEW的視覺與運動模塊控制攝像頭對路面信息的采集和采集后圖像信息的處理，labVIEW運動與仿真模塊用來編寫模糊PID算法的控制規(guī)則。本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸主要為傳感器采集的車輛運行的各種參數(shù)，傳感器采集的信息通過cRIO板卡采集到下位機，下位機將數(shù)據(jù)傳輸至機載電腦進行分析處理，處理后的數(shù)據(jù)通過labVIEW的web服務器發(fā)送至監(jiān)控中心和手機，監(jiān)控中心計算機和手機根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)對車輛的直行或者轉(zhuǎn)向發(fā)出指令，機載電腦根據(jù)指令控制車輛的運動，從而實現(xiàn)對車輛的互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與遠程控制。