专利名称：智能化装载机远程通讯定位监控器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于工程机械轮式装载机智能监控技术领域，涉及一种智能化装载机远程通讯定位监控器。
背景技术：
智能化工程机械轮式装载机的优良性能与其核心监控器的性能紧密相关。目前国内的工程机械生产厂家普遍采用进口监控器产品，价格昂贵，单台售价通常为几万元人民币，典型产品如日本的Hitachi、三菱监控器，德国的西门子、力士乐监控器，美国的萨奥监控器等，这些监控器性能稳定、可靠性高，但同时也存在着使用编程复杂、技术支持困难、无法进行硬件优化，实行专机专用等弊端。另一方面，随着工程机械租赁业的发展和工程施工科学化的进一步要求，租赁公司监视租借出工程车辆的工作状态和施工现场机群的调度控制也已经提到了工程机械的发展日程上来。上述监控器虽然在个体性能上优点突出，但在智能化和通讯方面并不具备很强的功能，不能满足工程机械发展的需求。目前一些新型监控器已经具有移动定位和通讯功能，如芬兰的EPEC控制器，可以配备彩色液晶屏、GPS和GSM/GPRS模块等，但是这些附加设备的价值往往比监控器本身还要昂贵得多，致使生产厂家难以接受，在一定程度上影响了它们的应用。
从长远发展看，那些新型、体积小、稳定性好、具有灵活的人机接口、携带有移动定位和近远程通讯设备的监控器，在未来的工程机械机群施工中将起到核心设备的作用，成为今后工程机械监控器发展的必然趋势。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种具有远程通讯、优化调度功能的智能化装载机远程通讯定位监控器，以弥补现有技术的不足。
本实用新型智能化装载机远程通讯定位监控器，由机身、机身上的开关、定位按键、液晶显示以及机身内部的控制电路等组成，其特征是控制电路的构造包括连接在监控器机身上的GPS接收定位模块和GSM/GPRS无线调制解调通讯模块，GPS模块接收的定位信息和GSM/GPRS模块接收的状态信息分别输入主控CPU，经处理后送入液晶显示，主控CPU同时连接电源部分。
GPS模块接收的定位信息和GSM/GPRS模块接收的状态信息分别输入主控CPU处理后，还可以通过通讯端口向外传输。即可以把定位信息和状态信息传给手机，作为短信发出。
所说GPS和GSM/GPRS模块，通过串行口分别与监控器连接。
所说主控CPU的硬件基于ARM架构的32位嵌入式微处理器为内核，外围扩展了大容量内存以及各种接口(CAN总线，串行口，A/D，PWM和I/O口)，其中A/D是传感器(水温、压力)输入接口，I/O是车辆报警开关、电器开关输入输出接口；软件结构采用当今流行的免费实时操作系统μC/OS-II。该操作系统具有内核小、实时性强、稳定可靠等突出优点，非常适合在工程机械的现场恶劣条件下运行。
GPS模块负责随时获取本机的地理位置，GSM/GPRS模块则可以将GPS信息和车辆信息定时向管理中心发送，可以将本机状态发送到远程控制中心，实时显示和远程控制。这样不但车辆使用者可以随时了解车辆状态，租赁公司也可以随时通过GPS和GSM/GPRS系统获得这些信息，实现远程监控。
监控器通过扩展的CAN总线接口实时接收底层监控器的信息，在液晶屏上显示各种参数。应用程序还能针对信息进行故障诊断，当输入的参量处于非正常状态时，系统将会自动报警。为了进行机群控制，需要了解各终端位置，因此系统由各单机设的监控器连接的GPS(全球定位系统)模块，每秒接收地理位置信息，并定时通过GSM/GPRS通讯向控制中心发送本机信息，接受中心指令。除此之外，监控器还带有数字I/O和A/D通道，用于扩充功能。
本实用新型监控器具有以下功能(1).CAN总线通讯机体各项信息数据例如速度、温度等，从底层控制器经过CAN bus传输到监控器上。监控器每隔一定时间接受两个数据段总线信息，信息内含大约10个左右的数字参数以及10多位的开关参数。从总线接收到的信号经过数据处理可以在屏幕上动态显示，相应的控制信息也可以通过总线发送出去。
(2).基本界面显示为了完整地实现监控功能，我们需要在界面上显示全部信息。在LCD上将显示区分为三部分系统信息区、状态参数区、故障指令区。
(3).GPS数据处理利用系统中的GPS模块，可以实时获取移动终端的地理位置信息。
(4).GSM/GPRS通讯GSM/GPRS通讯部分分担的任务主要是通过使用GSM/GPRS模块每分钟向控制中心发送本机信息，在严重故障等紧急情况下发送紧急信息，同时接收控制中心信息(5).数据处理数据处理部分根据下位控制器传送上来的信息，计算系统需要的参量，并且将需要发送的数据储存到指定的数据库中。
(6).故障处理故障处理子模块用于实时显示系统故障，并且将故障写入故障数组，通过短消息发送到控制中心去。
本实用新型操作简便，通过扩展GSM/GPRS无线通讯模块和GPS全球定位系统，实现了机群作业的远程监控与全局调度功能。
图1、本实用新型外形结构示意图；图2、本实用新型电路方框图；图3、本实用新型使用状态参考图；图4、本实用新型液晶显示界面示意图。
图中1、机身2、定位按键3、液晶显示4、开关具体实施方式
根据附图，本实用新型智能化装载机远程通讯定位监控器，由机身1、机身上的开关4、定位按键2、液晶显示3以及机身内部的控制电路等组成，控制电路的构造包括通过串行口连接在监控器机身上的GPS接收定位模块和GSM/GPRS无线调制解调通讯模块，GPS模块接收的定位信息和GSM/GPRS模块接收的状态信息分别输入主控CPU，经处理后送入液晶显示，主控CPU同时连接电源部分。
GPS模块接收的定位信息和GSM/GPRS模块接收的状态信息分别输入主控CPU处理后，还可以通过通讯端口向外传输。即可以把定位信息和状态信息传给手机，作为短信发出。其中主控CPU部分其硬件基于ARM架构的32位嵌入式微处理器为内核，外围扩展了大容量内存以及各种接(CAN总线，串行口，A/D，PWM和I/O口)，其中A/D是传感器(水温、压力)输入接口，I/O是车辆报警开关、电器开关输入输出接口；其软件结构采用当今流行的免费实时操作系统μC/OS-II。该操作系统具有内核小、实时性强、稳定可靠等突出优点，非常适合在工程机械的现场恶劣条件下运行。
监控器通过扩展的CAN接口实时接收底层监控器的信息，在液晶屏上显示各种参数。应用程序还能针对信息进行故障诊断，当输入的参量处于非正常状态时，系统将会自动报警。为了进行机群控制，需要了解各终端位置，因此系统连接了GPS(全球定位系统)模块，每秒接收地理位置信息，并定时通过GSM/GPRS通讯向控制中心发送本机信息，接受中心指令。除此之外，监控器还带有数字I/O和A/D通道，用于扩充功能。
GSM/GPRS无线调制解调通讯部分考虑到路面工程机械施工距离可以达到50km、通讯频繁等特点，传统的无线电以及无线局域网等通讯方式难以对如此大的范围实现无缝覆盖，因此系统采用GSM/GPRS公网的短消息作为通讯媒介。
GSM模块使用国产的中兴ZXGM18无线双频调制解调器，GPRS模块采用深圳倚天科技生产的无线双频调制解调器，上述模块可以实现完整的语音传输，短消息和数据业务功能。
GPS接收定位部分GPS模块使用的是美国GARMIN公司生产的GARMIN15模块，外形尺寸只有23mm×41mm×7mm，可以直接焊在系统电路板上。该模块外壳采用全金属屏蔽封装，具有很强的抗电磁干扰性和稳定性。模块上电后，通过串行口每秒发送地理位置信息，输出协议为标准的GPS协议NEMA0183。需要注意的是，由于该模块的串行口电平为CMOS电平，而监控器接口电平为20mA电流环，所以在连接时需要使用一个MAX232芯片进行电平转换。由于GPS信号无法穿透固体障碍物，因此需要外置5m长的天线。
利用系统中的GPS模块，可以实时的获取移动终端的地理位置信息。GPS模块与系统的串行口连接，每秒钟向控制器发送信息。信息采用美国的NMEA0183ASCII码协议，该协议为NAEA 0183 20版，内容包括终端的经纬度、速度以及当前日期等信息，信息是ASCII码，每秒钟向控制器发送字符串。由于系统的串行口扫描程序不停的扫描串口，所以当串行口每次收到一个字符，都会调用GPS数据处理程序。
协议每秒钟向串行口发送大约13条语句，除掉授时等冗余信息，剩余的最简单性语句GPRMC的第3、4、5、6个参数分别是纬度、纬度方向、经度、经度方向，即为系统需要的信息。协议格式如下$GPRMC，204700，A，3403.868，N，11709.432，W，001.9，336.9，170698，013.6，E*6E判断时，系统软件首先判断协议头“$GPRMC”，然后设定读取标志，依次读取所需要的4个参数。如果需要，还可以读取当前日期以及速度等参数，获得上述参数后，系统将其存放在数组中，通过GSM/GPRS模块结合其它数据一起发送。
LCD液晶显示部分采用CCFL型液晶显示模块，通过总线或者数据线将各种结果送到上面显示，以便于用户直观的得到系统的信息。显示功能是监控器功能的重要组成部分，除了正常的显示参数，在出现异常时，LCD可以对用户提示，在使用控制功能时，界面可以辅助用户进行参数选择。
如图4所示，CCFL型液晶显示界面。系统的各种参数通过显示界面传递给操作人员，控制器界面共分为6大部分标题栏、A/D状态栏，开关状态栏、错误代码栏、时间栏和保留栏。其中标题部分显示当前机种和公司图标，A/D状态栏以两种方式(进度条和数值)显示各传感器当前参数，开关状态栏则显示当前各种开关状态，时间栏显示当前时间。当有错误或者参数超过规定限度时，对应的图标会有闪动，同时开启声音报警开关，错误代码栏显示当前错误类型。在GPS地理信息栏，系统会显示当前地理坐标，当GSM/GPRS成功连接之后，也会在此位置有图标显示。
供电部分支持24V工业电源接口，采用电源模块24S05将24V电源转换成电路板上5V电源；或采用备用电池供电。
图3为本实用新型使用状态参考图，它表示了机群监控系统的工作原理，图中每台车辆为一个移动终端，配备有智能监控器。智能监控器子系统除了获取显示本机状态信息，还连接有GPS接收机(图中用天线表示)，用以确定本机位置，同时配备GSM/GPRS无线调制解调器(图中用手机表示)，根据系统的时钟定时向控制中心发送本机的地理和状态信息。单机控制器通过GSM/GPRS模块可以接收控制中心的加速、停车等命令，并且通过I/O接口控制装载机上的各种其他开关设备。
控制中心子系统可以由一台连接网络的计算机构成，配备固定IP地址，通过接收各终端的信息，经数据处理，在电子地图上显示终端位置和运行情况。同时调用数据库进行优化计算，对移动车辆发送调度指示。
权利要求1.一种智能化装载机远程通讯定位监控器，由机身、机身上的开关、定位按键、液晶显示以及机身内部的控制电路等组成，其特征是控制电路的构造包括连接在监控器机身上的GPS接收定位模块和GSM/GPRS无线调制解调通讯模块，GPS模块接收的定位信息和GSM/GPRS模块接收的状态信息分别输入主控CPU，经处理后送入液晶显示，主控CPU同时连接电源部分。
2.根据权利要求1所述的智能化装载机远程通讯定位监控器，其特征是GPS模块接收的定位信息和GSM/GPRS模块接收的状态信息分别输入主控CPU处理后，通过通讯端口向外传输。
3.根据权利要求1所述的智能化装载机远程通讯定位监控器，其特征是所说GPS和GSM/GPRS模块，通过串行口分别与监控器连接。
4.根据权利要求1所述的智能化装载机远程通讯定位监控器，其特征是所说主控CPU的硬件基于ARM架构的32位嵌入式微处理器为内核，外围扩展了大容量内存及CAN总线、串行口、A/D、PWM和I/O口接口；其软件结构采用免费实时操作系统μC/OS-II。
5.根据权利要求1所述的智能化装载机远程通讯定位监控器，其特征是所说GPS通过MAX232芯片电平转换与监控器连接，并外置5m长的天线。
专利摘要本实用新型公开了一种智能化装载机远程通讯定位监控器，由机身、机身上的开关、定位按键、液晶显示以及机身内部的控制电路等组成，其特征是控制电路的构造包括连接在监控器机身上的GPS接收定位模块和GSM/GPRS无线调制解调通讯模块，GPS模块接收的定位信息和GSM/GPRS模块接收的状态信息分别输入主控CPU，经处理后送入液晶显示，主控CPU同时连接电源部分。本实用新型操作简便，通过扩展GSM/GPRS无线通讯模块和GPS全球定位系统，实现了机群作业的远程监控与全局调度功能。
文档编号G01S19/19GK2824060SQ20052000441
公开日2006年10月4日 申请日期2005年2月6日 优先权日2005年2月6日
发明者王田苗, 魏洪兴, 支开印, 陈殿生, 陶伟, 杨中田 申请人:山东临工工程机械有限公司