本发明涉及一种柴油机工况监测仪，具体涉及一种农业机械柴油机实时运行工况监测仪。
背景技术：
柴油机具有载重量大、比油耗低、热效率高等优势得以不断推广。以柴油机为动力的农业机械在我国保有量巨大，随着农业机械化的不断推进，全国农业机械总动力达到9.72亿千瓦，柴油机动力占比已经达到77.35％。因此农业机械柴油机带来的污染问题不得不引起重视，我国尚未制定专门针对农业机械柴油机的排放标准，仅以非道路机械排放标准来代替。由于农业机械工作环境极其恶劣，成本限制等特殊性，非道路柴油机排放标准在农业机械柴油机上的适用性不强，因此需要制定农业机械柴油机专门的排放标准。利用工况监测仪记录并提炼典型农业机械柴油机实际作业工况，制定农业机械柴油机排放测试循环成为重要环节。
目前国内大多是在试验台架上利用测功机对柴油机动态参数进行测量，获得的数据与农业机械柴油机实际作业时的动态数据差异较大；现有工况监测仪体积庞大，结构复杂，功能不完善，操作不便，不适合安装在型号混杂，工作环境恶劣的农业机械柴油机上进行工况监测采集。
此外，农业机械制造水平参差不齐，绝大多数农业机械没有can总线仪表系统模块，不能通过can总线直接读取工况参数。因此需要加装额外的传感器来测量工况参数。由于农业机械结构紧凑，无法安装体积相对较大的高精度转速传感器，如何利用体积较小的普通转速传感器，测量出最接近实际工况的转速，都是一个难题。
针对上述问题，本发明提供一种新型的柴油机运行工况监测仪对农业机械柴油机的工况数据进行全面的监测记录。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对现有柴油机工况监测设备所存在的上述缺陷，提出了一种农业机械柴油机实时运行工况监测仪，来实现对农业机械柴油机的实际运行工况数据的全面监测记录。同时所述工况监测仪还具有造价低廉，集成度高，功能完备，操作简单，体积小巧的优点。
为解决上述技术问题，达到上述目的，本发明主要通过以下技术方案来实现：一种农业机械柴油机实时运行工况监测仪，该监测仪安装在目标农业机械上，该监测仪可与服务器建立无线网络连接；监测仪将采集的柴油机实时运行工况数据、农机工作影像、工作环境参数、地理位置信息通过无线网络发送到服务器上并存储；用户终端可通过web访问服务器读取相关数据，并可通过服务器将用户指令发送到所述监测仪；此外用户还可使用移动终端设备通过蓝牙访问所述监测仪，读取相关数据，发送用户指令。
所述农业机械柴油机实时运行工况监测仪包括工控盒和安装在工控盒内的电路板。所述电路板上集成有控制器模块、rs485模块、影像采集模块、can通信模块、数字信号模拟信号采集模块、gps模块、时钟模块、电源模块、蓝牙通信模块、gprsdtu通信模块和内存卡模块。所述工控盒上集成有lcd模块、按键模块以及can接口、rs485接口、内存卡插槽、视频输入接口、电源接口、多个数字信号输入接口、多个模拟信号输入接口。
所述控制器模块分别与rs485模块、影像采集模块、can通信模块、数字信号模拟信号采集模块、gps模块、时钟模块、电源模块、蓝牙通信模块、gprsdtu通信模块、lcd模块、内存卡模块、按键模块连接。
所述控制器模块包括microchip公司dspic33fj128mc708a单片机以及对应的晶振电路、电压转换电路，所述晶振电路与时钟模块连接，所述电压转换电路与电源模块连接。
所述rs485模块通过rs485接口与安装在农业机械顶部的小型气象站连接，将实时采集的环境温度、湿度、气压、风速信号输入控制器模块。
所述影像采集模块通过视频输入接口与安装在农业机械顶部的摄像头连接，将实时采集的影像数据输入控制器模块。
所述can通信模块包括tja1042t/3芯片、硅瞬态抑制二极管esd24vs2u，与农业机械柴油机的can总线连接，将工况数据输入控制器模块，此模块适用于含有can总线的农业机械柴油机。
所述数字信号模拟信号采集模块主要包括数字/模拟信号调理电路，作为备用信号采集通道，可连接安装在农业机械柴油机上的传感器，将工况数据输入控制器模块。此模块适用于不含can总线的农业机械柴油机。
所述gps模块用于接收卫星发送的经纬度、海拔信息并输入控制器模块。
所述时钟模块为ds1302时钟模块，可为整个监测仪提供准确的年月日分秒时间信息，即使系统电源断开，内置的纽扣电池也可保证时间运行准确。
所述电源模块包括稳压电路以及12v转5v，5v转3.3v的电压转换电路。稳压电路用于调理从农业机械桥接到所述监测仪的12v直流电；12v转5v电路主要包括l7805芯片，5v转3.3v电路主要包括ams1117-3.3芯片。
所述gprsdtu通信模块可安装3gsim卡与服务器建立无线网络连接，所述蓝牙通信模块可与移动终端设备建立连接。所述移动终端设备包括手机、平板电脑、笔记本电脑等。
所述内存卡模块为sdv705内存卡模块，可以存储所述监测仪的数据。
所述lcd模块用于显示所述监测仪的数据。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明充分考虑了部分农业机械比较落后，不含can总线，无法通过can模块直接读取柴油机工况信息，因此增加了数字信号模拟信号采集模块，通过外接转速、温度、位移等传感器的方式采集所需工况信息。此外，对于农业机械柴油机上狭小空间难以安装体积较大的高精度转速传感器的难题，本发明采用了创新的分段处理方法，对低转速区间0-1000rpm采用单次计时法，在高转速区间1000-3500rpm采用定时计次法，通过这样的算法优化，使得普通转速传感器也能有较高精度，验证结果表明，误差可降低至0.5％。
2)本发明在所述监测仪中增加了rs485模块，使其可以连接安装在农业机械顶部的小型气象站，记录温度、湿度、风速、气压等环境参数，便可深入探究外部环境因素对农业机械柴油机运行工况的影响。
3)本发明在所述监测仪中增加影像采集模块，可以记录摄像头拍摄的农业机械作业部位的图像，便可深入探究工作模式(深耕、浅耕等)对农业机械柴油机运行工况的影响。
4)本发明在所述监测仪中增加了蓝牙模块和gprsdtu模块，使得用户可以多终端远程配置监测仪，查看下载工况数据。减少用户现场跟踪记录的时间成本。
5)本发明监测到的柴油机实际运行工况可通过工况转化，移植到实验室标准台架测试实验上，进行排放测试分析，确定各典型工况点的排放水平，从而可以提炼出农业机械柴油机的排放测试循环，可据此改进农业机械柴油机的排放水平，降低农业机械柴油机的大气污染。
附图说明
图1为本发明农业机械柴油机实时运行工况监测仪结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种农业机械柴油机实时运行工况监测仪及其配套设备。农业机械柴油机实时运行工况监测仪安装在目标农业机械上，所述监测仪可与服务器建立无线网络连接；所采集的柴油机实时运行工况数据、农机工作影像、工作环境参数、地理位置信息可通过无线网络发送到服务器上并存储；用户终端可通过web访问服务器读取相关数据，并可通过服务器将用户指令发送到所述监测仪。此外用户还可使用手机、平板电脑、笔记本电脑等移动终端设备通过蓝牙访问所述监测仪，读取相关数据，发送用户指令。
所述农业机械柴油机实时运行工况监测仪包括工控盒和安装在工控盒内的电路板。所述电路板上集成了控制器模块、rs485模块、影像采集模块、can通信模块、数字信号模拟信号采集模块、gps模块、时钟模块、电源模块、蓝牙通信模块、gprsdtu通信模块、内存卡模块。所述工控盒上集成了lcd模块、按键模块以及can接口、rs485接口、内存卡插槽、视频输入接口、电源接口、多个数字信号输入接口、多个模拟信号输入接口。
所述控制器模块分别与rs485模块、影像采集模块、can通信模块、数字信号模拟信号采集模块、gps模块、时钟模块、电源模块、蓝牙通信模块、gprsdtu通信模块、lcd模块、内存卡模块、按键模块连接。控制器模块是所述监测仪的中央处理器，能够接收和处理can通信模块、rs485模块、影像采集模块、gps模块、数字信号模拟信号采集模块的数据。
当农业机械启动时，电源模块随之启动，从农业机械上的锂电池上取电，经过稳压处理后给所述监测仪供电，驾驶员操作开关按键启动监测仪，主程序开始运行，各个模块初始化完成后，指示灯由闪烁变为常亮，监测仪可以正常工作。
在含有can总线的小部分农业机械柴油机上，监测仪可通过can接口连接柴油机ecu，直接使用can通信模块读取柴油机的主轴转速、油门位移、机油温度压力、瞬时油耗、累计油耗、冷却水温、排气温度、农机运行车速等柴油机工况信息并实时输入控制器模块。
在不含can总线的绝大部分农业机械柴油机上，只能通过数字信号模拟信号采集模块，连接对应传感器将主轴转速、油门位移等柴油机主要工况信息输入控制器模块。对于测量难度较大且比较重要的发动机主轴转速参数，采用一种特殊的方法。由于发动机主轴转速区间范围较大，约为0-3500rpm，而在狭小空间安装的普通精度转速传感器显然存在较大误差，本发明中将单片机的ic模块与定时器timer巧妙结合，采用分段法处理转速传感器输入给单片机的脉冲信号。对于0-1000rpm的低转速区间，采用单次计时法，定时器timer记录两次脉冲信号产生的ic中断的时间间隔，即可换算成脉冲信号的频率，从而计算出转速；对于1000-3500rpm的高转速区间，采用定时计次法，单片机ic模块与单片机定时器timer绑定，定时器timer设定800ms，ic模块捕捉这800ms中产生的ic中断次数，即可换算成脉冲信号的频率，从而计算出转速。这种分段法处理，能够有效降低误差，提高精度，从而获取最接近实际值的转速工况参数。实验表明，误差可降低至0.5％，达到设计要求。
安装在农业机械顶部的小型气象站通过rs485接口与rs485模块连接，可将实时采集的环境温度湿度气压风速信号输入控制器模块。
gps模块用于接收卫星发送的经纬度、海拔信息并输入控制器模块。
安装在农业机械顶部的摄像头通过视频输入接口与影像采集模块连接，将实时采集的农业机械作业部件的影像数据处理后输入控制器模块。
时钟模块为ds1302时钟模块，可为整个监测系统提供准确的年月日分秒时间信息，即使系统电源断开，内置的纽扣电池也可保证时间运行准确。
控制器模块在对上述采集到的数据、图像进行处理后，输入内存卡模块。内存卡模块可以存储所述监测仪的数据。对于图像信息，控制器模块设定内存卡模块每隔1分钟以jpg格式将一帧摄像头拍摄到的农业机械工作部分的画面存储到内存卡模块中；对于其他数据，控制器模块设定内存卡模块每隔1秒钟以txt格式将所有工况数据、环境数据、位置数据整合并存储到内存卡模块中。同时，当内存卡模块存储信息接近其存储容量临界值时，自动按顺序删除较早的图像数据，即图像数据拥有被删除的优先级。
lcd模块可以根据用户需求，将控制器模块处理后的工况数据、环境数据、位置数据实时显示在lcd屏幕上。lcd模块设定，每隔1秒，显示数据刷新一次，便于农业机械驾驶员观察监测仪是否运行正常。
gprsdtu模块在安装sim上网卡后，所述监测仪自动与服务器建立无线网络连接，可将控制器模块处理后的工况数据、环境数据、位置数据以及图像数据，以设定的周期定时上传到服务器，用户终端可通过web访问服务器，查看或者下载所有监测仪传送的数据包。用户终端还可根据数据包将所有信息显示在上位机界面，并可绘制农业机械运行轨迹，达到监测运行工况的目的。此外，用户终端还可以将用户指令通过服务器下行发送至gprsdtu模块，起到远程配置的功能。此模块适用于超远程监测。
所述监测仪可通过蓝牙通信模块与移动终端设备建立连接。所述移动终端设备包括手机、平板电脑、笔记本电脑等。移动终端设备可直接查看或者下载内存卡模块中存储的数据信息，亦可发送用户指令至控制器模块。此模块适用于近程监测，常用在安装监测仪以及其他外围设备后的调试场景。
按键模块包括主程序按键、复位按键，分别用于主程序的启停和主程序的复位。
本发明采用模块化设计，充分地利用dspic33fj128mc708a单片机的各种引脚，使本监测仪的集成度更高，稳定性更强。整个监测仪结构紧凑，体积小巧，功能完备，操作简单，维护方便，可方便地安装在各种农业机械柴油机上。
以上仅为本发明的一个示例性描述，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则上进行的改进，替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。