一种基于挖掘机无线监控数据传输系统的制作方法

本实用新型涉及挖掘机监控系统技术领域，具体的说是一种基于挖掘机无线监控数据传输系统。

背景技术：

液压挖掘机在工业与民用建筑、交通运输水利电力工程、矿山采掘以及军事工程等施工中起着极为重要的作用。对于某些不适合人类进入的工作场所，如高温、含有辐射物或装卸危险物品的场所下的挖掘任务，以人手动操作为主的传统液压挖掘机已不能胜任，液压挖掘机的远程监控、自动化和智能化成为该类场所挖掘难题的最好解决方案。

因此，为克服上述技术的不足而设计出一款可远程监控、自动化智能化程度高、适用于恶劣环境情况下的工作场所、工作安全可靠的一种基于挖掘机无线监控数据传输系统，正是发明人所要解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于挖掘机无线监控数据传输系统，其结构简单，可远程监控，自动化智能化程度高，适用于恶劣环境情况下的工作场所，工作安全可靠。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于挖掘机无线监控数据传输系统，其包括nRF905模块、FPGA通信控制模块、上位机、下位机、CAN总线、挖掘机，所述nRF905模块包括无线发送模块、无线接收模块，所述挖掘机上设置有执行机构、传感器、下位机，所述下位机通过CAN总线传输传感器数据和执行机构信号，所述执行机构包括有油缸电磁阀，所述下位机通过FPGA通信控制模块与无线发送模块连接，所述FPGA通信控制模块通过GPIO口连接nRF905模块，所述无线接收模块通过FPGA通信控制模块与上位机连接，所述nRF905模块上设置有SPI接口，所述FPGA通信控制模块包括NiosⅡ处理器、Avalon总线、SDRAM存储器、定时器、UART接口、SPI核、PIO接口、Flash存储器，所述NiosⅡ处理器、SDRAM存储器、定时器、UART接口、SPI核、PIO接口、Flash存储器分别连接Avalon总线，所述SPI核用以实现SPI协议并提供与Avalon总线相连的接口，所述PIO接口用于连接nRF905模块的SPI接口和发出控制信号。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过挖掘机上设置的传感器及执行机构来完成信息采集和挖掘、行走的执行操作，FPGA控制模块用于系统挖掘动作控制和行走操作控制，nRF905模块用于无线监控数据的传送，系统结构简单，可远程监控，自动化智能化程度高，适用于恶劣环境情况下的工作场所，工作安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型系统硬件结构框图。

图2是本实用新型FPGA通信控制模块片上系统框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

参见图1是本实用新型系统硬件结构框图，参见图2是本实用新型FPGA通信控制模块片上系统框图，该结构一种基于挖掘机无线监控数据传输系统，其包括nRF905模块、FPGA通信控制模块、上位机、下位机、CAN总线、挖掘机，nRF905模块包括无线发送模块、无线接收模块，挖掘机上设置有执行机构、传感器、下位机，下位机通过CAN总线传输传感器数据和执行机构信号，执行机构包括有油缸电磁阀，下位机通过FPGA通信控制模块与无线发送模块连接，FPGA通信控制模块通过GPIO口连接nRF905模块，无线接收模块通过FPGA通信控制模块与上位机连接，nRF905模块上设置有SPI接口，FPGA通信控制模块包括NiosⅡ处理器、Avalon总线、SDRAM存储器、定时器、UART接口、SPI核、PIO接口、Flash存储器，NiosⅡ处理器、SDRAM存储器、定时器、UART接口、SPI核、PIO接口、Flash存储器分别连接Avalon总线，SPI核用以实现SPI协议并提供与Avalon总线相连的接口，PIO接口用于连接nRF905模块的SPI接口和发出控制信号。

本实用新型系统采用上下位机双层控制结构，上下位机之间采用了点对点通讯模式，上位机采用PC机，主要完成远程监控数据存储处理和运动轨迹规划运算等工作下位机安装于挖掘机上，采用机载电脑。下位机通过CAN总线传输各传感器数据和油缸电磁阀开口大小信号，进行挖掘机状态数据的采集和电磁阀等执行机构的驱动等，各传感器、油缸电磁阀和机载电脑之间通过CAN总线通信。nRF905模块进行无线数据传输。nRF905模块有4种工作模式：掉电模式、待机模式、发射模式、接收模式。无线监控数据传输系统采用FPGA作为通信控制模块，使用SOPC技术搭建片上硬件系统。通信控制程序使用C语言编写。FPGA通过GPIO口控制nRF905的三组引脚：TX_EN、TRX_CE和PWR来设置nRF905不同的工作模式；载波检测输出CD 、地址匹配输出AM和数据就绪输出DR用于通知FPGA、nRF905的收发状态；SPI接口用于配置、发送和接收数据。

FPGA通信控制模块主要功能是通过建立通信协议和对无线数据传输模块的控制，准确实时地接收、存储来自各个节点的数据，并传送给上位机和下位机。Flash存储器用于存放程序和数据；SPI核用于实现SPI协议并提供Avalon接口；无线收发状态控制PIO接口，用于连接nRF905的SPI接口和发出控制信号，其管脚连接至FPGA的GPIO口。

nRF905射频模块和FGPA通过SPI接口进行数据传输，该接口以主从方式工作，由以下四线组成：SCK时钟信号，由主设备产生；CSN片选信号，由主设备控制；MOSI主设备数据输出，从设备数据输入；MISO主设备数据输入，从设备数据输出。通过FPGA实现SPI接口与总线接口转换。

NIOS II的SPI核可以实现SPI协议并提供与Avalon总线相连的接口，SPI核作为连接微处理器和控制设备的通信接口，可以实现主协议，也可以实现从协议。将SPI核配置为主模式，SPI发送数据的顺序根据nRF905的SPI接口数据传输要求，数据字的高位先发送。

本实用新型成本低，能较好地完成半双工的挖掘机无线数据传输工作，采用SOPC设计挖掘机无线传输模块的控制器能够在软硬件设计上实现模块化，能够大量地减轻研发工作量、提高研发速度。通过挖掘机上设置的传感器及执行机构来完成信息采集和挖掘、行走的执行操作，FPGA控制模块用于系统挖掘动作控制和行走操作控制，nRF905模块用于无线监控数据的传送，系统结构简单，可远程监控，自动化智能化程度高，适用于恶劣环境情况下的工作场所，工作安全可靠。