工程机械机载远程数据采集装置与方法

专利名称：工程机械机载远程数据采集装置与方法
技术领域：
本发明涉及到一种通信技术领域的数据采集装置与方法，具体是一种工程机 械机载远程数据采集装置与方法。
背景技术：
随着无线移动通信网络的蓬勃发展，基于移动通信网络的远程监控技术也得 到越来越多的应用，工程机械远程监控系统可以远离现场对分布在全国(全球) 的工程机械，在监控中心集中远程监控、故障预测预测预警、故障诊断、远程管 理等，成为了研究与应用的热点。工程机械远程监控系统需要实时监控工程机械 设备的工作性能状况信息与工作GPS (全球定位系统)地理位置信息，以便了解 工程机械设备的工作位置分布情况，以及预测诊断设备故障，需要一个实现远程 数据采集的机载装置，采集设备工作状态参数以及GPS位置参数，并能实时远程 无线的传输到监控中心。随着基于CAN总线的控制系统在工程机械中的逐渐广泛 应用，通过采集CAN总线数据对工程机械的柴油机、液压系统、力矩限制器及其 它工作状况进行实时监控，是一个非常有效可行的方法。
工程机械的工作状况参数如压力、流量、温度、负荷率、振动、噪声、风速、 故障代码、GPS经纬度等，这些参数特性各异，有的变化快，有的变化慢，有的 时而有时而无，针对不同信号特点，需要采用不同的数据采集周期；现有的工程 监控系统通常采用同一采集周期的方式，对所有监控数据每个发送周期采集一 次，这将导致变化快的信号有效特征数据缺失，而变化慢的数据却传输冗余；状 态数据通常是基于时间变化的，为了准确分析设备状态，还需要知道每条数据的 采用时间，因此，机载数据采集装置应当有计时模块，为实时监控数据提供时间 标签，有的机载数据采集装置直接采用GPS模块提供的时间作为时间标签，GPS 模块的接收到的日期与时钟是很精确的标准时间，但是GPS模块有时会出现接收 不到卫星信号的情况，这就使得采用GPS模块授时时钟作为时间标签，不可靠，当接收不到有效GPS数据时，无法提供时间标签；工程机械停机过程中的运行状 态数据，尤其是突然事故或故障导致停机的停机前运行状态数据非常重要，对事 故鉴定对故障诊断分析都有很多参考价值，而现有的工程机械远程监控系统机载 数据采集装置通常是随工程机械停机同时断电停机的，由于移动通信网络数据传 输的延迟，这将导致上述停机过程的部分重要参数被中止传输而丢失，机载数据 采集装置具有延时自断电功能是很有必要的。
经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利"具有多种数据采集方式的车载工程机械卫星定位通信终端"，申请号200610038337. 7，该专利公开了一种具 有多种数据采集方式的车载工程机械卫星定位通信终端以微控制器51单片机 为中心，针对不同工程机械设备采用CAN (控制器局域网)总线接口或RS232总 线接口或开关量和模拟量输入接口获取工程机械的工作状态信息，通过GPS模块 获取卫星定位信息，通过GSM (全球移动通信系统)模块与远程上位机进行数据 通信。该技术存在以下不足[l]只有l路CAN总线接口，无法满足很多工程机 械双路CAN总线数据采集的需要；[2]有实时时钟芯片，却没有电池与充电电路， 断电时，无法记录时间，重上电后，将会提供错误的时间标签；[3]采用单片机 作为中央处理器，片上资源不够用，如串口不能满足需要，需要增加串口切换电 路，内存不能满足需要，需要扩展了片外存储器，没有片内CAN总线控制器，需 要外部扩展等，并且运行速度慢，无法实现多通道快速实时数据采集与分析；[4] 采用上位机的控制命令控制其断电，而不是延时自断电，如果上位机未运行，将 使其处于失控状态，浪费车载蓄电池的能量；[5]没有远程参数设置功能，可扩 展性通用性差。

发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工程机械机载远程数据采 集装置与方法，使其满足对工程机械工作状况和地理坐标信息远程无线实时监控 的需要，并解决上述背景技术中的不足。
本发明是通过以下技术方案实现的
本发明所涉及一种工程机械机载远程数据采集装置，包括中央信号处理控 制器、远程通讯模块、身份识别模块、GPS位置信息采集模块、两个CAN总线通 信模块、实时时钟模块、电池与充电模块、静态数据存储模块、电源选择与自断电模块、电源管理与复位模块、编程调试模块、GPS天线、远程通讯天线；
所述的身份识别模块和远程通讯天线分别与远程通讯模块连接，远程通讯模 块与中央信号处理控制器通过串口连接；身份识别模块为移动通信SIM卡，用于 移动通讯的身份识别；
所述的中央信号处理控制器通过两个CAN总线接口分别与两个CAN总线通信 模块连接，用于与工程机械设备的CAN总线通信；
所述的GPS天线与GPS位置信息采集模块连接，GPS位置信息采集模块与中 央信号处理控制器通过串口连接；
所述的电池与充电模块由可充电电池与充电电路组成，可充电电池与实时时 钟模块连接，在所述的工程机械机载远程数据采集装置断电关机时，由可充电电 池给实时时钟模块供电，保证其准确的计时，所述装置上电后，充电电路可给可 充电电池充电，使可充电电池长期保持足够的电压。
所述的实时时钟模块，可以自动计时，并能提供包括年、月、日、小时、分 钟、秒、星期等时间信息，该模块与中央信号处理控制器通过I2C总线连接，用 于给实时采集的状态数据提供时间标签；
所述的静态数据存储模块，为掉电数据不丢失的数据存储芯片，与中央信号 处理控制器通过I2C总线连接，用于存储等服务器IP地址、模块号、CANID号、 采集周期、发送周期等可配置的静态参数；
所述的电源选择与自断电模块，用于选择所监控的工程机械的车载蓄电池电 或系统电作为供电方式，实现当所监控的工程机械的系统开机时，装置随系统电 同时得电运行，当系统停机时，装置切换到车载蓄电池供电继续正常工作，延时 一定时间后，再自动控制断电；
所述的电源选择与自断电模块，包括电源输入接口、稳压电容、电源选择继 电器、快速回流二级管、继电器控制三极管、系统电监测光偶等；电源输入接口 包括三个端子，分别接所监控的工程机械的系统电、蓄电池电、地；系统电连接 到电源选择继电器的常闭触点，蓄电池电连接到电源选择继电器的常开触点，使 得默认情况下，所述装置的电源与蓄电池电断开，所监控的工程机械停机系统不 上电时，所述的装置也是关机的，不会消耗蓄电池电；快速回流二级管与电源选 择继电器的线圈并联，用于线圈放电，保护电路；继电器控制三极管的基极由中央信号处理控制器控制，集电极与电源选择继电器的线圈一端连接，用于放大中 央信号处理控制器输出的控制信号，中央信号处理控制器经过继电器控制三极管 控制电源选择继电器的线圈电压，进而可以控制选择常闭触点或常开触点，即自 由选择系统电或蓄电池电给所述的装置供电；系统电监测光偶分别连接到中央信 号处理控制器与系统电输入端子，中央信号处理控制器通过系统电监测光偶实时 监测系统电是否有电，进而监控所监控的工程机械的开机与停机状态；稳压电容 正极接电源选择继电器的输出端，负极接地，用于从系统电到蓄电池电切换时的 电压缓冲，使电源选择切换过程平滑，不影响所述装置的内部电路的正常工作。
所述的电源管理与复位模块，与其它各模块均有连接，用于从电源选择与自 断电模块获取电源，并转化为其它各模块所需要的工作电压，以及给中央信号处 理控制器提供上电复位信号与看门狗复位信号。
所述的编程调试模块与中央信号处理控制器连接,用于上位机对所述装置的 编程与调试；编程调试模块包括JTAG接口与串口， JTAG接口一端与中央信号处 理控制器的JTAG 口连接，另一端与上位机的仿真器连接，串口一端经过 TTL/RS232电平转换芯片与中央信号处理器的一个串口连接，另一端与上位机的 RS232串口连接；
所述的中央信号处理控制器可以是DSP (数字信号处理器)、ARM、单片机、 FPGA等微控制芯片；
所述的远程通讯模块可以是GSM-GPRS模块或CDMA模块或其它基于移动通信 网络通讯的工业模块。
所述远程通讯天线为所述远程通讯模块对应配套的天线。
电源选择与自断电模块从所监控的工程机械车载电源获得电源，并把电传给 电源管理与复位模块，电源管理与复位模块将电源转化为其它各模块需要的电平 给其它各模块供电。所监控的工程机械系统上电开机时，电源管理与复位模块给 中央信号处理控制器提供上电复位信号，随即中央信号处理控制器内部程序自动 运行；按照事先编写的数据采集程序，中央信号处理控制器通过I2C总线读取静 态数据存储模块内的静态参数，通过CAN总线接口由两个CAN总线通讯模块采集 所监控工程机械的状态数据，通过I2C总线读取实时时钟模块的时间；GPS位置 信息采集模块通过GPS天线，接收GPS定位卫星的GPS定位数据与授时信号，并通过串口发送给中央信号处理控制器；中央信号处理控制器对采集到的状态数据 和GPS定位数据，以及时间数据，进行解析、压縮、打包等预处理，再通过串口 将预处理后的数据发送到远程通讯模块，远程通讯模块通过身份识别模块和远程 通讯天线与远程监控中心建立无线数据通信连接，并把从中央信号处理控制器接 收到的数据发送到远程监控中心，实现实时远程数据采集；此外，远程通讯模块 可以通过身份识别模块与远程通讯天线接收远程监控中心的控制命令，并通过串 口发送给中央信号处理控制器，中央信号处理控制器对控制命令解析，修改静态 数据存储模块内的静态参数，或经过CAN总线通讯模块发送控制数据到所监控工 程机械的CAN总线，实现远程控制。
所述装置断电关机后，电池与充电模块的电池给实时时钟模块继续供电，使 实时时钟模块的计时不中断。
本发明涉及的一种工程机械机载远程数据采集方法，包括如下步骤
第一步，设置一个发送周期；
第二步，为两路CAN总线的状态参数分别设置快速、中速、慢速三种数据采
集周期，每个状态参数可以选择其中一种采集周期；
第三步，为GPS定位数据采集设置一个GPS采集周期；
第四步，对每个状态参数在其对应的采集周期内采集一条数据；
第五步，每个GPS采集周期通过GPS位置信息采集模块采集一条GPS定位数
据与授时数据，同时授时数据对实时时钟模块的实时时钟校正；
第六步，每个发送周期到了，从实时时钟模块读取实时时钟，作为时间标签；
然后，将第四步采集到的状态参数与第五步采集到的GPS定位数据，以及时间标
签打成数据包，通过远程通讯模块，以移动通讯数据业务方式发送到远程监控中
心；
第七步，重复第四步到第六步，如果所监控的工程机械系统停机，触发中断， 转到第八步；
第八步，控制电源选择与自断电模块，将供电电源从系统电切换到车载蓄电 池电；
第九步，延时2个发送周期；
第十步，控制电源选择与自断电模块，将供电电源从车载蓄电池电切换到系统电；
第十一步，断电关机，数据采集结束。
第二步所述的中速采集周期与第一步中所述的发送周期相同，中速采集周期 是快速采集周期的倍数，慢速采集周期为中速采集周期的倍数；两路CAN总线的 三种采集周期分开独立设置，这样总共有6种可配置的数据采集周期，对不同状 态参数，可以根据其信号特点配置为其中的一种采集周期；
第三步所述的GPS采集周期，为第一步所述的发送周期的倍数，可以根据工 程机械工作时移动很少的特点，将GPS采集周期设置为发送周期的10到100倍， 以减少数据传输量；
第四步，可以进一步包括，对采集到的CAN总线状态数据的解析与编码压縮 等预处理；
第五步，还进一步包括判断采集到的GPS数据与授时数据的有效性，如果 数据无效，则不发送也不对实时时钟校正；
第六步所述的时间标签由实时时钟模块提供，每个发送周期读取一次实时时 钟模块的时间作为数据包的时间标签，如果某个参数每个发送周期包含多个采集 周期采集到的数，则监控中心服务器解析时，通过相应采集周期计算出每个发送 周期中的多个数据的真实采集时间，而不需要给每一个数据加上一个时间标签。
第六步所述的移动通讯数据业务方式可以是GPRS或CDMA或3G等；
第八步到第十一步为延时自断电过程，所述的延时自断电，指所监控的工程 机械系统停机时，所述的装置并不马上随之关机，而是延时两个发送周期，把最 后停机过程的数据都发送成功后，再自动控制断电。
本发明具有以下优点本发明所述装置，结构简单，性能稳定，可靠性高， 成本低，总硬件成本约600元，具有很高的兼容性与可扩展性；采用与所述装置 配套使用的方法，可以适用对不同特征的信号的数据采集，数据传输成本低且实 时性高，时间标签准确且无遗漏，经过GPS授时时钟校正的实时时钟误差小于1 秒，具有很好的普适性、兼容性与易扩展性，能满足基于CAN总线的各种工程机 械远程监控系统状态数据与GPS经纬度数据采集的需要，为远程实时监控，故障 预测预防，故障诊断奠定了基础。


图1为本发明的工程机械机载远程数据采集装置的结构示意图2为本发明的电源选择与自断电模块的组成原理图3为本发明的一个实施例的电源管理与复位模块的示意图4为本发明所述方法的主程序流程图
图5为本发明所述方法的系统停机中断程序流程图
图中标号说明如下
电源选择与自断电模块l、电源管理与复位模块2、中央信号处理控制器3、CAN总线通信模块4、 CAN总线通信模块5、编程调试模块6、静态数据存储模块7、 实时时钟模块8、电池与充电模块9、 GPS位置信息采集模块IO、 GPS天线ll、远程 通讯模块12、远程通讯天线13、身份识别模块14;车载蓄电池20、系统电源开关 21、电源输入接口22、电源选择继电器23、系统电监测光偶24、稳压电容25、继 电器控制三极管26、快速回流二级管27;LM2596-5 30、TPS767D318 31、SPX1117-33 32、 1N4148 33。
具体实施例方式
下面结合附图和应用于一台抚挖公司生产的QUY250A液压履带式起重机的远 程监控数据采集的具体实施例对本发明进行详细说明本实施例在以本发明技术 方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不 限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例所述的一种工程机械机载远程数据采集装置，包括 电源选择与自断电模块l、电源管理与复位模块2、中央信号处理控制器3、 CAN 总线通信模块4、 CAN总线通信模块5、编程调试模块6、静态数据存储模块7、实 时时钟模块8、电池与充电模块9、 GPS位置信息采集模块IO、 GPS天线ll、远程通 讯模块12、远程通讯天线13、身份识别模块14;
电源选择与自断电模块1与电源管理与复位模块2连接，电源管理与复位模块 2与其它各模块连接，为其它各模块提供所需的电源；中央信号处理控制器3通过 CAN总线接口分别与CAN总线通信模块4和C緒总线通信模块5连接；通过JTAG接口 及串口与编程调试模块6连接；通过I2C总线分别与静态数据存储模块7和实时时 钟模块8连接；通过串口分别与GPS位置信息采集模块10和远程通讯模块12连接； 电池与充电模块9与实时时钟模块8连接；GPS天线ll与GPS位置信息采集模块lO
连接；远程通讯天线13、身份识别模块14分别与远程通讯模块12连接。
所述电源选择与自断电模块l ，用于选择所监控的工程机械的车载蓄电池电 或系统电作为供电方式，默认情况下选择系统电，当系统停机时，选择车载蓄电 池供电，延时一定时间后，再切断车载电池电，选择系统电，实现延时自动控制 断电；电源选择与自断电模块l将电传输给电源管理与复位模块2 ;
所述电源管理与复位模块2，将来自电源选择与自断电模块l的电源转化为其 它各模块需要的电平给其它各模块供电；
所述编程调试模块6，用于上位机对所述装置的编程与调试；编程调试模块 包括JTAG接口与串口， JTAG接口一端与中央信号处理控制器的JTAG口连接，另一 端与上位机的仿真器连接，串口一端经过TTL/RS232电平转换芯片与中央信号处 理器的一个串口连接，另一端与上位机的RS232串口连接；
所述CAN总线通信模块4，与所述CAN总线通信模块5，分别采集所监控的工程 机械的两路CAN总线上的状态数据，并将状态数据发送给中央信号处理控制器3;
所述静态数据存储模块7，用于存储等服务器IP地址、模块号、CANID号、采 集周期、发送周期等可配置的静态参数，中央信号处理控制器3可以通过I2C总线 对静态数据存储模块7读或写操作；
所述实时时钟模块8，可以自动计时，并能提供包括年、月、日、小时、分 钟、秒、星期等时间信息，用于给实时采集的状态数据提供时间标签；
所述电池与充电模块9，由可充电电池与充电电路组成，可充电电池与实时 时钟模块8连接，在所述的工程机械机载远程数据采集装置断电关机时，由可充 电电池给实时时钟模块供电，保证其准确的计时，所述装置上电后，充电电路可 给可充电电池充电，使可充电电池长期保持足够的电压；
所述GPS位置信息采集模块IO，通过所述GPS天线ll，接收来自GPS卫星的GPS 定位数据和授时数据；在通过串口将数据传输给中央信号处理控制器3;
所述中央信号处理控制器3，按一定采集周期从CAN总线通信模块4及CAN总线 通信模块5接收状态数据，从实时时钟模块8接收实时时钟数据，以及从GPS位置 信息采集模块10接收GPS定位数据和授时数据；
所述远程通讯模块12，通过所述远程通讯天线13及所述身份识别模块14，与 远程监控中心建立无线数据通信连接，并把从中央信号处理控制器3接收到的数据发送到远程监控中心，实现实时远程数据采集；中央信号处理控制器3对采集 到的状态数据和GPS定位数据，以及时间数据，进行解析、压縮、打包等预处理， 再通过串口将预处理后的数据发送到远程通讯模块12;
此外，远程通讯模块12可以通过身份识别模块14与远程通讯天线13接收 远程监控中心的控制命令，并通过串口发送给中央信号处理控制器3，中央信号 处理控制器3对控制命令解析，修改静态数据存储模块7内的静态参数，或经过 CAN总线通信模块4或CAN总线通信模块5发送控制数据到所监控工程机械的CAN 总线，实现远程控制。
本实施例中，中央信号处理控制器3为德州仪器公司的DSP微控制器，型号为 TMS320F2808; CAN总线通信模块4和CAN总线通信模块5为两个周立功公司的高速 CAN隔离收发器CTM1050;静态数据存储模块7、实时时钟模块8、电池与充电模块 9为集成了三个模块的深圳市兴威帆电子技术有限公司生产的时钟芯片 SD2201CLPI; GPS位置信息采集模块10为美国Trimble公司的GPS导航和授时接收 器Copernicus GPS、远程通讯模块12为华为公司的GSM模块GTM900、远程通讯天 线13为GSM天线、身份识别模块14为移动通信的SIM卡。
如图2所示，电源选择与自断电模块包括电源输入接口22、电源选择继电器 23、系统电监测光偶24、稳压电容25、继电器控制三极管26、快速回流二级管27 等；电源输入接口22包括三个端子，分别接所监控的工程机械的系统电S+(100)、 蓄电池电B+(101)、地G-(102);系统电S+(100)为车载蓄电池20的正极(+)经过系 统电源开关21后得到，当系统电源开关21断开时，系统电S+随即断电，蓄电池电 B+直接与车载蓄电池20的正极(+)连接，地G-与车载蓄电池20的负极(-)连接；系 统电S+连接到电源选择继电器23的常闭触点104，蓄电池电B+连接到电源选择继 电器23的常开触点103，使得默认情况下，所述装置的电源与蓄电池电B+断开， 所监控的工程机械停机系统不上电时，所述的装置也是关机的，不会消耗车载蓄 电池20的电；快速回流二级管27与电源选择继电器23的线圈并联，用于线圈放电， 保护电路；继电器控制三极管26的基极111由中央信号处理控制器3控制，集电极 110与电源选择继电器23的线圈一端106连接，用于放大中央信号处理控制器3输 出的控制信号，中央信号处理控制器3经过继电器控制三极管26控制电源选择继 电器23的线圈电压，进而可以控制选择常闭触点104或常开触点103，即自由选择系统电S+或蓄电池电B+给所述的装置供电；系统电监测光偶24分别连接到中央信 号处理控制器3与系统电S+输入端子，中央信号处理控制器3通过系统电监测光偶 24实时监测系统电是否有电，进而监控工程机械设备的开机与停机状态；稳压电容25正极(+)接电源选择继电器23的输出端105，负极(-)接地，用于从系统电到 蓄电池电切换时的电压缓冲，使电源选择切换过程平滑，不影响所述装置的内部 电路的正常工作。本实施例中，所述的电源选择继电器23为西门子公司的 G6B-2114P-US，系统电监测光偶24为TLP521-1，稳压电容25为35V1000uF的电解 电容，继电器控制三极管26为NPN型三级管2N5551，快速回流二级管27为FR07。
如图3所示，本实施例的电源管理与复位模块包括LM2596-5(30)、 TPS767D318(31)、 SPX1117-33(32) 、 1N4148(33)等;整个装置的内部电路共地， 地线图中未标出；LM2596-5的输入端201接电源选择与自断电模块l的电源选择继 电器23的输出端105; 24V的输入直流电压经过LM2596-5压降并稳压到5V; LM2596-5的5V输出端203分别连接到TPS767D318的输入端204、SPX1117-33的输入 端205、 1N4148的输入端206; TPS767D318有3个输出端207输出3. 3V用于提供中 央信号处理控制器3的DSPI0电，208输出1.8V用于提供中央信号处理控制器3的 DSP核电，209输出RST复位信号接到中央信号处理控制器3的RST复位引脚，用于 对系统上电复位与看门狗复位；SPX1117-33的输出端210输出3. 3V用于给GPS位置 信息采集模块10提供工作电平；1N4148是硅二极管，导通时具有0.6-0.8V的正向 压降，利用这个特性，5V正向通过1N4148输出211约为4. 2V，用于给GSM模块GTM900 供电；此外，LM2596-5输出的5V电平还用于给时钟芯片SD2201CLP (7、 8、 9)、 高速CAN隔离收发器CTM1050 (4、 5)供电。
所述的工程机械机载远程数据采集装置通过编程调试模块6与上位机电脑连 接，软件程序通过编程调试模块6下载烧写到中央信号处理控制器3 (TMS320F2808)中，并可以在线调试。
抚挖公司生产的QUY250A液压履带式起重机电控部分具有两路独立的CAN总 线，分别为柴油机与PLC主控制器间的CAN总线，记为CANA，以及力矩限制器的 CAN总线，记为CANB;上述的下载了软件程序的工程机械机载远程数据釆集装置 安装在控制柜内，CAN总线通信模块4接到CANA， CAN总线通信模块5接到CANB， GPS 天线由其磁铁吸盘固定在驾驶室顶上，朝天放置，GSM天线吸在驾驶室内壁上，
电源输入接口22的系统电S+与接车载蓄电池20的正极(+)经过系统电源开关21后 的系统电，地G-与任意电控系统的地线连接；如上安装后，即可正常工作了。
下面以上述安装的工程机械机载远程数据采集装置的远程数据采集过程为实施例，进一步说明本发明的工程机械机载远程数据采集方法
采集的参数包括来自CANA的ID与对应参数ID1 (柴油机总工作时间、柴 油机总工作转数)、ID2 (柴油机转速)、ID3 (冷却水温、机油温度)、ID4 (冷却 水液位、机油压力、机油液位)、ID5 (燃油液位、液压油温)、ID6 (伺服压力、 主泵压力)，ID7 (柴油机故障代码)；来自CANB的参数ID8 (额定起重量、实际 起重量、负载率)、ID9 (主臂长度、主臂角度、工作半径、起升高度)、ID10 (塔 臂长度、塔臂角度)、ID11 (风速)、ID12 (力矩限制器故障代码)；以及GPS经纬 度数据；
本实施例设定发送周期为20秒，CANA与CANB采集周期设置为相同，中速采 集周期均为20秒，快速采集周期为5秒，慢速采集周期为60秒，GPS采集周期600 秒(即IO分钟，发送周期的30倍)；
具体参数与对应采集周期分配如下
CANA快速ID2 (柴油机转速)；
CANA中速ID4 (冷却水液位、机油压力、机油液位)、ID5 (燃油液位、液 压油温)、ID6 (伺服压力、主泵压力)，ID7 (柴油机故障代码)；
CANA慢速ID1 (柴油机总工作时间、柴油机总工作转数)、ID3 (冷却水温、 机油温度)、
CANB快速ID8 (额定起重量、实际起重量、负载率)； CANB中速:ID11 (风速)、ID12 (力矩限制器故障代码); CANB慢速ID9 (主臂长度、主臂角度、工作半径、起升高度)、ID10 (塔臂 长度、塔臂角度)；
上述ID号与周期以及对应关系，都保存在时钟芯片SD2201CLPI的静态数据存 储器7中。
上述的QUY250A液压履带式起重机开机，系统上电后，上述工程机械机载远 程数据采集装置也随即上电开机，数据采集与远程数据传输过程，如图4所示， 包括以下步骤
1000. 起重机开机，系统电S+上电；
1001. 系统电S+通过电源选择继电器23的常闭触点104，使装置上电， TPS767D318的209输出RST复位信号到中央信号处理控制器(DSP) 3的RST复位引 脚，使DSP上电复位，程序开始自动运行；
1002. 程序初始化与自检；
1003. 读静态数据存储器7的预设配置，并根据配置初始化CANA与CANB的邮 箱，以及中断及设置发送周期、采集周期，以及GPS采集周期等；
1004. 读静态数据存储器7中的远程监控中心服务器的IP地址与端口号，并 根据此IP地址与端口号，通过移动通讯模块GTM900及GSM天线，经过移动通讯网 络与远程监控中心服务器建立数据通讯连接；
1005. 按上述设定的采集周期，每个ID号，每个对应采集周期采集一条数据， 并保存到缓冲区，每个GPS周期采集一条GPS定位数据与授时数据，将GPS定位数 据保存到缓冲区，同时授时数据对时钟芯片SD2201CLPI的实时时钟模块8的时间 进行重新设置与校正；
1006. 每秒判断一次，发送周期是否到了？如果未到，转到1005继续采集； 如果发送周期到了，转1007;
1007. 从时钟芯片SD2201CLPI的实时时钟模块8读取当前实时时间；
1008. 将实时时间与本周期采集到的缓冲区内的数据打成一个数据包，通过 GPRS方式，发送到远程监控中心服务器；
1009. 清空缓冲区，复位发送周期，重新计时；
1010. 判断系统是否停机标记，如果没有停机，转到1005，继续重复下一个 发送周期的数据采集，如果系统已经停机，转到1011;
1011. 控制电源选择继电器23的线圈，将触点由常开端103切换到常闭端104， 即切断蓄电池的供电，将供电电源从车载蓄电池电切换到系统电；
1012. 装置断电关机。
所述的步骤1005，还进一步包括判断采集到的GPS数据与授时数据的有效 性，如果数据无效，则不发送也不对实时时钟校正；
如图5与图4所示，当起重机停机，上述装置的延时自断电过程，还进一步包 括如下步骤
2000. 起重机系统停机；
2001. 系统电S+断开，系统电监测光偶24监测到系统电从高电平降为低电平， 触发外部中断程序；
2002. 中断程序中，立即控制电源选择继电器23的线圈，将触点由常闭端104 切换到常开端103，将供电电源从系统电切换到车载蓄电池电，由于稳压电容25 的缓冲作用，电源选择切换过程不会影响中央信号处理控制器3的程序连续运行；
2003. 将系统停机的标志标记为已经停机；
2004. 退出中断程序；
3000.延时，DSP的主程序继续正常运行；当执行完步骤1009，即发送完最 后采集到的数据到远程监控中心服务器，转到步骤1010;
1010. 判断系统停机的标志位，这时，判断结果为已经停机，所以转到步骤
1011;
1011. 控制电源选择继电器23的线圈，将触点由常开端103切换到常闭端104， 即切断蓄电池的供电，将供电电源从车载蓄电池电切换到系统电；
1012. 装置断电关机。
上述步骤即为延时自断电的过程，保证了对起重机从开机到停机的整个运行 过程的状态参数数据的完全采集。
当所述的工程机械机载远程数据采集装置接收到短信或GPRS方式发来的远 程控制命令,包含CAN总线号、ID号、命令数据等信息，按照协议解析，以此ID 号，向CAN总线发送命令数据，如"ftRMS;RC;A;lFE:AFFFFlllllllllll*"，即向 CANA总线以ID号为1FE发送数据AFFFF11111111111;实现对CAN总线的远程控制。
上述的CAN总线数据采集的ID号与相应采集周期，以及GPS采集周期、发送周 期、远程监控中心服务器的IP地址与端口号等保存在时钟芯片SD2201CLPI的静态 数据存储器7中，可以通过短信或GPRS方式远程修改设置，满足不同信号，不同 工程机械设备不同特征参数监控的要求，使之具有很高的兼容性与易扩展性。
以上参照本发明的具体实施方式
的实施例描述了本发明，但并不是对本发明 的限制，本领域的普通技术人员按照本发明的精神而所作的等同变化与修饰，都 属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种工程机械机载远程数据采集装置，包括中央信号处理控制器、远程通讯模块、身份识别模块、GPS位置信息采集模块、两个CAN总线通信模块、实时时钟模块、电池与充电模块、静态数据存储模块、电源选择与自断电模块、电源管理与复位模块、编程调试模块、GPS天线、远程通讯天线，其特征在于，所述的身份识别模块和远程通讯天线分别与远程通讯模块连接，远程通讯模块与中央信号处理控制器通过串口连接；所述的中央信号处理控制器通过两个CAN总线接口分别与两个CAN总线通信模块连接，用于与工程机械设备的CAN总线通信；所述的GPS天线与GPS位置信息采集模块连接，GPS位置信息采集模块与中央信号处理控制器通过串口连接；所述的电池与充电模块由可充电电池与充电电路组成，可充电电池与实时时钟模块连接，在所述的工程机械机载远程数据采集装置断电关机时，由可充电电池给实时时钟模块供电，保证其准确的计时，整个装置上电后，充电电路给可充电电池充电，使可充电电池长期保持足够的电压；所述的实时时钟模块，能自动计时，并能提供包括年、月、日、小时、分钟、秒、星期这些时间信息，该模块与中央信号处理控制器通过I2C总线连接，用于给实时采集的状态数据提供时间标签；所述的静态数据存储模块，为掉电数据不丢失的数据存储芯片，与中央信号处理控制器通过I2C总线连接，用于存储服务器IP地址、模块号、CANID号、采集周期、发送周期这些可配置的静态参数；所述的电源选择与自断电模块，用于选择所监控的工程机械的车载蓄电池电或系统电作为供电方式，实现当所监控的工程机械的系统开机时，装置随系统电同时得电运行，当系统停机时，装置切换到车载蓄电池供电继续正常工作，延时设定时间后，再自动控制断电；所述的电源管理与复位模块，与其它各模块均有连接，用于从电源选择与自断电模块获取电源，并转化为各模块所需要的工作电压，以及给中央信号处理控制器提供上电复位信号与看门狗复位信号；所述的编程调试模块与中央信号处理控制器连接，用于上位机对整个装置的编程与调试；上述电源选择与自断电模块从所监控的工程机械车载电源获得电源，并把电传给电源管理与复位模块，电源管理与复位模块将电源转化为电平给各模块供电，所监控的工程机械系统上电开机时，电源管理与复位模块给中央信号处理控制器提供上电复位信号，随即中央信号处理控制器内部程序自动运行，按照事先编写的数据采集程序，中央信号处理控制器通过I2C总线读取静态数据存储模块内的静态参数，通过CAN总线接口由两个CAN总线通讯模块采集所监控工程机械的状态数据，通过I2C总线读取实时时钟模块的时间，GPS位置信息采集模块通过GPS天线，接收GPS定位卫星的GPS定位数据与授时信号，并通过串口发送给中央信号处理控制器，中央信号处理控制器对采集到的状态数据和GPS定位数据，以及时间数据，进行解析、压缩、打包预处理，再通过串口将预处理后的数据发送到远程通讯模块，远程通讯模块通过身份识别模块和远程通讯天线与远程监控中心建立无线数据通信连接，并把从中央信号处理控制器接收到的数据发送到远程监控中心，实现实时远程数据采集，远程通讯模块通过身份识别模块与远程通讯天线接收远程监控中心的控制命令，并通过串口发送给中央信号处理控制器，中央信号处理控制器对控制命令解析，修改静态数据存储模块内的静态参数，或经过CAN总线通讯模块发送控制数据到所监控工程机械的CAN总线，实现远程控制，整个装置断电关机后，电池与充电模块的电池给实时时钟模块继续供电，使实时时钟模块的计时不中断。
2、根据权利要求1所述的工程机械机载远程数据采集装置，其特征是，所述的电源选择与自断电模块包括电源输入接口、稳压电容、电源选择继电器、快速回流二级管、继电器控制三极管、系统电监测光偶，其中所述电源输入接口包括三个端子，分别接所监控的工程机械的系统电、蓄电池电、地，系统电连接到电源选择继电器的常闭触点，蓄电池电连接到电源选择继电器的常开触点，使得默认情况下，真个装置的电源与蓄电池电断开，所监控的工程机械停机系统不上电时，整个装置也是关机的；所述快速回流二级管与电源选择继电器的线圈并联，用于线圈放电，保护电路；所述继电器控制三极管的基极由中央信号处理控制器控制，集电极与电源选择继电器的线圈一端连接，用于放大中央信号处理控制器输出的控制信号，中央 信号处理控制器经过继电器控制三极管控制电源选择继电器的线圈电压，进而控 制选择常闭触点或常开触点，即自由选择系统电或蓄电池电给整个装置供电；所述系统电监测光偶分别连接到中央信号处理控制器与系统电输入端子，中 央信号处理控制器通过系统电监测光偶实时监测系统电是否有电，进而监控所监 控的工程机械的开机与停机状态；所述稳压电容正极接电源选择继电器的输出端，负极接地，用于从系统电到 蓄电池电切换时的电压缓冲，使电源选择切换过程平滑，不影响整个装置的内部 电路的正常工作。
3、 根据权利要求1所述的工程机械机载远程数据采集装置，其特征是，所 述编程调试模块包括JTAG接口与串口 ， JTAG接口 一端与中央信号处理控制器的 JTAG 口连接，另一端与上位机的仿真器连接，串口一端经过TTL/RS232电平转 换芯片与中央信号处理器的一个串口连接，另一端与上位机的RS232串口连接。
4、 一种工程机械机载远程数据采集方法，其特征在于，包括如下步骤 第一步，设置一个发送周期；第二步，为两路CAN总线的状态参数分别设置快速、中速、慢速三种数据采集周期，每个状态参数选择其中一种采集周期；第三步，为GPS定位数据采集设置一个GPS采集周期；第四步，对每个状态参数在其对应的采集周期内采集一条数据；第五步，每个GPS采集周期通过GPS位置信息采集模块采集一条GPS定位数据与授时数据，同时授时数据对实时时钟模块的实时时钟校正；第六步，每个发送周期到了，从实时时钟模块读取实时时钟，作为时间标签；然后，将第四步采集到的状态参数与第五步采集到的GPS定位数据，以及时间标签打成数据包，通过远程通讯模块，以移动通讯数据业务方式发送到远程监控中心；第七步，重复第四步到第六步，如果所监控的工程机械系统停机，触发中断， 转到第八步；第八步，控制电源选择与自断电模块，将供电电源从系统电切换到车载蓄电 池电；第九步，延时2个发送周期；第十步，控制电源选择与自断电模块，将供电电源从车载蓄电池电切换到系 统电；第十一步，断电关机，数据采集结束。
5、 根据权利要求4所述的工程机械机载远程数据采集方法，其特征是，第二 步中，所述的中速采集周期与第一步所述的发送周期相同，中速采集周期是快速 采集周期的倍数，慢速采集周期为中速采集周期的倍数，两路CAN总线的三种采 集周期分开独立设置，这样总共有6种可配置的数据采集周期，根据其信号特点 配置为其中的一种采集周期。
6、 根据权利要求4所述的工程机械机载远程数据采集方法，其特征是，第 三步中，所述的GPS采集周期，为第一步所述的发送周期的倍数，将GPS采集周 期设置为发送周期的10到100倍。
7、 根据权利要求4所述的工程机械机载远程数据采集方法，其特征是，第 四步中，对采集到的CAN总线状态数据的解析与编码压縮预处理。
8、 根据权利要求4所述的工程机械机载远程数据采集方法，其特征是，第六 步中，所述的时间标签由实时时钟模块提供，每个发送周期读取一次实时时钟模 块的时间作为数据包的时间标签，如果某个参数每个发送周期包含多个采集周期 采集到的数，则监控中心服务器解析时，通过相应采集周期计算出每个发送周期 中的多个数据的真实采集时间。
9、 根据权利要求4所述的工程机械机载远程数据采集方法，其特征是，所述 第八步到第十一步为延时自断电过程，所述的延时自断电，指所监控的工程机械 系统停机时，所述的装置延时两个发送周期，把最后停机过程的数据都发送成功 后，再自动控制断电。
全文摘要
本发明公开一种工程机械机载远程数据采集装置与方法。所述装置包括中央信号处理控制器、远程通讯模块、身份识别模块、GPS位置信息采集模块、两个CAN总线通信模块、实时时钟模块、电池与充电模块、静态数据存储模块、电源选择与自断电模块、电源管理与复位模块、编程调试模块等；所述方法包括具有一个发送周期与多种可配置且可选择的采集周期，时间标签由实时时钟模块提供，实时时钟模块的实时时钟由GPS授时时钟校正，延时自断电，GPS经纬度信息采用独立的较长的采集周期；本发明所述的装置与方法具有很高的普适性、兼容性与易扩展性，能满足基于CAN总线的各种工程机械远程状态数据采集的需要。
文档编号G05B19/418GK101206478SQ200710172150
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者何创新, 刘成良, 李彦明, 杨海滨 申请人:上海交通大学