專(zhuān)利名稱(chēng)：工程機(jī)械車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的鑿巖鉆車(chē)車(chē)載終端裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦山機(jī)械、工程機(jī)械車(chē)輛、大型裝備制造領(lǐng)域，涉及一種具有聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)化控制功能的鑿巖鉆車(chē)車(chē)載終端裝置。
背景技術(shù)：
工程機(jī)械車(chē)輛包括挖掘機(jī)、旋挖鉆機(jī)、鑿巖鉆機(jī)、裝載機(jī)、起重機(jī)、壓樁機(jī)、壓路機(jī)、 推土機(jī)等等各種工程車(chē)輛，屬于高端裝備制造業(yè)。在重大工程建設(shè)、礦山開(kāi)采等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，工程機(jī)械車(chē)輛的發(fā)展趨勢(shì)是自動(dòng)化、電子化、智能化、信息化。當(dāng)前現(xiàn)有工程機(jī)械車(chē)輛在控制自動(dòng)化、人機(jī)交互顯示等方面都有不足，導(dǎo)致機(jī)器控制復(fù)雜，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能按需求顯示，這都給操作人員帶來(lái)一定困難；同時(shí)當(dāng)前現(xiàn)有工程機(jī)械車(chē)輛的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信、車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)控制等功能都不太完善，管理人員無(wú)法及時(shí)掌握車(chē)輛信息并對(duì)車(chē)輛進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，不能夠有效地管理聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工程機(jī)械車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的鑿巖鉆車(chē)車(chē)載終端裝置。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種工程機(jī)械車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的鑿巖鉆車(chē)車(chē)載終端裝置，它主要由主處理器板與從處理器板通過(guò)CAN總線(xiàn)相連組成；其中，所述主處理器板包括主處理器、SPI FLASH, NAND FLASH、DDR芯片、2G/3G通信模塊、GPS模塊、 顯示模塊、傾角傳感器和電源模塊等；SPI FLASH、NAND FLASH、DDR芯片、2G/3G通信模塊、 GPS模塊、顯示模塊、傾角傳感器和電源模塊均與主處理器相連；所述從處理器板包括從處理器、控制模塊、開(kāi)關(guān)量采集模塊、模擬信號(hào)采集模塊、傾角傳感器、鑿巖孔深測(cè)量模塊和電源模塊等；所述控制模塊、開(kāi)關(guān)量采集模塊、模擬信號(hào)采集模塊、傾角傳感器、鑿巖孔深測(cè)量模塊和電源模塊均與從處理器相連。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明工程機(jī)械車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的鑿巖鉆車(chē)車(chē)載終端裝置創(chuàng)新地使用了雙處理器系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了聯(lián)網(wǎng)車(chē)載終端的抗干擾能力，并保證控制的實(shí)時(shí)性要求，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、聯(lián)網(wǎng)控制和人機(jī)交互顯示等功能，提高鑿巖鉆車(chē)系統(tǒng)的自動(dòng)化和信息化水平。本發(fā)明的車(chē)載終端也適用于其它用途的工程作業(yè)車(chē)輛，具有廣泛的應(yīng)用，是未來(lái)工程車(chē)輛車(chē)載終端的發(fā)展方向。


圖1為工程車(chē)輛終端及服務(wù)器連接示意圖； 圖2為主處理器板硬件框圖3為主處理器與顯示模塊的連接示意圖； 圖4為主處理器板工作流程圖； 圖5為正常工作狀態(tài)下主處理器板工作流程圖；圖6為程序維護(hù)狀態(tài)下主處理器板工作流程圖； 圖7為從處理器板硬件框圖； 圖8為1路輸出控制電路原理圖； 圖9為1路開(kāi)關(guān)量采集電路原理圖； 圖10為1路電阻型模擬信號(hào)采集電路原理圖； 圖11為1路電壓型模擬信號(hào)采集電路原理圖； 圖12為1路電流型模擬信號(hào)采集電路原理圖； 圖13為從處理器板工作流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。1.系統(tǒng)整體框架
如圖ι所示，本發(fā)明車(chē)載終端裝置主要由主處理器板與從處理器板通過(guò)CAN總線(xiàn)相連組成。主處理器板負(fù)責(zé)建立和維護(hù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接、GPS定位、人機(jī)交互顯示、鑿巖鉆車(chē)車(chē)身傾角數(shù)據(jù)采集和程序維護(hù)等功能。從處理器板負(fù)責(zé)鑿巖鉆車(chē)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)量和模擬信號(hào)的采集、控制鑿巖鉆車(chē)動(dòng)作的開(kāi)關(guān)量的輸出以及鑿巖鉆車(chē)鉆臂傾角數(shù)據(jù)和鑿巖孔深數(shù)據(jù)的采集處理。并將鑿巖鉆車(chē)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給主處理器板。主處理板和從處理器板之間采用CAN總線(xiàn)連接。主處理器板與服務(wù)器之間建立遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接。本發(fā)明采用雙處理器架構(gòu)的目的是將鉆車(chē)的控制系統(tǒng)與車(chē)載終端裝置的其他部分隔離開(kāi)來(lái)，減少其他部分對(duì)控制系統(tǒng)的干擾，保證鑿巖鉆車(chē)控制系統(tǒng)的正常工作。2.主處理器板的硬件系統(tǒng)
圖2說(shuō)明主處理器板的硬件結(jié)構(gòu)，主處理器板包括主處理器、SPI FLASH,NAND FLASH、 DDR芯片、2G/3G通信模塊、GPS模塊、顯示模塊、傾角傳感器和電源模塊；其中，SPI FLASH、 NAND FLASH,DDR芯片、2G/3G通信模塊、GPS模塊、顯示模塊、傾角傳感器和電源模塊均與主處理器相連。如圖2所示，主處理器Ull可以采用ADI公司的ADSP-BF54X DSP芯片，但不限于此。ADSP-BF54X系列處理器支持多達(dá)4個(gè)同步串行端口，多達(dá)2個(gè)CAN總線(xiàn)接口，多達(dá)152 個(gè)通用IO端口，支持16位或M位IXD屏接口，支持USB接口等。GPS模塊通過(guò)RS232接口與主處理器Ull的UARTl端口相接，主處理器Ull通過(guò) GPS模塊獲取鑿巖鉆車(chē)的位置信息。2G/3G通信模塊通過(guò)RS232接口或USB接口與主處理器Ull的UARTO或USB端口相接，主處理器Ull通過(guò)2G/3G通信模塊建立和維護(hù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接。2G/3G模塊與GPS模塊可以采用SIMCOM公司的SIM5X8C系列模塊設(shè)計(jì)，但不限于此。傾角傳感器用來(lái)測(cè)量車(chē)身的傾斜角度，通過(guò)RS485接口與主處理器Ull的UART2 端口相接。主處理器Ull的UART3端口配置為RS232接口，程序維護(hù)時(shí)可以與電腦端串口相連接。DDR芯片U15可以采用MICRON公司的MT46V32M16系列芯片，但不限于此；NAND FLASH U14可以采用SAMSUNG公司的K9F2G08U0A系列芯片，但不限于此；SPI FLASH U13可以采用STMicroelectronics公司的M25P80系列芯片，但不限于此。如圖3所示，顯示模塊包含一塊IXD屏和一個(gè)按鍵鍵盤(pán)。IXD屏分辨率為640 X 480，是數(shù)字接口。主處理器Ull輸出至IXD屏的有PPIODO- PPI0D17共18根數(shù)據(jù)線(xiàn)、 PPI0CLK時(shí)鐘線(xiàn)以及PPI0FS1、PPI0FS2行場(chǎng)同步線(xiàn)，IXD屏幀率可調(diào)節(jié)。主處理器Ull的 PPI1D8-PPI1D15共8個(gè)引腳被配置為KeyPad輸入模式，用于連接按鍵鍵盤(pán)，最多可以組成 4X4的按鍵鍵盤(pán)。IXD屏可以采用友達(dá)公司的G057VN01V1系列芯片，但不限于此。按鍵鍵盤(pán)為普通矩陣式掃描鍵盤(pán)。圖4說(shuō)明主處理器板的工作流程。上電后主處理器Ull進(jìn)行初始化，包括外圍模塊初始化配置，關(guān)鍵信息讀取、建立與外圍模塊的通信與數(shù)據(jù)傳輸。初始化后檢測(cè)SWITCH 開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如果為高，則車(chē)載終端進(jìn)入正常工作狀態(tài)；如果為低，則車(chē)載終端進(jìn)入程序維護(hù)狀態(tài)。圖5說(shuō)明正常工作狀態(tài)下主處理器板工作流程。工作流程如下， (1)建立與服務(wù)器的遠(yuǎn)程連接。(2)顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面。(3)采集數(shù)據(jù)，包括GPS數(shù)據(jù)，車(chē)身傾角數(shù)據(jù)以及從處理器板通過(guò)CAN總線(xiàn)傳來(lái)的鑿巖鉆車(chē)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；處理數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否超出安全范圍，如果有則存儲(chǔ)報(bào)警信息。(4)更新顯示屏顯示的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如果有新的報(bào)警信息則顯示相應(yīng)報(bào)警信息。(5)接收并解析服務(wù)器傳來(lái)的遠(yuǎn)程命令。(6)處理遠(yuǎn)程命令，服務(wù)器傳來(lái)的遠(yuǎn)程命令包括三種類(lèi)型數(shù)據(jù)采集命令、參數(shù)修改命令、動(dòng)作控制命令，針對(duì)不同命令，主處理器板做不同處理。(7)檢測(cè)用于人機(jī)交互的按鍵輸入。(8)更新顯示畫(huà)面，然后再跳至第2步。圖6說(shuō)明程序維護(hù)狀態(tài)下主處理器板的工作流程。此時(shí)主處理器板應(yīng)與電腦端串口相連，主處理器Ull接收并解析串口命令，然后更新程序與本地參數(shù)。3.從處理器板的硬件系統(tǒng)
圖7說(shuō)明從處理器板的硬件結(jié)構(gòu)，從處理器板包括從處理器、控制模塊、開(kāi)關(guān)量采集模塊、模擬信號(hào)采集模塊、傾角傳感器、鑿巖孔深測(cè)量模塊和電源模塊；其中，控制模塊、開(kāi)關(guān)量采集模塊、模擬信號(hào)采集模塊、傾角傳感器、鑿巖孔深測(cè)量模塊和電源模塊均與從處理器相連。如圖7所示，從處理器U21可以采用STMicroelectronics公司的STM32F103X系列芯片，但不限于此。STM32F103X是一款基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，支持多達(dá)112個(gè)I/O端口，多達(dá)3個(gè)12位AD轉(zhuǎn)換器，支持USB接口與CAN總線(xiàn)接口?？刂颇K具有32路輸出控制電路，輸出的信號(hào)用來(lái)控制鑿巖鉆車(chē)做出相應(yīng)動(dòng)作； 開(kāi)關(guān)量采集模塊具有32路開(kāi)關(guān)量采集電路，用來(lái)采集接近開(kāi)關(guān)、按鈕開(kāi)關(guān)、撥動(dòng)開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)量信號(hào)，從處理器U21根據(jù)采集到的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。每一路輸出控制電路和每一路開(kāi)關(guān)量采集電路均與從處理器U21的IO引腳之間采用光耦器件相連，以減少外圍電路對(duì)從處理器U21的干擾，保證其正常工作。圖8和圖9分別為1路輸出控制電路原理圖和1路開(kāi)關(guān)量采集電路原理圖。如圖8所示，OUT端連接從處理器U21 IO引腳，KEY_ OUT端為控制輸出端，Ul為光耦器件。如圖9所示，IN端連接從處理器U21 IO引腳，KEY_ IN端可以連接接近開(kāi)關(guān)、按鈕開(kāi)關(guān)、撥動(dòng)開(kāi)關(guān)等，U2為光耦器件。圖8和圖9中所用光耦器件可用NEC公司的P2501光耦，但不限于此。
模擬信號(hào)采集模塊具有32路模擬信號(hào)采集電路，每一路模擬信號(hào)采集電路均與從處理器U21的AD端口相連。模擬信號(hào)采集電路一般有電阻型、電壓型和電流型三種采集電路，在本發(fā)明中，16路模擬信號(hào)采集電路被配置成6路電阻型采集電路、5路電壓型采集電路、5路電流型采集電路，用來(lái)采集鑿巖鉆車(chē)的電瓶電壓、油溫、水溫、排氣氣壓、柴油壓力等數(shù)據(jù)。圖10至圖12分別為1路電阻型模擬信號(hào)采集電路、1路電壓型模擬信號(hào)采集電路、 1路電流型模擬信號(hào)采集電路。如圖10至圖12所示，AIN1、AIN2、AIN3與從處理器U21 AD 端口相連，電阻型模擬信號(hào)采集電路可以根據(jù)不同傳感器輸入電阻范圍調(diào)整電阻R1、R2、R6 的值以滿(mǎn)足輸入要求，電壓型模擬信號(hào)采集電路可以根據(jù)不同傳感器輸入電壓范圍調(diào)整電阻R15、R16值以滿(mǎn)足輸入要求，電流型模擬信號(hào)采集電路可以根據(jù)不同傳感器輸入電流范圍調(diào)整電阻RM值以滿(mǎn)足輸入要求。圖中U3、U4、U5可以采用MICROCHIP公司的MCP6V02 運(yùn)算放大器，但不限于此。傾角傳感器通過(guò)RS485接口與從處理器U21的UARTO端口相連，用來(lái)測(cè)量鑿巖鉆車(chē)的推進(jìn)角度。鑿巖孔深測(cè)量模塊包含一個(gè)拉繩位移傳感器與相應(yīng)采集電路，通過(guò)測(cè)量拉繩位移傳感器的拉繩位移量來(lái)計(jì)算鑿巖孔深。鑿巖孔深測(cè)量模塊與從處理器U21的AD端口相連。圖13說(shuō)明從處理器板的工作流程。工作流程如下， (1)開(kāi)機(jī)初始化。( 2 )采集并處理數(shù)據(jù)，包括開(kāi)關(guān)量輸入數(shù)據(jù)、模擬信號(hào)輸入數(shù)據(jù)、鉆臂傾角數(shù)據(jù)以及鑿巖孔深數(shù)據(jù)；根據(jù)相應(yīng)輸入信號(hào)輸出控制信號(hào)。(3)將鉆車(chē)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送至主處理器板。(4)接收主處理器板通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送的已解析的遠(yuǎn)程動(dòng)作控制命令，并輸出相應(yīng)控制信號(hào)；然后再跳至第2步。4.電源模塊結(jié)構(gòu)
主處理器板和從處理器板的電源模塊采用相同設(shè)計(jì)，考慮到車(chē)載發(fā)電機(jī)組輸出的電源波動(dòng)和干擾，前端電源采用保護(hù)電路，抑制雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓等瞬態(tài)過(guò)電壓；熱敏電阻用于過(guò)流保護(hù)；共模電感用于消除共模干擾；二級(jí)管用于反向電壓保護(hù)。前端電源保護(hù)電路確保電源輸入端任何可能出現(xiàn)的干擾不會(huì)對(duì)后端電源電路產(chǎn)生影響。采用隔離電源模塊可以有效消除輸入電壓干擾，保證車(chē)載終端裝置的穩(wěn)定工作。5.整個(gè)車(chē)載終端裝置的工作流程如下
(1)鑿巖鉆車(chē)啟動(dòng)時(shí)，主處理器Ull與從處理器U21各自進(jìn)行初始化，包括外圍模塊初始化配置，關(guān)鍵信息讀取、建立與外圍模塊的通信與數(shù)據(jù)傳輸。(2)初始化完成后，主處理板檢測(cè)SWITCH開(kāi)關(guān)狀態(tài)，若開(kāi)關(guān)狀態(tài)為高，則車(chē)載終端進(jìn)入正常工作狀態(tài)。正常工作狀態(tài)下主處理器板完成以下功能
(A)建立并維護(hù)與服務(wù)器的遠(yuǎn)程通信。當(dāng)完成開(kāi)機(jī)初始化，主處理器板首先建立與服務(wù)器的遠(yuǎn)程連接，然后一直解析收到的服務(wù)器端命令并做相應(yīng)處理。服務(wù)器發(fā)送的命令包括三種類(lèi)型數(shù)據(jù)采集命令、參數(shù)修改命令、動(dòng)作控制命令。(B)采集與處理鑿巖鉆車(chē)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)包括主處理器板的GPS模塊數(shù)據(jù)，車(chē)身傾角數(shù)據(jù)以及從處理器板通過(guò)CAN總線(xiàn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)在LCD屏實(shí)時(shí)顯示，并判斷數(shù)據(jù)是否超過(guò)預(yù)先設(shè)置的安全值，如果超過(guò)則在LCD屏上顯示相應(yīng)報(bào)警信息。
(C)響應(yīng)按鍵輸入并在IXD屏上顯示相應(yīng)界面。IXD屏顯示的信息有鉆車(chē)工作模式，鉆車(chē)各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，鉆車(chē)當(dāng)前報(bào)警信息以及以往報(bào)警信息。操作人員可以使用按鍵切換不同的顯示界面。正常工作狀態(tài)下從處理器板完成以下功能
(A)采集開(kāi)關(guān)量輸入數(shù)據(jù)、模擬信號(hào)輸入數(shù)據(jù)、推進(jìn)角度數(shù)據(jù)以及鑿巖孔深數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)輸出控制電路完成相應(yīng)動(dòng)作控制。(B)將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給主處理器板；接收主處理器板通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送的已解析的遠(yuǎn)程動(dòng)作控制命令，并完成相應(yīng)動(dòng)作控制。(3)若SWITCH開(kāi)關(guān)狀態(tài)為高，則車(chē)載終端進(jìn)入程序維護(hù)狀態(tài)。此時(shí)主處理器板應(yīng)與電腦串口相連接，從處理器板不工作。主處理器板接收并解析串口命令，然后更新相應(yīng)程序與本地參數(shù)。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本發(fā)明保護(hù)范圍并不局限于此。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)范圍內(nèi)，均可對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖兓蜃兓?，而這種改變或變化都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種工程機(jī)械車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的鑿巖鉆車(chē)車(chē)載終端裝置，其特征在于，它主要由主處理器板與從處理器板通過(guò)CAN總線(xiàn)相連組成；其中，所述主處理器板包括主處理器、SPI FLASH、NAND FLASH、DDR芯片、2G/3G通信模塊、GPS模塊、顯示模塊、傾角傳感器和電源模塊等；SPI FLASH、NAND FLASH、DDR芯片、2G/3G通信模塊、GPS模塊、顯示模塊、傾角傳感器和電源模塊均與主處理器相連；所述從處理器板包括從處理器、控制模塊、開(kāi)關(guān)量采集模塊、模擬信號(hào)采集模塊、傾角傳感器、鑿巖孔深測(cè)量模塊和電源模塊等；所述控制模塊、開(kāi)關(guān)量采集模塊、模擬信號(hào)采集模塊、傾角傳感器、鑿巖孔深測(cè)量模塊和電源模塊均與從處理器相連。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種工程機(jī)械車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的鑿巖鉆車(chē)車(chē)載終端裝置。該車(chē)載終端裝置主要由主處理器板與從處理器板通過(guò)CAN總線(xiàn)相連組成，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信及車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)控制等功能；本發(fā)明的車(chē)載終端極大提高了鑿巖鉆車(chē)的自動(dòng)化、智能化及聯(lián)網(wǎng)服務(wù)水平，而且也適用于其它用途的工程作業(yè)車(chē)輛，具有廣泛的應(yīng)用，是未來(lái)工程車(chē)輛車(chē)載終端的發(fā)展方向。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102541037SQ20121003927
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者劉云海, 童辰辰, 蘇建林 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)