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1、 叉车远程监控系统的设计与实现 李明Abstract： Forklift is an important construction machinery， used for loading， unloading and stacking of goods to meet the needs of short-distance transportation. The operation of the forklift directly affects the life safety of the operators. If the forklift is overturned and easy t
2、o cause safety accidents， the forklift needs to be operated. The situation is monitored in real time and effective preventive measures are taken. This article first analyzes the requirements of the forklift remote monitoring system， and conducts an in-depth discussion on the overall scheme design， v
3、ehicle control system design， network transmission module design， and remote monitoring platform design for reference by relevant personnel.Key： 叉车;监控系统;数据采集与处理;物联网Key words： forklift;monitoring system;data acquisition and processing;Internet of Things：TH122 ：A ：1674-957X（2022）04-0227-030 引言工程机械产品可靠
4、性直接影响市场竞争力，而叉车产品对可靠性、安全性有着更高的要求。需要叉车远程监控系统具有数据采集准确性和可靠性、高稳性、实时性、平台易用性，可用于对强化试验结果的判断，保证远程监控系统可靠、稳定运行，实时查看叉车运行情况，系统界面设计符合工作人员使用习惯，可根据需要对保养信息、特殊停机信息等进行实时录入，将数据信息和运行参数以图像或表格方式展示出来。1 叉车远程监控系统需求分析叉车远程监控系统需要具备准确性、可靠性，可以采集叉车整机运行情况，识别叉车是否满足运行要求，起重量、行驶速度是否超限，驾驶人员是否按照规定打开或关闭转向灯，能否按操作规程要求运输载荷并输送至指定高度，运行至坡道位置时是否
5、进行停车制动。还要求具备高稳定性，确保监控系统可靠运行，避免出现数据丢包现象，保证数据传输稳定性。要求监控系统具备较强实时性，可以远程查看叉车运行状态，根据要求对叉车进行监控。较强的平台易用性，要求平台人机界面设计应该符合工作人员使用习惯，具良好的交互性。具备较好的通用性、灵活性，监控平台可以根据使用需要进行移植，可应用到其它工程机械中，可以远程对数据信息进行调用，查看故障信息、保养信息、停机原因等，也可以将运行信息建立表格打印出纸质报表。监控系统应该功能完善，远程监控平台可以对叉车实际运行情况进行查看，还可以将采集到的信息进行存储和分析，通过图表方式将数据以更为直观的方式展示出来。2 叉车远
6、程监控系统总体方案设计叉车远程监控系统收车载控制系统、GPRS网络、服务器和监控终端构成，车载系统采用STM32芯片和传感检测模块进行开发，是远程监控系统底层，对叉车运行数据信息进行处理，网关模块将车载系统与远程平台实现数据交互，将多台叉车运行信息通过网络传送至远程监控平台，平台是针对用户进行研发，将上传数据信息进行存储、统计和分析，通过人机界面显示出来。系统采用浏览器/服务器模式，浏览器作为用戶与监控平台交互渠道，采用JavaScript进行开发，可实现监控、录入、导出和历史回放等功能。3 车载控制系统设计数据采集和处理作为车载控制系统的主要功能，是由网络中继模块、电源模块、倾斜检测模块、角
7、度检测模块、发动机状态、上位机等构成。网络中继模块是由多个传感器模块构成，采用ATmega8芯片及外围电路构成，可对转向灯、手刹、负载等信息进行采集，定义数据位功能和数据格式，对采集到信号处理后通过RS485端口给数据采集处理系统，中继模块与数据采集系统间以主控询问方式实现通讯，先发给网络中继盒地址码、功能码等5个字节，中继回复地址码、功能码、数据长度等7字节信息，可以将叉车运行状态、发动机转速等传给主控。数据采集与处理模块采用STM32芯片，可以与上位机、电源管理模块、语音播报模块等进行数据交互，将数据信息以Modbus协议通过网关进行上传，远程监控平台对数据进行实时显示与存储。上位机采用1
8、7寸触摸屏，通过USB接口与STM32芯片进行通讯，工作人员可以在触摸屏中输入车辆识别码进行匹配，在空载、满载情况下对叉车轮距进行校准，界面中将叉车运行速度、方向、位置等信息进行实时显示。电源模块可对系统电源进行管理，避免叉车电压和系统电压出现不稳定现象。4 网络传输模块的设计远程监控系统离不开稳定、可靠的网络传输模块，可将通讯网络与车载控制系统传感网络进行融合，确保底层传感数据可以进行互联。监控平台需要将叉车运行轨迹进行实时描述，数据采集系统要求0.1s上传一次数据，而数据信息量大，当前网络传输速度还达不到物联网数据传输要求，存在的网络延迟问题需要采用更为高效、简洁的通信协议。4.1 MQT
9、T协议为了将所有联网设备与外设进行连接，可以采用MQTT协议。该协议是一种广泛用于传感器与驱动器数据交互，已经成为物联网协议重要构成部分，是轻量级发布/传输协议，架构在TCP协议以上，为应用层协议，有客户端、代理端，客户端相互间不可以进行数据传输，需要由某客户端向代理端发出标识消息，代理端进行回复且将获取到数据信息推送至同样消息标识客户端。从本质上来看，是一种异步通信方式，可以减小消息发布者与订阅者的耦合度，也就是不需要得到准确IP地址及端口号，不需要同时在线，进行数据通讯时应用异步回调机制，可以满足灵活多变的物联网领域，由协议实现交换最小化，可以有效减少网络流量。该协议控制报文由固定报头、可
10、变报头、有效载荷等构成，分配给固定报头2字节，Message字节可以设置14种消息传输类型，Qos设置有三种级别，进行数据传输时，系统会随着级别的提升而增加负荷。可变报头与有效载荷长度最大可达到256MB，比HTTP协议有着更小的流量开销，同时，在进行报文传递时会对有效载荷载进行屏蔽，这样就可以兼容所有数据类型，可更好地应用于物联网环境中。4.2 网络传输模块的选取由于MQTT协议具有很好的优越性能，网关传输模块可以采用Modbus转MQTT网关，数据采集与数据处理模块相互间通过RS485接口进行交互，网关采用GPRS模块、4G/LTE模块、WIFI模块等，可采用不同方式进行数据信息的传送。数
11、据采集与处理模块将RS485端口定义为采用Modbus协议，数据信息通过网关对安装于服务器端MQTT代理模块发送叉车实时运行信息、发动机信息等，服务器端向MQTT代理模块获取叉车相关信息，并向车载控制系统、远程监控平台发送数据。5 远程监控平台设计5.1 核心技术Node Js作为将Chrome浏览器作为基础，采用JavaScript建立起可以满足网络服务和应用的环境。该技术可以实现单线程、时间循环，很多API都以事件、异步编程作为基础，可以结合开发需要注册回调函数，依次放进时间循环队列，如果受到事件触发可以从队列中取出进行回调。代码可以采用无阻塞方式来执行，确保系统资源可以得到更好地利用。在
12、叉车远程监控平台每个模块实现方面，例如，对叉车信息进行修改，获取叉车场地信息等场景接口，均采用Node Js来实现。Express框架为当前针对Node Js二次封装高效框架，已经在很多系统开发中得到应用，由于具备诸多特性可以进行快速开发，该框架具有很灵活的扩展机制，应用更为简便，支持路由、多模块，具体的特性有：高效率开发。针对Node Js进行二次封装，Express可以为其提供更多技术成熟的接口，研发人员不必进行底层开发即可以采用接口函数，有着更好的开发效率。扩展机制完善。利用自身具备的扩展机制来引入、兼容其它功能模块，可以减少研发人员工作量。易操作性。搭建功能模块更为简易，通过调用函数、
13、赋值等操作即可实现。数据库是将数据信息根据特定规则进行排列，为带有共享性的数据集合。数据库集成在计算机内，通过遵守特定规则数据组织用于对数据信息进行长期存储，通过特定语法来对数据信息进行增添、删减、修改、查找等操作，对数据库内信息进行控制。叉车远程监控平台，通过数据库对采集到的数据信息进行长期存储，便于管理人员进行查询。远程监控平台采用Sql数据库技术，按照叉车远程监控需要，划分為车辆基础信息、运行信息和录入信息三部分，按照每个数据库不同范围，结合实际要求为每个数据库创建系列表，叉车场地信息表主键、项目编号、场地名称和编号、负责人姓名等信息均可由表进行创建。5.2 平台系统架构远程监控平台逻辑
14、与页面采和JavaScript、HTML等多种技术来实现，以BOOSTRAP框架实现页面静态效果，通过CSS对页面进行排版，利用Jquery库技术用于页面与人员交互。后台模块接口应用Node Js及Express来为系统提供框架，可以实现对监控项的增删操作，将数据信息与数据库进行关联，做到数据库的动态存储。5.3 功能模块设计用户管理模块基于WEB技术，可以在数据库系统内存储海量数据，通过监控系统实现数据共享，但需要保证数据信息的安全性，给予不足用户不同的权限，实现对数据信息操作权限的管理。用户认证为最外层安全保护，没有进行注册和审核的人员无限登陆、操作，进入系统要进行身份验证，成功后分配给不
15、同使用权限。新人员进行注册时需要提交用户名、密码、性别、部门等信息，可以实现对用户的有效管理，管理员可以对无效用户进行删除操作。故障数据管理模块可用于叉车故障信息管理，远程客户端数据通过网络将数据传至后台处理和加工，按照数据类型存入数据库对应表内。录入子模块将叉车编号、故障时期、故障部位与类型、故障模式、现象和原因等提交数据库保存，对故障时间进行计算方可以存入数据表内，这是因为数据采集时减少工作量，没有对故障时间进行计算，需要通过录入子模块完成。数据修改子模块，可以对录入数据的错误进行纠正，减小由于错误引起的分析误差。查询子模块可以对输入数据进行查询和浏览，数据库内的信息比较全面，而对于用户需
16、求信息，只有调用查询模块才能进行有条件查询，实现数据查询的便利。可靠性模块可对整机和系统进行分析，有利于了解设备寿命规律，预测故障时间间隔和运行情况。采用最小二乘法对指数分布、威布尔分布进行拟合处理，对监测到数据信息进行处理，叉车寿命周期参数进行预测，将可靠性故障數据录入数据库，建立起故障函数拟合图，确定出寿命临界值为12000h，约为8年使用时间。统计分析模块可能故障部位、模式和类型进行分析，深入分析叉车故障运行情况，查找出故障模式和原因。故障部位分析用于确定故障多发点，对故障部位进行合理划分，根据叉车特点和监测到故障数据进行研究，故障部分发生概率从高到低分别为液压件、电气件、附件、传动件、转向件、车身、制动件和工作装置。故障模式统计根据失效模式来确定，根据叉
