工程机械遥控设施设计与实现

《工程机械遥控设施设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、工程机械遥控设施设计与实现1绪论1.1课题研究背景及意义本课题是笔者在实习公司承担开发的一款工程机械遥控系统，该公司是专业从事嵌入式智能监控系统及相关设备研究、幵发、制造、销售的专业机构，其产品主要应用于建筑机械、起重机械、特种车辆、重型汽车行业。工程机械在我国高速的现代化建设中充当不可替代的角色，随着我国经济的持续高速发展⑴，国家不断加大在公路、轨道交通和水利水电等基础设施建设领域的投资力度，与此同时，房地产业的火爆和如火如荼的城镇化建设进程都伴随着工程机械的广泛应用，同时也推动着工程机械行业的发展，而且在自然地质灾害或事故中大型工程机械设备

2、成为救援的中坚力量[2]。所以，拥有工程机械先进技术自主知识产权成为国内行业各企业需要解决的燃眉之急。然而经过多年的发展，国内企业对于作为工程机械制造基础技术的机械和液压技术的研究已经相对成熟，各企业的产品在这两方面已经幵始趋于同质化⑴。在此背景下，各企业开始将目光转向工程机械产品的信息化和智能化领域。无线遥控技术作为信息化的一个重要方面，不仅可以提升产品的竞争力，同时也为操作人员使用工程机械提供了便利和安全保障。工程机械的施工对象通常为重型建材(钢筋、混凝土、石料及泥沙等），在福岛核电站事故救援中甚至还存在放射性威胁，因此工程机械的作业环境一

3、般较为恶劣，严重时会造成生命和财产损失。此外，当前工程机械的操作大都是由作业人员在驾驶室内对控制面板进行操作，由于驾驶室环境封闭、视野狭小，很难对整个施工现场的状况有清楚的全局把握，当出现机械臂或其他物体遮挡住作业人员与施工地点之间的视线时，容易降低施工效率，若加之现场指挥配合不当，严重时甚至导致施工事故的发生因此，无线遥控技术的应用可以彻底解决上述问题，使作业人员不必受驾驶室的约束，可以自由地在施工现场走动观察并对工程机械进行遥控，从而提高作业效率和安全性。1.2国内外发展现状截至目前，我国对于工程机械领域无线遥控系统的研发制造仍然很少，工程

4、机械主要使用的还都是市场占有率高的进口品牌，其中德国HBC生产的所占比重最大。工程机械遥控系统在工业行车领域使用最广泛，其次是20m级以上混凝土菜车，例如三一重工已将2000年以后生产的栗车都安装了德国HBC的FST717系列无线遥控器。HBC公司对工程机械遥控技术较早的研发投入成就了其广泛的市场占有率，但随着现代电子技术的极速发展，HBC产品并未能及时更新其产品线，其主要存在以下不足-系统采用单个频段进行无线通信，标称传输距离100?150rn;发射机仅具备简单的按键、摇杆操作功能，对发射机部分的保护措施不完善，发生故障时不易定位事故原因；供

5、电模式及通信方式单一，无备用方案；人机交互接口种类少；接收机部分对无线通信的差错控制，仅采用检测到错误信号后启动保护的方法，并未釆取数据纠错等措施，易造成丢失关键信号情况；控制信号的输出接口形式单一等。而本设计着重针对以上问题，对工程机械遥控装置进行全面的升级和改革：系统的双频段无线设计解决单一信道通信不可靠的问题；采用当前稳定高性能的射频收发芯片及最新推出的Cortex-M4内核MCU保证系统可靠性及效率；手持终端具有身份识别验证、用于跌落保护的检测设计、GPS定位测距及操作数据记录等功能，保证系统在安全的可控范围；车载终端的双MCU冗余设计

6、具有闭环反馈检测功能，可充分保证操作安全；具有仲裁机制的紧急停止电路可防止系统意外情况发生；丰富的输出接口形式提供给用户选择，提高系统的通用性。2无线遥控系统总体设计2.1系统功能分析嵌入式控制系统应依据功能决定结构的原则进行设计，所以在进行工程机械无线遥控系统设计之前，通过市调研市场已有产品的特点，结合行业现状、相关标准及用户需求，参考相关文献[13]及文献[14]所论述的系统模型并对其进行功能完善和产品化改进后，将本系统设计为具备以下特点的工业产品：(1)系统结构。文献中的设计为原理验证性样机，其手持操作终端与车载执行终端在一个电路板上进行

7、设计，本文根据产品化需求，将系统分为两部分进行设计，实现手持终端与车载终端的分离，使得每个电路板具有其专用性并减少电路冗余度；(2)可扩展性。本系统作为公司的销售产品，要求产品线丰富、提供给用户的可选择性强，所以要将系统设计成功能尽量齐全、接口数量和种类尽量充足，最终由用户根据具体应用对模块进行删减；(3)稳定可靠性。应用于工业现场的无线遥控系统的可靠性设计极为重要，本文从多个角度确保系统稳定可靠，具体措施包括：选用高可靠性元器件、设计改进型开关量检测电路、双频段射频通信冗余备份设计、实时操作记录、手持终端跌落检测以及车载终端的双片MCU设计和

8、急停仲裁电路设计，并在无线通信的软件设计中采用差错控制，确保无线通信及动作执行的稳定可靠。2.2系统整体结构本遥控系统的主要通信方式为无线射频通信，为