工程机械租赁业发展和监控系统解决方案

一、工程机械租赁业发展趋势 　　随着世界人口的增长，土地利用率的要求进一步提高，发展中国家（包括亚洲、拉美和非洲）大规模公路及其他公共设施的基建的规模也进一步扩大，工程机械面临着前所未有的发展机遇。在发达国家中， 美国80%以上的设备靠租赁得以流通使用，租赁总额高达2600亿美元，占全球租赁总额的45%，市场渗透率高达31.7%，而中国租赁的渗透率只有万分之三。我国施工工程机械的租赁业务是在20世纪90年代才出现的新生事物，由于近年来国内基础设施建设的蓬勃发展和工程机械市场的变化，工程机械租赁业务得到了迅速的发展，虽尚处初级阶段，但其巨大的市场潜力，已深深吸引了众多工程机械生产商和租赁业主。 　　随着西电东送、南水北调、西部大开发、城镇化建设的实施和推进，国内工程机械租赁业发展良机正在到来。国家建设急需的重大技术装备，国内制造企业的新产品，在未完善技术之前先租出去试用，在试用中进行考核和改进，待技术完善之后再正式进入市场。这样既赢得了改善产品性能的时间，又赢得了占领市场的空间。 　　业内人士认为，工程机械租赁之所以能得到长足的发展，是由于它有着充分的合理性和必然性。然而，目前国内工程机械租赁市场还存在一些问题，最大的问题是租赁机械进入现场以后的责任问题，现场如何管理，现场的安全协议，租赁合同怎么搞，政府部门的协调以及行业协会的管理都尚不规范。对于施工工程车辆的管理， 确实是一个令租赁公司感到头疼的问题。 　　另一方面，如果在监控技术上能有所突破，使租赁公司能够随时监控到租借出去工程车辆的状态，就可以帮助租赁企业做好设备的管理工作。出租后的车辆能否被合理使用？是否按规定及时科学保养？车辆工作的时间段和累计工作时间是多少？完全了解这些类似信息在没有工程机械远程监控系统前对于租赁公司是件非常困难的事情，我们正是根据租赁公司的这一市场需求，设计了新型智能化工程机械机群通讯与定位系统，该系统以基于32位嵌入式微处理器的智能监控器为核心，通过扩展GPRS无线通讯模块和GPS全球定位系统，实现租赁车辆的远程监控功能。 二、系统解决方案 　　智能化机群通讯与定位系统主要由各单机监控器以及中心控制台组成，如图１所示。图中每台车辆为一个移动终端，配备有智能监控器。监控器除了具有采集及显示本机状态信息，还连接有GPS接收机（图中用天线表示）用以确定本机位置，同时配备GPRS无线调制解调器（图中用手机表示），根据系统的时钟定时向控制中心发送本机的地理和状态信息。GPRS模块还可以接收控制中心的加速、停车等命令。 　　控制中心接入Internet网络，通过TCP/IP协议接收各终端的信息，经数据处理，在电子地图上显示终端位置和运行情况。同时调用数据库进行优化计算，对移动车辆发送调度指示。 三、系统结构设计 　　基于ARM的工程机械控制器目前针对专门的装载机，考虑到装载机本身的输入输出参量比较简单，所以设计中只在主系统的基础上，扩充了各种通讯接口和AD以及输入输出IO。具体结构图2所示： 　　系统主要由两大部分组成，其中ARM主系统配备16MFLASH存储器，8M内存，直接扩充了A/D、液晶屏、CAN总线、串行和USB口。其中A/D和I/O可以直接采集系统外部的传感器参量，I/O输出还可以控制简单的外部开关量。 　　软件结构采用当今流行的免费实时操作系统mc/os-II。该操作系统具有内核小、实时性强、稳定可靠等突出优点，非常适合在工程机械的现场恶劣条件下运行。 四、系统功能 　　监控器通过实时采集系统的信息，在液晶屏上显示各种参数。应用程序还能针对信息进行故障诊断，当输入的参量处于非正常状态时，系统将会自动报警。为了进行机群控制，需要了解各终端位置，因此系统连接了GPS（全球定位系统）模块，每秒接收地理位置信息，并定时通过GPRS通讯向控制中心发送本机信息，接受中心指令。 工程机械智能监控器具有以下功能： ·界面显示 　　监控器的界面显示是其功能最重要的组成部分之一。系统的各种参数必须通过显示界面传递给操作人员。监控器界面共分为6大部分：标题栏、A/D状态栏，开关状态栏、错误代码栏、时间栏和保留栏。其中标题部分显示当前机种和公司图标，A/D状态栏以两种方式（进度条和数值）显示各传感器当前参数，开关状态栏则显示当前各种开关状态，时间栏显示当前时间。当有错误或者参数超过规定限度时，对应的图标会有闪动，错误代码栏显示当前错误类型。在GPS地理信息栏，系统会显示当前地理坐标，同时GPRS成功连接之后，也会在此位置有图标显示。 ·AD采集 　　目前系统获得的参数主要为两类，即A/D采集和I/O采集量。其中8路模拟采集量通过系统的8路A/D通道进入系统。系统启动时，首先对A/D控制器进行初始化。初始化之后，可以随时调用采集函数获得当前A/D通道的参量。通过时钟任务每隔一秒循环采集一次8路信号，每路信号连续采样50次后取平均值，根据相应的算法计算出实际参数。 ·IO采集 　　I/O采集同样根据时钟任务，每隔一秒循环采集一次所有的I/O参量，将其写入一个8位2进制数，它的每一位代表一路I/O通道。 ·系统时钟任务 　　在本系统中，操作系统的时钟任务起着非常重要的作用，主要在两方面： 　　1 显示当前时间 　　2 定时启动任务，各I/O、A/D采集均依赖该时钟，系统工作计时和脉冲测量同样依赖于系统时钟。 ·脉冲检测功能 　　在本系统中，车速传感器的输入信号是脉冲输入，为了采集这一参量，系统通过每秒采集脉冲的个数，得出脉冲的频率，根据公式计算出当前车速。所以脉冲检测需要根据时钟任务记录每秒钟的脉冲数目。 ·数据处理 　　数据处理主要是将采集的A/D和I/O参量通过简单计算与其上下限进行对比，如果发生错误则在相应位置报警，同时送到存储函数入口，储存错误信息。 ·串行口扫描任务 　　因为控制器外围设备比较多，其中主要是串行口设备。并且这些设备与控制器的通讯多数是双向通讯，也就是说不但需要监控器向这些设备发送控制信息，还要实时的接收设备上传的信息。所以为了更好的进行通讯，需要专门开设任务，对各个串行口进行扫描，并且设立专门的栈存储数据。目前系统的串行口采用的是中断方式，每当串行口有数据进入，就会产生一个系统中断。在这个中断中，系统会自动的将串行口的数据发送到串口缓冲区中。串行口扫描的主要任务就是将这些数据从串口缓冲区中读出，并且根据不同的设备执行相应的任务。在本系统中，串行口0连接的是GPS模块，串行口1连接的是GPRS设备。 ·GPS定位功能 　　利用系统中的GPS模块，可以实时的获取移动终端的地理位置信息。GPS模块与系统的串行口1连接，每秒钟向控制器发送信息。信息采用美国的NMEA0183 ASC II码协议，该协议为NAEA 0183 20版，内容包括终端的经纬度、速度以及当前星历等信息，信息是ASCII码，每秒钟向控制器发送字符串。由于系统的串行口扫描程序不停的扫描串口，所以当串行口1每次收到一个字符，都会调用GPS数据处理程序。 协议举例：　$GPRMC,225446,A,4916.45,N,12311.12,W,000.5,054.7,191194,020.3,E*68 　　根据此协议，我们可以提取串行口0的GPS数据，其中主要是经度和纬度，并且储存到一个数组里，之后由GPRS处理程序提取，经由GPRS模块发送出去。串口采用查询方式，每接收一个字符提取一次。 　 ·GPRS功能 　　通过使用GPRS模块，我们可以和远程的控制中心通信。系统的GPRS模块在启动时自动连接固定IP地址的服务器，连接上以后根据实时时钟每秒传送机体的数据。 五、系统性能测试 　　监控器从设计完成之后， 分别在几个工程机械大型公司进行了实际装机测试运行，最终系统完整实现了CAN总线接收、数据显示、GPS接收、 GSM发送、接收和故障诊断等功能， 在摊铺机、压路机和装载机上稳定运行， 成为智能化工程机械的重要组成部分。 目前国内每台工程车辆终端可以通过新型通讯GPRS无线网络向服务网站发布车辆状态信息，每月200元，其服务形势以月为单位，用户可随时申请或停用GPRS无线网络服务。 结束语 　　未来的工程机械发展趋势必然是智能化和信息化引领潮头，带有定位、通讯系统的智能型监控器将在各种工程机械的控制器中占据非常重要的地位。本文介绍的嵌入式智能化监控器结构简单，成本低廉，将在未来的工程机械行业中大有作为。