车辆实时监控系统研制（精选7篇）
车辆实时监控系统研制 第1篇
电梯各个生产厂家的监控系统都是自主开发的, 只能用于本厂的产品或者只能用于本厂某型号的产品, 并且价格昂贵;另外, 随着电梯的不断推陈出新, 其主要控制技术更新较快, 淘汰原有技术的速度更快。目前在控制上, 主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种电梯控制方式。其中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式是现在用的最多的PLC控制方式, 因其更适用于在电梯的技术改造和控制系统的更新, 所以PLC控制是电梯控制系统中理想的控制技术;而且PLC能匹配好多的软件实现共同控制。本文针对PLC控制系统的电梯作业开发了一套控制系统, 乘坐人员可以在轿厢内看到电梯的运行状态是否是带病作业, 可以进一步确保乘坐人员的安全。
1 电梯监控系统组成分析
电梯监控系统主要由三部分组成, 分别是曳引、运动装置和电气控制系统及计算机控制系统。
1.1 曳引、运动装置
目前电梯的曳引、运动装置采用永磁电机和曳引轮组成, 根据曳引电梯的运动特点, 轿厢的运动采用上下循环式结构, 当轿厢的平层信号和主机编码器设置调、试好后, 轿厢工作, 电机带动轿厢和平衡重上下运动, 以可调节速度将轿厢上移或下移到固定位置后, 由抱闸将主机旋转轴抱住, 完成一次选址运动。
1.2 电气控制系统
针对电梯的特殊性, 要求电梯工作具有安全、可靠、停站的准确、舒适感、快速感及电磁抗干扰性, 而且必须反应快、能快速的启动制动。在电气控制系统中采用开关和信号, 轿厢的运动速度取决于变频器的电压或电流。
1.3 计算机控制系统
实时监控系统不仅要能满足电梯的管理和使用要求, 也要遵循分散检测控制、集中监控管理的原则, 为了满足以上的条件, 设计了一个高可靠性实用系统, 它的下位机PLC负责具体控制人物、上位计算机进行集中管理。
而电梯故障显示控制系统则是采用的上位机、下位机结合的主从控制结构, 位机采用屏通人机, 在上位机上安装Panel Master软件。下位机选用三菱FX系列PLC, 这个主从控制结构具有结构紧凑、扫描速度快、价格低的特点, 并且该结构具有标准化和模块化的特点更便于编程开发。
2 上位机的组态开发及功能实现
2.1 监控系统界面设计
依据实时故障显示数据处理要求, 监控系统组态有主显示界面、速度监控界面、故障状态显示及故障处理界面、故障记录历史窗口四个界面。
故障显示实时监控过程, 就是要时刻监控测试运行状态和运动速度的变化, 并与历史数据进行对比。因此要求对监控画面设计的整体思路必须是:图像简洁、明了、直观;色彩配置不需要太深、太重, 给人以清淡和柔和之感;最好使整体结构紧凑一点, 画面更加的清晰, 才能帮助乘坐者和工作人员在更短的时间内做出最有效的决策。
2.2 构造实时数据库
实时数据库是“人机”的核心和引擎, 它也是联系上位机和下位机的桥梁。当故障显示监控系统运行的时候, 为了便于乘坐者或电梯维保人员查看, 系统会以实时数据为中介把电梯运行的工作状况以画面的形式反映到界面上。在Panel Master软件开发系统的数据库对话框里定义变量, 定义时要指定变量名和变量类型, 有的还需要一些附加信息。
2.3 用巨集宏进行编辑
“人机”的巨集宏分为全局巨集和本地巨集。全局巨集可被用在整个项目中, 而本地巨集只能用在本触控屏中。它除了在定义动画连接时支持连接表达式, 还允许用户定义类似Basic语言的命令语言来驱动应用程序, 极大地增强了应用程序的灵活性。设定的数值是利用PV内部记忆体设定数值, 比较正确后储存到PLC内部暂存器 (寄存器) 当中。首先要在界面上设定写入地址和监视地址。数值设定完成设定后, 人及内部记忆SU110.0设为1, 符合条件后检查设定数值SU100、SU101、SU102、SU103相互关系式, 比较正确将值储存到对应PLC暂存器之中。
2.4 人机系统安全设置
系统提供设计者能设定密码保护自己设计的程式档案, 可以单独保护项目、密码表和全局宏, 选中项目后, 单击“信息与保护”图标, 则弹出设置信息与保护项目密码对话框, 以防止数据的丢失和参数的无意改动, 确保上位机控制程序的安全。密码设定后, 如果要修改密码, 触摸屏上提供了密码修改页。
3 下位机的数据转化传送功能及PID控制的实现
3.1 模拟量输入控制程序的实现
本系统共需要采集4个数据, 即电气系统中的轿厢超载压力、电梯各个继电器的吸合释放状态、轿厢速度及轿厢位移。分别通过利用安装在生产现场适当位置的速度传感器、称重传感器和磁致伸缩线性位移传感器来采集。
3.2 模拟量输出控制程序的实现
为了确定电梯的运行速度和工作状态, 系统必须要对各个接触器 (继电器) 和调速开关进行整体控制。在PLC的主单元模块上扩展两通道的D/A控制模块, 可以把数字量转换成连续可调的模拟量, 同样通过设置提供的缓冲存储区的参数来完成初始化工作, 继而执行程序实现D/A转换, 以完成控制目标。
3.3 三菱PLC实现对速度的PID控制
在机电一体化系统中较难控制的一个参数就是速度控制了, 为确保电梯能够安全运行, 保持电梯乘客的舒适感, 目前在对电梯进行控制的时候, 比较常用的是经典控制理论中最典型的PID调节。采样周期T、比例增益Kp、积分增益Ti及微分增益Td四个控制参数可以被PID指令确定。然后采用自动调谐法求得, 并在之后的过程中不断的检验和修正, 从而达到最优的控制效果。
4 系统的安全可靠性
在实际操作系统的时候, 为了确保信息的安全可靠性, 需要采取一些必要的安全和抗干扰措施, 以下是具体的六项措施:
(1) 电设备和气设备分开布置。因为电梯自身的特殊性, 要求它所有的控制动作都必须安全、舒适, 所以在布置工作现场的时候, 一定要把电设备和气设备分开。
(2) 有金属导体接地。静电积累也许会造成系统的不安全, 因此必须要求金属导体接地。
(3) 数字组件与模拟组件分开供电。数字组件与模拟组件应该分开供电, 分别采用开关电源供电和线性电源供电。
(4) 采用屏蔽电缆线传输模拟信号并远离动力线。采用屏蔽线传输模拟信号, 可有效避免辐射电磁干扰, 信号线应避免靠近动力线。
(5) 软硬件滤波。软件上也可采用平均值法等算法对测量信号进行处理, 更重要的是用具有较好的硬件滤波电路的PLC接口模块, 滤除干扰信号。
(6) 接地。系统应采用单点接地方式, 但禁止与动力电系统共地。
5 结束语
基于PLC和组态软件的电梯运动故障实时监控系统, 是利用PLC适用于工业现场的抗干扰能力强、组网方便的特点, 依靠组态软件强大的数据处理和图形表现能力, 对故障显示系统实时监测, 确保了对电梯运行的有效闭环控制, 有效地保障了人员的安全, 显著提高了工作效率和质量。
摘要：电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑垂直方向必不可少的交通工具。随着社会的进步, 建筑物规模逐渐扩张增大, 楼层逐渐增多, 对电梯的事故发生率也逐年提高。为了保障安全, 研制一套电梯故障监控显示系统, 用于客梯的故障显示。其控制系统PLC作为控制核心, 应用人机Panel Master软件实现故障实时监控, 从而保障了客梯乘坐人员安全以及维修人员及时的对电梯故障清除。
关键词：电梯,监控系统,三菱PLC
参考文献
[1]王子文.电梯PLC控制策略及其程序设计起重运输机械, 2006, 7.
[2]廖常初.FX系列PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社, 2006:198-201.
[3]周美兰.PLC电气控制与组态设计[Ml.北京:科技出版社, 2003.
车辆实时监控系统研制 第2篇
为了更加逼真地模拟红外目标及战场背景,基于图像生成及显示计算机、硅桥MOS电阻面阵控制计算机系统、128×128 MOS电阻阵列及电源、实时通讯反射内存网络(反射内存卡及光纤)、目标及背景红外图像实时生成软件和MOS电阻面阵控制软件等6部分组成了某红外图像实时生成系统;该系统采用的高速光纤反射内存实时通讯网络、超大规模D/A控制板等使得帧刷新频率达到了200 Hz以上、长线传输不受环境电磁干扰、更易于向256×256MOS电阻阵列扩展等,同时保证了在五轴转台的恶劣环境下可靠工作.
作 者：张安京 王仕成 张金生 刘志国 高智杰 韩连洋 ZHANG An-jing WANG Shi-cheng ZHANG Jin-sheng LIU Zhi-guo GAO Zhi-jie HAN Lian-yang 作者单位：张安京,王仕成,张金生,刘志国,ZHANG An-jing,WANG Shi-cheng,ZHANG Jin-sheng,LIU Zhi-guo(第二炮兵工程学院301教研室,西安,710025)
高智杰,GAO Zhi-jie(北京市清河大楼,北京,100085)
韩连洋,HAN Lian-yang(第二炮兵驻十院军事代表室,北京,100854)
煤矿辅助运输车辆实时监控系统设计 第3篇
随着煤矿辅助运输车辆在各矿区的普及和推广应用, 辅助运输车辆的运行效率和安全管理等问题日益突出。另外, 中国煤矿辅助运输车辆的智能化、信息化水平及配套服务体系方面基础较差, 辅助运输车辆制造企业的销售、售后服务等管理模式十分落后, 信息反馈不及时、准确。因此, 本文设计了一种煤矿辅助运输车辆实时监控系统。该系统利用GPS (Global Positioning System, 全球定位系统) 将配置车载防爆终端的煤矿辅助运输车辆的动态位置 (经度、纬度) 、运行时间、状态 (主要指辅助运输车辆的运行参数、故障参数和矿井环境参数等信息) , 通过无线通信链路[1]实时传送至监控调度中心, 在具有强大地理信息查询功能的电子地图上显示辅助运输车辆的运动轨迹, 并对辅助运输车辆的位置、速度、运动方向、运行状态等参数进行监控和查询。同时可利用云端服务器强大的数据挖掘分析技术, 为煤矿企业提供辅助运输车辆的智能调度和管理, 为辅助运输车辆制造企业的售后服务提供辅助运输车辆地理信息和故障信息, 从而实现煤矿辅助运输车辆的全生命周期管理。
1 系统结构及原理
煤矿辅助运输车辆实时监控系统主要由车载防爆终端、GPRS无线通信系统、Internet网络、监控中心、呼叫中心等组成, 如图1所示。配置有车载防爆终端的煤矿辅助运输车辆通过采集模块采集各传感器端口信号, 通过GPS模块接收卫星GIS (Geographical Information System, 地理信息系统) 数据, 并利用加密算法和高压缩比技术对采集的传感器数据和位置信息进行过滤和处理[2], 再将这些实时数据通过GPRS无线通信系统和Internet网络传输至监控中心。监控中心对数据进行解密和解析后存储在监控服务器数据库中, 监控中心通过Web Service访问数据库, 将车辆GIS信息实时显示在电子地图上, 同时对数据进行分类统计, 生成管理图表。系统根据监控中心数据判断应对策略, 并由呼叫中心通知相关部门及责任人进行售后服务, 对用户的不当操作、设备隐患等进行及时通知和纠正, 对累积历史数据进行分析和处理, 最终实现相应的监控管理功能。
煤矿辅助运输车辆实时监控系统数据传输流程如图2所示。车载防爆终端接收GPS卫星信号和采集车况信息, 车载软件将车辆位置、速度、运行时间及车况等信息按压缩协议打包, 利用GPRS传输技术发送至远程监控中心[3,4,5]。监控中心软件后台对收到的高压缩比数据包按照分解协议进行分解, 将采集的经纬度坐标进行坐标转换和投影变换, 然后在监控端电子地图上实时、动态、直观地显示被监控车辆的位置。监控中心将发送给车载防爆终端的远程监控指令或其他信息按规定协议打包, 然后通过GPRS数据业务传送至车载防爆终端解压执行。
2 车载防爆终端
2.1 车载防爆终端结构
车载防爆终端作为系统核心, 由CPU控制模块、传感器工况采集模块、GPS模块、GPRS通信模块、供电模块和显示模块6部分组成, 如图3所示。CPU控制模块具备锁车保护、断电控制、断油控制、状态检测等丰富功能接口。传感器工况采集模块采集温度、压力、位置量、发动机转速、油耗、车速、工作时间、里程、运载、保护等运行参数, 通过RS485总线传送至CPU控制模块。GPS模块将采集的GIS数据通过CAN总线实时传送至CPU控制模块。CPU控制模块将采集的传感器工况数据和GIS数据进行辨别整理和压缩打包, 通过CAN总线实时传送至显示模块, 并通过GPRS通信信道传送至监控中心。同时CPU控制模块可接收监控中心的远程控制指令, 通过继电器控制电保护主机, 启动控制保护系统, 实现各项远程控制功能。远程控制指令发出后, 会在显示模块弹出相应提醒字样, 并发出连续蜂鸣声进行安全预警。
2.2 车载防爆终端硬件
2.2.1 CPU控制模块
CPU控制模块采用核心板加底板模式设计, 方便插拔、升级固件、更换配置。核心板上CPU选用Cortex-A8处理器, 具有体积小、低功耗、低成本、高性能等特点。该处理器支持ARM V7指令集, 主频可达1GHz, 具有64/32bit内部总线结构, 32kB一级缓存和512kB二级缓存, 可实现2 000DMIPS的高性能运算能力。核心板内存为2GB, 足够用于数据存储。
2.2.2 GPS模块和GPRS通信模块
GPS模块采用SiRF III工业级模块实现定位功能;GPRS通信模块采用Sierra模块实现通信功能, 插上手机卡即可连接GPRS网络, 从而实现数据上传。
2.2.3 接口电路
搭载CPU核心板的底板设计包括本质安全型电源管理电路、LVDS (Low Voltage Differential Signal, 低电压差分信号) 显示信号转换电路、扬声器驱动电路、控制开出电路和通信接口电路等, 如图4所示。其中CAN接口和RS485接口都做了隔离, 以便增加外接设备。
2.3 车载防爆终端软件
车载防爆终端软件主要实现传感器数据采集、数据存储、本地显示并报警、断电断油控制、GPS定位数据接收与处理、数据压缩上传等功能, 其流程如图5所示。经过输入密码确认身份后, CPU控制模块实时接收传感器监测数据并解析, 通过CAN总线发送至显示模块, 判断有无报警, 有报警则根据策略控制相应的断电断油开出, 同时显示模块提示报警信息。同时启动GPS模块, 判断GPS数据的有效性, 并提取定位数据通过GPRS网络上传。
2.4 WiFi终端
煤矿辅助运输车辆在地面工作时, 车辆状态信息可以通过GPRS直接发送至监控中心, 而在井下工作时, 则需要通过手持便携式WiFi终端存储监控数据, 以WiFi接口点对点方式进行数据自动传输。手持便携式WiFi终端脱离井下环境到达地面后, 数据通过GPRS网络自动传回监控中心。
WiFi终端硬件平台主要由CPU、WiFi模块、内存、NAND闪存以及触摸屏等组成。CPU选择基于ARM11架构的32bit处理器S3C6410, WiFi模块选用低功耗、高集成度芯片88W8686, 支持IEEE802.11.a/b/g协议。
3 系统软件
3.1 系统软件结构
煤矿辅助运输车辆实时监控系统软件包含车辆监控、车辆工况分析、GIS操作、派工调度、报警处理、信息管理六大子系统, 如图6所示, 为日常管理人员提供可视化的界面操作平台, 实现对煤矿辅助运输车辆的远程监控和管理。
车辆监控子系统负责采集和记录辅助运输车辆的实时运行状态, 并实现实时显示、实时跟踪、远程控制等功能。车辆工况分析子系统实现数据的分类整理、分析和自动处理, 并动态显示监控曲线;根据数据记录对工况数据进行智能逻辑判断, 分析故障原因, 显示故障代码。GIS操作子系统为管理人员提供地图放大、缩小、漫游、测距, 地图导航, 图层控制, 位置查询, 地图信息查询等一系列电子地图操作功能[6,7], 并提供矿区煤矿分布图的标点功能。派工调度子系统实现销售和售后服务人员的综合调度和管理。报警处理子系统实现被监控车辆报警信息的提示、确认和取消, 遥控熄火, 越界处理等功能。信息管理子系统完成数据库信息的管理及系统运行环境设置, 实现安全登陆、数据备份、数据恢复、权限分配、审批管理、日志查询等功能。此外, 考虑到未来企业信息化的整体性思路, 系统软件设计时预留标准数据规范和协议的接口。
3.2 系统软件功能
(1) 定位监控。实时确定辅助运输车辆当前所处的具体位置、行驶轨迹和运行状态, 提供经纬度、行驶速度、时间、里程等具体数值的查询。
(2) 数据采集与分析。实时采集辅助运输车辆的工作时间、车速、转速、温度、压力和故障代码等工况数据并自动上传至监控中心。通过对大量真实的原始工况数据的分类整理、分析和自动处理, 动态显示监控曲线, 并对辅助运输车辆工作中出现的共同现象进行分析, 完善人机故障代码库, 为制造企业改进产品设计、提高产品质量和增强售后服务工作提供可靠数据依据。
(3) 远程检测和控制。远程掌握辅助运输车辆的各种工作状态数据, 并进行自动检测, 定期提醒保养维护, 提前对故障原因进行诊断分析, 使维修准备工作更充分, 缩短故障排除时间。监控中心通过车载防爆终端接收远程控制命令, 实现远程断油、断气、断电、遥控锁车等操作。
(4) 安全报警。监控中心接到各类报警信息 (断电报警、越界报警等) 后, 根据不同的报警信息转发到相应的信息需求者 (制造企业、经销商、客户) 。故障发生时, 监控中心会立即收到车载防爆终端的报警信息, 提醒用户进行维护。
(5) 设备信息管理。系统数据库支持录入设备信息、客户资料、销售合同、技术协议、维修与保养手册等各类综合信息, 并支持远程IP访问。制造企业、经销商及客户等信息需求者通过登录系统服务平台, 可查询被监控设备的位置、状态和档案信息。针对不同的信息需求者, 系统设置的查询权限不同。
(6) 接入功能。为了实现煤矿辅助运输车辆的日常管理和调度, 同时及时、快速地对出现的故障做出动态响应, 必须是开放式系统。通过必要的接口程序开发, 实现与辅助运输车辆制造企业内部管理系统的无缝连接。
4 结语
煤矿辅助运输车辆实时监控系统进行了试运行测试, 系统运行过程稳定, 各项性能指标均符合设计要求, 实现了对煤矿辅助运输车辆的全方位实时监控, 为井下辅助运输智能化提供了一种新手段。该系统也可推广应用到煤矿其他设备的监控管理中。
参考文献
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[5]刘洁.基于GPS和GPRS的车辆远程监控系统[D].西安:西安电子科技大学, 2005.
[6]朱丽娜.结合GIS与GPRS的车辆监控系统设计与分析[J].计算技术与自动化, 2009, 28 (3) :71-73.
车辆实时监控系统研制 第4篇
固体火箭发动机是航天工程中重要的动力装置,因其高效便捷和优异的推重比,在武器系统、卫星和飞船发射、姿态控制等方面得到广泛应用。固体火箭发动机装药由药柱、绝热层、包覆层、限燃层、自由脱粘层等组成。固体火箭发动机内的推进剂是一种高含能材料,具有易燃易爆的特性,在一定的压力和温度下会发生燃爆。
固体火箭发动机浇注,是把混合合格的药浆用适当的工艺方法浇到准备好的燃烧室壳体中,待固化后制成符合设计要求的药柱。过去采用人工借助辅助工具进行浇注,设备和方法单一,甚至一台设备只能进行一发发动机的浇注,由于生产的数量大,人力、物力消耗也大。并且,容易产生振动摩擦,引发事故。
本文针对某企业固体火箭发动机的浇注,开发研制了一套能够远程实时监控浇注的控制系统。操作人员可以在隔离的控制室内实现对整个浇注过程的远程实时监控,从而确保了操作人员的生命和国家财产的安全。
1 集成浇注监控系统的组成及其功能
集成浇注监控系统由浇注装置、计算机控制系统、监测装置、液压控制系统组成。
1.1 浇注装置
自动浇注装置主体结构,如图1所示。根据该型号固体火箭发动机的特点,当发动机精确定位并固定后,将已经混合好的药浆通过一二级漏斗真空除气后,浇注到发动机内。发动机的药量由发动机下的称重传感器控制,发动机底部的液压升降装置同时也是振动装置,用于振动浇注。
自动浇注开始时,将已经混合好的可浇注固体推进剂药浆放入一次料斗中保温,开启一级二级料斗之间的阀门,药浆通过阀门进入真空度符合要求的二次料斗中抽空。除气结束后,开启二级料斗下面的阀门,使已除气的药浆通过真空压差压入插管流入发动机内。发动机药量由发动机下面的承重传感器控制,同时通过下料计时器计算瞬时的下料速度和平均下料速度,整个系统工作具有连续性。
若用插管浇注,当将要浇注满的时候,调节液压升降机构,使发动机下降,插管上移并离开发动机口,继续浇注,直至浇注完毕。若直接滴药浇注,则不需要。发动机下的液压升降装置不仅起到升降发动机的作用,而且在浇注过程中还起到振动的作用,使浇注均匀。二次料斗中设有红外液面检测装置,可以实时检测推进剂药面高度并随时关闭阀门。浇注缸中花板上或其他位置装有微型摄像头,可以对浇注情况进行实时的观察。
当本装置不工作的时候,活动平板下降到最低位置,整个装置置于地坑内,盖上盖板后与地面保持水平。
自动浇注装置中的两级料斗结构,如图2所示。该装置由料斗、浇注控制阀、液压缸、隔爆电机等组成,一级料斗二级料斗之间,二级料斗下面都装有浇注控制阀,用于控制药浆的浇注速度、浇注量。整个装置由下面的两个升降缸控制其升降,两边各有两个导柱,其导向作用。料斗装置的水平转移,是通过最下面的皮带带动,由隔爆电机提供动力,皮带带动整个装置沿着下面两个导轨做直线滑动,从而实现料斗装置的转移。
1.2 计算机控制系统
按照浇注装置在功能上的要求,同时为了满足生产和管理方面的需要,本文所开发的远程监控系统,依据分散检测、集中监控管理的原则,设计出由远程上位计算机进行集中管理、下位机PLC实现具体控制任务的高可靠性系统。计算机控制系统的工作原理,如图3所示。
计算机控制系统以上位PC机和下位PLC为核心,采用模块化设计,可根据系统不同的控制要求进行调整,具有良好的可扩展性。上位PC机选用高性能工业控制计算机,在上位PC机上安装世纪星组态软件。下位PLC选用三菱FX3U-32MR PLC及一块FXON-485-ADP模块、一块FX2N-4AD模块、一块FX2N-2DA模块。上位PC机和PLC通信通过串行通信(RS-485)方式实现。
采用手动方式和自动方式,手动方式在调试使用。自动方式主要包括PLC逻辑控制、速度控制和位移控制。
1.2.1 PLC逻辑控制
PLC逻辑控制主要是对生产装置的逻辑动作和工作流程进行控制。实现生产装置各油缸按要求动作,依次进行提升、下降、振动,浇注漏斗到预定位置停止、复位等操作。
1.2.2 浇注量预置、速度和位移控制
由于药浆对摩擦、冲击等十分敏感,所以在浇注液压缸连接处装了一个承重传感器,用来实时监测浇注时药量的变化,并在浇注平台上安装一个防爆编码器,用来实时监测浇注时位移和速度的变化。一旦药量、速度和位移超出设定值时,系统将自动停止运行并报警,保证了系统安全,手动恢复后再次启动系统。
由此可见,浇注监控系统采用上、下位机结合的主从控制结构,上位PC机选用高性能工业控制计算机,世纪星组态软件安装在上位PC机上。
1.3 检测装置
检测装置由称重传感器、防爆编码器、两个压力变送器组成。它将压力信号、位移信号、速度信号、油压信号通过PLC的A/D模块送入控制系统。所用传感器的原理及应用如下:
1)工作过程中,需要对浇注药浆量进行检测,由于药浆对静电和火花敏感。称重传感器选用了101BS称重传感器。该设备抗干扰能力强,精度等级高,适合冲击场合及动态称量,且不锈钢焊封结构,防护等级为IP68,适于危险环境使用,防爆等级为(Ex ibⅡCT4)级,完全能满足使用需要。
2)位移和速度的检测是进行动作判断的依据,因此在控制系统中具有很重要的作用。位移的测量需要高精度、绝对位置测量的位移传感器。设计中选用了德国Hengstler RI70-T4防爆编码器,可供脉冲10000P/R。
3)在工作过程中,为了检测主油路和负载油路,都安装了压力变送器。PLC可根据变送器传回的电流信号,对液压系统载荷的异常变化做出及时处理
1.4 液压控制系统
针对本装置浇注对象的易燃易爆性,要求升降油缸工作平稳、反应快,能快速的启动制动,因此设计液压系统部分如图4所示,在液压控制系统中分别采用比例溢流阀和比例调速阀。
此外,在料斗装置的升降,以及浇注控制阀和加紧缸的控制中,采用了一些比例方向阀、隔爆方向阀等。
2 上位机的组态开发及功能实现
2.1 构造实时数据库
实时数据库是“世纪星”的核心和引擎,也是联系上位机和下位机的桥梁。监控系统运行时,工业现场的工作状况要以动画的形式反映在屏幕上,操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达工作现场,这一切都是以实时数据库为中介环节的。在世纪星开发系统中“变量数据库”对话框里定义变量,定义时要指定变量名和变量类型,有些还需要一些附加信息。
2.2 建立动画连接
动画连接就是在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系,当变量实时值改变时,在画面上以图像对象的动画效果表示出来;或者由用户通过图形对象改变数据变量的值。
总之,上位机监控系统可以完美地实现如下功能:
1)控制系统可根据设定参数自动运行;
2)操作员可随时根据现场情况进行手动操作;
3)报警显示:系统实时监测浇注速度、浇注量等变化,一旦超出设定值,系统将停止运行并报警,以保证人员安全;
4)实时/历史趋势显示及报表打印。
3 下位机PLC的数据转化传送功能及PID控制的实现
PLC作为系统的下位机除了接收上位计算机的控制指令,完成一定逻辑关系的开关量输出外,还要完成模拟量的采集和数字量与模拟量之间的转化。图5是模拟量处理的流程图。
3.1 三菱PLC实现对速度的PID控制
速度控制是机电一体化系统中较难控制的一个参数,为确保浇注安全,尤其注重浇注速度的平稳性,故采用经典控制理论中最典型的PID调节对其进行控制。
PID控制的微分方程为:
e(t)=r(t)-y(t)称为偏差值,可作为PID调节的输入信号,其中r(t)为给定值,y(t)为被测变量值,Kp称为比例系数,Ti为积分时间常数,Td为微分时间常数,P(t)为PID调节的输出信号。
使用PID指令,需要确定四个控制参数:采样周期T、比例增益Kp,积分增益Ti及微分增益Td。这些控制参数可以使用自动调谐法求得,然后在实际应用中不断检验和修正,以期达到最佳的控制效果。
3.2 低速无爬行浇注速度和位移的控制
执行元件运动速度很低时,要考虑设备运行的平稳性和是否出现“爬行”现象,低速爬行是一种不正常的运动状态。推进剂药浆是一种高含能材料,属A1级易燃易爆危险品,其摩擦感度和冲击感度高,具有燃烧和爆炸的危险性。当出现爬行时,上述指标极易超过药浆的许用极限,导致发生燃爆事故。因此,对于爬行问题的研究显得尤为重要。
为了减小爬行带来的危害,选用直线轴承与导柱配合。直线轴承的外套由高碳铬轴承钢制成,经淬硬和精磨处理,可为轴承内套和轴承箱提供安全可靠的装配。滚珠在保持架上的回路运行,光滑的滚珠导向面可以有效的降低爬行,甚至消除爬行,直线轴承如图6所示。
软件方面以FX3U-32MR可编程控制器为核心,采用比例积分微分(PID)算法对模拟量进行闭环控制。作为一种非常简便、有效的控制方法,PID控制长期以来一直被广泛用于温度、液位、压力、速度等过程控制系统中。虽然在多年的实际应用中,也出现了多种改进型的PID算法,但是常规的PID控制算法对大多数控制系统已经能够满足误差精度要求,因此可以采用常规的PID控制算法来进行有效控制。
PID控制是比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Derivative)三种动作的合成作用,其作用是使被控制对象达到并保持于设定值(SV),当SV发生变化时,能使受控对象快速达到新的目标值。采用三菱PLC施行PID控制指令能够有效地对低速无爬行浇注过程中的速度进行控制。
3.3 上位机PC与下位机PLC的通信
上位机PC与下位机PLC的通信,如图7所示。
4 系统的安全可靠性
在实际应用中采取了相应的安全和抗干扰措施,以确保具有很高的可靠性:
1)由于控制对象的特殊性,其所有的控制动作都要以是否安全作为前提,因此所有在危险工作区的电气设备都具有安全防爆特性;
2)确保所有金属导体可靠接地,以及时消散静电积累;
3)数字元件与模拟元件分开供电。电磁阀等数字量元件应采用开关电源供电,传感器等模拟量元件应采用线性电源供电,开关电源具有很高的输出噪声和波纹,若对模拟量元件供电将会产生很大干扰;
4)采用屏蔽电缆线传输模拟信号并远离动力线。采用屏蔽线可有效避免辐射电磁干扰,由于动力线周围具有较强的电磁辐射,信号线应避免靠近动力线。
5 结束语
本文设计的基于PLC和组态软件的固体火箭发动机集成浇注监控系统,利用PLC抗干扰能力强、组网方便、适用于工业现场的特点,依靠组态软件强大的数据处理和图形表现能力,实现了对浇注系统的实时监测,确保了对浇注有关参数的有效闭环控制,满足了项目的要求,有效地保障了工作人员的安全,显著提高了工作效率和浇注质量。
目前,整个远程监控系统已经完成整体的设计。
摘要：目前,国内在固体火箭发动机集成浇注工序中多采用简易浇注装置,由于药浆对热应力、摩擦力、冲击力和静电的变化非常敏感,稍有不慎,极易发生燃爆事故。为了保障安全,防止人员伤害和国家财产免于损失,为某企业研制了一套远程监控系统,已用于固体火箭发动机的集成浇注工序。其控制系统以PLC作为控制的核心,利用监控组态软件实现了远程实时控制,从而确保了操作人员的安全。
关键词：集成浇注,监控系统,三菱PLC,组态
参考文献
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车辆实时监控系统研制 第5篇
GPS全球定位系统是美国在1994年建成,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的卫星导航与定位系统。英国产业分析机构预测在2008—2013年,定位产业的年复合成长率为21.2%,将会成为Google、微软、诺基亚等公司未来产品的关键功能[1]。本文基于GPS全球定位系统以及Google Maps API设计了一套车辆调度管理系统。公司管理人员可以通过该管理系统平台对车辆进行实时监控、调度管理以及人员管理,从而对车队进行有效的监控,提高了人车安全系数,增加了企业利润收入,降低交通拥堵几率,为社会提供更高水平的服务。该系统与以GIS,Google earth为平台进行二次开发的系统相比,有着开发流程简便,可移植性强等优点。只要拥有一台装有Web浏览器能联网的电脑,用户就可以通过本系统对车辆进行实时监控。
1 系统的工作原理
本系统通过GPS进行车辆导航,即应用GPS定位技术获取车辆所在地的经度和纬度坐标、行驶车速、时间等相关信息。GPS接收模块默认为每秒输出一次定位数据,用户通过设置主控器使其每隔一定时间向服务器发送一次数据。ARM CortexTM-M3为高级的32位微处理器内核,其任务是负责读取GPS的定位信息,由GPRS模块通过移动通信GPRS网络传送到服务器中,服务器端程序将车辆所在的位置和行走的轨迹绘制在Google地图上[2]。
服务器端主要分为前台实时监控模块和基于Web的后台监控管理模块。前台实时监控模块主要采用TCP/IP协议与车载终端进行通信,解析和自定义编码各种通信协议,管理和维护车载终端日常的运行情况。基于Web的后台监控管理模块主要采用PHP+Oracle,JavaScript及XML技术,采用自顶向下的思想构建关系数据库模型,结合Google Maps API [1]提供的相当便捷的AJAX技术获取查询结果,这样做一方面减少了流量,另一方面使得网页实现了局部自动更新的功能,提高了用户体验速度[3,4,5]。
2 车辆实时监控系统的结构和功能设计
本系统可以实现车辆管理、用户管理、数据统计、定位监控、行驶区域限制、数据备份和数据恢复等功能。
车辆管理功能 通过搜索设备名称和日期,可从数据库中查询当天车辆的详细信息,包括车牌号、车载电话号码、车辆种类、司机信息及汽车运行状态,从而达到对车辆的实时监控和管理的目的。
用户管理功能 不同级别的用户可以拥有不同的权限对车辆进行管理和操作,这些权限可以由管理员在网站后台进行相应的设置。
数据统计功能 包括报警统计、超速行驶统计两个功能。报警统计将车辆每次报警的信息,包括报警时间、报警地点都记录在数据库当中。同样,超速行驶统计也将车辆每次超速行驶的信息都记录在数据库中(把车辆速度大于120 km/h的视为超速行驶),用户在输入查询日期时,就可以查询到当天的报警信息、超速信息的相关统计。
定位监控功能 车载终端固定间隔自动将定位数据回传,通过GLatLng()函数把车载终端定位至Google地图上,采用Google Maps API提供的Gmarker()地标函数把车载终端的定位信息显示在地图上,这样即可实现对车辆的实时定位,其所定位的信息包括经度、纬度、车辆信息和行驶状态等。
行驶区域限制功能 行驶区域限制需要预先设置车辆的行驶区域,当车辆超越行驶区域时,系统将以报警提示的方式提醒相应公司管理人员。
数据备份和恢复功能 一旦不慎丢失或损坏数据库里的信息,可以重新导入备份好的后缀名为.Sql的文件,数据即可恢复到原始状态。
3 服务器端关键技术的设计与实现
3.1 计算行车路程的方法
系统可以利用Google Maps API 计算行车总路程。首先假设地球作为一个完美的球体,半径为常量R=6 378.137 km。计算球面两点间弧长的算法为半径*弧度,而弧度可以从两点间的经纬度算出。此时,可以利用Google Maps API 提供的四个类方法推算出行车路程。它们分别为返回角度值纬度Glatlng.lat() 函数、返回角度值经度Glatlng.lng() 函数、返回弧度值纬度Glatlng.latRadians()函数和返回弧度值精度Glatlng.lngRadians()函数。
若令 var lat1= first.Glatlng.lat();
var lng1= first.Glatlng.lng ();
var lat2= second.Glatlng.latRadians();
var lng2= second.Glatlng.lngRadians();
则相邻两点间距离dist为:
通过上述公式可以近似求出相邻两点间行车路程,遍历所有行车点,把相邻两点间的行车路程进行叠加,即可近似求出行车总路程。由于发送数据的时间间隔很短,所以通过这个算法得出的行车路程和车辆实际行驶的路程公里数基本一致[6,7]。
3.2 轨迹回放的实现思想
系统通过调用数据库中经度和纬度坐标、行驶车速、时间等车辆相关信息,可以实现轨迹回放功能。虽然在设计过程中可以采用直接读取数据库数据的方法进行轨迹回放,但是考虑到其扩展性远远不如XML文档大,所以该系统采用了从XML文件中读取数据并通过绘制Gpolyline折线来回放行车路线。实现该功能必须要预先定义好XML文件结构,这里令polyline为root节点下的一个子节点,在其属性中规定相应的颜色、边线宽度等,Polyline节点的子节点为lat,lon,data,speed等,用于定义每个节点的经度、纬度、行车时间以及速度等[8,9]。XML文档设计好后,使用PHP语言编写了一个服务器程序动态读取数据库数据和自动更新XML文件[8]。编写一个HTML程序,利用JavaScript解析XML文档,解析整个XML文档就是使用GXmlHttp对象把需要处理的节点取出(创建GXmlHttp对象非常简单,直接调用GXmlHttp.create()方法即可)。利用函数getElementsByTagName()获取polyline节点,通过函数Node.childNodes[k].nodeName()获取polyline节点的子节点(变量k表示polyline节点下子节点的总数),根据两点间确定一条直线的公理,循环读取数据并绘制行车轨迹。
3.3 行驶区域限制功能的实现
行驶区域限制功能的实现最重要的是系统要建立XML文档,在文档里还必须预先设置好车辆的行驶区域,把整个区域相应的经度和纬度信息存储在XML文档中,通过利用PHP语言编写相应的服务器程序从XML文件中读取数据并自动在地图上绘制Gpolygon多边形来表示规定的行驶区域范围。当地图上需要绘制的多边形区域很大时,无论是直接写JavaScript脚本还是从XML文档中读取数据,数据交换量都没有减少,这时,可以先利用PHP语言编写一个对数据进行压缩编码的程序,通过使用Google Maps API提供的fromEncodes()的工厂方法利用编码后的数据创建相应的多边形对象,传递给客户端的浏览器进行解析。若车辆超越了在地图上绘制的多边形区域,则会弹出一个对话框来警示管理人员[10]。
4 实验结果与分析
通过在实验车上安装该系统的硬件平台,与系统的软件平台联合进行行车实验。实验的路线是从桂林市大学生公寓城开始,经过花艺馆,向左转至位于普陀路的广西师范大学西大门。图1即为车辆轨迹的回放图,从图中可以看出此路线与预先设定的实验路线一致。通过系统计算出来的路程距离为1.22 km,车速是45 km/h。而通过Google earth计算出来的路程约为1.2 km,它们之间的误差范围小于等于20 m。经过多次实验,结果表明该系统符合实际运用的要求。
5 结 语
地球上任何一个位置都有相应的经度和纬度,可以利用技术在地图上显示。随着GPS全球定位技术的成熟,可以实现将GPS定位得到的经度、纬度、速度、方向、车辆状态等详细信息通过GSM/GPRS sim300模块传送到服务器中,利用服务器端实现对车辆的管理及调度;随着GPS全球定位技术的广泛使用以及Google Maps API的不断完善,可以对车辆实现更精确的定位及监控;随着3G技术的不断发展,未来完全可以通过手机实现对车辆的管理及调度, 届时, 该导航产品和管理系统不仅仅是应用在商业领域,还是人们娱乐、生活的必备工具。该车辆调度管理系统可以应用在物流车队、私家车、租赁公司、120急救车辆调度、公交车队、银行价款车等领域,具有较广泛的应用前景。
摘要：基于通用分组无线服务技术(GPRS)、全球卫星定位系统(GPS)、AJAX和Oracle,应用Google Maps API设计出了一套车辆实时监控系统。该系统具有对车辆实时监控、调度管理、限制行使区域、超速报警提醒等功能。与目前市场上出现的车辆管理系统相比,该系统具有适用范围广,稳定性好,灵活,可移植性强以及易操作等优点,具有较好的应用前景。
关键词：通用分组无线服务技术,全球卫星定位系统,Oracle,AJAX,Google Maps API
参考文献
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车辆实时监控系统研制 第6篇
关键词：工程车辆,GPRS,GPS,CAN总线
随着工业现代化的飞速发展,工程车辆的种类越来越多,功能越来越强大。工程车辆在工程施工中起着举足轻重的作用,而其作业条件、作业状况复杂多变,工作环境恶劣,发生故障的几率大大增加。如何通过各种先进技术对工程车辆运行参数实施远程监控及对其进行科学地指挥、调度,是工程车辆行业的一个重要的研究课题,具有十分重大的现实意义。
本文提出了基于GSM网络,利用通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)技术、GPS技术及CAN总线技术,实现对工程车辆运行参数远程实时监控及定位指挥调度的设计方案。
1 系统结构及工作原理
该系统由监控中心、工程车载终端(工程车辆)及GSM/GPRS通信网络三部分组成。如图1所示。
1.1 监控中心
监控中心由通信服务器、数据库服务器及监控工作站等组成。监控中心在软件系统的控制下,由通信服务器接收来自工程车载终端上传的位置信息及车辆运行参数信息,并进行相应的数据处理,以便在监控中心显示屏及监控工作站的GIS电子地图上显示车辆实时位置,并可根据需要显示车辆运行轨迹。同时对工程车辆的运行状态进行实时监测,对于车辆运行参数的不良信息予以报警。数据库服务器存储车辆各类信息数据,以便查询、调用。通信服务器还向各运行车辆下传控制调度指令和优化的运行参数,以实现对工程车辆运行状态的远程监测及控制调度。
1.2 工程车载终端
具有GPRS/GPS功能的车载终端由ARM微处理器模块、GPRS无线通信模块、GPS接收机模块、CAN总线接口模块、存储模块、电源晶振模块、LCD液晶显示模块、工程车辆等组成,其结构框架图如图2所示。
ARM微处理模块(主控模块):该模块是工程车载终端的控制核心,负责控制协调车载终端内部各模块的工作、数据交换、运算及软件协议层的信息处理等工作。主控模块通过CAN总线接口模块读取工程车辆实时运行状态信息;通过GPS接收机模块读取车辆定位信息,并将这两种信息及车辆编号按照相应的格式进行打包,然后通过GPRS无线通信模块发往监控中心。同时主控模块执行接收到的监控中心下传的控制调度指令并将相应信息显示在LCD液晶显示屏上。
主控模块选用SAMSUNG公司的基于ARM7TDMI体系结构的S3C44B0X处理器芯片。它是一款32位高速处理器,支持Thumb(16位)和ARM(32位)双指令集,具有可靠性高、功耗低、性价比高等优点[7]。
CAN总线接口模块:采用51系列单片机AT89C51作为接口模块的微处理器。该模块用于实现CAN总线接口和主控模块串行RS-232接口的数据转换,从而在主控模块与车载CAN总线设备之间建立起一条数据通路。
GPS接收机模块:接收卫星所发送的导航电文,实时计算出车辆的三维坐标、速度、方向、时间等信息,并通过串口传送给主控模块。
GPRS无线通信模块:用于实现工程车载终端和监控中心之间的无线数据通信。
存储模块:用于存放系统引导程序、嵌入式操作系统、应用程序、用户数据等。
LCD液晶显示模块:用于显示监控中心发送来的控制信息及车载终端的运行状态信息等。
电源晶振模块:分别给各模块提供相应电源及工作时钟信号。
串口扩展芯片:采用16C554将主控模块S3C44BOX的数据总线接口扩展为两个串口,以供GPRS无线通信模块与GPS接收机模块使用。
1.3 工作原理
工程车载终端通过CAN总线接口模块获取车辆实时运行参数信息,同时通过GPS接收机模块获取车辆位置、速度等信息,并将这些信息通过GPRS无线通信模块上传到监控中心。监控中心对这些数据进行解析,在中心显示屏及监控工作站上显示车辆位置、工作状态等信息,同时根据各车辆具体情况下传相应的控制指令,对车辆进行远程实时控制。
2 关键技术
本系统主要采用CAN总线技术获取车辆运行状态实时信息,采用GPS技术获取工程车辆位置、速度等信息,采用基于GSM网络的GPRS通用分组无线业务来实现数据的实时传输。
2.1 CAN总线技术
CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称,是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的,用于解决现代汽车中的控制与测试部件之间的数据通信。由于CAN总线具有良好的运行特性、极高的可靠性和独特的设计,日益受到业界的欢迎,并被公认为最有发展前途的现场总线之一[1]。
目前汽车上主要有两条CAN,一条用于驱动系统的高速CAN,速率达到500kb/s;另一条用于车身系统的低速CAN,速率是100kb/s。
驱动系统CAN主要连接对象是:发动机控制器(ECU)、自动变速控制器、防抱死制动控制器(ABS)、制动防滑控制器(ASR)、安全气囊控制器(SRS)、主动悬架控制器、巡航系统控制器、电动转向系统控制器及组合仪表信号采集系统等,都是与控制汽车行驶直接相关的系统。它们对信号的传输要求有很强的实时性、连续性和高速性。
车身系统CAN主要连接对象是:前后车灯控制开关、电动座椅控制开关、中央门锁与防盗控制开关、电动后视镜控制开关、电动车窗升降开关、空调控制开关等。它们对信息传输的实时性要求不高,但数量较多。
2.2 GPS技术
GPS是全球定位系统(Global Positioning System)的英文简称,围绕地球旋转的24颗导航卫星在全球范围内,全天候为海上、陆地、空中的用户连续地发射高精度的位置、速度和时间等信息。
用户的GPS接收机接收到卫星定位信号后,通过对比信号发射时刻和接收时刻而得到信号传播时间,从而计算得到GPS卫星到用户接收机的距离。当收到4颗以上卫星的数据时,就可以解算出用户的三维坐标、速度和时间。
2.3 GPRS技术
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称,它突破了GSM网络只能提供电路交换的思维定式,在现有的GSM网络基础上增加一些硬件设备和软件升级,形成一个新的网络逻辑实体来实现分组交换,使现有的移动通信网与数据网结合起来。
GPRS系统以分组交换技术为基础,采用IP数据网络协议,最高数据速率可达170kbit/s,用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务。
GPRS具有以下优点:
①连接时间快,一般只要3-6S。
②具有永远在线的特点。采用分组数据传输,在没有数据传送时,释放无线资源给其他用户使用,这时网络与用户之间还保持一种虚连线。
③按信息量收费。“永远在线”特点给用户带来的最直接好处是按照实际传送的信息量收费,这能有效地降低用户的上网成本。
GPRS特别适用于间断的、突发的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。而这正是大多数移动互联应用的特点。
3 系统关键硬件接口的实现
3.1 CAN总线接口硬件实现
CAN总线接口模块如图3所示。从图中可以看出,该模块主要有四部分构成:ATMEL公司的微控制器AT89C51、PHILIPS公司的CAN通信控制器SJA1000、CAN总线收发器82C251和高速光电耦合器P133。微控制器AT89C51负责SJA1000的初始化,通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务,同时提供一个串行RS232接口与主控模块进行通信。为了增强CAN总线的抗干扰能力,SJA1000通过高速光耦P133与82C251相连,这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。在CAN总线的两个终端,还各需安装一个120欧姆的终端电阻[2,6]。
3.2 GPS接收机模块硬件实现
GPS接收机模块由接收天线单元和GPS-OEM板来构成。天线单元由接收天线和前置放大器组成。对天线性能的要求是:高增益、低噪声系数、大的动态范围。由于高性能场效应FET放大器的出现,现在多采用有源微带天线。
GPS-OEM板采用美国ROCKWELL公司的Jupiter GPS-OEM板。该GPS接收板具有12个并行接收通道,可跟踪所有可视范围内的GPS卫星,并进行解码和信号处理。支持NMEA-0813数据格式,可直接输入RTCM-SC104格式的差分数据以提高定位精度,还可提供相位测量数据等。它体积小、重量轻、功耗低,首次定位和重新捕获时间短,有极强的抗树阴和高楼遮挡能力,无静态飘移,操作简便,非常适合在各种导航定位设备及车/船等移动目标中使用。
Jupiter GPS-OEM板引脚如表1所示[3]。
3.3 GPRS无线通信模块硬件实现
GPRS模块硬件连接如图4所示[8]。该模块是整个系统数据通信的基础,本设计采用SONY-ERICSSON公司的可编程无线通信模块GR47/48系列。它内嵌TCP/IP协议栈,支持GPRS操作模式,提供RS232串行接口,可用AT指令进行控制[4]。GR47/48具有双频GSM900和GSM1800两种工作模式,以及GPRS和SMS两种无线数据传输通道,可以快速、安全、可靠地实现数据传输、语音传输、短消息服务等无线数据业务。
4 软件实现
4.1 CAN总线接口模块报文收发软件的设计
CAN总线接口模块的软件设计主要包括三大部分:CAN节点初始化程序、报文发送程序、报文接收程序。软件的设计思想是:系统上电后,先对微控制器AT89C51进行初始化,确定串口通信波特率,设定通信模式和中断触发类型等。然后再对通信控制器SJA1000初始化,确定工作模式、接收滤波方式、波特率参数设置等。报文收发程序采用查询方式,发送时AT89C51将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文,送入SJA1000的发送缓冲区中,再由SJA1000发送到CAN总线上。当接收一个报文时,SJA1000首先将CAN总线上的串行数据转换成并行数据,然后交给接收过滤模块进行识别,以决定该报文是否为AT89C51所要求的报文,最后AT89C51从接收缓冲区中读取报文,并发送回S3C44B0X主控模块。整个程序流程如图5所示。
4.2 GPRS无线通信软件的设计
要实现GPRS方式的无线数据传输,首先要对GPRS模块进行一系列的初始化设置。主要设置有[5]:
①AT+IPR=n :设置通信波特率。
②AT+CGCLASS=“B” :设置移动终端的类别为“B”类,只针对GPRS模式。
③AT+CGDCONT=1,“IP”,“CMNET”:设置接入网关为中国移动。
④AT+CGACT=1:测试终端是否已经连接到GPRS网络。
⑤AT+CGATT=1:设置终端处于V.25ter命令状态。
⑥AT+CGDATA=1:使GPRS PDP类型与网络建立通信。
GPRS通信是基于IP协议进行的,数据以IP分组的形式进行传输。在下行数据接收时,车载终端的GR47/48模块检测接收由发送中心GPRS网络传输过来的数据,经过判断之后对数据包进行解包,然后传送给主控模式S3C44B0X,由其进行后续处理。在上行数据传输中首先是车载终端将待上传的数据按照TCP/IP协议进行打包,再由ERICSSON GR47/48模块发送出去,经由GPRS网络上传到监控中心。监控中心收到上传数据后,根据其中车载终端的车辆编号下传确认信息。GPRS无线通信软件流程图如图6所示。
5 结论
本系统的软硬件采用了模块化结构设计,可以实时快速地将工程车辆现场运行参数、位置发送到监控中心,实现工程车辆运行状况的动态跟踪监视,实时诊断车辆的运行隐患,增加了车辆运行的安全性,大大提高了自动化程度。实验结果证明,该系统运行良好、可靠性高,能够很好地完成预定功能,可广泛地应用于机动车辆的远程故障会诊、反劫防盗、智能交通等众多领域,具有很高的推广应用价值和广泛的市场应用前景。
参考文献
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车辆实时监控系统研制 第7篇
关键词：车辆检测,帧间差分,背景相减,阴影消除
0 引言
在基于视频的交通监控系统中,车辆检测是关键技术。现有的车辆检测技术主要有磁频、波频、视频等检测技术。视频检测技术采用计算机视觉和图像处理技术来获取交通参数,明显有别于磁频和波频这两种依靠能量变化来获取车流参数的检测技术,是目前交通车流检测的先进技术之一[1]。
崔星和闫清东[2]利用帧间差分方法建立的道路车辆检测系统可自动识别监控场景内所有移动车辆,但该方法对监控场景进行全局处理,增加了系统处理的数据量,且没有对车辆阴影进行消除。肖庚和张高伟[3]提出的车辆检测方法对车辆识别率较高,但在重构全景视觉图时比较耗时,无法满足城市交通路口实时检测的要求。本文建立的系统综合了帧间差分和背景相减的方法,通过设置检测区域,使检测区域外的数据不会被系统处理,大大降低了系统处理的数据量,同时利用颜色不变定律消除阴影,只检测出车辆。
1 系统总体结构
本系统采用Visual C++6.0编程实现了系统的界面和整体构架。本系统分为3个模块:系统初始化模块、视频采集模块和车辆检测模块。如图1所示。
2 系统设计与实现
2.1 系统初始化模块
为系统设定初值,包括设定图像输入参数(采集图像的分辨率,图像采集卡视频端口的制式、亮度、对比度,每秒采集的帧数等)、检测区域的大小和个数、象素间距与实际路长的比例系数、图像二值化及监测区域内特征点的阈值等。
本系统中的系统初始化如下所示:
视频信号:PAL制式视频信号(每秒25帧),处理信号为亮度信号。
调试数据记录格式:自定义记录格式(帧图像记录流)。
监测区域与监测线的设置:监测区域形状为斜梯形或正梯形,梯形底边线垂直左右车道线,左右边分别平行左右车道线;如图2所示。
监测区域:
区域宽度(车道数):2车道,最大宽度8条车道。
区域长度:长度约30～80米,停车线前的长度约5米。
方向线:一条,用于标注车辆行驶方向(图2中标示1的线)。
监测线:两条,分别称前监测线(图2中标示2的线)和后监测线(图2中标示3的线);后监测线和监测区域底边线所围区域是正常区域,后监测线和前监测线所围区域是预警区域,前监测线和监测区域前边线所围区域是违法区域。
区域坐标系:设定区域左边线为Y轴,区域底边线为X轴,两线的交点为坐标原点。
通过设定监测区域,可以排除周围环境对检测算法的影响,使系统不必去处理与要检测的区域不相关的数据,大大提高了系统的处理速度,从而保证了实时性要求。
2.2 视频采集模块
2.2.1 摄像机的安装及视域
摄像机安装在F形杆上,高度在9.2～15米之间,要尽可能避免遮挡问题。一般摄像机的视距是其高度的10倍。本系统中用到的摄像机具有0～100米的监测距离,最大可同时检测8条车道。
2.2.2 视频数据的预处理
将摄像机传输来的视频图像按初始化设置的要求捕捉下来并将其数字化,然后存储到内存里。采集图像的数字化是通过安装在计算机上的视频捕捉卡来实现的,而图像捕捉控制是由软件来完成。捕捉软件可以按每秒1～25帧(PAL制式)来捕捉图像并存贮在帧缓存或计算机内存里以备预处理时系统调用。
2.3 车辆检测模块
车辆进入监测区域,加以检测,只检测宽度大于等于小型车辆宽度的车辆。运动目标的检测方法通常有背景相减法[4]和帧间差分法[5],本系统综合这两种方法,根据监测区域内的物体移动产生的图像差异和图像中车辆的形状,将车辆与非移动物体以及其它移动物体相区别。图像差异是指当监测区域内物体移动时在不同帧的视频图像中产生的图像数据大小的差异。
2.3.1 程序流程
车辆检测的程序流程如图3所示。
流程的主要处理步骤如下:
(1)在相邻两帧帧差图(简称邻差图)差异度较大时,用背景图B(x,y)和本帧F(x,y)作差图D(x,y),即:
(2)对D(x,y)差图进行二值化处理,得到K(x,y);
其中:T为阈值,T为有效平均灰度方法确定的阈值;
(3)对K(x,y)各点进行高斯平滑滤波,即:
其中:g(x,y)为高斯平滑滤波器;
(4)连通性处理,先用数学形态学的膨胀算法对G进行膨胀,即:
其中,S是一个2×2方形结构象素的集合;膨胀后再对较大区域且相距较近的区域进行连通性处理;
(5)对A进行轮廓化处理,就得到运动物体的外围轮廓;
(6)根据运动物体的外围轮廓,将处理区域分为前景与背景;
(7)在前景区域中得到车辆实际外形的描述;
(8)用背景区域和以前得到的背景区域生成新的背景图B(x,y)。
2.3.2 阴影的消除
移动物体的外围轮廓包含了物体自身的阴影和周围其它移动物体的阴影。如要对车辆外形进行精确描述,必须去除这些阴影。
阴影区是一个半透明的区域,即阴影只降低所覆盖部分的亮度,而不改变所覆盖部分的颜色,反映在RGB彩色空间上,R、G、B只是均匀成比例的减小,这就是颜色不变定律。
通常消除阴影的方法正是根据颜色不变定律,运用本帧阴影区降低背景帧的三基色(R、G、B)的强度来消除阴影。本文采用颜色不变定律,是利用物体的移动特点和阴影在相邻差帧下的特征来消除阴影,由于前帧与本帧的阴影覆盖相同点时三基色的强度基本无变化,这样的区域就形成了一个无差异的区域,根据这一区域形态特征,就能从运动区域中将阴影删除掉,从而得到物体的实际外围轮廓。
2.4 系统的实现
本系统采用的视频数据来源于昆明市区内的真实交通视频,如图4所示。
在城市复杂交通环境下,图4(a)显示正常区域中出现了一辆待检测的车辆,图4(b)显示检测出了图像车辆及其阴影,图4(c)显示通过颜色不变定律消除阴影,只检测出车辆,用矩形框标示出车辆位置。
3 结论
本文综合了帧间差分和背景相减的方法,通过设置检测区域,使检测区域外的数据不会被系统处理,大大降低了系统处理的数据量,并利用颜色不变定律消除阴影,建立了基于视频的车辆检测系统。该系统在复杂交通场景中对车辆的检测结果比较准确,满足实时性要求。
参考文献
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