工程机械GPS定位监控终端及其调试系统的研究与开发

发布时间：2017-04-21 13:01

  本文关键词：工程机械GPS定位监控终端及其调试系统的研究与开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国民经济的迅速发展,交通和建筑等行业对工程机械的需求越来越多,为了提高工程机械作业效率,保障作业和施工安全,对工程机械进行统一管理和集中监控成为一种趋势。基于此,本文研究和开发了工程机械GPS定位监控终端及其调试系统。该监控终端综合使用了无线通信、GPS定位、CAN总线等技术,实现了对工程机械运行状态和地理位置信息的远程监控。调试系统是一个上位机软件,作为监控终端的开发调试工具,可以对监控终端出现的故障进行快速定位和诊断。本文首先讨论了工程机械监控系统的研究背景及意义,分析了国内外的研究现状及发展趋势。基于此给出本课题的研究内容,并对监控终端的功能需求进行分析,给出监控终端总体设计方案。接着本文对监控终端的硬件电路设计,软件系统以及调试系统的设计进行研究。硬件电路设计部分主要进行了核心控制器和外围模块电路的设计。监控终端核心控制器采用双控制器设计方案,以汽车起重机为例,监控终端主控制器负责与物联网管理平台的通信、GPS定位、起重机上车运行状态监控等主要任务,从控制器负责监控主控制器的工作状态,起重机下车运行状态监控以及其它一些任务。核心之外的外围模块电路和接口包括电源电路,GSM模块,GPS模块,CAN模块,存储模块,串口通信接口等。其中,电源电路采用二级电路设计方案,一级电路为过压保护和开关降压电路,二级电路通过多个线性稳压器输出不同等级的电压。存储模块采用铁电随机存储器和FLASH存储器的设计方案,前者读写速度快,用以存储系统相关参数,后者支持多字节读取并且容量更大,用以存储采集的数据和更新程序。软件设计部分采用模块化方法进行设计,主要进行了对象之间通信协议的设计和各个功能模块的编程实现。通信协议包括监控终端和管理平台之间的通信,监控终端主从控制器之问的通信,监控终端和起重机上下车系统之问的通信。软件功能模块包括无线模块数据的收发和处理、CAN总线数据的收发和处理、GPS定位信息的处理、智能电源管理、固件程序远程升级功能等。无线模块和管理平台采用TCP连接进行通信,利用心跳包机制保持长连接,当处于信号盲区时,采用盲区补偿策略,将监控终端的重要信息存储在本地存储器,在网络恢复时再将其上传到管理平台。远程升级功能是一个创新,当需要对固件程序进行升级时,监控终端就会自动连接到远程FTP服务器下载更新程序,然后利用在应用编程(IAP)技术完成固件程序的重新编程。调试系统使用QT进行开发,主要进行了可视化界面设计、串口通信设计、监控终端系统和状态参数的读取和设置以及故障诊断等功能的实现。调试系统的工作原理是工作人员通过用户界面给监控终端发送控制指令,监控终端将执行的结果反馈给调试系统,然后在调试系统的用户界面进行显示。在实际运用中,调试系统可以准确读取系统和状态参数,对于故障的判断也比较准确。本课题研究的监控终端已在某工程机械企业的起重机上稳定运行一年多,实时响应管理平台下发指令,GPS定位准确,无线模块数据传输和远程升级稳定可靠。
【关键词】：工程机械 监控终端 GPS定位 GSM/GPRS CAN 远程升级 调试系统 故障诊断
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228.4;TP311.52
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 论文研究的背景和意义8
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势8-9
• 1.3 本文的研究内容9-10
• 1.4 本文的章节安排10-12
• 第二章 GPS定位监控终端的总体设计12-16
• 2.1 监控终端功能需求分析12
• 2.2 监控终端总体设计方案12-14
• 2.2.1 控制对象及被控对象分析12
• 2.2.2 外围模块描述12-13
• 2.2.3 监控终端通信接口描述13
• 2.2.4 核心控制器选型13-14
• 2.2.5 总体方案设计14
• 2.3 本章小结14-16
• 第三章 GPS定位监控终端硬件电路设计16-28
• 3.1 核心控制器的选择16-17
• 3.1.1 控制器接口16-17
• 3.1.2 基本外围电路17
• 3.2 主系统的硬件电路设计17-25
• 3.2.1 电源电路设计17-20
• 3.2.2 GPS模块电路设计20-21
• 3.2.3 GSM模块电路设计21-22
• 3.2.4 CAN通信模块电路设计22-23
• 3.2.5 数据存储模块电路设计23-25
• 3.2.6 主系统和调试系统通信接口的设计25
• 3.2.7 主从系统的通信接口设计25
• 3.3 从系统的硬件电路设计25-27
• 3.4 电路的抗干扰设计27
• 3.5 本章小结27-28
• 第四章 GPS定位监控终端软件设计28-46
• 4.1 监控终端软件需求分析28
• 4.2 监控终端软件总体设计28-31
• 4.2.1 监控终端操作系统方案28-29
• 4.2.2 软件开发平台的选择29
• 4.2.3 监控终端软件总体设计29-31
• 4.3 主要模块功能的软件实现31-44
• 4.3.1 平台和终端的通信协议31-32
• 4.3.2 GPRS和SMS数据的接收处理和发送32-36
• 4.3.3 CAN数据的接收处理和发送36-38
• 4.3.4 GPS信息的接收和处理38-42
• 4.3.5 主从控制器之间的通信42
• 4.3.6 系统状态的监控42-43
• 4.3.7 智能电源管理的实现43-44
• 4.4 本章小结44-46
• 第五章 GPS定位监控终端调试系统设计46-54
• 5.1 调试系统软件需求分析46
• 5.2 调试系统软件开发环境的选择46
• 5.3 QT软件设计方法46-47
• 5.3.1 信号和槽机制46
• 5.3.2 QtDesigner设计方法46-47
• 5.4 调试系统软件总体设计47-49
• 5.4.1 调试系统软件结构47-48
• 5.4.2 调试系统程序流程48
• 5.4.3 调试系统和监控终端通信协议48-49
• 5.5 QT串口通信设计49-50
• 5.6 系统和状态参数的读取和设置功能50-51
• 5.7 故障诊断功能51-53
• 5.7.4 CAN通信模块功能诊断51-52
• 5.7.5 GPS定位模块功能诊断52
• 5.7.6 GSM模块功能诊断52-53
• 5.8 本章小结53-54
• 第六章 GPS定位监控终端远程升级系统设计54-64
• 6.1 远程升级的基本原理54-56
• 6.1.1 IAP简介54
• 6.1.2 远程升级的基本原理54
• 6.1.3 内部Flash空间的划分54-56
• 6.1.4 外部Flash空间的划分56
• 6.2 远程升级系统的设计与实现56-61
• 6.2.1 FTP远程文件下载56-57
• 6.2.2 IAP编程的实现57-58
• 6.2.3 BootLoader程序的设计58-59
• 6.2.4 远程升级系统的总体实现59-60
• 6.2.5 远程升级系统的测试60-61
• 6.3 远程升级的可靠性分析61
• 6.4 从控制器固件程序的升级61-62
• 6.5 本章小结62-64
• 第七章 总结与展望64-66
• 7.1 工作总结64
• 7.2 展望64-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-70
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及获奖70-72
• 附录72-78

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