連續(xù)加纖同步碎石封層車數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)*

蘇銀松 ， 葉 敏 ， 朱 衛(wèi)

（1.長安大學(xué)公路養(yǎng)護(hù)裝備國家工程實驗室，陜西 西安 710064；2.河南省高遠(yuǎn)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)有限公司，河南 新鄉(xiāng) 458000）

隨著道路養(yǎng)護(hù)裝備的智能化發(fā)展，對連續(xù)加纖同步碎石封層車數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控的研究勢在必行。目前，國內(nèi)外對數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控已有較多研究，如Jalil A等利用ESP8266 MCU實現(xiàn)對車輛通風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控[1]；Shafi U等設(shè)計了車輛遠(yuǎn)程健康監(jiān)測與預(yù)診維護(hù)系統(tǒng)[2]；李四維基于B/S架構(gòu)設(shè)計了MOH材料攤鋪裝備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)[3]；劉新宇等基于模糊控制算法與4G-LTE技術(shù)研發(fā)了植物工廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[4]。但在連續(xù)加纖同步碎石封層車數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控方面鮮有研究，課題組基于4G網(wǎng)絡(luò)，對連續(xù)加纖同步碎石封層車數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

連續(xù)加纖同步碎石封層車數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)可靠、實用、先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)，系統(tǒng)應(yīng)具有方便維護(hù)升級、適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)、移植性好、操作方便、功耗小等特點[5]。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由連續(xù)加纖同步碎石封層車、服務(wù)器、瀏覽器三部分組成。連續(xù)加纖同步碎石封層車安裝有各種傳感器、無線通信模塊DTU（Data Transfer Unit）。傳感器測得的工作裝置溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，通過CAN總線傳輸至控制器，DTU采用RS232總線與控制器連接獲取數(shù)據(jù)，通過4G無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲。瀏覽器實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息可視化，從而實現(xiàn)對連續(xù)加纖同步碎石封層車的實時監(jiān)控。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 無線數(shù)據(jù)發(fā)送終端DTU

2.1 DTU模塊的功能特性

連續(xù)加纖同步碎石封層車監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸車內(nèi)采用CAN-BUS總線，無線傳輸采用4G網(wǎng)絡(luò)。通過CAN總線獲取傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，GPS模塊獲取實時GPS信息，DTU通過RS232總線獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)與GPS信息，采用4G網(wǎng)絡(luò)無線傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器[6]。無線數(shù)據(jù)發(fā)送終端選擇的是USR-G770模塊，支持移動2G/4G，USR-G770具有RS232與RS485通信接口，速率為2 400 bps~460 800 bps，支持TCP、UDP與DNS協(xié)議，透明傳輸，符合系統(tǒng)需求。

2.2 軟件設(shè)計

無線傳輸模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有工作裝置溫度、轉(zhuǎn)速、壓力等數(shù)據(jù)和封層車位置信息數(shù)據(jù)。GPS模塊實現(xiàn)GPS定位，獲取連續(xù)加纖同步碎石封層車實時位置信息。

USR-G770模塊通電后，進(jìn)行初始化，識別4G SIM卡，查詢4G卡是否注冊成功，建立TCP連接，檢查TCP連接狀態(tài)，判斷控制器端有無數(shù)據(jù)傳送，檢查4G端數(shù)據(jù)是否傳輸。DTU軟件流程圖如圖2所示。

圖2 DTU工作軟件流程圖

2.3 協(xié)議轉(zhuǎn)換

連續(xù)加纖同步碎石封層車工作裝置參數(shù)通過CAN總線傳輸至控制器，DTU模塊通過RS232總線與控制器進(jìn)行通信，利用4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至云端服務(wù)器，通信方式采用TCP/IP協(xié)議。因此，需要將RS232總線報文轉(zhuǎn)化為TCP/IP協(xié)議格式包，云端服務(wù)器接收到TCP/IP數(shù)據(jù)包通過解析獲得原始數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步的存儲顯示數(shù)據(jù)處理。

OSI參考模型有七層網(wǎng)絡(luò)模型，RS232總線處于其中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，而TCP/IP協(xié)議處于網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，網(wǎng)絡(luò)層級之間的轉(zhuǎn)化，物理層和網(wǎng)絡(luò)層并不是簡單的層級轉(zhuǎn)化，而是要將RS232總線所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)放入TCP/IP應(yīng)用層中，這樣TCP/IP的應(yīng)用層將存儲的是需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)[7]。協(xié)議轉(zhuǎn)換流程圖，如圖3所示。

圖3 協(xié)議轉(zhuǎn)換流程圖

3 服務(wù)器平臺設(shè)計

服務(wù)器平臺用于對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲、分析、顯示。平臺采用Visual Studio 2019設(shè)計，服務(wù)器設(shè)計語言采用C#高級編程語言，監(jiān)控網(wǎng)站采用HTML+CSS+JavaScript。設(shè)計內(nèi)容有用戶登錄模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、報警設(shè)置模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊。用戶登錄模塊實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的增刪修改；數(shù)據(jù)顯示模塊將收到的報文解析處理，使得數(shù)據(jù)可視化并繪制數(shù)據(jù)曲線；報警設(shè)置模塊根據(jù)工作需求設(shè)置監(jiān)控參數(shù)上下限值，參數(shù)異常時報警；歷史數(shù)據(jù)查詢模塊根據(jù)時間以及參數(shù)名顯示參數(shù)歷史數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)程服務(wù)器和DTU模塊USR-G770通過Socket連接，DTU模塊作為TCP客戶端，遠(yuǎn)程服務(wù)器作為TCP服務(wù)端。客戶端與服務(wù)端通過三次握手建立連接，通過WatchConnecting()函數(shù)持續(xù)監(jiān)聽，創(chuàng)建通信線程，利用Recv()函數(shù)和Send()函數(shù)傳輸連續(xù)式加纖同步碎石封層車工作裝置監(jiān)控數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)，通過創(chuàng)建一個字節(jié)數(shù)組接收數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為十六進(jìn)制格式，便于下一步解析處理，并將解析后的數(shù)據(jù)通過insert語句插入數(shù)據(jù)庫。TCP客戶-服務(wù)器程序設(shè)計基本流程圖，如圖4所示。

圖4 TCP客戶-服務(wù)器程序設(shè)計流程圖

4 試驗結(jié)果分析

各部分監(jiān)控系統(tǒng)共同組成連續(xù)加纖同步碎石封層車數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對連續(xù)加纖同步碎石封層車的數(shù)據(jù)傳輸與實時監(jiān)控。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、撒布系統(tǒng)、物料參數(shù)、設(shè)備基礎(chǔ)參數(shù)監(jiān)控數(shù)據(jù)，如圖5所示。

圖5 遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺監(jiān)控數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

課題組以連續(xù)加纖同步碎石封層車為對象，基于B/S架構(gòu)設(shè)計封層車數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)，通過4G網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、撒布系統(tǒng)、物料參數(shù)、設(shè)備基礎(chǔ)參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，利用瀏覽器監(jiān)控封層車工作裝置數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)保障施工安全、提高施工質(zhì)量的目的。試驗結(jié)果證明，所設(shè)計的數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)可靠、有效，對連續(xù)加纖同步碎石封層車智能發(fā)展具有重要意義。