物聯(lián)網(wǎng)與通訊技術(shù)應(yīng)用-叉車監(jiān)控系統(tǒng)

叉車是一種常用的裝卸和短距離運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備，具有使用方便、用途廣泛的優(yōu)點(diǎn)，故此在眾多作業(yè)場所得到了廣泛使用。目前，叉車事故數(shù)量一直高居機(jī)電類特種設(shè)備事故數(shù)量首位，叉車安全事故的直接原因絕大多數(shù)是作業(yè)人員的不安全行為，真正由叉車設(shè)備本身安全性能缺陷直接引發(fā)的事故非常少。

根據(jù)客戶叉車安全事故技術(shù)防范措施要求，開發(fā)基于汽車電子技術(shù)、GPRS通訊、云服務(wù)器構(gòu)造作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從源頭杜絕人員操作、加強(qiáng)作業(yè)過程中的及時(shí)提醒和預(yù)警、實(shí)時(shí)向后端監(jiān)控管理平臺遠(yuǎn)程上傳作業(yè)過程的危險(xiǎn)作業(yè)行為信息。

一、整機(jī)組成及功能

本系統(tǒng)通過云服務(wù)器對接入系統(tǒng)的叉車進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)叉車使用的授權(quán)，叉車非安全操作報(bào)警及數(shù)據(jù)上傳，管理人員可通過后臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

（一）系統(tǒng)組成

系統(tǒng)構(gòu)成圖

系統(tǒng)由管理軟件/APP、云服務(wù)器、叉車監(jiān)控器組成。

（二）整機(jī)功能

(1) 身份認(rèn)證功能：通過安裝指紋識別模塊或人臉識別模塊，禁止無證人員（未授權(quán)人員）上機(jī)操作，叉車駕駛?cè)藛T在駕駛叉車前需進(jìn)行指紋識別或人臉識別身份認(rèn)證，只有通過身份認(rèn)證，叉車才可以打火啟動，否則打火啟動無效。

(2) 關(guān)于指紋或人臉身份的錄入操作，必須由授權(quán)人員的指紋登陸后，結(jié)合板卡上的特殊組合按鈕，配合語音提示（第一次錄入成功，第二次驗(yàn)證成功…），方可完成該項(xiàng)功能，完成后在上位機(jī)中輸入對應(yīng)的操作員身份名字等操作。

(3) 倒車?yán)走_(dá)功能：在叉車側(cè)后方0.5米范圍以內(nèi)有障礙物，報(bào)警燈亮，同時(shí)提示駕駛員。

(4) 超速告警及違章上傳功能：當(dāng)檢測到車輛前進(jìn)的速度大于預(yù)設(shè)值時(shí)，報(bào)警燈亮同時(shí)提示駕駛員，并且算作一次違章上報(bào)服務(wù)器。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試的情況，大部分的電驅(qū)叉車已電機(jī)編碼器信號輸出，通過采樣編碼器的脈沖信號可以精準(zhǔn)得完成速度判斷。

(5) 碰撞告警及違章上傳功能：按嚴(yán)重程度分2個(gè)等級，采用MPU9250三軸直線加速度計(jì)采樣沿X和Y的瞬態(tài)加速度超過設(shè)定值進(jìn)行判斷，發(fā)生時(shí)算作違章上報(bào)服務(wù)器。

(6) 超載告警及違章上傳功能：運(yùn)動是不采集，在叉車進(jìn)行裝載貨物時(shí)采集，采用MPU9250測量叉車俯仰角，當(dāng)俯仰角大于預(yù)設(shè)角度時(shí)，判斷為超載發(fā)生，有傾覆風(fēng)險(xiǎn)，報(bào)警燈亮同時(shí)提示駕駛員，并算作違章上報(bào)服務(wù)器。

(7) 轉(zhuǎn)向告警功能：車輛發(fā)生轉(zhuǎn)向行進(jìn)時(shí)，語音提示，不上報(bào)服務(wù)器，采用MPU9250內(nèi)電子羅盤讀取航向角的變化，來判斷轉(zhuǎn)向行為的發(fā)生。

(8) 叉齒高度及門架傾斜檢測告警功能及違章上傳功能：判定違章的條件為行駛時(shí)叉齒未落下或者門架未靠后收回，傳感器安裝在油缸的活塞桿頭部，活塞桿兩邊分別安裝干簧管及磁鐵，叉車落下及門架靠后則干簧管吸合，如干簧管不吸合，叉車直接行駛，報(bào)警燈亮同時(shí)提示駕駛員，并算作違章上報(bào)服務(wù)器。

(9) 貨物超高告警功能及違章上傳功能：裝載貨物時(shí)不檢測，完成裝載貨物后叉車開始行使，如門架前方紅外探測器檢測到有貨物，則報(bào)警燈亮同時(shí)提示駕駛員，并算作違章上報(bào)服務(wù)器。

(10) 安全帶未系報(bào)警及違章上傳功能：駕駛員未系安全帶駕駛叉車，報(bào)警燈亮同時(shí)提示駕駛員，并算作違章上報(bào)服務(wù)器。

(11) 叉車定位功能：叉車可進(jìn)行定位，并在網(wǎng)頁顯示當(dāng)前位置。

(12) 違章信息上報(bào)服務(wù)器功能：需上報(bào)的數(shù)據(jù)內(nèi)容為叉車定位信息，駕駛員信息，運(yùn)行時(shí)間及以上算作違章的幾點(diǎn)內(nèi)容，要求發(fā)生時(shí)立即上報(bào)（運(yùn)行時(shí)間待單次操作結(jié)束后上報(bào)）。如由于網(wǎng)絡(luò)信號原因無法立即上報(bào)，則將信息存儲到控制器內(nèi)部，等有網(wǎng)絡(luò)信號后再次上報(bào)。

(13) 系統(tǒng)后臺具備記錄、存貯、顯示、統(tǒng)計(jì)、技術(shù)分析等處理功能，并提供可拓展接納客戶端口的開放式接口以及后續(xù)升級空間。系統(tǒng)接納客戶端口數(shù)量為一萬臺，每天上傳的信息保存一個(gè)月、生成報(bào)表保存半年。

（三）叉車上傳數(shù)據(jù)內(nèi)容

包括：廠家編號、叉車ID、操作員賬號、登錄時(shí)間、運(yùn)行時(shí)長、非正常操作代碼、設(shè)備定位信息等。

可以實(shí)現(xiàn)，操作員在登錄后的運(yùn)行過程中有多次非正常操作，則系統(tǒng)依次記錄并上傳非正常操作代碼及時(shí)間。

二、總體實(shí)現(xiàn)方案

（一）云服務(wù)器

所有用戶、叉車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及設(shè)置數(shù)據(jù)保存及管理，與管理軟件及APP建立接口進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的交換。

（二）管理軟件

1、用戶管理

分三級用戶，分別是質(zhì)檢站管理用戶，廠家管理用戶，叉車操作用戶。

（1）質(zhì)檢站管理用戶

建立廠家管理用戶、操作終端設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析。

（2）廠家管理用戶
    叉車操作用戶ID，建立、維護(hù)本廠叉車系統(tǒng)用的賬戶。

（3）叉車操作用戶

通過指紋識別登錄系統(tǒng)，進(jìn)行叉車操作。

2、報(bào)警設(shè)置

廠家管理用戶可進(jìn)行：超速閾值設(shè)置；超載閾值設(shè)置；碰撞等級設(shè)置（分2級）；

3、對云端數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存貯、顯示、統(tǒng)計(jì)、技術(shù)分析等，可生成數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行查閱。

（三）身份認(rèn)證模塊

選用現(xiàn)成的人臉識別模塊或指紋識別模塊，配合叉車監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)叉車操作用戶身份認(rèn)證功能。

（四）叉車監(jiān)控器

內(nèi)部配備超速監(jiān)測電路，門架度檢測電路，叉齒高度檢測電路，載荷檢測電路，碰撞檢測電路,安全帶檢測電路，倒車?yán)走_(dá)模塊，聲光報(bào)警電路，語音模塊，GPRS/GPS模塊，通信電路（與身份認(rèn)證模塊通信）等硬件模塊，通過相應(yīng)的傳感器實(shí)現(xiàn)超速，超載等不安全駕駛行為報(bào)警，并通過GPRS模塊向服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)。監(jiān)控器帶有內(nèi)部存儲器，當(dāng)無信號或信號弱無法傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部存儲器內(nèi)，待有信號后上傳服務(wù)器。

（五）叉車監(jiān)控器軟件設(shè)計(jì)

軟件實(shí)現(xiàn)：

（1）服務(wù)器代碼以PHP語言寫成，使用MYSQL數(shù)據(jù)庫。

（2）云服務(wù)器虛擬主機(jī)可采用百度云，阿里云等云服務(wù)器，采用月付費(fèi)或年付費(fèi)方式。

（3）人機(jī)界面采用腳本語言進(jìn)行編程，通過網(wǎng)頁瀏覽器可以在PC，手機(jī)上進(jìn)行監(jiān)控。

（4）GPRS模塊采用AT指令集進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)MCU與云服務(wù)通訊。

（5）叉車監(jiān)控器MCU程序：使用KEIL軟件進(jìn)行編程，采用C語言實(shí)現(xiàn)。