农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统技术方案

本发明专利技术公开了农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统，包括加速度传感器、恒流激励源、AD转换模块、单片机MCU、CAN总线模块、RS485总线模块、嵌入式计算机模块MPU、4G传输模块、状态监测服务器和软件系统。该农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统，嵌入式计算机模块MPU包含两路相互独立的CAN模块、一路RS485模块、多个串行TTL接口模块和Mini PCI

【技术实现步骤摘要】
农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统


[0001]本专利技术涉及农业机械设备领域，具体是农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统。

技术介绍

[0002]随着我国农业机械化水平的不断提高，农业机械已经成为农业生产过程中必不可少的工具，农业生产本身具有任务量大、实时性强的特点，机具作业过程中负载情况恶劣，对安全生产可造成直接影响。并且农业机械本身也不断地向大型化、智能化发展，对其作业情况、关键部件性能检测需求越来越高，通过物联网、大数据技术对机具工作状态、关键部件性能状态信息进行远程采集与挖掘，并评估其健康状态，对农业机械化的发展水平有重要意义。
[0003]农业机械的作业现场环境恶劣，通常伴随着大量的烟尘与强烈的振动，并且农机作业地点多数较为偏僻，这种工作环境限制了在机具上附加较高级的状态监测设备。因此，基于嵌入技术，将机具的作业状态与关键部件的性能状态数据进行采集后远程传递至监控平台，借助服务器侧强大的算力完成数据的深度挖掘与模式识别能够作为一种可行的农机具齿轮传动部件状态监测手段。
[0004]现有的农机作业检测设备多数侧重与农机本身运行状态的监测，而对于关键传动部件的性能退化状态监测的较为少见，基于总线系统实现机具自身关键传动机构的运行状态监测与故障预警设备方面尚无成熟统一标准，需要进一步进行深入研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统，以解决上述
技术介绍
中提出的现有的农机作业检测设备多数侧重与农机本身运行状态的监测，而对于关键传动部件的性能退化状态监测的较为少见，基于总线系统实现机具自身关键传动机构的运行状态监测与故障预警设备方面尚无成熟统一标准的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统，包括加速度传感器、恒流激励源、AD转换模块、单片机MCU、CAN总线模块、RS485总线模块、嵌入式计算机模块MPU、4G传输模块、状态监测服务器和软件系统，所述嵌入式计算机模块MPU包含两路相互独立的CAN模块、一路RS485模块、多个串行TTL接口模块和Mini PCI
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E接口，状态监测服务器包括Web API服务模块、信号处理和模式识别模块。
[0007]作为本专利技术进一步的方案：所述恒流激励源为加速度传感器提供激励，单片机MCU通过AD转换模块采集加速度传感器监测的振动信息，单片机MCU并通过RS485总线模块和CAN总线模块发送至嵌入式计算机模块MPU，嵌入式计算机模块MPU通过4G传输模块将采集到的离散加速信号发送至状态监测服务器。
[0008]作为本专利技术再进一步的方案：一路所述CAN模块分别用于接收单片机MCU发送的加
速信号与RS485模块用于接收单片机MCU模块发送的加速信号，并相互验证，另一路CAN模块用于读取发动机ECU中的实时特性数据（如转速、功率、故障信号等），嵌入计算机模块MPU通过4G数据传输模块将所有的数据通过Web API发送至状态监测服务器。
[0009]作为本专利技术再进一步的方案：所述Web API模块用于接收嵌入式计算机模块MPU发送的加速度信号和发动机实时工况数据，信号处理模块用于对接收的加速度信号进行处理、分析与特征提取，模式识别模块用于对所提出的特征向量进行模式识别，通过数据驱动的分析方法识别农业机械齿轮传动部件的健康状态，判定其性能指标。
[0010]作为本专利技术再进一步的方案：所述嵌入式计算机模块MPU发送至状态监测服务器的数据包括关键传动节点的加速度信号、发动机ECU关键信息（如发动机转速、实时功率、发动机子诊断信息）、定位信息、机具自身识别码、作业状态。
[0011]作为本专利技术再进一步的方案：所述嵌入式计算机模块MPU包含的两路CAN总线模块为MCP2515 SPI转CAN模块，通过CPU通过SPI总线与CAN总线模块通讯。
[0012]作为本专利技术再进一步的方案：所述恒流激励源通过线性稳压单元LM317实现，利用其1.25V基准电压配合精密电阻实现4mA恒流输出，用于向加速度传感器提供激励源。
[0013]作为本专利技术再进一步的方案：所述加速度传感器为通用IEPE型传感器，驱动电压18
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25V，恒流驱动电流4
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20 mA。
[0014]作为本专利技术再进一步的方案：所述单片机MCU 模块为STM32F407ZGT6型单片机，配合信号调理电路，通过TJA1050、MAX3485元件引出CAN总线接口、RS485接口、FSMC接口、部分GPIO接口与嵌入计算机模块、AD转换模块进行通信。
[0015]作为本专利技术再进一步的方案：所述AD转换模块为通用性AD7606模块，通过FSMC接口与单片机MCU模块进行通信，通过2 KHz采样频率采集加速度传感器输出
±
10V 范围内的模拟信号并将其转为离散数字信号。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种大型农业机械齿轮传动部件状态监测设备及监测方法，该系统主要由加速度传感器、恒流激励源、AD采集模块、数据传输单元等主要部分组成，以振动检测方式实现农机齿轮传动部件状态监测与故障预警。安装在关键传动节点处的加速度传感器通过信号调理电路后形成特定采样频率的离散数值，通过独立CAN总线按照ISO 11783协议将数据传递至车载终端，终端中的数据透传模块分别通过两路CAN总线获得齿轮传动部件的加速度采样数据和发动机实时特性数据（如转速、功率），再经过数据传输单元将数据发送至农机远程状态监测与故障预警平台中，由平台中的模式识别模块对数据进行挖掘与模式识别。最终实现农机
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定位+状态+作业信息”的全面状态监测与故障预警。
附图说明
[0017]图1为农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统的农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统架构图。
[0018]图2为农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统中加速度信号采集/发送模块架构图。
[0019]图3为农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统中4mA恒流激励源图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]请参阅图1～3，本专利技术实施例中，农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统，包括加速度传感器、恒流激励源、AD转换模块、单片机MCU、CAN总线模块、RS485总线模块、嵌入式计算机模块MPU、4G传输模块、状态监测服务器和软件系统，嵌入式计算机模块MPU包含两路相互独立的CAN模块、一路RS485模块、多个串行TTL接口模块和Mini PCI
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统，包括加速度传感器、恒流激励源、AD转换模块、单片机MCU、CAN总线模块、RS485总线模块、嵌入式计算机模块MPU、4G传输模块、状态监测服务器和软件系统，其特征在于：所述嵌入式计算机模块MPU包含两路相互独立的CAN模块、一路RS485模块、多个串行TTL接口模块和Mini PCI
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E接口，状态监测服务器包括Web API服务模块、信号处理和模式识别模块。2.根据权利要求1所述的农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统，其特征在于：所述恒流激励源为加速度传感器提供激励，单片机MCU通过AD转换模块采集加速度传感器监测的振动信息，单片机MCU并通过RS485总线模块和CAN总线模块发送至嵌入式计算机模块MPU，嵌入式计算机模块MPU通过4G传输模块将采集到的离散加速信号发送至状态监测服务器。3.根据权利要求1所述的农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统，其特征在于：一路所述CAN模块分别用于接收单片机MCU发送的加速信号与RS485模块用于接收单片机MCU模块发送的加速信号，另一路CAN模块用于读取发动机ECU中的实时特性数据，嵌入计算机模块MPU通过4G数据传输模块将所有的数据通过Web API发送至状态监测服务器。4.根据权利要求1所述的农机齿轮传动部件数据采集与远程状态监测系统，其特征在于：所述Web API模块用于接收嵌入式计算机模块MPU发送的加速度信号和发动机实时工况数据，信号处理模块用于对接收的加速度信号进行处理、分析与特征提取，模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏伟，孙文磊，焦华超，何丽，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：