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

叉車是一種常用的裝卸和短距離運輸機械設備，具有使用方便、用途廣泛的優(yōu)點，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)量一直高居機電類特種設備事故數(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、云服務器構(gòu)造作業(yè)風險防控技術(shù)系統(tǒng)，實現(xiàn)從源頭杜絕人員操作、加強作業(yè)過程中的及時提醒和預警、實時向后端監(jiān)控管理平臺遠程上傳作業(yè)過程的危險作業(yè)行為信息。

一、整機組成及功能

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

（一）系統(tǒng)組成

系統(tǒng)構(gòu)成圖

系統(tǒng)由管理軟件/APP、云服務器、叉車監(jiān)控器組成。

（二）整機功能

(1) 身份認證功能：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）上機操作，叉車駕駛?cè)藛T在駕駛叉車前需進行指紋識別或人臉識別身份認證，只有通過身份認證，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，第二次驗證成功…），方可完成該項功能，完成后在上位機中輸入對應的操作員身份名字等操作。

(3) 倒車雷達功能：在叉車側(cè)后方0.5米范圍以內(nèi)有障礙物，報警燈亮，同時提示駕駛員。

(4) 超速告警及違章上傳功能：當檢測到車輛前進的速度大于預設值時，報警燈亮同時提示駕駛員，并且算作一次違章上報服務器。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試的情況，大部分的電驅(qū)叉車已電機編碼器信號輸出，通過采樣編碼器的脈沖信號可以精準得完成速度判斷。

(5) 碰撞告警及違章上傳功能：按嚴重程度分2個等級，采用MPU9250三軸直線加速度計采樣沿X和Y的瞬態(tài)加速度超過設定值進行判斷，發(fā)生時算作違章上報服務器。

(6) 超載告警及違章上傳功能：運動是不采集，在叉車進行裝載貨物時采集，采用MPU9250測量叉車俯仰角，當俯仰角大于預設角度時，判斷為超載發(fā)生，有傾覆風險，報警燈亮同時提示駕駛員，并算作違章上報服務器。

(7) 轉(zhuǎn)向告警功能：車輛發(fā)生轉(zhuǎn)向行進時，語音提示，不上報服務器，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，報警燈亮同時提示駕駛員，并算作違章上報服務器。

(9) 貨物超高告警功能及違章上傳功能：裝載貨物時不檢測，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，則報警燈亮同時提示駕駛員，并算作違章上報服務器。

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

(11) 叉車定位功能：叉車可進行定位，并在網(wǎng)頁顯示當前位置。

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

(13) 系統(tǒng)后臺具備記錄、存貯、顯示、統(tǒng)計、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月、生成報表保存半年。

（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、登錄時間、運行時長、非正常操作代碼、設備定位信息等。

可以實現(xiàn)，操作員在登錄后的運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間。

二、總體實現(xiàn)方案

（一）云服務器

所有用戶、叉車實時數(shù)據(jù)及設置數(shù)據(jù)保存及管理，與管理軟件及APP建立接口進行各種數(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、操作終端設備的數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析。

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

（3）叉車操作用戶

通過指紋識別登錄系統(tǒng)，進行叉車操作。

2、報警設置

廠家管理用戶可進行：超速閾值設置；超載閾值設置；碰撞等級設置（分2級）；

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

（三）身份認證模塊

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)控器實現(xiàn)叉車操作用戶身份認證功能。

（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，倒車雷達模塊，聲光報警電路，語音模塊，GPRS/GPS模塊，通信電路（與身份認證模塊通信）等硬件模塊，通過相應的傳感器實現(xiàn)超速，超載等不安全駕駛行為報警，并通過GPRS模塊向服務器上傳數(shù)據(jù)。監(jiān)控器帶有內(nèi)部存儲器，當無信號或信號弱無法傳輸數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部存儲器內(nèi)，待有信號后上傳服務器。

（五）叉車監(jiān)控器軟件設計

軟件實現(xiàn)：

（1）服務器代碼以PHP語言寫成，使用MYSQL數(shù)據(jù)庫。

（2）云服務器虛擬主機可采用百度云，阿里云等云服務器，采用月付費或年付費方式。

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

（4）GPRS模塊采用AT指令集進行控制，實現(xiàn)MCU與云服務通訊。

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