一种工程机械折旧程度记录装置.pdf

一种工程机械折旧程度记录装置，属监测技术领域，其技术方案是，它包括单片机、车辆电压传感器、振动传感器和无线通信模块，所述单片机内设有循环计时器、定时器、累计工时存储器和粗暴工时存储器，所述车辆电压传感器的输出端接单片机的AD端口，所述无线通信模块接单片机的通信端口；所述振动传感器采用3D加速度传感器，其中断引脚直接与单片机的中断引脚相连，3D加速度传感器的数据通信接口通过SPI总线与单片机相连。本发明充分考虑了车体振动的剧烈程度对工程机械磨损速度的影响，利用修正的发动机累计工作时间来表征工程机械的折旧程度，大大降低了工程机械折旧程度的判定误差，可为工程机械现有价值的评估提供可靠依据。

权利要求书
1.  一种工程机械折旧程度记录装置，其特征是，它包括单片机（U1）、车辆电压传感器、振动传感器（U5）和无线通信模块（U4），所述单片机（U1）内设有循环计时器（T1）、定时器（T2）、累计工时存储器（M1）和粗暴工时存储器（M2），所述车辆电压传感器的输出端接单片机（U1）的AD端口，所述无线通信模块（U4）接单片机（U1）的通信端口；所述振动传感器（U5）采用3D加速度传感器，其中断引脚直接与单片机（U1）的中断引脚相连，3D加速度传感器的数据通信接口通过SPI总线与单片机（U1）相连，所述工程机械折旧程度记录装置按如下方式运作：
a.单片机（U1）上电后，启动其内部的循环计时器（T1）并打开循环计时器（T1）和振动传感器（U5）的中断开关，循环计时器（T1）开始计时并周期性地输出中断信号；
b. 循环计时器中断信号的处理：单片机（U1）每次检测到循环计时器（T1）输出的中断信号后，通过车辆电压传感器检测工程机械的电源电压，若该电压高于工程机械蓄电池的电动势，则将循环计时器（T1）的一个循环中断时长累加到累计工时存储器（M1）所存储的发动机累计工作时间上；若该电压不高于工程机械蓄电池的电动势，则不进行任何操作；
c. 振动传感器中断信号的处理：
①当工程机械的振动加速度幅值超过设定的阈值时，振动传感器（U5）向单片机（U1）发送中断信号；
②单片机（U1）检测到振动传感器（U5）输出的中断信号后，立即启动其内部的定时器（T2），同时关闭振动传感器（U5）的中断开关，打开定时器（T2）的中断开关；
③到达定时器（T2）的中断时间后，定时器（T2）向单片机（U1）发送中断信号，单片机（U1）检测到该中断信号后，将定时器（T2）的中断时间长度值累加到粗暴工时存储器（M2）所存储的粗暴工作时间上，同时关闭定时器（T2）中断开关，打开振动传感器（U5）的中断开关，等待振动传感器（U5）再次产生中断信号；
d. 单片机（U1）按照设定的时间间隔计算工程机械的折旧工作时间，并通过无线通信模块（U4）将计算结果发送给监控中心，工程机械折旧工作时间的计算公式为：
工程机械折旧工作时间=发动机累计工作时间+ K×粗暴工作时间
其中，K为修正系数。

2.  根据权利要求1所述的一种工程机械折旧程度记录装置，其特征是，所述车辆电压传感器包括两个电阻，整车电源的输出电压经两个电阻分压后送至单片机（U1）的AD端口。

3.  根据权利要求1或2所述的一种工程机械折旧程度记录装置，其特征是，为了节约电能，单片机（U1）上电后立即把振动传感器（U5）置为睡眠状态；在每次接收到振动传感器（U5）产生的中断信号后，单片机（U1）都将振动传感器（U5）置为掉电状态，待检测到定时器（T2）的中断信号后，再将振动传感器（U5）置为睡眠状态。

4.  根据权利要求3所述的一种工程机械折旧程度记录装置，其特征是，单片机（U1）每次接收到中断信号并执行相应的操作后，都将自己置为睡眠状态，等待下一个中断信号将自己唤醒。

5.  根据权利要求4所述的一种工程机械折旧程度记录装置，其特征是，构成中还包括卫星定位模块（U2），所述卫星定位模块（U2）的TXD、RXD端分别接单片机（U1）的RXD1、TXD1端口，单片机（U1）按照设定的时间间隔，通过卫星定位模块（U2）定时获取工程机械的位置信息，并通过无线通信模块（U4）将该信息发送给监控中心。

6.  根据权利要求5所述的一种工程机械折旧程度记录装置，其特征是，单片机（U1）在每次采集工程机械位置信息或向监控中心发送监控信息前才将卫星定位模块（U2）或无线通信模块（U4）置为工作状态，执行完相应的操作后，立即将卫星定位模块（U2）或无线通信模块（U4）置为掉电状态。

7.  根据权利要求6所述的一种工程机械折旧程度记录装置，其特征是，所述无线通信模块（U4）为GSM、CDMA蜂窝通信模块或卫星移动通信模块。

8.  根据权利要求7所述的一种工程机械折旧程度记录装置，其特征是，所述定时器（T2）的中断时间长度值为30秒。

说明书一种工程机械折旧程度记录装置
技术领域
本发明涉及一种能够准确记录工程机械磨损和折旧程度的装置，属于监测技术领域。
背景技术
折旧程度是评估工程机械现有价值的重要依据，目前，人们通常以发动机的累计工作时间作为工程机械的磨损和折旧程度的判定参数，但在实际工作中发现，简单地用发动机的累计工作时间来表征工程机械的折旧程度是非常不准确的，其原因是，工程机械的磨损和折旧不仅与其累计工作时间有关，还与工程机械的工况和驾驶员操作的粗暴程度密切相关，工程机械由不同的驾驶员操作或者携带不同的附属工作装置工作时，车体振动的剧烈程度差别很大，工程机械的磨损速度也大不相同。因此，如何准确描述工程机械折旧程度，一直是有关技术人员面临的难题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种工程机械折旧程度记录装置，以减小工程机械折旧程度的判定误差。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种工程机械折旧程度记录装置，构成中包括单片机、车辆电压传感器、振动传感器和无线通信模块，所述单片机内设有循环计时器、定时器、累计工时存储器和粗暴工时存储器，所述车辆电压传感器的输出端接单片机的AD端口，所述无线通信模块接单片机的通信端口；所述振动传感器采用3D加速度传感器，其中断引脚直接与单片机的中断引脚相连，3D加速度传感器的数据通信接口通过SPI总线与单片机相连，所述工程机械折旧程度记录装置按如下方式运作：
a.单片机上电后，启动其内部的循环计时器并打开循环计时器和振动传感器的中断开关，循环计时器开始计时并周期性地输出中断信号；
b. 循环计时器中断信号的处理：单片机每次检测到循环计时器输出的中断信号后，通过车辆电压传感器检测工程机械的电源电压，若该电压高于工程机械蓄电池的电动势，则将循环计时器的一个循环中断时长累加到累计工时存储器所存储的发动机累计工作时间上；若该电压不高于工程机械蓄电池的电动势，则不进行任何操作；
c. 振动传感器中断信号的处理：
①当工程机械的振动加速度幅值超过设定的阈值时，振动传感器向单片机发送中断信号；
②单片机检测到振动传感器输出的中断信号后，立即启动其内部的定时器，同时关闭振动传感器的中断开关，打开定时器的中断开关；
③到达定时器的中断时间后，定时器向单片机发送中断信号，单片机检测到该中断信号后，将定时器的中断时间长度值累加到粗暴工时存储器所存储的粗暴工作时间上，同时关闭定时器中断开关，打开振动传感器的中断开关，等待振动传感器再次产生中断信号；
d. 单片机按照设定的时间间隔计算工程机械的折旧工作时间，并通过无线通信模块将计算结果发送给监控中心，工程机械折旧工作时间的计算公式为：
工程机械折旧工作时间=发动机累计工作时间+ K×粗暴工作时间
其中，K为修正系数。
上述工程机械折旧程度记录装置，所述车辆电压传感器包括两个电阻，整车电源的输出电压经两个电阻分压后送至单片机的AD端口。
上述工程机械折旧程度记录装置，为了节约电能，单片机上电后立即把振动传感器置为睡眠状态；在每次接收到振动传感器产生的中断信号后，单片机都将振动传感器置为掉电状态，待检测到定时器的中断信号后，再将振动传感器置为睡眠状态。
上述工程机械折旧程度记录装置，单片机每次接收到中断信号并执行相应的操作后，都将自己置为睡眠状态，等待下一个中断信号将自己唤醒。
上述工程机械折旧程度记录装置，构成中还包括卫星定位模块，所述卫星定位模块的TXD、RXD端分别接单片机的RXD1、TXD1端口，单片机按照设定的时间间隔，通过卫星定位模块定时获取工程机械的位置信息，并通过无线通信模块将该信息发送给监控中心。
上述工程机械折旧程度记录装置，单片机在每次采集工程机械位置信息或向监控中心发送监控信息前才将卫星定位模块或无线通信模块置为工作状态，执行完相应的操作后，立即将卫星定位模块或无线通信模块置为掉电状态。
上述工程机械折旧程度记录装置，所述无线通信模块为GSM、CDMA蜂窝通信模块或卫星移动通信模块。
上述工程机械折旧程度记录装置，所述定时器的中断时间长度值为30秒。
本发明充分考虑了车体振动的剧烈程度对工程机械磨损速度的影响，利用修正的发动机累计工作时间来表征工程机械的折旧程度，大大降低了工程机械折旧程度的判定误差，可为工程机械现有价值的评估提供可靠依据。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的电原理图；
图2是单片机主程序流程图；
图3是振动中断服务程序流程图；
图4是定时器T2中断服务程序流程图；
图5是循环计时器T1中断服务程序流程图。
图中各标号为：U1、单片机，U2、卫星定位模块，U3、电源芯片，U4、无线通信模块，U5、振动传感器，R1、第一电阻，R2、第二电阻，T1、循环计时器，T2、定时器，M1、累计工时存储器，M2、粗暴工时存储器，M3、折旧工时存储器。
具体实施方式
本发明包括单片机U1、无线通信模块U4、卫星定位模块U2、振动传感器U5和车辆电压传感器，无线通信模块U4的TXD、RXD端分别接单片机U1的RXD1、TXD1端口。振动传感器U5是3D加速度传感器采用LIS3DH芯片，测量精度高、性价比高。该传感器的中断引脚INT直接与单片机U1中断引脚相连。振动传感器U5通过SPI总线与单片机U1通信，实现单片机U1对振动传感器U5的设置和检测信息的读取。单片机U1可采用MSP430单片机，耗电极低，是业内公认的耗电最低的单片机之一。无线通信模块U4可采用G610，卫星定位模块U2如NEO-6M，都是具有工业级稳定性的模块。
电瓶是给工程机械存储、提供电能的装置，其电动势一般为12V或24V，电瓶与发电机并联连接后构成工程机械的供电系统。发动机不工作时，发电机不发电，工程机械由电瓶供电，供电电压为12V或24V。在发动机工作时，发电机输出的电压会比电瓶的电动势高2-5V。本发明就是根据整车电源输出电压的变化来判断发电机是否处于工作状态的。当然，也可以通过检测发动机上发电机中性点的电压、机油压力传感器采集的压力信号来判断发动机是否处于工作状态。这是本专业技术人员都知晓的知识。
车辆电压传感器由两个电阻（即第一电阻R1和第二电阻R2）构成，车辆电源的输出电压经两个电阻分压后送入单片机U1。
电源芯片U3(型号为MP4560)将整车电源电压转化成记录装置的工作电压，给单片机U1、振动传感器U5、卫星定位模块U2和无线通信模块U4供电。
本装置安装在工程机械设备的机体上，振动传感器U5能够感知车体的振动。振动传感器U5采用ST公司的LIS3DN加速度传感器，单片机U1能够设置振动传感器U5的振动唤醒阈值。振动传感器U5平时处于睡眠模式，单片机U1也处于睡眠模式。当工程机械的振动加速度幅值超过振动传感器的设定阈值时，振动传感器U5自动唤醒、产生中断，唤醒单片机U1。在振动传感器U5不工作期间，单片机U1将其设置为更节电的掉电状态。
也即是说，工程机械工作时，工程机械折旧程度记录装置会感知车体的振动程度，并累计超过设置的振动阈值的强烈振动的持续时间，这个时间就是工程机械的粗暴工作时间。这个粗暴工作时间的长短对机械折旧的影响要大于发动机的正常工作时间。工程机械的折旧时间=发动机工作时间 + K×粗暴工作时间。对于不同种类的工程机械设备，修正系数K的取值不同，K值一般取值范围为1-5，可以通过实际测试取得。振动阈值越高，K的取值越大。
为了提高单片机U1程序运行效率，振动状态的采集、振动持续时间的累积、发动机工作时间累积等工作都是采用中断方式。工程机械折旧程度记录装置的程序流程说明如下：
1.发动机工作时间累积流程：
工程机械出厂时，累计工时存储器M1清零，折旧程度记录装置程序开始运行后，首先启动其内部的循环计时器T1并打开循环计时器T1的中断开关，循环计时器T1开始计时。
循环计时器每中断一次，单片机U1检测一次车载发电机输出电压是否超过蓄电池的电动势。如果电压超过了蓄电池的电动势，发动机累计工时存储器M1就累加上一个循环中断时长。如果电压未超过蓄电池的电动势，循环计时器T1继续计时、中断，但是发动机累计工时存储器M1存储的数值不变。
2.粗暴工作时间累积程序流程：
工程机械出厂时，粗暴工时存储器M2清零，单片机U1上电后，打开振动传感器U5的中断开关，然后将单片机U1和振动传感器U5都置于睡眠节电状态。机械强烈振动后，振动传感器U5产生中断申请，唤醒单片机U1。单片机U1打开定时器T2的中断开关，定时器T2开始计时。然后，单片机U1将振动传感器U5置为掉电状态、单片机U1也立即睡眠。
定时器T2计时结束后产生中断信号，唤醒单片机U1，单片机U1将粗暴工时存储器M2累计上定时器中断时间长度值，这个值一般设置为30秒左右。然后单片机U1关闭定时器T2的中断开关，打开振动传感器U5的中断开关，并把振动传感器U5置为睡眠状态。最后，单片机U1自己也进入睡眠状态。
如果振动还在持续，振动传感器U5就会再次产生中断申请，粗暴工时存储器M2就会再次累积上一段时间。如果机械振动不再持续了，则粗暴工时存储器M2存储的数据不再发生变化。
工程机械折旧工作时间=发动机工作时间 + K×粗暴工作时间。