物联网与通讯技术应用-叉车监控系统

物联网与通讯技术应用-叉车监控系统

叉车是一种常用的装卸和短距离运输机械设备，具有使用方便、用途广泛的优点，故此在众多作业场所得到了广泛使用。目前，叉车事故数量一直高居机电类特种设备事故数量首位，叉车安全事故的直接原因绝大多数是作业人员的不安全行为，真正由叉车设备本身安全性能缺陷直接引发的事故非常少。

根据客户叉车安全事故技术防范措施要求，开发基于汽车电子技术、GPRS通讯、云服务器构造作业风险防控技术系统，实现从源头杜绝人员操作、加强作业过程中的及时提醒和预警、实时向后端监控管理平台远程上传作业过程的危险作业行为信息。

一、整机组成及功能

本系统通过云服务器对接入系统的叉车进行监控，实现叉车使用的授权，叉车非安全操作报警及数据上传，管理人员可通过后台对数据进行分析处理。

（一）系统组成

系统构成图

系统由管理软件/APP、云服务器、叉车监控器组成。

（二）整机功能

(1) 身份认证功能：通过安装指纹识别模块或人脸识别模块，禁止无证人员（未授权人员）上机操作，叉车驾驶人员在驾驶叉车前需进行指纹识别或人脸识别身份认证，只有通过身份认证，叉车才可以打火启动，否则打火启动无效。

(2) 关于指纹或人脸身份的录入操作，必须由授权人员的指纹登陆后，结合板卡上的特殊组合按钮，配合语音提示（第一次录入成功，第二次验证成功…），方可完成该项功能，完成后在上位机中输入对应的操作员身份名字等操作。

(3) 倒车雷达功能：在叉车侧后方0.5米范围以内有障碍物，报警灯亮，同时提示驾驶员。

(4) 超速告警及违章上传功能：当检测到车辆前进的速度大于预设值时，报警灯亮同时提示驾驶员，并且算作一次违章上报服务器。根据现场调试的情况，大部分的电驱叉车已电机编码器信号输出，通过采样编码器的脉冲信号可以精准得完成速度判断。

(5) 碰撞告警及违章上传功能：按严重程度分2个等级，采用MPU9250三轴直线加速度计采样沿X和Y的瞬态加速度超过设定值进行判断，发生时算作违章上报服务器。

(6) 超载告警及违章上传功能：运动是不采集，在叉车进行装载货物时采集，采用MPU9250测量叉车俯仰角，当俯仰角大于预设角度时，判断为超载发生，有倾覆风险，报警灯亮同时提示驾驶员，并算作违章上报服务器。

(7) 转向告警功能：车辆发生转向行进时，语音提示，不上报服务器，采用MPU9250内电子罗盘读取航向角的变化，来判断转向行为的发生。

(8) 叉齿高度及门架倾斜检测告警功能及违章上传功能：判定违章的条件为行驶时叉齿未落下或者门架未靠后收回，传感器安装在油缸的活塞杆头部，活塞杆两边分别安装干簧管及磁铁，叉车落下及门架靠后则干簧管吸合，如干簧管不吸合，叉车直接行驶，报警灯亮同时提示驾驶员，并算作违章上报服务器。

(9) 货物超高告警功能及违章上传功能：装载货物时不检测，完成装载货物后叉车开始行使，如门架前方红外探测器检测到有货物，则报警灯亮同时提示驾驶员，并算作违章上报服务器。

(10) 安全带未系报警及违章上传功能：驾驶员未系安全带驾驶叉车，报警灯亮同时提示驾驶员，并算作违章上报服务器。

(11) 叉车定位功能：叉车可进行定位，并在网页显示当前位置。

(12) 违章信息上报服务器功能：需上报的数据内容为叉车定位信息，驾驶员信息，运行时间及以上算作违章的几点内容，要求发生时立即上报（运行时间待单次操作结束后上报）。如由于网络信号原因无法立即上报，则将信息存储到控制器内部，等有网络信号后再次上报。

(13) 系统后台具备记录、存贮、显示、统计、技术分析等处理功能，并提供可拓展接纳客户端口的开放式接口以及后续升级空间。系统接纳客户端口数量为一万台，每天上传的信息保存一个月、生成报表保存半年。

（三）叉车上传数据内容

包括：厂家编号、叉车ID、操作员账号、登录时间、运行时长、非正常操作代码、设备定位信息等。

可以实现，操作员在登录后的运行过程中有多次非正常操作，则系统依次记录并上传非正常操作代码及时间。

二、总体实现方案

（一）云服务器

所有用户、叉车实时数据及设置数据保存及管理，与管理软件及APP建立接口进行各种数据的交换。

（二）管理软件

1、用户管理

分三级用户，分别是质检站管理用户，厂家管理用户，叉车操作用户。

（1）质检站管理用户

建立厂家管理用户、操作终端设备的数据监控、数据统计及分析。

（2）厂家管理用户
    叉车操作用户ID，建立、维护本厂叉车系统用的账户。

（3）叉车操作用户

通过指纹识别登录系统，进行叉车操作。

2、报警设置

厂家管理用户可进行：超速阈值设置；超载阈值设置；碰撞等级设置（分2级）；

3、对云端数据库数据进行记录、存贮、显示、统计、技术分析等，可生成数据报表进行查阅。

（三）身份认证模块

选用现成的人脸识别模块或指纹识别模块，配合叉车监控器实现叉车操作用户身份认证功能。

（四）叉车监控器

内部配备超速监测电路，门架度检测电路，叉齿高度检测电路，载荷检测电路，碰撞检测电路,安全带检测电路，倒车雷达模块，声光报警电路，语音模块，GPRS/GPS模块，通信电路（与身份认证模块通信）等硬件模块，通过相应的传感器实现超速，超载等不安全驾驶行为报警，并通过GPRS模块向服务器上传数据。监控器带有内部存储器，当无信号或信号弱无法传输数据时，数据保存在内部存储器内，待有信号后上传服务器。

（五）叉车监控器软件设计

软件实现：

（1）服务器代码以PHP语言写成，使用MYSQL数据库。

（2）云服务器虚拟主机可采用百度云，阿里云等云服务器，采用月付费或年付费方式。

（3）人机界面采用脚本语言进行编程，通过网页浏览器可以在PC，手机上进行监控。

（4）GPRS模块采用AT指令集进行控制，实现MCU与云服务通讯。

（5）叉车监控器MCU程序：使用KEIL软件进行编程，采用C语言实现。