连续加纤同步碎石封层车数据传输与监控系统*

苏银松 ， 叶 敏 ， 朱 卫

（1.长安大学公路养护装备国家工程实验室，陕西 西安 710064；2.河南省高远公路养护技术有限公司，河南 新乡 458000）

随着道路养护装备的智能化发展，对连续加纤同步碎石封层车数据传输与监控的研究势在必行。目前，国内外对数据传输与监控已有较多研究，如Jalil A等利用ESP8266 MCU实现对车辆通风系统的远程监控[1]；Shafi U等设计了车辆远程健康监测与预诊维护系统[2]；李四维基于B/S架构设计了MOH材料摊铺装备远程监测系统[3]；刘新宇等基于模糊控制算法与4G-LTE技术研发了植物工厂远程监控系统[4]。但在连续加纤同步碎石封层车数据传输与监控方面鲜有研究，课题组基于4G网络，对连续加纤同步碎石封层车数据传输与监控系统进行研究。

1 数据传输与监控系统结构

连续加纤同步碎石封层车数据传输与监控系统的设计应可靠、实用、先进和经济，系统应具有方便维护升级、适应多种网络、移植性好、操作方便、功耗小等特点[5]。

系统结构如图1所示，系统由连续加纤同步碎石封层车、服务器、浏览器三部分组成。连续加纤同步碎石封层车安装有各种传感器、无线通信模块DTU（Data Transfer Unit）。传感器测得的工作装置温度、压力、转速等数据，通过CAN总线传输至控制器，DTU采用RS232总线与控制器连接获取数据，通过4G无线网络发送给服务器。数据服务器对数据信息进行数据库存储。浏览器实现监测数据信息可视化，从而实现对连续加纤同步碎石封层车的实时监控。

图1 系统结构图

2 无线数据发送终端DTU

2.1 DTU模块的功能特性

连续加纤同步碎石封层车监控数据的传输车内采用CAN-BUS总线，无线传输采用4G网络。通过CAN总线获取传感器监测数据，GPS模块获取实时GPS信息，DTU通过RS232总线获取监测数据与GPS信息，采用4G网络无线传送到远程服务器[6]。无线数据发送终端选择的是USR-G770模块，支持移动2G/4G，USR-G770具有RS232与RS485通信接口，速率为2 400 bps~460 800 bps，支持TCP、UDP与DNS协议，透明传输，符合系统需求。

2.2 软件设计

无线传输模块传输的数据有工作装置温度、转速、压力等数据和封层车位置信息数据。GPS模块实现GPS定位，获取连续加纤同步碎石封层车实时位置信息。

USR-G770模块通电后，进行初始化，识别4G SIM卡，查询4G卡是否注册成功，建立TCP连接，检查TCP连接状态，判断控制器端有无数据传送，检查4G端数据是否传输。DTU软件流程图如图2所示。

图2 DTU工作软件流程图

2.3 协议转换

连续加纤同步碎石封层车工作装置参数通过CAN总线传输至控制器，DTU模块通过RS232总线与控制器进行通信，利用4G网络将数据传送至云端服务器，通信方式采用TCP/IP协议。因此，需要将RS232总线报文转化为TCP/IP协议格式包，云端服务器接收到TCP/IP数据包通过解析获得原始数据，对原始数据进行下一步的存储显示数据处理。

OSI参考模型有七层网络模型，RS232总线处于其中的物理层和数据链路层，而TCP/IP协议处于网络层和传输层，网络层级之间的转化，物理层和网络层并不是简单的层级转化，而是要将RS232总线所传输的数据放入TCP/IP应用层中，这样TCP/IP的应用层将存储的是需要传输的数据[7]。协议转换流程图，如图3所示。

图3 协议转换流程图

3 服务器平台设计

服务器平台用于对数据信息进行存储、分析、显示。平台采用Visual Studio 2019设计，服务器设计语言采用C#高级编程语言，监控网站采用HTML+CSS+JavaScript。设计内容有用户登录模块、数据显示模块、报警设置模块、历史数据查询模块。用户登录模块实现用户数据的增删修改；数据显示模块将收到的报文解析处理，使得数据可视化并绘制数据曲线；报警设置模块根据工作需求设置监控参数上下限值，参数异常时报警；历史数据查询模块根据时间以及参数名显示参数历史数据。

远程服务器和DTU模块USR-G770通过Socket连接，DTU模块作为TCP客户端，远程服务器作为TCP服务端。客户端与服务端通过三次握手建立连接，通过WatchConnecting()函数持续监听，创建通信线程，利用Recv()函数和Send()函数传输连续式加纤同步碎石封层车工作装置监控数据与GPS数据，通过创建一个字节数组接收数据，将接收到的数据转为十六进制格式，便于下一步解析处理，并将解析后的数据通过insert语句插入数据库。TCP客户-服务器程序设计基本流程图，如图4所示。

图4 TCP客户-服务器程序设计流程图

4 试验结果分析

各部分监控系统共同组成连续加纤同步碎石封层车数据传输与监控系统，实现对连续加纤同步碎石封层车的数据传输与实时监控。发动机系统、供料系统、撒布系统、物料参数、设备基础参数监控数据，如图5所示。

图5 远程监控平台监控数据

5 结语

课题组以连续加纤同步碎石封层车为对象，基于B/S架构设计封层车数据传输与监控系统，通过4G网络对设备发动机系统、供料系统、撒布系统、物料参数、设备基础参数的数据进行远程传输，利用浏览器监控封层车工作装置数据，以实现保障施工安全、提高施工质量的目的。试验结果证明，所设计的数据传输与监控系统可靠、有效，对连续加纤同步碎石封层车智能发展具有重要意义。