无线工业遥控器之分析与设计

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1、无线工业遥控器之分析与设计1绪论1.1课题研究背景及意义本课题是为南京某工程机械公司研制的一款通用型无线工业遥控器，该公司主要生产控制器、GPS跟踪器等工程机械嵌入式产品，产品主要应用于山东临工、中联重科、沃尔沃等大型工程机械。工程机械是我国高速的现代化进程中不可或缺的建设工具⑴，特别是近年来国家大型工程如三峡工程、青藏铁路以及城市建设的不断发展，对工程机械的需求量越来越大。工程机械的应用十分广泛，包括交通运输、能源、水利、电力等众多领域。因此，提高工程机械的性能必然会带来显著的经济效益和社会效益[2]。工程机械种类繁多

2、，常见的有起重机、挖掘机、混凝土粟车等，它们的操作对象一般是钢筋、水泥、砖瓦及泥沙等重型建材，因此工程现场环境都很恶劣且容易发生危险，甚至危及工作人员生命安全。目前，对于工程机械的操控主要由工作人员在封闭的驾驶室操作，因为驾驶室离施工现场太近，工作人员难以对整个施工状况有准确的把握，容易出现指挥配合不当的情况。封闭的驾驶室一般需随着机械运作而不断移动和颠凝，对工作人员的心理和生理健康会造成一定的危害，从而也会影响工程机械的安全、可靠、高效的运行[3]。此外，在某些特殊作业环境下，工作人员根本无法靠近施工现场。因此，设法使

3、工作人员脱离驾驶室，提高作业效率及安全性，是提高工程机械性能的重要问题。无线电通信技术及超大规模集成电路的飞速发展，为工程机械的无线远距离操控提供了基础。本文中，工程机械的无线控制设备称为无线工业遥控器，可以针对不同的工程机械使用，属于通用型遥控器。它使用一定频段的电磁波传输控制指令，无需线缆连接，传输距离可达几百米。无线工业遥控器代替了驾驶室，使工作人员根据需要移动操纵位置，能够全面观测施工情况，提高了作业效率及安全性。此外，无线工业遥控器还提高了特殊作业环境下对于工程机械的可操作性，从而使工程机械的性能得到改善。但是

4、，由于工程机械的动作失误会造成生命财产的巨大损失，因此可靠性是无线工业遥控器最重要的性能指标。本课题结合以上背景分析及产品的功能需求，通过对嵌入式设计、无线通信设计的研究，并对系统可靠性和正确性进行反复测试与验证，设计了一款具有高可靠性的通用型无线工业遥控器。1.2国内外发展现状20世纪50年代，工业用遥控器系统在美国诞生；60年代，以德国HBC为代表的遥控制造商幵发了专用于起重机控制的遥控系统；70年代以后，随着无线电技术与大规模集成电路的飞速发展，无线工业遥控器的设计得到了不断改进与完善。其中，德国HBC是目前世界上

5、最大的专业生产工业无线遥控产品的制造商，其遥控器产品在市场竞争中优势明显，技术比较成熟，产品可靠性高。目前，我国对于无线工业遥控器的研制很少，主要使用的产品都是欧洲品牌，以德国HBC居多。无线工业遥控器在工业行车领域使用最广泛，其次是20m级以上混凝土菜车，例如三一重工已将2000年以后生产的菜车都安装了德国HBC的FST717系列无线遥控器[5]。无线工业遥控器市场主要有三类：国产、台湾、欧洲。国内主要生产企业有上海技景自动化科技和沈阳圣德法电子有限公司，台湾主要生产企业有台湾禹鼎和三易等，而欧洲品牌包括德国HBC、法

6、国捷亿、西班牙意凯锡等。三类产品的代表公司分别为上海技景、台湾禹鼎和德国HBC。三类公司的产品价格差异很大，上海技景与台湾禹鼎产品为几千?三万之间，德国HBC产品价格则在八?九万之间与德国HBC产品相比，ra产与台湾的产品虽然价格低廉，但是其性能不稳定，安全等级也达不到相关行业标准，以及遥控器之间易发生干扰。可见国产遥控器产品相比于欧洲产品存在相当大的差距，Hz与2.4GHz双频段无线通信的冗余设计，两个部分相互监测实现可靠控制；(2)遥控器硬件电路设计。在总体设计基础上，给出硬件架构、主要芯片选型及主要功能模块电路设计

7、。主要包括车载蓄电池、锂电池电源转换电路，微控制器外围电路(时钟、复位、调试电路)，模拟量采集电路，CPLD开关itt采集电路，UART接口及线缆控制(CAN)接口电路，433MHz和2.4GHz频段射频通信模块电路，以及GPS定位和LCD显示屏电路。双CPU之间通过串口进行信息交互，实现控制的可靠性。(3)无线通信差错控制。在射频通信电路设计的港础上，分析主要的差错控制方法，确定采用CRC校验码和RS纠错码混合编码方式，使用C语言编程实现。制定无线通信协议，确定控制指令顿、心跳帧、回应顿及GPS位置顿结构，利用地址码防

8、止遥控器间的相互干扰，保证通信可靠性；2系统总体设计无线工业遥控器系统的主要设计思想是将ARM嵌入式设计、射频通信设计、LCD显示设计相结合，实现工程机械的高可靠性无线控制。本章对遥控器系统的功能需求、整体结构进行了详细分析，在此基础上进行总体方案设计。2.1功能需求分析系统的功能需求分析是整个设计工作的前提，保证了