摘  要： 為了延長(zhǎng)挖掘機(jī)通信終端的待機(jī)時(shí)間,，提出了一種基于電瓶電量檢測(cè)的挖掘機(jī)通信終端的設(shè)計(jì)方案,。該方案在選定的LM3S9B96微控制器的外圍，配置了3G無(wú)線通信模塊,、BD2/GPS雙系統(tǒng)定位模塊和電源管理模塊等,，構(gòu)建整個(gè)應(yīng)用裝置的硬件平臺(tái)。在該硬件平臺(tái)上可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、定位導(dǎo)航,、狀態(tài)檢測(cè)等功能,。而且，該方案通過(guò)電瓶電量的檢測(cè)來(lái)控制挖掘機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸周期,，可有效地延長(zhǎng)挖掘機(jī)通信終端的待機(jī)時(shí)間,。
關(guān)鍵詞： 無(wú)線通信模塊；數(shù)據(jù)傳輸周期,；電瓶電量

    挖掘機(jī)是國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要裝備之一,，許多發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家都將挖掘機(jī)等機(jī)電裝備的發(fā)展作為國(guó)家重點(diǎn)支持的項(xiàng)目,。當(dāng)大量不同類型的挖掘機(jī)之間要相互協(xié)調(diào)完成工程任務(wù)時(shí),，要求對(duì)作業(yè)的各單機(jī)及機(jī)群的工作狀態(tài)有準(zhǔn)確的掌握和控制[1]。這就需要以挖掘機(jī)通信終端為基石的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能,。
    通常,，在挖掘機(jī)停機(jī)后，挖掘機(jī)上的通信終端還需與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心按一定的頻率進(jìn)行通信,，向其上傳挖掘機(jī)狀態(tài),、位置等信息，以方便遠(yuǎn)程監(jiān)控中心對(duì)挖掘機(jī)群進(jìn)行管理,。通信終端一般由機(jī)載電瓶供電,，但此時(shí)機(jī)載電瓶無(wú)法自動(dòng)充電，當(dāng)挖掘機(jī)一定時(shí)間未啟動(dòng)運(yùn)行時(shí),，車載電瓶電量將耗盡,，不僅嚴(yán)重影響電瓶的使用壽命，并使挖掘機(jī)無(wú)法啟動(dòng),；同時(shí)機(jī)載通信終端也將停止工作,。目前大多數(shù)挖掘機(jī)通信終端并沒(méi)有有效的降低功耗的方案。因此本文針對(duì)上述問(wèn)題,，提出了一種基于電瓶電量檢測(cè)的挖掘機(jī)通信終端的設(shè)計(jì)方案,。
1 系統(tǒng)整體方案
1.1系統(tǒng)功能需求
    一般來(lái)說(shuō)，挖掘機(jī)通信終端需要與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行通信,，具體就是一方面機(jī)載通信終端對(duì)作業(yè)中的挖掘機(jī)機(jī)載狀態(tài),、位置和施工進(jìn)度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳送回監(jiān)控中心進(jìn)行分析,、統(tǒng)計(jì),、診斷；另一方面現(xiàn)場(chǎng)施工人員通過(guò)機(jī)載通信終端將施工或維修過(guò)程中遇到無(wú)法解決的問(wèn)題及時(shí)向監(jiān)控中心發(fā)出診斷請(qǐng)求,，監(jiān)控中心則會(huì)對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程技術(shù)支持,。另外，由于挖掘機(jī)停機(jī)后,，通信終端仍由機(jī)載電瓶供電,，為了降低通信終端的功耗,，延長(zhǎng)其待機(jī)時(shí)間，就需要合適的電源管理,。
1.2系統(tǒng)整體架構(gòu)
    本文所設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)通信終端,，采用如圖1所示的系統(tǒng)架構(gòu)，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),。其中硬件系統(tǒng)是以微控制器為核心的硬件平臺(tái),，軟件系統(tǒng)包括嵌入式操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序,。

    其中微控制器為T(mén)I公司的群星系列的LM3S9B96,，該微控制器基于ARM Cortex-M3內(nèi)核，具有80 MHz的運(yùn)行速度,，同時(shí)可配置睡眠模式及深度睡眠模式,，這將有效地降低通信終端的功耗。
    定位模塊為和芯星通的UM220模塊,，該模塊支持BD2和GPS雙系統(tǒng)聯(lián)合定位,。而且功耗只有350 mW。同時(shí)無(wú)需外接CPU即可直接輸出NMEA數(shù)據(jù),。第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BD2）是我國(guó)自主研發(fā),、獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)[2]，相對(duì)于GPS,，北斗具有在地面通信設(shè)施被破壞的情況下還可進(jìn)行短報(bào)文通信的特點(diǎn),，這將為搶險(xiǎn)救災(zāi)的應(yīng)急通信帶來(lái)巨大的方便。采用BD2和GPS雙系統(tǒng)聯(lián)合定位,，可降低對(duì)GPS系統(tǒng)的依賴性,，縮短定位時(shí)間并提高定位精度。
    3G網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用SIMCOM公司的SIM5218模塊,，SIM5218是一款WCDMA/HSDPA/GSM/GPRS/EDGE模塊解決方案,，支持下行速率達(dá)7.2 Mb/s和上行速率為5.76 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。這對(duì)視頻和圖像等數(shù)據(jù)量較大的信號(hào)傳輸而言是非常理想的選擇,。
    電源管理模塊采用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的MM912J637智能電池傳感器,，它能準(zhǔn)確地測(cè)量鉛酸電池的電壓、電流和溫度并計(jì)算出電池的狀態(tài),，即使是在惡劣的行車狀態(tài)下也可完成,。在挖掘機(jī)停機(jī)時(shí)，微控制器將憑借該傳感器所檢測(cè)得到的電瓶電量控制3G網(wǎng)絡(luò)通信模塊的數(shù)據(jù)傳輸周期,，從而降低車載通信終端功耗,。
3 軟件設(shè)計(jì)
    軟件設(shè)計(jì)包括嵌入式操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示,。

    其中嵌入式操作系統(tǒng)選用μC/OS-II,，μC/OS-II是一種可移植的、可植入ROM的,、可裁減的,、搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，包含了任務(wù)調(diào)度,、任務(wù)管理,、時(shí)間管理、內(nèi)存管理及任務(wù)間的通信與同步等基本功能[3],。本設(shè)計(jì)只需將μC/OS-II移植到微控制器LM3S9B96里,。
驅(qū)動(dòng)程序主要是各功能模塊如數(shù)據(jù)采集模塊、BD2/GPS雙系統(tǒng)定位模塊,、3G網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和電源管理模塊的驅(qū)動(dòng)程序,。
    應(yīng)用程序主要包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)與電源管理任務(wù)、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)任務(wù),、數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸周期定時(shí)任務(wù)等等,。所有的任務(wù)的運(yùn)行由μC/OS-II進(jìn)行管理和調(diào)度,。μC/OS-II中，每個(gè)任務(wù)總處于休眠,、就緒,、運(yùn)行、等待或掛起,、中斷服務(wù)5種狀態(tài)之一,，任務(wù)間通信可使用全局變量、信號(hào)量,、消息郵箱和消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn),。μC/OS-II使用優(yōu)先級(jí)調(diào)度法調(diào)度任務(wù)，即處于就緒狀態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行,。
4 機(jī)載通信終端低功耗策略研究

    3G網(wǎng)絡(luò)通信模塊是挖掘機(jī)通信終端里功耗最大的部分,。因此降低通信終端功耗的重點(diǎn)是降低3G無(wú)線通信模塊的功耗。本文提出了一種基于電瓶電量檢測(cè)的低功耗策略,。通信終端的工作模式如表1所示,。

    通過(guò)以上策略的實(shí)施，可以有效地降低挖掘機(jī)通信終端的功耗,，從而延長(zhǎng)其待機(jī)時(shí)間,。
    本文所設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)通信終端，可以方便地實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)傳輸，并可對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行較高精度的定位,。此外,，本文所提出的低功耗策略，將很大程度地延長(zhǎng)機(jī)載通信終端的待機(jī)時(shí)間,。本文只對(duì)挖掘機(jī)通信終端進(jìn)行了研究,，對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控中心如何對(duì)挖掘機(jī)機(jī)群進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度，有待在后續(xù)研究中進(jìn)一步探索和完善,。
參考文獻(xiàn)
[1] 陳智博.挖掘機(jī)遠(yuǎn)程智能信息系統(tǒng)的研究[D].廈門(mén)：華僑大學(xué),，2012.
[2] 范一大，張寶軍.中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)減災(zāi)應(yīng)用概述與展望[J].中國(guó)航天,，2010（2）：2-7.
[3] 龍?zhí)?基于嵌入式的挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)載系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué),，2011.