基于RFID和傳感器的推土機狀態監測與故障診斷系統設計

摘要：設計一種基于RFID和傳感器技術的推土機狀態監測與故障診斷系統，以提高推土機在建筑和工程領域的性能、安全性和可靠性。系統采用射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）技術和傳感器技術，實時監測推土機的關鍵參數，如油溫、發動機轉速、冷卻水溫度、油壓等，以及液位和發動機計時。通過無線傳感器網絡將數據傳輸到協調器節點，再發送到遠程管理中心進行分析和診斷。

關鍵詞：RFID技術傳感器技術推土機狀態監測

DesignofaBulldozerStatusMonitoringandFaultDiagnosisSystemBasedonRFIDandSensors

TANGHualingXIzhiqiang

HunanVocationalCollegeofRailwayHigh-Speed

Hengyan，HunanProvince，421002China

Abstract：DesignabulldozerstatusmonitoringandfaultdiagnosissystembasedonRFIDandsensortechnologytoimprovetheperformance，safety，andreliabilityofbulldozersintheconstructionandengineeringfields.ThesystemadoptsRadioFrequencyIdentification（RFID）technologyandSensortechnologytomonitorkeyparametersofthebulldozerinrealtime，suchasoil temperature，enginespeed，coolingwatertemperature，oilpressure，aswellasliquidlevelandenginetiming.Dataistransmittedtothecoordinatornodethroughwirelesssensornetworks，andthensenttotheremotemanagementcenterforanalysisanddiagnosis.

KeyWords：RRIDtechnology;Sensortechnology;Bulldozers;Conditionmonitoring

設備狀態監測與故障診斷技術在現代工業中至關重要。推土機等大型機械設備廣泛應用于建筑和工程領域，但傳統機械缺乏智能監測功能，導致故障處理不及時和效率低下。為提高安全性和工作效率，引入新技術如傳感器和RFID變得關鍵，有助于提高機械設備的運行安全性和工作效率，對資源的合理利用和環境保護也具有積極影響。通過智能化監測系統的引入，能夠更好地管理和維護大型機械設備，減少損失和資源浪費，提高效率。

1系統設計

1.1硬件設計

推土機狀態監測與故障診斷系統的硬件設計是系統成功運行的基礎。傳感器與有源電子標簽模塊被部署在推土機的關鍵部位，用于實時監測各項參數，如發動機轉速、冷卻水溫度、發動機油壓等。傳感器采集數據，并與有源電子標簽相結合，以唯一標識和跟蹤推土機。這些模塊負責將物理世界的信息數字化，并傳輸到系統中。路由節點模塊起到數據傳輸的橋梁作用，它們接收來自傳感器和標簽模塊的數據，包括標簽識別信息和傳感器測量值。這些數據被收集、處理，并傳送到協調器節點模塊。協調器節點模塊具有多重功能，其中包括數據的匯總和顯示。它接收來自路由節點的數據，將主要參數顯示在LCD屏幕上，使操作員能夠實時監控推土機的狀態。協調器節點模塊還負責將數據壓縮并通過GPRS系統上傳到管理中心。GPRS系統是協調器節點模塊的一部分，實現了數據的遠程傳輸和通信。通過GPRS，系統能夠連接到管理中心的服務器，將采集的數據上傳，并接收來自管理中心的命令，實現了遠程監測和遠程操作的功能[1]。圖1為監測系統工作流程圖。

1.2軟件設計

軟件設計是推土機狀態監測與故障診斷系統的智能核心。有源傳感器射頻標簽驅動設計軟件負責初始化有源電子標簽和傳感器，以及采集推土機上的參數信息。它將采集的數據數字化，并準備好發送給路由節點。路由節點驅動軟件用于接收從有源標簽和傳感器模塊傳來的數據信號，并將其上傳到協調器節點。路由節點也能夠接收協調器節點傳來的管理中心命令，以實現雙向通信[2]。協調器節點驅動軟件實現了整個系統的網絡部署、管理和控制功能。匯總來自各路由節點的信息，并在LCD顯示上顯示主要參數，使操作員可以直觀地監控推土機的狀態（如圖2所示）。

1.3技術應用

推土機狀態監測與故障診斷系統綜合運用了射頻識別技術、無線傳感器網絡技術以及通用分組無線服務技術，旨在實現推土機工作的高度智能化與自動化[3]。射頻識別技術的應用使系統能夠實時識別并標記不同設備部件，有助于設備的快速定位和維修。通過電子標簽的應用，系統能夠迅速識別設備故障點，從而減少了故障診斷所需的時間，提高了設備的可用性。電子標簽存儲了大量設備信息，包括參數、規格和維護記錄等，這些信息可幫助操作員更好地管理和維護推土機[4]。無線傳感器網絡技術的應用使系統能夠實時監測推土機的工作參數，如發動機狀態、液位、溫度和壓力等，有助于確保設備在最佳狀態下運行，并通過遠程控制提高了操作的精度和效率。

2參數監測

2.1監測需求與傳感器部署

監測發動機的轉速、油溫度、油壓、運行時間、冷卻水溫度、燃油箱和液壓油箱的液位是確保推土機工作在適當范圍內的關鍵參數。同時有助于計劃定期維護和保養，定期的維護以便延長發動機的壽命，減少意外故障的發生。推土機監測需求如表1所示。

2.2數據采集與處理

為解決用戶中途斷線的問題，系統實施了心跳信息機制。在網絡建立成功后，在規定的時間內如果沒有信息傳遞，系統會發送心跳信息到信息中心。一旦信息中心收到心跳信息，將立刻做出響應，確保用戶不會中途斷線。當系統中產生有價值的數據需要存儲時，數據將被存入芯片的內存中[5]。過程中允許系統在需要的時候訪問和獲取存儲的數據，供進一步分析和決策使用。

3系統優勢

3.1實時通信機制

系統的實時通信機制是推土機狀態監測與故障診斷系統的關鍵優勢之一，確保了各個節點之間以及與管理中心之間的高效、穩定、以及實時的數據傳輸。在系統中，各個傳感器節點通過射頻識別技術（RFID）進行通信。每個傳感器節點上都安裝有RFID標簽，這些標簽可以存儲和傳輸數據。傳感器節點之間使用RFID協議進行通信，允許它們之間實時地交換數據。路由節點是系統中數據的中轉站，通過先進的通信技術與協調器節點通信。協調器節點是連接系統與管理中心的關鍵橋梁。通過通用分組無線業務（如GPRS）與管理中心建立連接。GPRS系統利用現有的全球移動通信網絡，通過分組交換技術，建立了穩定的物理鏈路，用于數據的傳輸，確保了數據的高效傳輸，使管理中心能夠及時獲得推土機的狀態和工作參數[5]。

3.2安全性措施

系統采取了一系列安全性措施，以保護數據的機密性和完整性，確保系統的安全性。系統建立了訪問控制機制，只有經過授權的用戶才能夠訪問系統中的數據和功能，確保了系統的數據僅被授權的人員訪問，降低了數據泄露的風險。通信過程中采用了安全協議，以防止數據在傳輸中被篡改或偽造。

4人機交互界面

4.1用戶界面設計

用戶界面將采用圖形方式展示推土機的監測信息，包括實時圖形顯示推土機的工作狀態、各項參數的變化趨勢以及其他相關信息。通過圖形化界面，用戶可以一目了然地了解推土機的性能。除了圖形化界面外，用戶界面還將以漢字和數字的形式顯示詳細的監測信息。這些信息包括推土機的當前狀態、各項參數的數值、警報信息等，多層次的信息展示方式有助于用戶更深入地了解推土機的情況[6]。用戶界面的設計強調易用性和用戶友好性，界面將采用直觀的布局和圖標，以減少用戶的學習曲線。系統還將提供幫助和指導，以便用戶能夠快速上手并有效地使用系統。

5結論

本系統通過射頻識別技術和傳感器技術的融合，實現了對關鍵參數的實時監測，為操作人員提供了更精確的數據和信息。這種智能化水平的提高有助于推土機在復雜和惡劣的工作環境中更好地運行。本系統的創新性體現在采用了射頻識別技術和無線傳感器網絡技術的整合應用。這種綜合應用為推土機狀態監測與故障診斷系統帶來了更高的實時性和效率。基于RFID和傳感器的推土機狀態監測與故障診斷系統是一個具有重要創新性和實用性的項目，將推土機狀態監測與故障診斷帶入了一個全新的領域，為建筑和工程領域的現代化和智能化發展提供了堅實的基礎和支持。這一項目有望在推土機領域產生深遠的影響，為行業的進步和發展做出重要貢獻。

參考文獻

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[2]張媛媛，王媛媛.560kW全液壓推土機行駛驅動系統方案設計[J].南方農機，2021（16）：82-85.

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[4]郝秀娟.全液壓推土機狀態監測與故障診斷系統研究[D].西安：長安大學，2006.

[5]王存海.工程機械推土機維修中存在的問題及對策[J].南方農機，2020（10）：120-125.

[6]何定暢.考慮履帶打滑特性的水下推土機動力學分析與路徑跟蹤控制研究[D].鎮江：江蘇大學，2022.