嚴(yán)東 余佳 俸海翔 王力波

湖北三江航天萬(wàn)山特種車輛有限公司 湖北孝感 432000

基于WIFI的掛車手機(jī)遙控系統(tǒng)研究

嚴(yán)東 余佳 俸海翔 王力波

湖北三江航天萬(wàn)山特種車輛有限公司 湖北孝感 432000

針對(duì)掛車遠(yuǎn)程操作升降和轉(zhuǎn)向的需求，分析了掛車升降和轉(zhuǎn)向的控制原理，設(shè)計(jì)了一套手機(jī)遙控系統(tǒng)和一款手機(jī)應(yīng)用程序，采用無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)和CAN總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)操縱掛車升降和轉(zhuǎn)向，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

手機(jī)遙控 無(wú)線局域網(wǎng) CAN總線

1 前言

本文所述的掛車主要用于大件物流運(yùn)輸行業(yè)進(jìn)行風(fēng)電葉片、變壓器等大型設(shè)備的運(yùn)輸。該掛車由牽引車、動(dòng)力鵝頸和液壓板組成，在動(dòng)力鵝頸上配置有手動(dòng)轉(zhuǎn)向和升降電磁閥。在路面彎道過(guò)急或者液壓板出現(xiàn)傾斜時(shí)需要人工操作電磁閥進(jìn)行轉(zhuǎn)向和升降，此時(shí)操作人員需靠近載有貨物的車體，對(duì)人身安全會(huì)造成很大的隱患，因此有必要開(kāi)發(fā)一款能夠進(jìn)行掛車轉(zhuǎn)向和升降的遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的基于WIFI的手機(jī)遙控系統(tǒng)應(yīng)用無(wú)線通訊技術(shù)，可以使操作人員在不靠近車體的情況下控制車輛的轉(zhuǎn)向和升降。

2 技術(shù)方案

2.1 轉(zhuǎn)向/升降原理分析

液壓系統(tǒng)工作后，手機(jī)遙控系統(tǒng)產(chǎn)生24 V高電平控制信號(hào)，該信號(hào)加載到三位四通電磁閥線圈。通過(guò)控制電磁閥線圈的得電情況，使電磁閥閥芯左移或者右移，油缸伸縮或者收回，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)向或升降的動(dòng)作。轉(zhuǎn)向/升降原理如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)向/升降原理圖

2.2 手機(jī)遙控系統(tǒng)

手機(jī)遙控器系統(tǒng)主要由安卓系統(tǒng)的手機(jī)APP、WIFI轉(zhuǎn)CAN模塊、車用控制器、CAN總線連接線束組成。WIFI轉(zhuǎn)CAN模塊和車用控制器根據(jù)布線方便，安裝在動(dòng)力鵝頸上接線盒內(nèi)，天線安裝在車架上方，四周無(wú)遮擋，手機(jī)遙控范圍小于10 m[1]。組成框圖如圖2所示。

圖2 手機(jī)遙控系統(tǒng)組成框圖

手機(jī)連接至WIFI轉(zhuǎn)CAN模塊建立的局域網(wǎng)，操作人員在APP界面進(jìn)行手機(jī)操作，將操作指令通過(guò)WIFI發(fā)送至WIFI轉(zhuǎn)CAN模塊，轉(zhuǎn)換成符合CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文，車用控制器接收該數(shù)據(jù)報(bào)文后通過(guò)控制器I/O端口輸出控制信號(hào)至電磁閥。

2.2.1 手機(jī)APP設(shè)計(jì)

手機(jī)APP采用Android Studio 2.2.2+ Android SDK 4.4+Android NDK r10 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，要求Android手機(jī)最低版本為4.4，使用Java高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，程序采用命令和抽象工廠兩種設(shè)計(jì)模式構(gòu)架而成，該設(shè)計(jì)模式的優(yōu)點(diǎn)在于只需要修改單獨(dú)的執(zhí)行命令的類和模塊而不用修改其他核心類和模塊，保證了程序的健壯性、可執(zhí)行性、易讀性和易維護(hù)性。

該程序的基本原理是：用戶打開(kāi)應(yīng)用程序，程序會(huì)先搜索CANWIFI-200T模塊的WIFI熱點(diǎn)，待連接成功后，程序自動(dòng)匹配連接CANWIFI-200T模塊的IP地址，然后提示用戶連接成功。連接成功后，程序會(huì)每隔20 ms循環(huán)發(fā)送1Byte的“00”數(shù)據(jù)給CANWIFI-200T模塊，表示程序并未按下任何鍵，當(dāng)用戶按下手機(jī)相對(duì)應(yīng)的按鈕時(shí)，會(huì)先觸發(fā)一個(gè)震動(dòng)反饋，然后循環(huán)發(fā)送表1中約束的數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶抬起按鈕時(shí)，程序會(huì)繼續(xù)發(fā)送“00”。手機(jī)界面采用XML語(yǔ)言編寫(xiě)，可適應(yīng)所有手機(jī)機(jī)型及分辨率。應(yīng)用程序基本原理如圖3所示，應(yīng)用程序界面如圖4所示。

2.2.2 WIFI轉(zhuǎn)CAN模塊

WIFI轉(zhuǎn)CAN模塊采用某公司的CANWIFI-200T高性能兩通道WIFI轉(zhuǎn)CAN轉(zhuǎn)換器。利用配置軟件配置局域網(wǎng)密碼，只有有權(quán)限的人員才能接入到局域網(wǎng)。轉(zhuǎn)換器接線簡(jiǎn)單，電源可以直接采用車用24 V直流電源供電，總線端接入車用控制系統(tǒng)即可。轉(zhuǎn)換模塊外形與接線如圖5所示。

圖3 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)原理

圖4 應(yīng)用程序界面

圖5 轉(zhuǎn)換模塊外形與接線圖

經(jīng)過(guò)WIFI轉(zhuǎn)CAN模塊轉(zhuǎn)換的CAN總線數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 CAN總線數(shù)據(jù)表

2.2.3 車用控制器

車用控制器采用IFM公司CR0403基本控制器，該控制器體積小，應(yīng)用簡(jiǎn)單，12路輸入和12路輸出，適合掛車上執(zhí)行元件不多的場(chǎng)合。CR0403接線如圖6所示。

2.2.4 控制軟件設(shè)計(jì)

控制器初始化后判斷CAN轉(zhuǎn)WIFI模塊與車用控制器通訊是否正常，若出現(xiàn)通訊故障則沒(méi)有任何輸出，電磁閥無(wú)動(dòng)作，進(jìn)行軟件保護(hù)；若總線正常，根據(jù)總線數(shù)據(jù)解析操作指令進(jìn)行相應(yīng)的輸出。

將整個(gè)控制軟件分為若干子程序模塊，如CAN數(shù)據(jù)接收，輸出控制等。在Codesys2.3軟件新建工程文件，定義不同的POU子程序，通過(guò)結(jié)構(gòu)文本語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能[2]。程序中POU名稱、功能和編程語(yǔ)言如表2所示。

圖6 CR0403接線圖

表2 POU名稱、功能和編程語(yǔ)言

2.2.5 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證控制系統(tǒng)的正確性，采用某公司生產(chǎn)的8軸線掛車為控制對(duì)象，如圖7所示，加裝手機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)手機(jī)APP操作模塊車左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、上升和下降動(dòng)作。試驗(yàn)表明控制系統(tǒng)能夠正確地控制模塊車進(jìn)行左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、上升和下降動(dòng)作。

圖7 8軸線掛車

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前普通掛車智能化操作的需求，結(jié)合Codesys編程軟件，設(shè)計(jì)了基于WIFI的手機(jī)APP智控系統(tǒng)。首先利用WIFI轉(zhuǎn)CAN模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，得到了控制系統(tǒng)需要的CAN數(shù)據(jù)，并利用Codesys軟件對(duì)控制程序所需要的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，最后結(jié)合具體實(shí)物對(duì)程序進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證了控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)程序的正確性。

[1] 羅峰,孫澤昌.汽車CAN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

[2] 張博,丁沖,黃兆秋等.基于CoDeSys的橋式起重機(jī)智能運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工程機(jī)械與維修,2014 (z1):262-270.

Research of Mobile Phone Remote Control System Based on WIFI

YAN Dong et al

According to the demand analysis of remote operation trailer，trailer lifting and steering control principle，designed a mobile phone remote control system and design a mobile phone operation using wireless LAN technology and CAN bus technology，the mobile phone operation Trailer lifting and steering purpose，meet the design requirements.

mobile phone remote control; wireless LAN; CAN bus

U469.5+3.03

A

1004-0226(2017)03-0090-03

嚴(yán)東，男，1990年生，工程師，現(xiàn)從事特種車輛電控技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。

2016-11-12