物聯網與通訊技術應用-叉車監控系統

叉車是一種常用的裝卸和短距離運輸機械設備，具有使用方便、用途廣泛的優點，故此在眾多作業場所得到了廣泛使用。目前，叉車事故數量一直高居機電類特種設備事故數量首位，叉車安全事故的直接原因絕大多數是作業人員的不安全行為，真正由叉車設備本身安全性能缺陷直接引發的事故非常少。

根據客戶叉車安全事故技術防范措施要求，開發基于汽車電子技術、GPRS通訊、云服務器構造作業風險防控技術系統，實現從源頭杜絕人員操作、加強作業過程中的及時提醒和預警、實時向后端監控管理平臺遠程上傳作業過程的危險作業行為信息。

一、整機組成及功能

本系統通過云服務器對接入系統的叉車進行監控，實現叉車使用的授權，叉車非安全操作報警及數據上傳，管理人員可通過后臺對數據進行分析處理。

（一）系統組成

系統構成圖

系統由管理軟件/APP、云服務器、叉車監控器組成。

（二）整機功能

(1) 身份認證功能：通過安裝指紋識別模塊或人臉識別模塊，禁止無證人員（未授權人員）上機操作，叉車駕駛人員在駕駛叉車前需進行指紋識別或人臉識別身份認證，只有通過身份認證，叉車才可以打火啟動，否則打火啟動無效。

(2) 關于指紋或人臉身份的錄入操作，必須由授權人員的指紋登陸后，結合板卡上的特殊組合按鈕，配合語音提示（第一次錄入成功，第二次驗證成功…），方可完成該項功能，完成后在上位機中輸入對應的操作員身份名字等操作。

(3) 倒車雷達功能：在叉車側后方0.5米范圍以內有障礙物，報警燈亮，同時提示駕駛員。

(4) 超速告警及違章上傳功能：當檢測到車輛前進的速度大于預設值時，報警燈亮同時提示駕駛員，并且算作一次違章上報服務器。根據現場調試的情況，大部分的電驅叉車已電機編碼器信號輸出，通過采樣編碼器的脈沖信號可以精準得完成速度判斷。

(5) 碰撞告警及違章上傳功能：按嚴重程度分2個等級，采用MPU9250三軸直線加速度計采樣沿X和Y的瞬態加速度超過設定值進行判斷，發生時算作違章上報服務器。

(6) 超載告警及違章上傳功能：運動是不采集，在叉車進行裝載貨物時采集，采用MPU9250測量叉車俯仰角，當俯仰角大于預設角度時，判斷為超載發生，有傾覆風險，報警燈亮同時提示駕駛員，并算作違章上報服務器。

(7) 轉向告警功能：車輛發生轉向行進時，語音提示，不上報服務器，采用MPU9250內電子羅盤讀取航向角的變化，來判斷轉向行為的發生。

(8) 叉齒高度及門架傾斜檢測告警功能及違章上傳功能：判定違章的條件為行駛時叉齒未落下或者門架未靠后收回，傳感器安裝在油缸的活塞桿頭部，活塞桿兩邊分別安裝干簧管及磁鐵，叉車落下及門架靠后則干簧管吸合，如干簧管不吸合，叉車直接行駛，報警燈亮同時提示駕駛員，并算作違章上報服務器。

(9) 貨物超高告警功能及違章上傳功能：裝載貨物時不檢測，完成裝載貨物后叉車開始行使，如門架前方紅外探測器檢測到有貨物，則報警燈亮同時提示駕駛員，并算作違章上報服務器。

(10) 安全帶未系報警及違章上傳功能：駕駛員未系安全帶駕駛叉車，報警燈亮同時提示駕駛員，并算作違章上報服務器。

(11) 叉車定位功能：叉車可進行定位，并在網頁顯示當前位置。

(12) 違章信息上報服務器功能：需上報的數據內容為叉車定位信息，駕駛員信息，運行時間及以上算作違章的幾點內容，要求發生時立即上報（運行時間待單次操作結束后上報）。如由于網絡信號原因無法立即上報，則將信息存儲到控制器內部，等有網絡信號后再次上報。

(13) 系統后臺具備記錄、存貯、顯示、統計、技術分析等處理功能，并提供可拓展接納客戶端口的開放式接口以及后續升級空間。系統接納客戶端口數量為一萬臺，每天上傳的信息保存一個月、生成報表保存半年。

（三）叉車上傳數據內容

包括：廠家編號、叉車ID、操作員賬號、登錄時間、運行時長、非正常操作代碼、設備定位信息等。

可以實現，操作員在登錄后的運行過程中有多次非正常操作，則系統依次記錄并上傳非正常操作代碼及時間。

二、總體實現方案

（一）云服務器

所有用戶、叉車實時數據及設置數據保存及管理，與管理軟件及APP建立接口進行各種數據的交換。

（二）管理軟件

1、用戶管理

分三級用戶，分別是質檢站管理用戶，廠家管理用戶，叉車操作用戶。

（1）質檢站管理用戶

建立廠家管理用戶、操作終端設備的數據監控、數據統計及分析。

（2）廠家管理用戶
    叉車操作用戶ID，建立、維護本廠叉車系統用的賬戶。

（3）叉車操作用戶

通過指紋識別登錄系統，進行叉車操作。

2、報警設置

廠家管理用戶可進行：超速閾值設置；超載閾值設置；碰撞等級設置（分2級）；

3、對云端數據庫數據進行記錄、存貯、顯示、統計、技術分析等，可生成數據報表進行查閱。

（三）身份認證模塊

選用現成的人臉識別模塊或指紋識別模塊，配合叉車監控器實現叉車操作用戶身份認證功能。

（四）叉車監控器

內部配備超速監測電路，門架度檢測電路，叉齒高度檢測電路，載荷檢測電路，碰撞檢測電路,安全帶檢測電路，倒車雷達模塊，聲光報警電路，語音模塊，GPRS/GPS模塊，通信電路（與身份認證模塊通信）等硬件模塊，通過相應的傳感器實現超速，超載等不安全駕駛行為報警，并通過GPRS模塊向服務器上傳數據。監控器帶有內部存儲器，當無信號或信號弱無法傳輸數據時，數據保存在內部存儲器內，待有信號后上傳服務器。

（五）叉車監控器軟件設計

軟件實現：

（1）服務器代碼以PHP語言寫成，使用MYSQL數據庫。

（2）云服務器虛擬主機可采用百度云，阿里云等云服務器，采用月付費或年付費方式。

（3）人機界面采用腳本語言進行編程，通過網頁瀏覽器可以在PC，手機上進行監控。

（4）GPRS模塊采用AT指令集進行控制，實現MCU與云服務通訊。

（5）叉車監控器MCU程序：使用KEIL軟件進行編程，采用C語言實現。