文献综述(或调研报告):
1 远程监测诊断系统概述
机械设备的状态检测与故障诊断至今已经经历了三个发展阶段:单机监测诊断系统阶段、分布式监测诊断系统阶段、远程监测诊断系统阶段。远程监测诊断系统需要用到设备故障信息获取技术、数据压缩技术、数据传输技术和机械设备故障诊断技术,系统主要包括监测设备、传输设备、传输通道、信息处理系统和网络管理系统[1]-[3]。远程监测诊断系统的出现使得“移动的是数据而不是人”,从而改变一旦发生问题,“救火人员”就疲于奔波的局面[3]。
目前,基于无线网络的故障诊断系统一般都包括现场工作站、企业监测中心、远程诊断监控中心三个部分。现场工作站即安装在机械设备上的智能诊断终端,企业监测中心是建立在购买机械设备的企业中的监测中心,远程诊断监控中心建立在机械设备制造商的服务器中,用于制造商诊断机械设备的故障。其中现场工作站和企业监测中心通过无线局域网平台,实现企业级无线网络实时监测和故障诊断;企业监测中心和远程诊断监控中心通过商用无线数字通讯网络实现无线广域网数据传输[4]。
2 4G/NB-IOT技术概述
在仓储设备物联系统中,通信技术作为一项关键的技术,直接影响了系统的可靠性、稳定性和安全性。因此,在选择通信技术时,应当充分的考虑技术的成本、可靠性、稳定性和安全性。在世纪之初,经济可靠且易于使用的主要有GSM短信通信、GPRS分组通信以及CDMA数据传输。GSM短信通信是当时应用最广泛的第二代移动通信网络。GPRS技术属于第二代GSM与第三代移动通信(3G)之间的过渡技术,也被称为2.5G移动通信技术,它将移动通信和数据网络结合起来,成为了迈向第三代个人多媒体业务的里程碑业务[5]。近几年,随着微处理器的发展,越来越多的无线传感器网络被投入使用,ZigBee、蓝牙4.0、WIFI、4G、NB-IoT技术的相继出现,使得世界万物都可以通过互联网相互连接[6]。
随着4G网络技术的发展,现在三大通信运营商的4G网络己经覆盖大部分地区。4G网络具有可靠性、高速率、良好的兼容性、灵活性更强、网络覆盖面更广、运营成本更低等特点。4G网络技术就是第四代移动通信技术,4G网络技术现阶段主要包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。其中TD-LTE主要由中国主导制定,TD-LTE的下行速率最高可达到100Mbps,上行速率最高可达到50Mbps,FDD-LTE的下行速率最高可达到150Mbps,上行速率最高为50Mbps[7]。
窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)是在 LTE 基础上发展起来的,其主要采用了 LTE的相关技术,针对自身特点做了相应的修改。它有三种部署模式:独立作为专用载波;在宽带LTE载波的占用带宽内带内;在现有LTE载波的保护带内。窄带物联网技术还有低成本、高覆盖率、大容量、低功耗等特点[8]。与NB-IoT类似,低功耗广域通信技术(low power wide area technologies,LPWAN)中的LoRa技术,它有更高的覆盖率、更低的功耗,但是传输速率、稳定性和容量上略逊于NB-IoT,这两种技术在选择时需要根据具体情况来定,没有具体的哪一种技术更有优势之分[9]。
3 车载终端软硬件技术概述
车载终端,即车载嵌入式终端,它被安置在现场机械设备上,完成数据的采集、处理,并将采集和处理后的数据进行打包然后发送到远程故障诊断中心等任务[10]。车载终端的硬件系统应该包括嵌入式处理器模块、存储模块、电源模块、采集模块、通信模块。嵌入式处理器是车载终端的核心模块,负责分析和执行车载终端运行时的各种指令以及各个任务的调度。存储模块用于存放采集来的数据、启动引导程序、操作系统内核、硬件驱动、文件系统、用户调试好的程序以及用户数据等。采集模块主要是利用无线传感器网络采集仓储设备使用时间、电池状态、碰撞历史、物理信息等信息[11],或是通过硬件电路将仓储搬运设备的电气信号作为开关量采集,将电机温度、电机电流作为模拟量采集,将CAN总线数据通过CAN收发器转发给微控制器。各搬运设备控制单元能够通过CAN总线共享所有的信息和资源,以达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性的目的。通信模块负责车载终端与远程诊断中心之间的双向通信,数据的打包、发送与接收。电源模块用于将仓储搬运设备蓄电池提供的24V转换为终端工作需要的5V或者3.3V的电压[12][13]。
