國外的挖掘機(jī)如日本小松、美國卡特等都有各自風(fēng)格的監(jiān)控裝置，不僅具有顯示功能，還具有提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率以及故障自診斷功能。而國內(nèi)生產(chǎn)的挖掘機(jī)多處于起步階段，工作參數(shù)采用儀表顯示，智能化程度不高。為徐州礦山機(jī)械廠生產(chǎn)的挖掘機(jī)配套的狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，是以美國卡特320B挖掘機(jī)為藍(lán)本，經(jīng)過改進(jìn)而綜合設(shè)計(jì)的一套適合國產(chǎn)挖掘機(jī)的監(jiān)控裝置。
　　1、系統(tǒng)功能分析
　　在液壓挖掘機(jī)上應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)機(jī)器運(yùn)行的狀態(tài)，并可顯示其狀態(tài)參數(shù)，通過對(duì)狀態(tài)參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析、診斷，進(jìn)而確定其整體或局部是否正常，以便早期發(fā)現(xiàn)故障，查明原因和掌握故障發(fā)展的趨勢(shì)，大大縮短其故障停機(jī)時(shí)間，提高挖掘機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益，也為進(jìn)一步的自動(dòng)控制打下基礎(chǔ)。監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　(1)數(shù)據(jù)采集功能。
　　在挖掘機(jī)各部分安裝的傳感器用來檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)等裝置的工作狀態(tài)。該裝置有8路模擬量傳感器輸入通道，有10路開關(guān)量傳感器輸入通道。
　　模擬量輸入：發(fā)動(dòng)機(jī)水溫（熱敏電阻）、液壓油溫（熱敏電阻）、柴油油位（浮子、滑線電阻）、充電電壓（發(fā)電機(jī)輸出電壓）、機(jī)油壓力（壓力傳感器）等。
　　開關(guān)量輸入：電瓶充電指示、機(jī)油油壓、空氣濾清器污染檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)水位、機(jī)油液位、液壓油位、預(yù)熱提示、液壓油濾清器污染檢測(cè)、制動(dòng)壓力、齒輪箱溫度等。
　　（2）數(shù)據(jù)處理功能。
　　自動(dòng)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的處理，包括清除誤差、曲線擬合等，并生成數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)起來供二次處理使用。
　　（3）輸出控制功能。
　　開關(guān)量輸出：行走高低速切換、車窗玻璃噴水、雨刷、工作燈、風(fēng)扇、報(bào)警蜂鳴器等。
　?。?）鍵盤及LCD顯示功能。
　　鍵盤電路設(shè)置8個(gè)按鍵，分別定義為：雨刷開關(guān)、車窗玻璃清洗泵開關(guān)、工作燈（遠(yuǎn)、近光）開關(guān)、空調(diào)開關(guān)、蜂鳴器禁止開關(guān)、柴油加油機(jī)開關(guān)、時(shí)間設(shè)置鍵，一個(gè)備用開關(guān)。
　　LCD顯示屏的驅(qū)動(dòng)器采用OKI公司的MSM5265，能夠驅(qū)動(dòng)80個(gè)液晶顯示段（靜態(tài)）或160個(gè)液晶顯示段（動(dòng)態(tài)）。設(shè)計(jì)中使用了80個(gè)液晶顯示段，分別顯示日期、故障代碼、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、液壓油位和柴油油位，以及報(bào)警圖標(biāo)和案件圖標(biāo)。
　　2、系統(tǒng)工作原理
　　系統(tǒng)測(cè)試原理如下：將傳感器檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、液壓油溫、柴油油位、機(jī)油壓力、行走速度開關(guān)等參數(shù)值輸入微機(jī)，進(jìn)行分析計(jì)算，并將實(shí)測(cè)值與內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)值比較，判斷液壓挖掘機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是否良好，并將異常征兆用發(fā)光二極管、閃光報(bào)警燈和報(bào)警喇叭進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)將相關(guān)數(shù)值保存下來傳送到上位機(jī)進(jìn)行曲線繪制、趨勢(shì)分析和打印輸出。
　　2.1模擬量輸入電路
　　由于挖掘機(jī)可能會(huì)移動(dòng)到各種電磁環(huán)境下工作，如移動(dòng)通訊、電臺(tái)的大功率發(fā)射天線附近等，而挖掘機(jī)上使用的繼電器、電磁鐵、直流電機(jī)等裝置在各個(gè)線路上會(huì)耦合許多干擾信號(hào)，為保證測(cè)量精確度及系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，在模擬量輸入通道上采用了二階濾波電路，如圖2所示。該電路采用的是壓控電壓源低通濾波電路，由二階RC濾波電路和同相比例放大電路組成，其優(yōu)點(diǎn)是輸入阻抗高、輸出阻抗低。

　　在挖掘機(jī)使用過程中，會(huì)發(fā)生模擬量信號(hào)線接地或接電源的故障，為了保證在故障情況下不損壞CPU中的A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器保護(hù)電路，即在二階濾波電路的輸出電路上，設(shè)置一個(gè)上拉到5V電源的二極管，使A/D輸入的電壓不大于5.7V，保證A/D轉(zhuǎn)換器不會(huì)損壞。上拉二極管后，設(shè)置了一個(gè)阻容濾波電路，用來進(jìn)一步減小A/D輸入電壓的波動(dòng)范圍，提高檢測(cè)精度。在A/D轉(zhuǎn)換器讀取信號(hào)時(shí)，需要的電流從濾波電容是取得，避免A/D讀入電流時(shí)輸入電壓下降，影響A/D轉(zhuǎn)換精度。
　　2.2工作參數(shù)的顯示（報(bào)警）原理
　　當(dāng)挖掘機(jī)某個(gè)裝置的工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，相應(yīng)傳感器的輸出值也會(huì)變化。如隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工作強(qiáng)度的加大，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度會(huì)逐漸升高，水溫傳感器的電阻值相應(yīng)性變化，在溫度傳感器中有1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電阻與熱敏電阻分壓，溫度的變化就表現(xiàn)為2個(gè)串連分壓電阻中點(diǎn)電壓的變化。該電壓值經(jīng)過二階濾波，去除輸入電壓上疊加的干擾雜波后，送入80C196KC的A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，送LCD顯示。顯示方式有兩種：
　?。?）CPU查詢預(yù)先存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中的溫度傳感器的特性曲線表（溫度――液晶屏顯示格數(shù)），查出屏幕上應(yīng)該顯示的狀態(tài)，按照串行方式將顯示內(nèi)容傳輸給LCD驅(qū)動(dòng)芯片，將冷卻水的溫度顯示在LCD屏上。
　?。?）如果檢測(cè)的溫度不以刻度方式顯示，而只有正常或報(bào)警兩種顯示，其信號(hào)處理方式是：將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的傳感器電壓值與報(bào)警電壓相比較（斯密特式），如果傳感器電壓超標(biāo)，則通過LCD驅(qū)動(dòng)器使屏幕上相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)閃爍。
　　開關(guān)量信號(hào)經(jīng)過濾波與光電耦合電路，送入單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到輸入電壓處于非正常狀態(tài)時(shí)，則使屏幕上相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)閃爍。
　　2.3輸出信號(hào)處理電路
　　單片機(jī)根據(jù)流程執(zhí)行不同的處理子程序，子程序運(yùn)行結(jié)果改變單片機(jī)相應(yīng)輸出引腳的狀態(tài)。輸出信號(hào)處理電路的作用是聯(lián)系協(xié)調(diào)單片機(jī)和