叶国云，储江，叶青云，董志

（宁波如意股份有限公司，浙江 宁波 315600）

0 引言

市面上工业车辆的品种繁多，有托盘堆垛车、平衡重式叉车、侧面式叉车、三向堆垛车、前移式叉车、叉腿式叉车等，广泛应用于港口、机场、车间、仓库、配送中心等[1-2]，是重型货物搬运中必不可少的设备。工业车辆属于特种设备范畴，由于工业车辆的专业性及特殊性，应当避免其各类安全隐患。

根据国家质检总局每年对特种车辆的事故统计与分析，特种车辆每年都有安全事故发生，且造成的损失较为严重，特种车辆的安全管理与预防不容忽视。据数据分析，安全事故中大部分原因为设备老化或故障、使用操作不当、管理不到位等[3-4]。加装车辆传感器数据监控系统可对车辆状况数据进行实时记录，由于市面上暂无专用记录仪，多数为在现有仪表设备中增加存储器件以实现对数据的存储，但现有仪表的设计之初并未考虑到高防护性，当车辆出现严重事故时可能会导致仪表连同存储数据一并被销毁，给事故分析带来重大阻碍。为规避这一问题，本文提出一款非接触式加固数据记录系统。隔离式供电及隔离式通信可以有效防止连接电器损坏时导致电路对数据记录仪的损坏，加固式结构可以避免在发生严重事故时记录数据被损坏。

1 系统框架

非接触式加固数据记录系统由记录仪设备与固定支架设备组成，两个设备都包含了硬件电路与嵌入式软件。记录仪设备单元电路包含激光发射电路、激光接收电路、无线充电接收电路、处理器核心电路、数据存储电路，结构上设计逃逸槽。固定支架设备单元电路包含CAN通信电路、电源管理电路、处理器核心电路、无线充电发送电路、激光发射电路、激光接收电路，结构上有固定挡杆。上述两个设备组成的记录系统可实现数据收发、数据存储、逃逸槽保证数据安全的功能。

图1 记录仪设备整体电路架构图

图2 固定支架设备整体电路架构图

图3 系统整装效果图

记录仪设备与固定支架设备通过挡杆螺丝固定安装。固定支架设备通过航空连接器连接叉车电源及CAN总线，3个指示显示是固定支架设备状态。固定支架设备通过无线充电电路为记录仪设备提供非接触式供电，通过激光收发电路与记录仪设备进行非接触式通信。记录仪设备的数据存储电路放置于顶部的球体内密封保护，圆形球体与下部结构件设有逃逸槽，当发生严重事故时，逃逸槽断裂，确保球体内的数据安全逃逸。

2 系统设计与实现

2.1 记录仪设备

记录仪设备采用加固式金属材质，顶部球状结构内衬防火材料，同时内部电路采用防火密封胶灌注形式，确保数据存储电路的安全性。设计有逃逸槽（如图4），当发生严重事故时，逃逸槽断裂，确保球体内的数据安全逃逸，整体结构如图5～图8所示。

图4 逃逸槽特写图

图5 记录仪设备前侧视图

图6 记录仪设备后侧视图

图7 记录仪设备顶部侧视图

图8 记录仪设备底部侧视图

记录仪设备通信接口采用隔离式激光通信（如图5），记录仪设备采用无线充电形式供电（如图8），由此可知整个记录仪设备无任何线缆连接，全部采用隔离式供电与通信，避免了着火、短路等对记录仪设备造成电路或内部芯片的损坏。

记录仪设备与固定支架设备使用激光模拟三线SPI通信机制，固定支架设备作为SPI主设备，记录仪设备作为SPI从设备，三线SPI通信时序图如图9所示。

图9 三线SPI时序图

记录仪设备无线充电接收电路如图10所示，采用5 V/1 A的无线供电方案可满足系统用电需求。记录仪设备选用eMMC存储芯片，以实现对激光通信传输过来的数据进行高速大容量存储。

图10 无线充电接收模块

2.2 固定支架设备

固定支架设备采用金属材质，整体结构如图11～图13所示。

如图11及图12所示，固定支架设备的凹槽可放入记录仪设备，同时拥有6个螺丝锁紧位置，可在记录仪设备放入后，使用挡杆螺丝牢固固定记录仪设备。

图11 固定支架设备前侧视图

如图12及图13所示，激光通信接口向外凸出，与记录仪设备的激光通信凹槽结构匹配，凹凸对接的形式可以避免可见光对激光通信的干扰。其中激光发送电路如图14所示，激光接收电路如图15所示。

图12 固定支架设备后视图

图13 固定支架设备顶视图

图14 激光发送电路

图15 激光接收电路

固定支架设备的无线充电发送电路位置与记录仪设备的无线充电接收电路位置对应，5 V/1 A无线充电发送电路如图16所示。

固定支架设备采用四芯航空连接器与车载的电源与CAN总线进行连接，便于快速安装或卸装设备。

3 结语

本系统经过初步功能调试，已经实现数据传输与记录的基础功能，有待进一步完善功能后装载于公司三向拣选堆垛叉车进行系统试用，系统主要用于采集车辆数据，以实现对车辆状态、控制器等设备故障的监控及驾驶员操作监控，专业人员通过监控存储的数据来监测与评估车辆健康状况，预防因为车辆设备老化等原因导致车辆周边人员及驾驶员的人身安全或货物财产安全受到损害。

图16 无线充电发送电路