設備現場環境監控通用系統的研究與設計

摘 要:目前，市場上的各種環境監控系統很多，如針對通信機房的環境監控系統，針對農業生產基地的監控系統等。本文根據筆者多年從事通信、信息采集、設備控制等方面的實際工作經驗，研究設計一種具有通用性的設備現場環境監控系統。該系統可以應用在各個領域當中，通用性強，擴展性好，系統構成靈活，可以獨立使用，也可以多個系統通過有線、無線等方式聯網使用，讓使用者自由選擇，適應具有不同要求的使用環境。

關鍵詞:環境監控 單片機 無線傳輸 GPRS

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0010-02

當前，工業、農業、信息產業等各行各業都已經全部或部分實現現代化、智能化。現代化離不開各種電力、電子設備的參與，電力電子設備在現代生產生活中的重要性自不必說。由于大大小小的各種設備的機房、自動化智能化廠房等遍布各個角落，對這些電力電子設備工作環境的自動、智能監測提出了更高的要求。

我國的機房集中監控技術的研究工作始于80年代末，1992年由郵電部設計院和廣州市電信局合作研究試驗成功的廣州長途樞紐樓通信集中監控系統是我國第一個成功的應用實例。1996年1月郵電部發布的通信局電源系統總技術要求(暫行規定)(1996)105號文件，明確指出通信機房環境和設備應實現集中監控，逐步實現少人或人值守，并把集中監控列為必不可少的部分。

目前國內己經有多個廠家有類似的產品，但是存在功能比較單一，不能完全適應各種復雜的實際情況和價格較高等問題。許多的環境集中監控系統還存在一個明顯的問就是一個系統只能監控一種設備，要想監控多種設備，就得上好幾個系統，這顯然不合適的。為此，要把所有設備的監控功能加以融合，才能做到比較全面的系統監控而且各個地方的接入網點的物理環境各不相同，具體情況千差萬別，必須從被監控環境實際出發，設計適合的環境集中監控系統。這一規定引起了各級郵電部門的高度視，并出現了國內外計算機工程公司、生產設備廠家、高等院校和研究院所相關專業計算機集中監控系統專業廠商以及郵電部門自身多頭參與系統開發的局面。與國際上這一領域的研究開發相比，國內在機房設備及環境集中監控系統的開發和應用方面尚于起步階段，而由于這一領域的多學科性質，使得由單一專業的機構進行的系統設計案和實施往往存在各種不合理因素，如有些產品只有設備監控而無環境圖像監控，有產品的系統傳輸方式單一、組網不靈活等。近一兩年，社會上所開發的機房監控產品有一些，但是存在價格過高，功能冗余等問題，都不太適合我國的無人值守機房，就需要我們共同努力，使我國的監控系統在軟硬件的先進性和可靠性、系統結構的合理性、系統功能的完善性和實用性以及與可控設備的接口能力等方面得到進一步提高。

設備及其設備工作環境集中監控系統往往是一個分布式的計算機控制系統，它通過對監控范圍內設備及電源系統和環境進行遙測、遙信，實時監控系統和設備的運行狀態，記錄和處理相關數據，及時偵測故障并適時通知維護人員處理；進行必要的遙控操作，改變或調整設備運行狀態。實施設備及其設備工作環境集中監控系統代表了設備先進維護管理技術和手段的發展方向，對實現與現代智能技術發展相適應的現代化設備維護和科學管理，有著重要的意義。

本文所設計的通用監控系統結構簡單，大體可以分為監控前端、傳輸系統和上位機監控平臺(或手持監控終端)三部分，如圖1所示。

監控前端根據需要可以進行選配、擴展。監控前端的核心為MCU及各種傳感器。傳感器的安裝通常比較分散，使用環境也比較復雜、惡劣，為施工、使用方便，推薦傳感器與MCU之間采用無線連接模式。無線模塊的選擇可以使用ISM頻段的無線模塊，目前市場上這種模塊的種類比較多，最好選用數據透傳模塊，接口方式最好選用使用RS232接口的，這樣通用性比較強，如:SRWF-1022。傳感器的選取也盡量采用具有數字輸出的各種傳感器，這樣會使系統的硬件設計比較簡單，如溫度傳感器18B20等，避免使用模擬傳感器，是電路及程序設計比較復雜。

此監控前端的設計本身就是一個系統，而且全部采用模塊化設計，根據實際需要選擇相應功能模塊。配置好硬件，只需進行簡單的二次開發即可應用。至于MCU的選擇就更多了，相信目前市場上任何一款嵌入式系統都可以滿足需求，這就看開發者習慣使用哪個系列的產品。本系統在研發過程中選用了STC12C5A60S2系列的單片機，由于篇幅關系，此款單片機相關資料請讀者查閱手冊。監控前端的硬件結構圖如圖2所示。

為了檢驗此系統的可行性，筆者設計制作了簡單的監控前置終端，PCB圖如圖3所示。

監控系統的傳輸部分可以用有線、無線等方式傳輸，這里介紹無線傳輸系統的構成。無線傳輸可以利用GPRS、3G、WLAN等現有傳輸網絡。具體采用何種傳輸方式可以根據實際情況選擇。下面以GPRS為例給出監控系統整體結構框圖，如圖4所示。

要實現靈活組網，并使系統具有通用性，接口的設計尤為重要。與上位機的通信采用RS232總線的方式。同時，為了適應不同場合的應用，系統設計時預留了RS485總線接口。系統接口電原理圖如圖5所示。

配合本系統還利用VB設計了簡單的上位機控制界面，上位機的軟件設計還要根據具體應用進行二次開發，開發數據庫、編寫算法等。

本系統所涉及的技術都是目前比較成熟的技術，筆者只是將這些成熟技術結合在一起，提出了一種設計思路，并做了實驗驗證。本系統在設計過程中盡可能使其具有通用性特點，但是，再完美的系統也不可能適用所有場合，在以后的工程實踐中還要不斷的研究、改進，尋找應用領域，在實際應用中完善系統。

參考文獻

[1]刁智華.設施環境無線監控系統的設計與實現[J].農業工程學報，2008.7.

[2]韓冰.GPRS在數據采集與監控系統中的應用[J].電子技術(上海)，2003.8.

[3]李曉穎.傳感器與測試技術[M].高等教育出版社，2006.1.