劉書倫 周觀民 胡晨田

(1.濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 濟源 459000； 2.河南貝迪工業(yè)特種制冷設(shè)備制造公司，河南 濟源 459000)

工業(yè)制冷設(shè)備生產(chǎn)廠家在制冷工程實施完畢后，將投入較大的人力對設(shè)備進行日常維護以保證其正常運作。工業(yè)制冷設(shè)備廠家會建立多個制冷工程，且工程分布于全國各地，維護人員更多時間花費在路途奔波中，實際到現(xiàn)場后處理的可能僅是一個很小的問題，而且工程中發(fā)生的問題查找困難，僅按報警項難于溯源到出問題的設(shè)備，例如傳統(tǒng)控制器報警如冷庫溫度過高，最終知道的僅是制冷設(shè)備運作后的一個表現(xiàn)，而實際哪個制冷設(shè)備器件出問題則依然需要逐個排查。工業(yè)制冷設(shè)備廠家需要一種信息化方案解決上述問題。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延伸和進一步發(fā)展，其終端延伸和擴展到了任何物品和物品之間進行信息的交流與溝通。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義是通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、傳感器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議連接到互聯(lián)網(wǎng)進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

近幾年來，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)為實現(xiàn)工業(yè)制冷設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測提供了技術(shù)支持，采用物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)制冷設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)方便了設(shè)備廠家對制冷工程的管理和維護，極大的降低了維修成本。多個制冷工程管理時不用逐一到現(xiàn)場查看設(shè)備數(shù)據(jù)，在任意一臺可上網(wǎng)的計算機或者智能終端上就可以完成，同樣可以在這臺計算機或者智能終端上完成設(shè)備或者設(shè)備參數(shù)的操作任務(wù)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計的工業(yè)制冷設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程監(jiān)測終端、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器組成，遠(yuǎn)程監(jiān)測終端主要完成對制冷設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集與處理，執(zhí)行遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器發(fā)送過來的查詢指令和設(shè)備控制指令，遠(yuǎn)程監(jiān)測終端集成了移動互聯(lián)網(wǎng)通信模塊。遠(yuǎn)程監(jiān)測終端正常工作時通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集制冷設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)，移動互聯(lián)網(wǎng)通信模塊把設(shè)備運行數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)由3G移動通信網(wǎng)絡(luò)和Internet互聯(lián)網(wǎng)共同構(gòu)成，是遠(yuǎn)程監(jiān)測終端與遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器是工業(yè)制冷設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的中心，負(fù)責(zé)監(jiān)測系統(tǒng)中所有感知數(shù)據(jù)的獲取、存儲和查詢，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1[1]。

2 系統(tǒng)各部分設(shè)計

2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測終端硬件設(shè)計

遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的硬件由嵌入式微處理器、3G移動通信網(wǎng)絡(luò)模塊、液晶顯示屏、觸摸屏、串行總線和一些必要的外圍電路組成，遠(yuǎn)程監(jiān)測終端主要監(jiān)測制冷設(shè)備的工作狀態(tài)、核心部件的電流、蒸發(fā)器溫度、冷凝器溫度、冷庫溫度、各個部件溫度及開關(guān)狀態(tài)等。在工業(yè)制冷設(shè)備控制板上設(shè)置有各類傳感器，通過傳感器、遠(yuǎn)程監(jiān)測終端上的串行總線、數(shù)模轉(zhuǎn)換等器件完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。遠(yuǎn)程監(jiān)測終端硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示[1]。

圖1 工業(yè)制冷設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)測終端硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1.1 Cortex-A8嵌入式微處理器架構(gòu)

嵌入式微處理器對串口接收現(xiàn)場傳感器采集的數(shù)據(jù)進行處理后存儲至遠(yuǎn)程監(jiān)測終端，需要時可通過移動互聯(lián)網(wǎng)通信模塊發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器。遠(yuǎn)程監(jiān)測終端采用三星公司ARM Cortex-A8內(nèi)核的S5PV210高性能32位嵌入式微處理。S5PV210處理器是基于ARMv7架構(gòu)的嵌入式微處理器，是ARM開發(fā)的性能最高、最具功率效率的處理器。S5PV210處理器的速率可以在600 MHz和1GHz之間的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可滿足功耗在300mW以下的嵌入式設(shè)備的要求，在S5PV210處理器中的通用異步收發(fā)器提供了4對獨立的異步串口(UART)I/O端口，供用戶獲取各類傳感器數(shù)據(jù)，S5PV210嵌入式微處理通用異步收發(fā)器電路圖如圖3所示。

圖3 S5PV210嵌入式微處理通用異步收發(fā)器電路圖

2.1.2 移動互聯(lián)網(wǎng)通信模塊

移動互聯(lián)網(wǎng)通信模塊的主要功能是將采集的運行數(shù)據(jù)通過3G移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器。本系統(tǒng)選用中興通訊生產(chǎn)的MG3732模塊作為3G移動互聯(lián)網(wǎng)通信模塊， 該模塊具有語音、短信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能，是一款WCDMA/GSM雙模移動互聯(lián)網(wǎng)通信模塊。在移動通信模式下，支持上行鏈路和下行鏈路不對稱的數(shù)據(jù)傳輸，最高速率達(dá)3.6 Mbit/s。該模塊在通信接口上具有比以往無線通信模塊更加靈活的特性，可以支持異步串口(UART) 和通用串行總線接口(USB )，以滿足不同主控設(shè)備的特性要求。另外，模塊內(nèi)部還集成了標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議棧，支持TCP協(xié)議和UDP協(xié)議傳輸，可連接到Internet進行網(wǎng)絡(luò)傳輸[4]。

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)測終端軟件設(shè)計

遠(yuǎn)程監(jiān)測終端采用谷歌公司的Android嵌入式操作系統(tǒng)，Android是一種基于Linux的自由、開放源代碼的嵌入式操作系統(tǒng)，主要用于嵌入式設(shè)備。Android操作系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、開放性、所有應(yīng)用程序平等、應(yīng)用程序間無界限及快速方便的應(yīng)用程序開發(fā)等優(yōu)點，是目前使用用戶最多的嵌入式操作系統(tǒng)，因此在Android操作系統(tǒng)上設(shè)計Android應(yīng)用程序具有低成本、方便系統(tǒng)開發(fā)及易于維護等優(yōu)點[2]。

Android應(yīng)用程序框架主要分為4 個層次：應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、虛擬機層及Linux 內(nèi)核層[5]。處于Android應(yīng)用程序框架最底層的是Linux 內(nèi)核層，它為Android應(yīng)用系統(tǒng)提供進程管理、內(nèi)存管理及設(shè)備驅(qū)動等基本程序功能；虛擬機包含必須的C語言程序庫文件和Java 程序運行環(huán)境，并且提供對應(yīng)用框架層的支持；應(yīng)用框架層是Android應(yīng)用程序開發(fā)者最關(guān)心的部分，是基于應(yīng)用框架層所提供的基本框架和API進行程序開發(fā)[3]。

針對Android應(yīng)用開發(fā)，Google 發(fā)布了Android SDK(Software Developing Kits)。其中包括若干開發(fā)工具集和一整套基于Java 開發(fā)的API。其后 Google 公司又針對C/C++ 開發(fā)者提供了NDK(Native Developing Kits)。NDK開發(fā)的程序仍需通過 JNI(Java Native Interface)方式與開發(fā)能在一定程度上加快程序運行的速度，但是會增加程序開發(fā)的復(fù)雜度。

遠(yuǎn)程監(jiān)測終端實現(xiàn)了對制冷設(shè)備的運行數(shù)據(jù)的采集、運行參數(shù)的控制、數(shù)據(jù)的移動網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ埽ㄟ^Android應(yīng)用開發(fā)平臺編寫遠(yuǎn)程監(jiān)測應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)上述功能。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器設(shè)計

遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器采用基于Web的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)無需安裝任何插件就可以在任意聯(lián)網(wǎng)的計算機、平板電腦和智能手機上運行。遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)分為3個子系統(tǒng)：遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)；客戶端接收與命令發(fā)送子系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集各個制冷設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測終端的運行狀況數(shù)據(jù)，然后傳遞給數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)，客戶端接收與命令發(fā)送子系統(tǒng)是與客戶和維護人員直接交互的系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)接收客戶和維護人員的操作指令，從數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)或向其發(fā)送控制命令，遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器架構(gòu)圖如圖4所示。

3 結(jié) 語

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)制冷設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，不僅滿足了工業(yè)制冷設(shè)備廠家的遠(yuǎn)程監(jiān)測要求，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、可擴充性強、建設(shè)和使用成本低、實時性強等優(yōu)點，方便客戶和維護人員及時掌握制冷設(shè)備的運行情況并做出相應(yīng)操作控制，該系統(tǒng)為工業(yè)制冷設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，達(dá)到了制冷設(shè)備生產(chǎn)廠家對設(shè)備監(jiān)測的預(yù)期目的，具有一定的推廣價值。

圖4 遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)器架構(gòu)圖

[1] 鄔春明，牟曉敏，程亮，等.熱電機組遠(yuǎn)程無線監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].自動化儀表,2013,34(6):42-44.

[2] 詹成國，朱偉，徐敏.基于Android的測控裝置人機界面的設(shè)計與開發(fā)[J].電力自動化設(shè)備,2012,32(1):119-122.

[3] 彭鑫，譚彰，黃文君，等.基于Android的工業(yè)控制監(jiān)控軟件設(shè)計[J].計算機工程，2013，39(7):86-89.

[4] 曹景勝.基于3G技術(shù)的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[D]. 錦州:遼寧工業(yè)大學(xué)，2011.

[5] 宋偉強.基于Android的移動巡檢系統(tǒng)開發(fā)[J].硅谷，2013(7):49-50.