網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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摘要：針對(duì)現(xiàn)今機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足，以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用傳感器作為系統(tǒng)硬件核心，開(kāi)發(fā)一種無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其硬件組成包括傳感器和無(wú)線微處理器；軟件設(shè)計(jì)包括WinCE6.0平臺(tái)、傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序、監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，文章設(shè)計(jì)的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，在等量數(shù)據(jù)點(diǎn)條件下，其監(jiān)測(cè)效率占有一定優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；無(wú)限設(shè)備；效率

引言

現(xiàn)今使用的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為兩大類，一種是在線設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在線監(jiān)測(cè)具體是將傳感器搜集到的設(shè)備故障信息直接輸入分析設(shè)備內(nèi)，或者借助A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)后利用通信電纜將信息上傳至計(jì)算機(jī)內(nèi)，之后計(jì)算機(jī)就會(huì)繼續(xù)完成分析處理與在線診斷，而且計(jì)算機(jī)既能夠應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，也可以遠(yuǎn)在現(xiàn)場(chǎng)之外[1]。在線診斷的優(yōu)勢(shì)就在于可以在短時(shí)間內(nèi)快速完成任務(wù)，實(shí)時(shí)性比較好，可缺點(diǎn)是成本太高，運(yùn)行不靈活，所以在線診斷系統(tǒng)通常會(huì)普遍應(yīng)用在大型關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)上。另外一類是無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)通常會(huì)普遍應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息采集，將數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在便攜式采集設(shè)備上，借助人工輸入或計(jì)算機(jī)內(nèi)部的診斷軟件完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理，實(shí)現(xiàn)電流傳感器。

1基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件組成

1.1傳感器選擇

傳感器的主要作用就是對(duì)無(wú)線設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)中出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)采集，傳感器在數(shù)據(jù)采集上表現(xiàn)出的精準(zhǔn)性和安全性將會(huì)直接決定無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能發(fā)揮?？茖W(xué)、有效的傳感器選擇是一項(xiàng)極其重要的工作，一般主要考慮以下三種指標(biāo)，首先需要考慮其工作特征，如靈敏度、頻率、安全性、機(jī)動(dòng)性、線性度等；其次有必要對(duì)其工作環(huán)境進(jìn)行全面考慮，如溫度、濕度、化學(xué)腐蝕性等；最后需要考慮的就是諸如尺寸、大小等實(shí)際參數(shù)[3]，盡可能避免因本身參數(shù)導(dǎo)致采集效果大打折扣。盡量避免由于傳感器的物理參數(shù)而影響到采集效率。本系統(tǒng)的硬件主要對(duì)設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)、電流信號(hào)進(jìn)行采集。傳感器的選擇主要包括加速度傳感器和電流傳感器傳感器兩種。加速度傳感器。本文選擇的加速度傳感器型號(hào)是AD2001T，該傳感器主要適用于對(duì)工業(yè)設(shè)備的監(jiān)控上，比如無(wú)線設(shè)備、風(fēng)機(jī)和大型機(jī)械設(shè)備等。AD2001T的具體參數(shù)設(shè)置如下所示：分辨率設(shè)為0.3mg，靈敏度基本在2000mV/g，誤差基本控制在5%~10%之間；其次，在頻率響應(yīng)范圍上比較廣泛，大概在0.3Hz~10000Hz之間，共振頻率為30KHz；再次，其量程范圍比較大，最高可達(dá)100g，底座使用絕緣材料；第四，普遍使用直流電源進(jìn)行日常供電，其供電電壓一般為+25V，輸出偏壓在5~10V之間；最后，其工作溫度范圍在20℃~+100℃之間。本文選擇的電流傳感器型號(hào)是KHAT1019L型閉合式電流互感器。其優(yōu)勢(shì)就是能夠?qū)恢绷骱兔}沖電流進(jìn)行直接測(cè)量；不需要外連電源，閉合式構(gòu)造且輸入線圈設(shè)為內(nèi)置，測(cè)量方式設(shè)為非侵入式；外形小巧，攜帶方便，底座帶有固定開(kāi)口，隔離電壓的能力比較強(qiáng)，安全度比較高。該電流互感器可以在一定程度上將強(qiáng)電流通過(guò)二次感應(yīng)的方式直接轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹼娏?，適合用于車間設(shè)備（如電機(jī)定子）電流信號(hào)的采集。KHAT1019L的具體參數(shù)設(shè)置如下所示：首先測(cè)量電流范圍在0~100A之間；其次額定輸出電流在0~200mA之間；再次額定采樣電壓設(shè)為10V；然后在工作溫度范圍設(shè)定上為40°C~+100°C；最后其非線性度為0.05%[2]。

1.2無(wú)線微處理器模塊

微處理器是整個(gè)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵，負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)其它部件的監(jiān)控和各項(xiàng)任務(wù)的匹配，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的釆集、轉(zhuǎn)變和存儲(chǔ)任務(wù)。微處理器的選擇對(duì)整個(gè)節(jié)點(diǎn)性能的發(fā)揮會(huì)產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。微處理器的選擇通常會(huì)著重考慮一下幾點(diǎn)要求：在處理能力上，微處理器處理能力強(qiáng)就意味著工作效率得到有效提高，任務(wù)之間需要等待的時(shí)間就會(huì)大大減少，可處理能力的加強(qiáng)，其損耗也會(huì)隨之增大，設(shè)計(jì)時(shí)有必要按照性能發(fā)揮尋找平衡點(diǎn)。在片內(nèi)資源上，有的微處理器內(nèi)部具備定時(shí)器、程序儲(chǔ)存器、A/D轉(zhuǎn)變器等很多外備資源。使用這些片內(nèi)資源能夠在一定程度上簡(jiǎn)化外部組件，使微處理器的外圍電路更加清晰易懂可操作。無(wú)線通信模塊的基本任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)無(wú)線任務(wù)的接收與發(fā)射。其射頻芯片的選擇上需重點(diǎn)考慮尺寸因素，微處理器尺寸的大小會(huì)間接決定整個(gè)節(jié)點(diǎn)的尺寸，設(shè)計(jì)時(shí)需選取尺寸較小的微處理器。其中主要處于以下幾點(diǎn)的考慮：首先是損耗，通信模塊的耗電量極其龐大，芯片損耗比較低，節(jié)點(diǎn)的整體損耗就會(huì)比較低；其次是編程的難易程度，選擇編程簡(jiǎn)單的射頻芯片能夠在一定程度上降低后期管理難度，推進(jìn)研發(fā)進(jìn)程；再次是外圍電路，簡(jiǎn)單的外圍電路意味著較少部件，如此就能夠大大降低成本，減小節(jié)點(diǎn)尺寸；最后是發(fā)射頻段，機(jī)械、科學(xué)、醫(yī)藥（ISM）頻段，主要包括495MHz，812MHz，957MHz，7.4GHz等，這些頻段能夠無(wú)需申請(qǐng)直接應(yīng)用。

2基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1WinCE6.0操作平臺(tái)

WindowsEmbeddedCE6.0（WinCE6.0）是微軟公司最新研發(fā)的一種嵌入式操作平臺(tái)，它是一種模塊化的、便于剪裁的、移動(dòng)方便的多任務(wù)嵌入式操作平臺(tái)。WindowsEmbeddedCE6.0的設(shè)計(jì)內(nèi)核主要支持78000個(gè)并發(fā)進(jìn)程，每一個(gè)進(jìn)程具備8GB的虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)空間，同時(shí)還可以確保系統(tǒng)的即時(shí)性響應(yīng)，這使其能夠?qū)⒏鼮閮?yōu)秀的應(yīng)用程序應(yīng)用到更加智能化、自動(dòng)化的設(shè)備中，嵌入式開(kāi)發(fā)者能夠從中篩選他們所需源代碼，并根據(jù)編碼組建獨(dú)有的操作系統(tǒng)。

2.2傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)主要是利用CC1081芯片的四條SPI總線對(duì)芯片的工作模式進(jìn)行合理配置，實(shí)現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)的緩存功能。借助CAA引腳狀態(tài)對(duì)清除空閑信道進(jìn)行預(yù)估設(shè)置，利用SDF引腳狀態(tài)對(duì)時(shí)鐘信息的輸入進(jìn)行控制。當(dāng)節(jié)點(diǎn)輸電時(shí)，就會(huì)自動(dòng)偵查無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜刖W(wǎng)信息，獲得入網(wǎng)絡(luò)許可以后，每一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)就會(huì)直接被劃分到唯一的網(wǎng)絡(luò)IP地址內(nèi)。同時(shí)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)也開(kāi)始進(jìn)入工作狀態(tài)，傳感器將采集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)上傳至微處理器內(nèi)，再經(jīng)由微處理器進(jìn)行一系列的簡(jiǎn)單操作，傳感器節(jié)點(diǎn)每隔一個(gè)固定時(shí)間就會(huì)對(duì)傳感器發(fā)送一次目前數(shù)據(jù)所處特征值，傳感器將次特征值和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，一旦發(fā)現(xiàn)異常，就會(huì)請(qǐng)求中斷，將出現(xiàn)問(wèn)題的振動(dòng)數(shù)據(jù)波形利用傳感器節(jié)點(diǎn)上傳至監(jiān)控中心，繼續(xù)處理。發(fā)送結(jié)束后就將等待下次請(qǐng)求中斷后繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.3監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

監(jiān)測(cè)軟件的界面主要式在C++Builders.1環(huán)境下完成開(kāi)發(fā)的。C++Builder作為Boreland公司繼Delphi后推出的又一款可視性集成工具，C++Builder具備在短時(shí)間內(nèi)優(yōu)化可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境，雖編譯程序較為簡(jiǎn)單，但實(shí)際功能發(fā)揮卻很強(qiáng)大，只需簡(jiǎn)單地將控件拖拽至窗體，設(shè)置好基本屬性，再修改一下外觀，應(yīng)用程序界面立即就能夠建設(shè)好了，C++Builder內(nèi)設(shè)了超過(guò)200個(gè)完全具備WINDOWS公用特征并且還擁有可擴(kuò)展性(包括全面支持ActiveX控件)的可重復(fù)性處理組件；凡是C++開(kāi)發(fā)環(huán)境具備高效、機(jī)動(dòng)的功能，且其CPU能夠?qū)崿F(xiàn)完全透視，完成監(jiān)測(cè)任務(wù)。

3實(shí)驗(yàn)與效果分析

為了更加直觀具體的看出本文設(shè)計(jì)的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，特與傳統(tǒng)無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)其監(jiān)測(cè)效率進(jìn)行比較。

3.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將兩種無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)置于相同的試驗(yàn)環(huán)境之中，進(jìn)行監(jiān)測(cè)能力的實(shí)驗(yàn)。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)兩種不同的無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)同時(shí)在相同環(huán)境中進(jìn)行工作，分析其監(jiān)測(cè)能力的變化。實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比圖1如下所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本文設(shè)計(jì)的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，在等量數(shù)據(jù)點(diǎn)條件下，其監(jiān)測(cè)效率占有一定優(yōu)勢(shì)。

4結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，依托傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)無(wú)線設(shè)備狀態(tài)的發(fā)生故障，對(duì)其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)論證表明，本文設(shè)計(jì)的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠?yàn)榛诰W(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無(wú)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建方法提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳瑞明.基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)分析[J].礦業(yè)裝備,2018,12(6):114-115.

[2]楊敏,曾榮,陳奕瑾,等.基于PLC信號(hào)分析的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2017(6):127-129.

作者：閆娟雅 單位：鄭州市技師學(xué)院