摘要：遠(yuǎn)程監(jiān)控終端是遠(yuǎn)端設(shè)備采集運(yùn)行參數(shù)的關(guān)鍵器件，直接與設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。隨著遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的成熟和設(shè)備信息化、智能化的發(fā)展要求，開(kāi)發(fā)適用于工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、定位與傳感具有重要意義�；诘V山和工程機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端應(yīng)支持多種通信接口、兼容設(shè)備各類控制器協(xié)議，終端可智能切換工作模式，支持遠(yuǎn)程固件升級(jí)、數(shù)據(jù)保存等各種功能，具有較好防拆性，可靠性高，功耗低。終端還可與對(duì)應(yīng)信息系統(tǒng)結(jié)合后實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控和分析，進(jìn)一步支撐設(shè)備的產(chǎn)、儲(chǔ)、銷和售后服務(wù)管理。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控終端；數(shù)據(jù)交互；通信數(shù)據(jù)協(xié)議

隨著智能化和信息化的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)日益成熟，其在醫(yī)療、城市服務(wù)等很多行業(yè)體系中已得到廣泛應(yīng)用，但在工業(yè)領(lǐng)域中尚處于不斷發(fā)展壯大的過(guò)程［１］。為對(duì)工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集和監(jiān)控，我們以礦山和工程機(jī)械設(shè)備為依托，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一款遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，為兩個(gè)專業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)礦山、工程機(jī)械設(shè)備的定位、傳感與通信。該終端不僅可以采集壓力、溫度、速度、負(fù)載、報(bào)警信息、電氣參數(shù)、ＧＰＳ位置等設(shè)備的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，而且可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對(duì)礦山和工程機(jī)械設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和運(yùn)維服務(wù)，同時(shí)兼顧考慮到這兩個(gè)專業(yè)設(shè)備地域分布廣、安全性要求高等特點(diǎn)，并可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于起重、軋鋼等其他行業(yè)，為工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供可靠服務(wù)。

１遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，首先要考慮的是根據(jù)終端要解決的采集、監(jiān)控、診斷、服務(wù)等問(wèn)題，規(guī)劃設(shè)計(jì)其主要硬件、工作模式、數(shù)據(jù)協(xié)議和軟件功能。因此我們不僅要根據(jù)工程機(jī)械和礦山專業(yè)的需求特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)終端的主要硬件結(jié)構(gòu)模塊，而且需要設(shè)計(jì)終端的工作模式以適應(yīng)終端的各類使用狀態(tài)，在以上硬件和工作模式基礎(chǔ)上還需要為礦山和工程機(jī)械專業(yè)分別規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，最后通過(guò)精煉高效的軟件代碼，來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件的工作模式驅(qū)動(dòng)和基于數(shù)據(jù)通信協(xié)議的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。

１．１硬件結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)礦山和工程機(jī)械專業(yè)的需求分析，確定了終端的基本功能結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了包含電源模塊、通信模塊、定位模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、主ＣＰＵ模塊、ＣＡＮ通信模塊、調(diào)試模塊、充電模塊和輔助ＣＰＵ模塊等九個(gè)硬件模塊。電源模塊用于終端進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)和ＰＩＣ及ＡＲＭ的斷電保護(hù)，為終端的供電安全提供支持。通信接口模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串口通信協(xié)議ＲＳ２３２和ＲＳ５８５等進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接收，實(shí)現(xiàn)終端和設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。定位模塊用于對(duì)設(shè)備的定位，及時(shí)采集和反饋設(shè)備位置數(shù)據(jù)，為機(jī)械設(shè)備的管理和使用提供位置支持。信號(hào)檢測(cè)模塊用于對(duì)少量外接開(kāi)關(guān)量和模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主ＣＰＵ模塊用于提供終端所需的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、定位、ＳＤ卡、總線傳輸?shù)雀鞣N服務(wù)的控制功能，其內(nèi)部寫(xiě)入工作模式程序、數(shù)據(jù)采集程序、通信程序等程序代碼功能來(lái)實(shí)現(xiàn)終端的數(shù)據(jù)采集。ＣＡＮ通信模塊用于有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。調(diào)試接口模塊用于對(duì)終端進(jìn)行故障診斷和遠(yuǎn)程調(diào)試升級(jí)，也可在近端連接調(diào)試模塊對(duì)終端進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。充電模塊用于在車載電源斷電后維持終端休眠所需電量，主要用于終端的休眠工作模式。輔助ＣＰＵ模塊等功能模塊用于在主ＣＰＵ休眠后監(jiān)控主機(jī)，保證終端基本的時(shí)鐘功能、專用ＩＤ、核心數(shù)據(jù)等信息不受影響。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的硬件結(jié)構(gòu)模塊如圖１所示。

１．２工作模式設(shè)計(jì)

在確定了終端的硬件組成后，我們需要對(duì)終端的工作模式進(jìn)行合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。無(wú)論是礦山設(shè)備還是工程機(jī)械設(shè)備，都會(huì)有正常運(yùn)行、檢修、停機(jī)等多種狀態(tài)，因此我們規(guī)劃設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)工作模式和休眠工作模式用于終端的工作過(guò)程。在正常運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備正常工作，需要終端持續(xù)在線提供數(shù)據(jù)采集和傳輸服務(wù)，因?yàn)槲覀円?guī)劃設(shè)計(jì)了終端的標(biāo)準(zhǔn)工作模式。標(biāo)準(zhǔn)工作模式主要用于數(shù)據(jù)采集和服務(wù)，設(shè)備使用頻率高，設(shè)備上電即可激活，為終端最常用的工作模式。如果設(shè)備處于檢修或者停機(jī)狀態(tài)，設(shè)備就處于無(wú)有效數(shù)據(jù)產(chǎn)生的狀態(tài)，此時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)出休眠模式，用于設(shè)備無(wú)工作時(shí)終端對(duì)設(shè)備的監(jiān)控，終端在設(shè)置允許休眠情況下，判斷達(dá)到休眠條件后，將自動(dòng)關(guān)閉ＧＰＳ模塊等非必須的用電器元件，并斷開(kāi)通信網(wǎng)絡(luò)的鏈接，進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時(shí)只傳輸設(shè)備位置和是否有故障等關(guān)鍵信息。

１．３通信數(shù)據(jù)協(xié)議設(shè)計(jì)

在硬件設(shè)計(jì)和工作模式設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)與工程機(jī)械專業(yè)的工程師進(jìn)行交流探討，研究設(shè)計(jì)傳輸數(shù)據(jù)協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)對(duì)ＰＬＣ等設(shè)備控制器數(shù)據(jù)的正確采集。基于礦山機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定了基于ＴＣＰ協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸采用請(qǐng)求—應(yīng)答模式［２］，遠(yuǎn)端向終端發(fā)送獲取如圖２所示的數(shù)據(jù)表請(qǐng)求，終端對(duì)采集的ＰＬＣ數(shù)據(jù)進(jìn)行打包加密返回。終端采集包含功能代碼、報(bào)文長(zhǎng)度、報(bào)文序號(hào)、設(shè)備ＩＤ、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、變量表數(shù)據(jù)等信息的數(shù)據(jù)幀，進(jìn)行終端和平臺(tái)間的數(shù)據(jù)交互�；诠こ虣C(jī)械的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定了基于ＣＡＮ總線的設(shè)備和終端間的傳輸協(xié)議，以設(shè)備的機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)包分類，８Ｂｙｔｅ為一個(gè)數(shù)據(jù)包，一個(gè)機(jī)構(gòu)包含若干包數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包不僅包含設(shè)備所需要的傳輸數(shù)據(jù)，而且每個(gè)包也包含數(shù)據(jù)幀類別和數(shù)據(jù)幀序號(hào)等內(nèi)容。基于工程機(jī)械設(shè)備規(guī)劃的數(shù)據(jù)協(xié)議如圖３所示。

１．４軟件設(shè)計(jì)

完成了硬件結(jié)構(gòu)、工作模式和傳輸協(xié)議的規(guī)劃和設(shè)計(jì)后，我們進(jìn)入了最重要的程序?qū)崿F(xiàn)部分，程序不僅要驅(qū)動(dòng)底層硬件，而且要根據(jù)設(shè)備工作狀況和系統(tǒng)指令決定終端的工作模式，還要對(duì)礦山和工程機(jī)械的數(shù)據(jù)協(xié)議以及采集需求進(jìn)行代碼化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。根據(jù)礦山和工程機(jī)械設(shè)備的高速采集和定位等需求特點(diǎn)，ＣＰＵ選用了嵌入式ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ３系列微處理器ＬＰＣ１７７８，它具備集成度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、內(nèi)核精巧、功耗低、多寄存器和流水線處理等特點(diǎn)。采用支持Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３／Ｍ１／Ｍ０等內(nèi)核處理器的具備內(nèi)核初始化、任務(wù)處理、時(shí)間處理、任務(wù)同步與通信、ＣＰＵ移植等５個(gè)核心任務(wù)功能的μＣＯＳ－Ⅱ操作系統(tǒng)進(jìn)行程序的開(kāi)發(fā)。在μＣＯＳ－Ⅱ操作系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)的主函數(shù)主要進(jìn)行了系統(tǒng)硬件的初始化、操作系統(tǒng)初始化、初始任務(wù)的創(chuàng)建以及多任務(wù)處理的開(kāi)啟。在封裝的功能模塊代碼中編寫(xiě)通信、定位、數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)協(xié)議等函數(shù)功能，在主程序開(kāi)啟多任務(wù)處理模式后根據(jù)需求進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)終端的遠(yuǎn)程采集、通信、監(jiān)控等。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端軟件流程如圖４所示。

２終端應(yīng)用

２．１終端產(chǎn)品

通過(guò)上述規(guī)劃設(shè)計(jì)、硬件開(kāi)發(fā)、功能程序編寫(xiě)，以及反復(fù)的測(cè)試以及ＢＵＧ的修改等，設(shè)計(jì)出了如圖５所示的終端。該終端可以在工程機(jī)械、礦山機(jī)械的專業(yè)設(shè)備上進(jìn)行安裝使用，進(jìn)行工程車輛以及礦山設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。

２．２終端的基本功能

開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的終端具備如下基本功能：（１）數(shù)據(jù)交互功能：采集設(shè)備的工作數(shù)據(jù)、經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度、方向角、ＧＰＳ時(shí)間；監(jiān)測(cè)ＧＰＳ天線故障、定位狀態(tài)；接收服務(wù)器下發(fā)控制、修改、轉(zhuǎn)發(fā)等指令，指定時(shí)間上報(bào)和遠(yuǎn)程參數(shù)的查詢與設(shè)置等［３］。（２）人機(jī)交互功能：用紅、黃、藍(lán)、綠、白五種顏色指示燈表示設(shè)備的供電、定位、通信、ＳＤ卡以及調(diào)試等狀態(tài)。（３）安全保護(hù)功能：用于保障終端在兩個(gè)專業(yè)設(shè)備上正常運(yùn)行的欠壓報(bào)警、掉線報(bào)警、通信異常報(bào)警、ＳＩＭ卡拔掉報(bào)警以及主電源切斷報(bào)警等。（４）對(duì)特定時(shí)間和特定數(shù)據(jù)的查詢、追溯以及支持指定數(shù)據(jù)上傳和檢索等的歷史數(shù)據(jù)追溯功能：此功能通過(guò)用外置３２ＧＢ內(nèi)存卡以及程序中對(duì)應(yīng)的相關(guān)功能模塊實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，為用戶或者工程師查詢故障和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提供支持和服務(wù)［４］。數(shù)據(jù)遵循自動(dòng)覆蓋和先進(jìn)先出的原則，其數(shù)據(jù)采集和更新的時(shí)間達(dá)到了最快２０ｍｓ。（５）支持ＣＡＮ總線協(xié)議，ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議以及西門(mén)子、三菱、歐姆龍、ＡＢ等主流工業(yè)控制ＰＬＣ的數(shù)據(jù)協(xié)議的通信功能，方便推廣應(yīng)用于其他各類設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

２．３終端的應(yīng)用

開(kāi)發(fā)的終端已在多臺(tái)工程機(jī)械和礦山設(shè)備上安裝并投入使用。實(shí)際應(yīng)用表明，該終端不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，而且配合專業(yè)的數(shù)據(jù)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的歸類、存儲(chǔ)和分析，提升了設(shè)備的管理和運(yùn)行水平，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)、遠(yuǎn)程技術(shù)售后，可節(jié)約時(shí)間，節(jié)約成本，提升了設(shè)備用戶的滿意度。終端在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝使用情況如圖６所示。

３結(jié)語(yǔ)

本文闡述了基于礦山和工程機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)為工業(yè)設(shè)備接入遠(yuǎn)程監(jiān)控終端進(jìn)行工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和通信，不僅可以幫助用戶和設(shè)備廠商實(shí)時(shí)了解設(shè)備狀態(tài)，更能提升設(shè)備商的售后服務(wù)質(zhì)量、產(chǎn)生增值服務(wù)，為工業(yè)設(shè)備的信息化和智能化增添羽翼。

參考文獻(xiàn)

［１］王浩林，徐志明，李郝林，等．基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［Ｊ］．機(jī)床與液壓，２０１４（１０）：１４９－１５５．

［２］王義樂(lè)，宋書(shū)中，朱錦洪，等．基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控研究［Ｊ］．電源技術(shù)，２０１３（１２）：２６５－２６８．

［３］朱志浩，樊留群，謝曉軒，等．設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控的研究［Ｊ］．制造業(yè)自動(dòng)化，２００１（１）：４７－５０．

［４］趙陽(yáng)，高強(qiáng)．基于Ｗｅｂ遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)［Ｊ］．自動(dòng)化儀表，２０１５（１）：３１－３２．