【正文】 ............................................43 哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū) ............................................................43 致 謝 ....................................................................................................................44 個(gè)人簡(jiǎn)歷 ....................................................................................................................45 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 1 第 1章 緒 論 課題背景及研究的目的和意義 隨著社會(huì)數(shù)字信息化進(jìn)程的加快 ,通信中心機(jī)房的設(shè)備和規(guī)模也日 趨擴(kuò)大 , 一旦機(jī)房環(huán)境和設(shè)備出現(xiàn)故障，就會(huì)影響通信系統(tǒng)的安全運(yùn)行，造成數(shù)據(jù)傳輸 或存儲(chǔ)故障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備損壞，甚至使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓，后果 不堪設(shè)想。機(jī)房的安全不能保證，沒(méi)有防火、防水、防盜等監(jiān)控，不能有效保 證設(shè)備運(yùn)行安全。 為克服機(jī)房管理和維護(hù)中可能出現(xiàn)的以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)人值守機(jī)房的 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)各種設(shè)備及環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控具有重要意義。在該系統(tǒng) 中，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能。通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，使得設(shè)備之間及設(shè)備與監(jiān)控計(jì) 算機(jī)之間的信息交換更方便。高性能微機(jī)處理能力強(qiáng)、速度快、容量 大而且有支持多網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)等，為提高系統(tǒng)運(yùn)行和聯(lián)網(wǎng)性能奠定了基礎(chǔ)。借助各類(lèi)新型傳輸協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)通 信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)的傳輸和實(shí)時(shí)播放。 盡管監(jiān)控的對(duì)象多種多樣，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案也各不相同，但是，計(jì)算 機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一般還是要遵循以下原則 [913]： （ 1）可靠性原則：包括前端采集設(shè) 備和執(zhí)行設(shè)備的可靠性，中間通信環(huán) 節(jié)的可靠性和上位機(jī)監(jiān)控軟件的可靠性； （ 2）使用方便原則：監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有人機(jī)界面好，方便操作、運(yùn)行，易 于維護(hù)等特點(diǎn)。 目前國(guó)內(nèi)己經(jīng)有多個(gè)廠家有類(lèi)似的產(chǎn)品，如金捷 “ 網(wǎng)視通 ” 系統(tǒng)，北京的 郎信通 IPVIDEO網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，利用 ADSL 或?qū)拵暇W(wǎng)，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng) 實(shí)現(xiàn)機(jī)房遠(yuǎn)程管理監(jiān)控。為此，要把所有設(shè)備的監(jiān)控功能加以融合，才能做到比較全面的系統(tǒng) 監(jiān)控。將來(lái)，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展會(huì)越來(lái)越 迅速，越來(lái)越成熟，這項(xiàng)新技術(shù)遲早必將用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上，是監(jiān)控系統(tǒng)未 來(lái)發(fā)展方向之一。 這種系統(tǒng)是以專(zhuān)用控制器為核心，多路監(jiān)控畫(huà)面通過(guò)攝象機(jī)傳送給專(zhuān)用控制 器，專(zhuān)用控制器將多路監(jiān)控畫(huà)面分配給多個(gè)監(jiān)視器進(jìn)行顯示，以此方式實(shí)現(xiàn)多 畫(huà)面同時(shí)監(jiān)視 [5]。這種監(jiān)控系統(tǒng)是以多媒體計(jì)算機(jī)為核 心，多路監(jiān)控畫(huà)面通過(guò)攝象機(jī)傳送給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后，顯示在計(jì)算 機(jī)顯示器上。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 5 表 11 兩種監(jiān)控系統(tǒng)的比較 項(xiàng) 目 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控核心設(shè)備 多媒體計(jì)算機(jī) 組合邏輯電路或單片機(jī)構(gòu)成的專(zhuān)用控制器。只能手 工進(jìn)行畫(huà)面切換。 一般聲光報(bào)警 壓 縮 MPEG MPEG ，便于存儲(chǔ)。 視頻傳輸 可采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和 PSTN等多種 傳輸媒介，多用戶(hù)可在同一信道上 分時(shí)使用，造價(jià)低，連接方便，傳 輸距 離很遠(yuǎn)，可在異地或異國(guó)傳 輸。 專(zhuān)用控制器修改和功能擴(kuò)充困難。 視 頻圖像連續(xù)，分辨率高。控 制簡(jiǎn)單，報(bào)警響應(yīng)單一，交互性和 展性差。 機(jī)房環(huán)境及動(dòng)力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)機(jī)房設(shè)備（如供配電系統(tǒng)、 UPS電 源、空調(diào)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)等）的運(yùn)行狀態(tài)、溫度、濕度、空氣質(zhì)量、供電的電 壓、電流、頻率、配電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、測(cè)漏系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并記錄歷史 數(shù)據(jù)及記錄發(fā)送故障報(bào)警信息，為機(jī)房高效的管理和安全運(yùn)營(yíng)提供有力的保證 [30]。 圖 11 無(wú)人機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng) 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本文以鐵通哈爾濱鐵路局無(wú)人通信機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)為例主要討論機(jī)房監(jiān)控系 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程 碩士學(xué)位論文 7 統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成及硬件實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)有的 PSTN交換網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備電路的基礎(chǔ)上 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，達(dá)到投資少、設(shè)備穩(wěn)定、方便快捷、操作簡(jiǎn)單的目的。 （ 2）進(jìn)行了監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫(kù)程序，以及遠(yuǎn)程 通信的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。其總體結(jié)構(gòu)圖如圖 21 所示。 對(duì)于本文所研究的內(nèi)容而言，無(wú)人機(jī)房的設(shè)備監(jiān)控需要測(cè)量多路電壓及電 流信號(hào)，以及機(jī)房狀態(tài)。 前端數(shù)據(jù)采集 前端數(shù)據(jù)采集 監(jiān)控中心 通信網(wǎng)絡(luò) 圖 21 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 9 如何將兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)連接起來(lái)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的核心。監(jiān)控系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 22所示。 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)直流蓄電池 (備用電源 )電壓及充放電電流，當(dāng)市電中斷 由電池維 持向負(fù)載供電時(shí)，如果電池電壓降至低壓告警，監(jiān)控模塊向后臺(tái)局端網(wǎng)管發(fā)出 報(bào)警。下面將對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹與分 析。 AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I/O口 線，看門(mén)狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路 [3335]。 單片機(jī)復(fù)位電路 系統(tǒng)中單片機(jī)的復(fù)位電路采用的看門(mén)狗電路，該電路可以使單片機(jī)在無(wú)人 狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是：看門(mén)狗芯片和單片機(jī)的一個(gè) I/O引腳相 連，該 I/O引腳通過(guò)程序控制它定時(shí)地往看門(mén)狗的這個(gè)引腳上送入高電平 (或低 電平 )，這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)句中間的 [3031]，一旦單 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 11 片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段不進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，寫(xiě)看門(mén) 狗引腳的程序便不能被執(zhí)行，這個(gè)時(shí)候，看門(mén)狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送 來(lái)的信號(hào)，便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使單片 機(jī)發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開(kāi)始執(zhí)行，這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī) 的自動(dòng)復(fù)位。其中，片上帶 ，可用作 ADS8364的參考電壓。圖 24給出了 A/D輸入信號(hào)的調(diào)整電路圖。信號(hào)對(duì)應(yīng)控制字的各位如表 21所示。 讀取 6路數(shù)據(jù) 結(jié)束 Y 開(kāi)始 初始 延時(shí)等待 開(kāi)中斷 寫(xiě)入 ADS8364控制字 啟動(dòng) 6路 A/D轉(zhuǎn)換 采集轉(zhuǎn)換 結(jié)束否？ N 圖 25 A/D數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換流程 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 14 調(diào)制解調(diào)器 從系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖 22可以看出，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)傳輸所使用到的硬件設(shè)備 主要是調(diào)制解調(diào)器（ MODEM）。通信結(jié)束后，通過(guò)掛斷操作，退出通信操作 過(guò)程。 運(yùn)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器非常普通，在寬帶還沒(méi)有普及的時(shí)候我 們都是使用撥號(hào)上網(wǎng)，這種 MODEM就完全適用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，因?yàn)? MODEM在這里的作用很簡(jiǎn)單，完成撥號(hào)工作，及基本的數(shù)字信號(hào)和模擬 信號(hào) 的轉(zhuǎn)換工作： (1) 對(duì)于數(shù)據(jù)的發(fā)送端執(zhí)行對(duì)于另一端的線路控制； (2) 將模擬信號(hào)送電信網(wǎng)絡(luò)； (3) 對(duì)于接收端的調(diào)制解調(diào)器執(zhí)行相應(yīng)的工作； (4) 接收電信網(wǎng)絡(luò)送來(lái)的模擬信號(hào)； (5) 將模擬信號(hào)解調(diào)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部可以辨認(rèn)的數(shù)字信號(hào)； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 15 (6) 將解調(diào)后的信號(hào)送上 RS232線路； (7) 執(zhí)行線路控制來(lái)說(shuō)，調(diào)制解調(diào)器需要進(jìn)行下面的工作； (8) 接收 RS232線路送來(lái)的信號(hào)； (9) 將數(shù)位信號(hào)調(diào)制為適當(dāng)?shù)囊粽{(diào)。當(dāng)調(diào)制解調(diào)器未與其他設(shè)備相連接 時(shí)，則處于命令模式，這時(shí)下達(dá)給調(diào)制解調(diào)器的命令時(shí)用于調(diào)制解調(diào)器本身設(shè) 置或操作。該傳感器將 CMOS芯片 技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而發(fā)揮出它們強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。由于它將溫度傳感 器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個(gè)單一的個(gè)體，因而測(cè)量精度較高且可 精確得出露點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起 的誤差。其次在傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一 只濕度傳感器都具有相同的功能，即具有 100%的互換性。 （ 2）煙霧傳感器 離子感煙探測(cè)器利用放射性元素產(chǎn)生的射線，使空氣電離產(chǎn)生微電流來(lái)檢 測(cè)，目前大部分離子感煙探測(cè)器采用單源雙室工作，即采用一個(gè)放射源，兩個(gè) 工作室；一個(gè)為參考室，一個(gè)為探測(cè)室，沒(méi) 有煙進(jìn)入探測(cè)室時(shí)，兩室的微電流 平衡，當(dāng)煙霧進(jìn)入探測(cè)時(shí)，探測(cè)室電流發(fā)生變化，破壞平衡，傳感器將檢測(cè)到 的信號(hào)送到一個(gè)正反饋電路，產(chǎn)生報(bào)警輸出。煙霧傳感器 一旦探測(cè)到煙霧告警后，就一直鎖定在告警狀態(tài)，除非對(duì)傳感器進(jìn)行掉電復(fù)位 操作，否則不能解除告警狀態(tài)。 （ 3）紅外線傳感器 推薦使用型號(hào)為 MC760T(配有可調(diào)方向底座 )，該傳感器采用熱釋電效應(yīng) 原理所制造，我們選用 12V供電的雙鑒 (微波 +紅外雙重鑒別方式 )紅外移動(dòng)探 測(cè)器?？晒┻x配的水浸傳感器 有接觸式和非接觸式兩種類(lèi)型，其中 SJ516C為非接觸式水浸探測(cè)器。 （ 5）門(mén)禁傳感器 使用鐵門(mén)專(zhuān)用門(mén)磁 PS1561，在溫度適宜的情況下，鐵門(mén)門(mén)磁可采用膠水 粘貼的方法固定在鐵門(mén)上。 圖 27 電流 /電壓傳感器模塊原理圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 19 基于 PSTN的組網(wǎng)設(shè)計(jì) PSTN組網(wǎng)方式 公用交換電話網(wǎng) PSTN作為目前最普及的傳 輸網(wǎng)絡(luò)之一，它以銅雙絞線作 為用戶(hù)線路的傳輸介質(zhì)，通常用于傳送 300~3400HZ頻帶內(nèi)的模擬話音信號(hào)， 并可使用調(diào)制解調(diào)器傳送數(shù)字信號(hào)。 除了速度有些慢，通信的質(zhì)量可以達(dá)到一般的通信要求的。本地電話網(wǎng)是指一個(gè)城市或一個(gè)地區(qū)的電話 網(wǎng)，由端局和匯接局組成，端局主要與長(zhǎng)途電話網(wǎng)進(jìn)行交換，匯接局主要是進(jìn) 行本地區(qū)的電話交換，與端局構(gòu)成一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)。電話網(wǎng)主要由長(zhǎng)途傳輸介質(zhì)和交換設(shè)備 組成，長(zhǎng)途傳輸介質(zhì)主要采用銅纜，中繼線路也有采用光纜及微波通信系統(tǒng)， 交換設(shè)備有長(zhǎng)途電話交換機(jī)、國(guó)際自動(dòng)電話交換設(shè)備以及市內(nèi)自動(dòng)電路交換設(shè) 備等。通過(guò)過(guò)程中雙方 進(jìn)行信息的交 流，雙方輪流說(shuō)話，接受彼此的信息。當(dāng) PSTN網(wǎng)絡(luò)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控的通信時(shí)，通信的雙 方也是按照相似的過(guò)程進(jìn)行通信的。當(dāng)它們之間的距離較近時(shí)，通信線路可以選擇比較便宜的，當(dāng)它們 之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，就要考慮選擇價(jià)格稍微貴點(diǎn)，但是通信質(zhì)量較好的通信線 路。命令式可以實(shí)現(xiàn)總控制中心計(jì)算機(jī)和監(jiān)測(cè)站計(jì)算機(jī)的 相互通信，兩者可以通過(guò)問(wèn)答方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，總控制中心計(jì)算機(jī)是發(fā)問(wèn)方， 可以任何時(shí)刻提出和任何一個(gè)監(jiān)測(cè)站的通信，可以要求監(jiān)測(cè)站提供其需要的數(shù) 據(jù)，具有很強(qiáng)的靈活性。 Access數(shù)據(jù)庫(kù)是一種關(guān)系型桌面數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它可以用來(lái)建立中、小 型的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì) 首先，要啟動(dòng) Access20xx系統(tǒng)，在 Windows20xx環(huán)境中，單擊桌面左下 角的 [開(kāi)始 ]按鈕，從彈出的菜單中選擇 [程序 ]，再?gòu)?[程序 ]的級(jí)聯(lián)菜單中選擇 [Microsoft Access]，就可以啟動(dòng) Access20xx。 VB與 Access數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接 在 VB中，可用的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口有 3種： ActiveX數(shù)據(jù)對(duì)象（ ADO）、遠(yuǎn)程 數(shù)據(jù)對(duì)象（ RDO）和數(shù)據(jù)訪問(wèn)對(duì)象（ DAO），數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口是一個(gè)對(duì)象模型， 它代表了訪問(wèn)數(shù)據(jù)的各個(gè)方面。對(duì)于新工程，應(yīng)該使用 ADO作為數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口。 因此，可以選擇 ADO作為遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件系統(tǒng)中連接數(shù)據(jù)庫(kù)的接口。在這個(gè)過(guò)程需要注 意的是綁定順序的問(wèn)題，首先要設(shè)置數(shù)據(jù)源屬性，然后才能設(shè)置數(shù)據(jù)字段屬 性。 通過(guò)對(duì) Adodc1控件的編程，還可以實(shí)現(xiàn)刪除不用的歷史記錄，按用戶(hù)需 求找出符合條件的記錄，可以把所有的記錄都放在 VB的窗體上，還可以自動(dòng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 25 的更新記錄集。目前異步傳輸使用較多。計(jì) 算機(jī)將 RTS引腳電位升高，告訴調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)即將開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)由遠(yuǎn)程進(jìn) 來(lái)，而計(jì)算機(jī)要經(jīng)調(diào)制解調(diào)器接收時(shí)，計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器兩者之間也需要進(jìn) 行握手的操作。 調(diào)制解調(diào)器握手完成后，調(diào)制解調(diào)器會(huì)監(jiān)測(cè)到載波信號(hào)。 上面介紹了計(jì)算機(jī)和調(diào)制解調(diào)器通過(guò) RS232進(jìn)行通信的詳細(xì)過(guò)程，我們 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 26 下面將對(duì)通信端口的初始化進(jìn)行介紹。 (bit per s