【正文】 ........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。 工程碩士學(xué)位論文 無(wú)人值守機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 劉 楊 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 20xx年 3月 國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)： +4 國(guó)際圖書分類號(hào)： 工程碩士學(xué)位論文 無(wú)人值守機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 碩士研究生：劉 楊 導(dǎo)師：吳芝路教授 申請(qǐng)學(xué)位：工程碩士 學(xué)科、專業(yè)：電子與通信工程 所在單位：中國(guó)鐵通哈爾濱通信段 答辯日 期： 20xx年 3月 授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué) Classified Index: +4 .: Dissertation for the Master Degree in Engineering DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A REMOTE SURVEILLANCE SYSTEM FOR UNWATCHED WORKSHOPS Candidate: Liu Yang Supervisor: Prof. Wu Zhilu Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Electronic and Communication Engineering Affiliation: China TIETONG Corporation (Harbin Section) Date of Defense: March, 20xx DegreeConferringInstitution: Harbin Institute of Technology 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 I 摘 要 近些年來(lái)隨著鐵路通訊系統(tǒng)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及通信設(shè)備數(shù)量迅猛增 加，已經(jīng)成為鐵路信息管理的核心平臺(tái)；配置了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)服務(wù)器及 其它通訊設(shè)備的機(jī)房成為數(shù)據(jù)交換與存儲(chǔ)的重要場(chǎng)所，需要特別的措施加以 防護(hù)。因此，為了保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全可靠工作，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境和設(shè)備應(yīng) 用自動(dòng)監(jiān)控的現(xiàn)代化管理方式尤顯得十分重要 [13]。 （ 3）對(duì)通信質(zhì)量要求趨高。但是上述廠家設(shè)備不太適合我國(guó)無(wú)人機(jī)房的現(xiàn)狀需 求，非模塊化設(shè)計(jì)，功能冗余。本地監(jiān)控畫面由計(jì)算機(jī)處理后可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或 PSTN傳送 至計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。 只能采用閉路電視專用同軸電纜， 多用戶必須建立多個(gè)信道，造價(jià) 高，連接不方便，傳輸距離有限， 進(jìn)行異地或異國(guó)傳輸很困難。 目前監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)的發(fā)展已 經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有許多自主品牌的 機(jī)房專用監(jiān)控系統(tǒng)，很多成功案例廣泛應(yīng)用于電力機(jī)房、電信機(jī)房、公安機(jī) 房、銀行機(jī)房、廣電機(jī)房、證券機(jī)房、移動(dòng)基站等領(lǐng)域 [3132]。包括：溫濕度、門禁、水浸及備用蓄電池自動(dòng)管理與 保護(hù)，所以在設(shè)計(jì) 整套監(jiān)護(hù)系統(tǒng)時(shí)，就涉及到多路信號(hào)采集、信號(hào)調(diào)理、 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集、傳輸及網(wǎng)管終端及聲光報(bào)警等。 主控制芯片 系統(tǒng)主控制芯片采用的是 Atmel公司的 AT89C52，它是一種低功耗、高性 能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器，并且使用了 Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。 圖 24 AD輸入信號(hào)調(diào)整電路 在圖 24的電路中使用了 2個(gè)運(yùn)放， A2用作跟隨器，用來(lái)緩沖 ADS8364 輸出的 ； A1和四個(gè)電阻構(gòu)成了信號(hào)調(diào)理網(wǎng)絡(luò)，適當(dāng)配置 R1~R4 電阻可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào) Vi 的縮放和平移，以適合 ADS8364模擬通道的輸入 要求。 調(diào)制解調(diào)器 與計(jì)算機(jī)之間是通過串行端口 RS232進(jìn)行通信，因此它們之 間的數(shù)據(jù)流動(dòng)控制或是調(diào)制解調(diào)器的設(shè)置等工作，也就可以通過 Visual Basic 來(lái)控制。最后，傳感器可直 接通過 I2C總線與任何類型的微處理器、微控制器系統(tǒng)連接，減少了接口電路 的硬件成本，簡(jiǎn)化了接口方式。本課題 選用 12V供電的水浸傳感器，輸出為干接點(diǎn)。長(zhǎng)途電話網(wǎng)由一、二、三級(jí) 長(zhǎng)途交換中心與五級(jí)交換中心（端局）構(gòu)成網(wǎng)狀與匯接 相結(jié)合的復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)。在具體的實(shí)現(xiàn)過程中，我們還要編寫通信程序，進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，解決采 取什么樣的方法通信、發(fā)送數(shù)據(jù)的方式、接收數(shù)據(jù)的方式、如何管理這些數(shù)據(jù) 等問題。使用 VB，可以在任何應(yīng)用程序中通過編程控 制連接、語(yǔ)句生成器和供使用的返回?cái)?shù)據(jù)?？梢园l(fā)現(xiàn)通過 VB可以很方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)的查找、修改等操 作。調(diào)制解調(diào)器開始 將由在線收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)上去。計(jì)算機(jī)將 DTR電位升高，告訴調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)可以發(fā)送數(shù)據(jù)，此信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電位會(huì)一直 維持至斷線為止。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)和控件綁定起來(lái)后，這些操作是很容 易實(shí)現(xiàn)的。 圖 31 使用設(shè)計(jì)器創(chuàng)建表 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 23 圖 32創(chuàng)建表的過程 為了方便后面在設(shè)計(jì)程序時(shí)，可以檢驗(yàn)其正確性，先在數(shù)據(jù)庫(kù)中隨便的輸 入一些數(shù)據(jù)。一般來(lái)說，是采用專用的通信線路或是總線將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測(cè)站 計(jì)算機(jī)的。利用現(xiàn)有的 電話網(wǎng)，只要在 PC或終端設(shè)備進(jìn)入電話網(wǎng)的前端裝入 Md（ Modem，調(diào)制解 調(diào)器），將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬信號(hào)進(jìn)入電話交換網(wǎng)即可公用電話網(wǎng)一般 由本地電話網(wǎng)和長(zhǎng)途電話網(wǎng)組成。 （ 4）水浸傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 18 比較典型的非接觸式水浸傳感器型號(hào)為 SJ516C。首先是傳感器信號(hào)強(qiáng)度的增加增強(qiáng)了傳感器的抗 干擾性能，保證了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，而 A/D轉(zhuǎn)換的同時(shí)完成，則降低了傳 感器對(duì)干擾噪聲的敏感程度。而在未 將 MODEM與電話線路相連前，可以通過 VB中的程序來(lái)控制 MODEM，對(duì) MODEM進(jìn)行設(shè)置。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 12 信號(hào)調(diào)整電路 ADS8364模擬輸入通道 +IN和 IN的電壓輸入范圍為 ~+6V (ADS8364 用 +5V供電 )，為了使系統(tǒng)輸入信號(hào)的電壓范圍在滿足芯片的要求，需要對(duì)輸 入信號(hào)進(jìn)行電壓調(diào)整。 系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)由主控制芯片、單片機(jī)復(fù)位電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ A/D）、信號(hào)調(diào)理電 路、調(diào)制解調(diào)器、傳感器等部分組成。系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)也從傳統(tǒng)的有線短距離發(fā)展到遠(yuǎn)距離無(wú)線高速傳輸 [1518]。因此，為了保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全可靠工作，對(duì)機(jī)房里面環(huán)境和設(shè)備 進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控是非常必要的 [2829] 。 以錄象帶為主要的存儲(chǔ)設(shè)設(shè)備，只 能順序檢索，極不方便，存儲(chǔ)信息 量小，易損壞必須連續(xù)錄制需要的 的存儲(chǔ)量大。 （ 2）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一種新興的功能 強(qiáng)大的監(jiān)控系統(tǒng)，它主要由多媒體計(jì)算 機(jī)、攝像機(jī)、視頻卡、輸入輸出控制器、傳感器、報(bào)警器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或公用 電話網(wǎng) PSTN和計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件等構(gòu)成。 （ 6）支持網(wǎng)絡(luò)化和超遠(yuǎn)程操作：通過 Inter，使得用戶可以在任意位置 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控和管理操作 [1417]。 （ 2）通信網(wǎng)絡(luò)化。 Data Acquisition。為保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通訊設(shè)備的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，就必須有一 套切實(shí)可行的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)，使得機(jī)房管理人員能夠?qū)崟r(shí)了解到機(jī)房全面的 情況，進(jìn)行有效控制和管理，必要時(shí)可以實(shí)施無(wú)人值守的遠(yuǎn)程管理。 由于機(jī)房設(shè)備是數(shù)據(jù)存放和網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，機(jī)房的管理和維 護(hù)工作中存在以下幾個(gè)問題 [45]： （ 1）缺乏對(duì)機(jī)房設(shè)備的集中監(jiān)視與控制功能，由于設(shè)備數(shù)量過多，對(duì)設(shè) 備運(yùn)行情況難以實(shí)時(shí)把握，沒有數(shù)據(jù)分析，對(duì)可能發(fā)生的設(shè)備故障不能做到 提 前處理。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的通道對(duì)通信的質(zhì)量有重大影 響，目前許多單位多在對(duì)如何提高通信質(zhì)量問題進(jìn)行研究。一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)就要投入 6000元左右，局端投入 更高，價(jià)格過高。各種傳感器和報(bào)警器信號(hào)由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制。 交 互 性 用戶界面系統(tǒng)設(shè)置靈活，使用方便。 無(wú)人機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)所采取的方式主要有：專線方式、 Inter網(wǎng)絡(luò)、 PSTN 交換網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等。具體功能要求如下： （ 1）供配電：電壓、電流及開關(guān)狀態(tài)量； （ 2）機(jī)房設(shè)備： UPS輸入、輸出電壓、電池組電流等各項(xiàng)參數(shù)； （ 3）機(jī)房環(huán)境：機(jī)房溫濕度、漏水監(jiān)控；與門禁系統(tǒng)的互連，集中監(jiān) 控； 對(duì)以上內(nèi)容通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控。片上 Flash允許程序 存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。由于 R5=R6則 +IN端的輸入電壓為： 134134+INREF1 243243 ()() ()() RRRRRR VVV RRRRRR ++ =+ ++ (21) 其中 V REF=。 要使用 VB控制調(diào)制解調(diào)器之前，必須對(duì)調(diào)制解調(diào)器的控制命令進(jìn)行簡(jiǎn)單 的了解，這樣才能根據(jù)調(diào)制解調(diào)器的命令格式進(jìn)行控制。 SHT11溫濕度傳感器的輸出特性： 1）濕度值輸出 SHT11可通過 I2C總線直接輸出數(shù)字量濕度值， SHT11的 輸出特性呈一定 的非線性，為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性，可按如下公式修正濕度值： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 17 2123 RHlinearCCSORHCSORH =++ (23) 式中， SORH為傳感器相對(duì)濕度測(cè)量值，當(dāng)濕度傳感器的分辨率為 12位 時(shí)系數(shù)取值 C1＝－ 4， C2＝ ， C3＝ 10 6；分辨率為 8位時(shí)系數(shù)取值： C1＝－ 4， C2＝ ， C3＝ 10 4。 SJ516C根據(jù)光在兩種不同媒質(zhì)界面發(fā)生全反射和折射原理來(lái)測(cè)量液體的 存在。在同一交換區(qū)內(nèi)相鄰等級(jí)交換中心之間的電路群稱作基干路由，任意兩個(gè) 長(zhǎng)途交換中心之間的低呼損電路群稱作低呼損直達(dá)路由，高效電路群稱作高效 直達(dá)路由。 監(jiān)測(cè)站和主控制中心計(jì)算機(jī)的通信方式可以分為命令式和輪詢式。 因?yàn)閿?shù)據(jù)訪問技術(shù)在不斷進(jìn)步，所以這 3中接口的每一種都分別代表了該 技術(shù)的不同發(fā)展階段。 通信程序的設(shè)計(jì) 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所采用的通信方式是異步串行通信。 DSR會(huì)一直維持在高電位的狀態(tài)，一 旦電話近來(lái)至調(diào)制解調(diào)器時(shí)， RI引腳會(huì)發(fā)生變化，監(jiān)測(cè)到此引腳的變化后， DTR引腳就進(jìn)入高的狀態(tài)，至于是一直維持在高電位至斷線或是只有接通電話 之前為高電位則視通信軟件的設(shè)定而定。此時(shí)有電話自電位升高， RI引腳發(fā)生變化。 圖 33 把 Text與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行綁定 圖 34 Text綁定成功后的運(yùn)行界面 所有這些工作僅僅是簡(jiǎn)單的把 VB和數(shù)據(jù)庫(kù)連接起來(lái) ，還需要能夠?qū)?shù)據(jù) 進(jìn)行添加、刪除、查詢等操作。設(shè)計(jì)器對(duì)話框中含有 “ 字段名稱 ” 、 “ 數(shù)據(jù)類型 ” 、 “ 說明 ” 三個(gè)標(biāo)題項(xiàng)，在 “ 字段名稱 ” 下面依次輸入：時(shí)間、電壓、電流；在 “ 數(shù)據(jù)類型 ” 中選擇為：日期 /時(shí)間、數(shù)字、數(shù)字，如圖 32所示。 監(jiān)測(cè)站和其監(jiān)測(cè)點(diǎn)的通信是把用傳感器、轉(zhuǎn)換器等芯片器件檢測(cè)到的數(shù)據(jù) 傳 到監(jiān)測(cè)站。 PSTN是公用通信網(wǎng)絡(luò)中的基 礎(chǔ)網(wǎng)，通信區(qū)域覆蓋全國(guó)，利用電話網(wǎng)進(jìn)行 遠(yuǎn)程通信是投資少、見效快、實(shí)現(xiàn)大范圍數(shù)字通信最便捷的方法。在剛通電的 3分鐘內(nèi)，傳感 器處于不 確定狀態(tài)， 3分鐘后，傳感器進(jìn)入檢測(cè)狀態(tài)，只要機(jī)房?jī)?nèi)有人體移動(dòng)，就立即 產(chǎn)生告警信號(hào)。 由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起，因此，該傳感器具有比其它 類型的 濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。 可以看到，在真正的通信過程中， MODEM只起到橋梁的作用，它對(duì)于發(fā) 出或接收的命令并不做出反應(yīng)，僅僅負(fù)責(zé)模擬和數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換工作。由于 6個(gè)通道可以同時(shí)采樣，很適合用于需同時(shí)采集多種信號(hào)的場(chǎng)合。 監(jiān)測(cè)通信狀態(tài)，如通信異常發(fā)出報(bào)警。隨著通信和計(jì)算機(jī)技術(shù) 的發(fā)展，前端采集的信息從早期的簡(jiǎn)單模擬量數(shù)字量到現(xiàn)在的復(fù)雜多媒體信 息。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 6 無(wú)人機(jī)房監(jiān)控 隨著社會(huì)數(shù)字信息化進(jìn)