【文章內(nèi)容簡介】 企業(yè)生產(chǎn)過程的管理中，專業(yè)技術人員可以通過互聯(lián)網(wǎng)來管理和 維護生產(chǎn)過程，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高設備的可用率，最終降低生產(chǎn)成本，提高 效益 [2123]。 監(jiān)控系統(tǒng)的分類 監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應用到人們的生產(chǎn)和生活當中了，監(jiān)控系統(tǒng)的種類 很多，若按照硬件構成進行分類，可分為兩大類 [2427]： （ 1）閉路電視 監(jiān)控系統(tǒng) 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)是一種傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，它主要由專用控制器、監(jiān)視 器、攝像機、普通錄像機，射頻調(diào)制器、傳感器、報普器和同軸電纜等構成。 這種系統(tǒng)是以專用控制器為核心，多路監(jiān)控畫面通過攝象機傳送給專用控制 器，專用控制器將多路監(jiān)控畫面分配給多個監(jiān)視器進行顯示，以此方式實現(xiàn)多 畫面同時監(jiān)視 [5]。本地監(jiān)控畫面可以經(jīng)過射頻器和由同軸電纜構成的專用閉路 電視系統(tǒng)，傳至遠程監(jiān)控系統(tǒng)，以此方式實現(xiàn)遠地監(jiān)視。各種傳感器和報普器 信號由專用控制器統(tǒng)一控制。 （ 2）計算機監(jiān)控系統(tǒng) 計算機監(jiān)控系統(tǒng)是一種新興的功能 強大的監(jiān)控系統(tǒng)，它主要由多媒體計算 機、攝像機、視頻卡、輸入輸出控制器、傳感器、報警器、計算機網(wǎng)絡或公用 電話網(wǎng) PSTN和計算機監(jiān)控軟件等構成。這種監(jiān)控系統(tǒng)是以多媒體計算機為核 心，多路監(jiān)控畫面通過攝象機傳送給計算機，經(jīng)過計算機處理后，顯示在計算 機顯示器上。本地監(jiān)控畫面由計算機處理后可以通過計算機網(wǎng)絡或 PSTN傳送 至計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。各種傳感器和報警器信號由計算機統(tǒng)一控制。 （ 3）兩種監(jiān)控系統(tǒng)的比較 對閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)及計算機監(jiān)控系統(tǒng)的比較具體請見表 11。 哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文 5 表 11 兩種監(jiān)控系統(tǒng)的比較 項 目 計算機監(jiān)控系統(tǒng) 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控核心設備 多媒體計算機 組合邏輯電路或單片機構成的專用控制器。 多畫面監(jiān)控 可采用軟件多窗口循環(huán)顯示或畫面 分割器合成方式在同一臺顯示器上 顯示多畫面。發(fā)生報普時可自動進 行畫面切換。 只能采用畫面分割器合成方式在同 一臺監(jiān)示器上顯示多畫面。只能手 工進行畫面切換。 傳 感 器 紅外微波超聲波、煙霧、震動、開關等多種傳感器。 紅外微波超聲波煙霧、震動、開關等多種傳感器。 報 警 器 屏幕顯示報警、 BP機報警、聲光報警等多種報警方式。 一般聲光報警 壓 縮 MPEG MPEG ，便于存儲。 無壓縮 視頻存儲 以大容量硬盤和光盤作為主要的存 儲設備，便于隨機檢索，存儲的信 息量大，不易損壞和失真?？稍诔? 現(xiàn)報警時才存儲視頻，大幅減少了 存儲量。 以錄象帶為主要的存儲設設備，只 能順序檢索，極不方便，存儲信息 量小，易損壞必須連續(xù)錄制需要的 的存儲量大。 視頻傳輸 可采用計算機網(wǎng)絡和 PSTN等多種 傳輸媒介，多用戶可在同一信道上 分時使用，造價低，連接方便，傳 輸距 離很遠，可在異地或異國傳 輸。 只能采用閉路電視專用同軸電纜， 多用戶必須建立多個信道，造價 高，連接不方便，傳輸距離有限， 進行異地或異國傳輸很困難。 交 互 性 用戶界面系統(tǒng)設置靈活，使用方便。 交互性差 可擴展性 以計算機軟件作為控制核心的系統(tǒng) 升級方便，容易進行修改和功能擴 充。 專用控制器修改和功能擴充困難。 優(yōu) 點 控制豐富，設置靈活，報替處理形 式多樣，人機界面友好，交互性 強，傳輸距離遠，擴展性強?；? 寬帶網(wǎng)絡的視頻圖象連續(xù)，分辨率 高，傳輸速度快?？蛇M行遠程監(jiān) 控。 視 頻圖像連續(xù)，分辨率高。 缺 點 基于窄帶網(wǎng)絡（如： PSTN）的計算 機監(jiān)控系統(tǒng)視頻圖像的分辨率和連 續(xù)性受到一定的影響。 專用控制器實現(xiàn)較復雜、功能簡 單、靈活性差。需要大量錄像帶不 間斷錄制，視頻圖象檢索困難。控 制簡單，報警響應單一，交互性和 展性差。傳輸距離有限，很難進行 遠程監(jiān)控。 哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文 6 無人機房監(jiān)控 隨著社會數(shù)字信息化進程的加快，通信中心機房的設備和規(guī)模也日趨擴大 , 一旦機房環(huán)境和設備出現(xiàn)故障，就會影響通信系統(tǒng)的安全運行，造成數(shù)據(jù) 傳輸 或存儲故障，嚴重時會造成機房內(nèi)通信設備損壞，甚至使網(wǎng)絡系統(tǒng)癱瘓，后果 不堪設想。因此，為了保證計算機系統(tǒng)安全可靠工作，對機房里面環(huán)境和設備 進行自動監(jiān)控是非常必要的 [2829] 。 機房環(huán)境及動力設備監(jiān)控系統(tǒng)主要是對機房設備（如供配電系統(tǒng)、 UPS電 源、空調(diào)系統(tǒng)、排風系統(tǒng)等）的運行狀態(tài)、溫度、濕度、空氣質(zhì)量、供電的電 壓、電流、頻率、配電系統(tǒng)的開關狀態(tài)、測漏系統(tǒng)等進行實時監(jiān)控并記錄歷史 數(shù)據(jù)及記錄發(fā)送故障報警信息，為機房高效的管理和安全運營提供有力的保證 [30]。 目前監(jiān)控系統(tǒng)的技術的發(fā)展已 經(jīng)比較成熟，國內(nèi)市場上有許多自主品牌的 機房專用監(jiān)控系統(tǒng)，很多成功案例廣泛應用于電力機房、電信機房、公安機 房、銀行機房、廣電機房、證券機房、移動基站等領域 [3132]。 無人機房監(jiān)控系統(tǒng)所采取的方式主要有：專線方式、 Inter網(wǎng)絡、 PSTN 交換網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡等。常用監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖見圖 11。 圖 11 無人機房監(jiān)控系統(tǒng) 本文的主要研究內(nèi)容 本文以鐵通哈爾濱鐵路局無人通信機房監(jiān)控系統(tǒng)為例主要討論機房監(jiān)控系 哈爾濱工業(yè)大學工程 碩士學位論文 7 統(tǒng)的網(wǎng)絡組成及硬件實現(xiàn)，在現(xiàn)有的 PSTN交換網(wǎng)絡和其他設備電路的基礎上 完成系統(tǒng)設計，達到投資少、設備穩(wěn)定、方便快捷、操作簡單的目的。 設計過程中主要依據(jù) 20xx年信息產(chǎn)業(yè)部在原電信總局于 1999年頒布了 《通信局 (站 )電源、空調(diào)及環(huán)境集中監(jiān)控管理系統(tǒng)前端智能設備通訊協(xié)議》基 礎上制定的監(jiān)控系統(tǒng)智能設備通信協(xié)議的行業(yè)標準。 系統(tǒng)要求可靠性高，系統(tǒng)的硬件和軟件均采用技術成熟的產(chǎn)品；系統(tǒng)運行 管理方便，軟件系統(tǒng)中文化，操作方便技術支持能力強；系統(tǒng)可擴展性能強， 模塊化結(jié)構有利于 擴容與擴展；投資少，系統(tǒng)選型具有高性能價格比。 論文將在以下幾方面進行設計研究： （ 1）論文首先對遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行了總體硬件設計，給出了各分系統(tǒng)設 計的詳細分析。 （ 2）進行了監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計與實現(xiàn)，設計了數(shù)據(jù)庫程序，以及遠程 通信的軟件設計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲與管理。 （ 3）最后給出了監(jiān)控系統(tǒng)的測試結(jié)果及分析。 哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文 8 第 2章 遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計 本章主要針對哈爾濱鐵路通信無人機房的監(jiān)控系統(tǒng)進行硬件設計與實現(xiàn)。 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構 遠程 監(jiān)控系統(tǒng)一般由以下幾個部分構成：前端信息采集模塊，通信網(wǎng)絡和 監(jiān)控中心。其總體結(jié)構圖如圖 21 所示。 監(jiān)控對象的狀態(tài)、參數(shù)通過信息采集模塊來獲得。隨著通信和計算機技術 的發(fā)展，前端采集的信息從早期的簡單模擬量數(shù)字量到現(xiàn)在的復雜多媒體信 息。系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡也從傳統(tǒng)的有線短距離發(fā)展到遠距離無線高速傳輸 [1518]。 對于本文所研究的內(nèi)容而言，無人機房的設備監(jiān)控需要測量多路電壓及電 流信號，以及機房狀態(tài)。包括：溫濕度、門禁、水浸及備用蓄電池自動管理與 保護，所以在設計 整套監(jiān)護系統(tǒng)時，就涉及到多路信號采集、信號調(diào)理、 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集、傳輸及網(wǎng)管終端及聲光報警等。具體功能要求如下： （ 1）供配電：電壓、電流及開關狀態(tài)量； （ 2）機房設備： UPS輸入、輸出電壓、電池組電流等各項參數(shù)； （ 3）機房環(huán)境：機房溫濕度、漏水監(jiān)控；與門禁系統(tǒng)的互連，集中監(jiān) 控； 對以上內(nèi)容通過計算機進行集中監(jiān)控。這里僅介紹一個監(jiān)測站和主控制中 心計算機間的點到點的連接通信問題，通過這個最簡單的監(jiān)控系統(tǒng)，來說明遠 程監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況。 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 圖 21 遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構圖 哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文 9 如何將兩個相距較遠的計算機連接起來是實現(xiàn)遠程通信的核心。通過借助 一定的通信網(wǎng)絡可以實現(xiàn)其連接，比如： PSTN網(wǎng)絡，它可以實現(xiàn)遠距離的通 信，其實現(xiàn)簡單成本低 [1925]。我們使用 VB軟件和數(shù)據(jù)庫編程技術來設計遠程 監(jiān)控的通信軟件。 監(jiān)控單元硬件總體設計 監(jiān)控單元主要任務是對通信機房電源及設備的遠程狀態(tài)進行定期自動監(jiān) 測，獲取系統(tǒng)中的各種信號的采集，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)及均等狀態(tài)實時進行處 理、控制 ，實現(xiàn)電源系統(tǒng)的全自動精確管理，從而提高電源系統(tǒng)的可靠性，保 證其工作的連續(xù)性、安全性和可靠性，另外，監(jiān)控模塊具有 “ 遙測、遙控 ” 功 能，可實現(xiàn)電源系統(tǒng)無人值守。監(jiān)控系統(tǒng)總體硬件結(jié)構框圖如圖 22所示。 系統(tǒng)監(jiān)測電網(wǎng)一路、二路交流電壓，使用狀態(tài)。電網(wǎng)電壓過高、過低或掉 電時，故障指示燈亮并上報網(wǎng)管報警。 系統(tǒng)監(jiān)測直流輸出電壓、負載電流、輸出熔斷器、電池接觸器，當發(fā)生異 常情況時通知局端計算機。 系統(tǒng)監(jiān)測直流蓄電池 (備用電源 )電壓及充放電電流，當市電中斷 由電池維 持向負載供電時，如果電池電壓降至低壓告警，監(jiān)控模塊向后臺局端網(wǎng)管發(fā)出 報警。 數(shù)字顯示 RAMROM看門狗 MCU AT89C52 A/D 信 號 調(diào) 理 通 道 選 擇 隔 離 變 換 一路 二路 電壓 電流 充電 信 號 處 理 溫度 濕度 煙霧 門禁 水浸 按鍵 控制執(zhí)行 MODEM 圖 22 監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構框圖 哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文 10 系統(tǒng)監(jiān)測機房溫、濕度、門禁、水浸及防盜等機房設施狀態(tài)，如有異常發(fā) 出報 警。 監(jiān)測通信狀態(tài)，如通信異常發(fā)出報警。 系統(tǒng)各部分設計 該系統(tǒng)由主控制芯片、單片機復位電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ A/D）、信號調(diào)理電 路、調(diào)制解調(diào)器、傳感器等部分組成。下面將對各個部分進行詳細的介紹與分 析。 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存儲器，并且使用了 Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash允許程序 存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單 芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌 入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89C52具有以下標準功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I/O口 線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2 級中斷結(jié)構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路 [3335]。 另外， AT89C52 可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模 式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼 續(xù)工作。 掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停 止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 單片機復位電路 系統(tǒng)中單片機的復位電路采用的看門狗電路，該電路可以使單片機在無人 狀態(tài)下實現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是：看門狗芯片和單片機的一個 I/O引腳相 連，該 I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平 (或低 電平 )，這一程序語句是分散地放在單片機其他控制語句中間的 [3031]，一旦單 哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文 11 片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段不進入死循環(huán)狀態(tài)時，寫看門 狗引腳的程序便不能被執(zhí)行，這個時候，看門狗電路就會由于得不到單片機送 來的信號，便在它和單片機復位引腳相連的引腳上送出一個復位信號，使單片 機發(fā)生復位，即程序從程序存儲器的起始位置開始執(zhí)行，這樣便實現(xiàn)了單片機 的自動復位。 由 MAX705組成的看門狗復位電路可以保證單片機系統(tǒng)在程序 “ 跑飛 ” 時能 夠可靠復位， MAX705的復位脈沖輸出有正脈沖和負脈沖兩種方式，當復位脈 沖為負脈沖時，需要外接反相器后再連接到單片機的復位端，具體 連接如圖 2 3所示。 圖 23 單片機復位電路具體連接圖 在正常情況下，圖 22中的 WDI端發(fā)出 “ 喂狗 ” 信號，程序陷入死循環(huán)后， “ 喂狗 ” 信號無法發(fā)出，當死循環(huán)運行時間超過 ， MAX705的