基于LabVIEW的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：本文以單片機(jī)STC12C5A60S2為控制核心，以LabVIEW為操作平臺(tái)，提出了日照鐵運(yùn)公司機(jī)房多機(jī)無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。主要介紹了遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、硬件電路組成、軟件編寫(xiě)等，在設(shè)計(jì)中將GSM通訊模塊與檢測(cè)回路合并，縮小了硬件體積，保證通訊的可靠性。機(jī)房遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行取得滿(mǎn)意效果，為日照鐵運(yùn)公司節(jié)省了大量的人力、物力，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)；多機(jī)通訊；GSM模塊；數(shù)據(jù)庫(kù)

0 引言
    近年來(lái)，隨著信息化進(jìn)程的加快，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等機(jī)房的建立十分普遍，如電力、電信、海關(guān)、各車(chē)間動(dòng)力機(jī)房以及計(jì)算機(jī)機(jī)房等。機(jī)房里都有其獨(dú)立的一套設(shè)備，如交換機(jī)、服務(wù)器、空調(diào)設(shè)備、發(fā)電機(jī)等。如今面對(duì)如此多的機(jī)房及相關(guān)設(shè)備，傳統(tǒng)的人工輪訓(xùn)檢查的方式已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，代之而起的是無(wú)人值守的智能遠(yuǎn)程監(jiān)控方式。因此，通過(guò)合理配置機(jī)房環(huán)境和設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效提高設(shè)備故障的檢出速率，做到對(duì)設(shè)備故障、環(huán)境情況及安全性的迅速、準(zhǔn)確反應(yīng)和有目的性的維護(hù)，提高維護(hù)管理質(zhì)量，降低維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)保障系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)，從而降低運(yùn)行成本。
    本文在了解國(guó)內(nèi)外無(wú)人值守機(jī)房無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合日照港鐵運(yùn)公司機(jī)房現(xiàn)狀，研制了基于LabVIEW的機(jī)房遠(yuǎn)程多機(jī)無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)、設(shè)備電源以及UPS運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 機(jī)房遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
    本無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、后臺(tái)監(jiān)控模塊。
    圖1為遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件框圖。主要包括數(shù)據(jù)采集模塊(單片機(jī)STC12C5A60S2、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊)、數(shù)據(jù)傳輸模塊(GSM ／GPRS模塊)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(繼電器等)、后臺(tái)監(jiān)控模塊(監(jiān)控軟件、GSM／GPRS模塊)。

    在系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)中，每個(gè)區(qū)域有自己固定的ID號(hào)，ID即設(shè)備地址，是系統(tǒng)各主從設(shè)備之間通訊的唯一身份代碼。各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理之后通過(guò)GSM將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)GSM，上位機(jī)通過(guò)LabVIEW編寫(xiě)的上位機(jī)監(jiān)控軟件將數(shù)據(jù)從GSM中讀出，根據(jù)ID號(hào)將數(shù)據(jù)放在對(duì)應(yīng)的區(qū)域。同樣，后臺(tái)根據(jù)用戶(hù)所要控制的設(shè)備將控制指令和ID號(hào)通過(guò)后臺(tái)GSM將數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)應(yīng)的ID號(hào)的設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)后臺(tái)對(duì)不同區(qū)域設(shè)備的控制。
    設(shè)計(jì)中，電源模塊為單片機(jī)、檢測(cè)電路及GSM通訊模塊提供電源；單片機(jī)作為整個(gè)檢測(cè)控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)處理相應(yīng)電路和傳感器采集的數(shù)據(jù)，并且控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制要求，另外實(shí)行與GSM的通訊；溫度采集模塊通過(guò)高精度的溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)；市電電壓檢測(cè)模塊則是通過(guò)相應(yīng)的硬件檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)市電電壓的檢測(cè)；設(shè)備電壓檢測(cè)模塊是為了判斷當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)而設(shè)計(jì)的；GSM通訊模塊實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與后臺(tái)的無(wú)線(xiàn)通訊；執(zhí)行機(jī)構(gòu)則是對(duì)用戶(hù)的控制要求完成執(zhí)行的模塊。此外，為方便用戶(hù)的操作，在設(shè)備上設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)操作按鍵。

2 機(jī)房遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2．1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
    在此系統(tǒng)中，溫度檢測(cè)值會(huì)和用戶(hù)的設(shè)定值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，當(dāng)檢測(cè)值高于用戶(hù)的設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)會(huì)通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳給GSM，GSM模塊會(huì)將數(shù)據(jù)以無(wú)線(xiàn)傳送給后臺(tái)的GSM，后臺(tái)GSM則通過(guò)RS232與PC機(jī)相連，數(shù)據(jù)通過(guò)PC機(jī)串口進(jìn)入PC機(jī)，然后由監(jiān)控程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的解碼、處理，最后以相應(yīng)的形式顯示給用戶(hù)。
    當(dāng)用戶(hù)通過(guò)后臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制時(shí)，控制指令按照編碼協(xié)議首先進(jìn)行編碼，然后由RS232傳送給后臺(tái)GSM，通過(guò)GSM發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)GSM接收之后將數(shù)據(jù)送到單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行解碼，完成之后，根據(jù)協(xié)議控制現(xiàn)場(chǎng)的相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(繼電器)動(dòng)作，達(dá)到控制的目的。
2．1．1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)要求
    單片機(jī)作為下位機(jī)的控制核心，軟件設(shè)計(jì)也是以此為基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：1)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備電壓檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集和處理；2)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度值的采集和處理；3)實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制；4)負(fù)責(zé)與GSM模塊之間的485通訊；5)采集按鍵狀態(tài)，完成現(xiàn)場(chǎng)操作控制。
2．1．2 下位機(jī)監(jiān)控軟件工作流程圖
    機(jī)房遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)軟件主要包括串口、GSM、定時(shí)器初始化；市電電壓、UPS電壓及設(shè)備工作電壓的采集及處理；空調(diào)啟動(dòng)以及設(shè)備開(kāi)關(guān)控制；與GSM模塊的通信，程序流程圖如圖2所示。

2．2 上位機(jī)監(jiān)控界面及功能
    LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所廣泛接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿(mǎn)足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP／   IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。
    利用LabVIEW建立上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖3，下面具體介紹具體功能。

    (1)空調(diào)控制及溫度檢測(cè)
    上位機(jī)顯示由下位機(jī)采集發(fā)送來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)溫度狀況，采用數(shù)字和圖形控件顯示形象準(zhǔn)確；此外，用戶(hù)可以通過(guò)點(diǎn)擊監(jiān)控上的相應(yīng)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)后臺(tái)空調(diào)的控制以及現(xiàn)場(chǎng)溫度的采集，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，包括：空調(diào)電源斷電、溫度以及控制空調(diào)啟動(dòng)。
    (2)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開(kāi)關(guān)控制
    遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)，為保證動(dòng)作執(zhí)行后相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)確實(shí)完成動(dòng)作，設(shè)計(jì)中添加了相應(yīng)的檢測(cè)電路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)每次動(dòng)作完成之后，通過(guò)檢測(cè)電路得到動(dòng)作后的狀態(tài)，從而確保動(dòng)作完成，避免外界環(huán)境引起的誤操作。
    (3)歷史數(shù)據(jù)查看
    設(shè)計(jì)中，為了方便用戶(hù)查看操作記錄及相應(yīng)的報(bào)警信息，設(shè)計(jì)了基于A(yíng)ccess數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，該模塊用于存儲(chǔ)所有的故障報(bào)警信息及用戶(hù)的操作記錄。
    鑒于數(shù)據(jù)查看方便，監(jiān)控中查看的歷史數(shù)據(jù)為最近30天的數(shù)據(jù)，用戶(hù)如果需要查看之前的歷史數(shù)據(jù)，則可以從數(shù)據(jù)庫(kù)查看，如圖4所示。

    (4)打印功能
    可以打印輸出數(shù)據(jù)庫(kù)中的報(bào)表信息。
    (5)用戶(hù)管理
    根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)中的操作指令必須根據(jù)操作人員的職權(quán)授予不同的使用權(quán)限，高級(jí)管理人員除具備監(jiān)測(cè)任務(wù)之外還具備監(jiān)控任務(wù)，通過(guò)輸入正確的密碼和用戶(hù)名控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
    (6)故障報(bào)警功能
    當(dāng)監(jiān)控室溫度過(guò)高或市電掉電及UPS的電源工作時(shí)，監(jiān)控指示燈會(huì)變?yōu)楫惓顟B(tài)并伴有警報(bào)報(bào)警，以通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。

3 結(jié)論
    本文提出了日照鐵運(yùn)公司機(jī)房遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)多機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建了整套監(jiān)控系統(tǒng)，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，各個(gè)區(qū)域的運(yùn)行狀況達(dá)到設(shè)計(jì)要求，性能穩(wěn)定，成功應(yīng)用到無(wú)人機(jī)房監(jiān)控中。基于LabVIEW的機(jī)房遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，為日照鐵運(yùn)公司節(jié)約了大量人力、物力，是現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。