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基于智能路由器的楼宇设备监控系统的实现方案

2016-11-18

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  目前楼宇设备的监控大部分是靠人工巡检的,如对于一些需要实时监控的设备,一般会安排维护人员守在设备旁边。当然,这种模式的弊端也是显而易见的,不仅耗费了大量的人力资源,也大大增加了监控的成本。而目前的在线设备故障监测系统大多是采用采集卡和 PC 的模式。由采集卡负责采集数据,PC 负责数据处理与传输。

  这种系统体积庞大、成本昂贵,不适合应用在生产设备分散和现场工作环境恶劣的地方。为了解决这些问题,本文将智能路由器相关技术和互联网技术应用到设备监控系统的设计方案中,使得设备故障检测系统具备远程监控功能。

  远程设备监控系统原理

  本文设计的基于互联网的远程设备监控系统,主要以楼宇设备或工业设备、PLC控制柜、智能路由器、远程服务器四部分组成,如图 1。其中楼宇设备可以包括空调、灯光等,PLC 控制柜的主要功能是控制设备的开启与关闭,远程服务器的作用是存储设备的实时监控信息以便用户可以通过电脑、平板或者是手机实时进行查看,服务器的另外一个作用是当检测到设备数据发生不正常的情况下,可以向用户终端推送警报消息。

  智能路由器设计

  本文将采用 Cortex-A8 嵌入式板来仿照智能路由器。智能路由器的软件设计主要包括嵌入式 linux 操作系统、Web 服务器lighttpd、数据库mysql、modbus 协议以及监控设备的应用程序。智能路由器上主要的硬件包括处理器、3G 模块、以太网口、串口以及 SD 卡卡槽。

  数据采集

  本文以 modbus 作为设备实时数据的传输协议,以串口和以太网口作为数据采集方式,最终数据通过以太网或 3G网络传输到服务器端,并将数据保存在服务器数据库中。从设备获取的数据将全部存储在智能路由器的SD卡里,而上传到服务器端的数据只需其中关键的部分。当需要获取全部详尽的数据是也可以远程登录智能路由器进行查看。这样做不仅可以大大减少服务器存储数据的容量,也可以大大减少客户端所需宽带流量。

  主要软件说明

  Open Wrt是一个开源的 linux 发行版,具有很好的扩展性和强大的网络组件,适用于各类嵌入式设备和路由设备。Open Wrt 的文件系统是可写的,即用户无需重新编译整个系统固件就能随意添加自己需要的功能。Lighttpd 是一个开源的网页服务器软件,专门针对高性能网站,具有性能好、内存开销低、丰富的模块以及非常低的CPU 占用率等特点。Lighttpd 是为了提供一个专门针对高性能网站,兼容性好、快速、安全且灵活的网站服务器环境而设计的。

  系统部分软件实现

  添加新待监控设备

  每个待监控的设备都由自己的设备名、设备 ip、设备 id、设备端口唯一确定,同时系统也会给该设备生成一个唯一的hash 值。在数据监控中,系统也将该 hash 值作为该设备的唯一标识进行数据存储。这样做的目的是为了使将来修改设备的信息是可以不用修改过多的数据表。一般情况下,为了更好的了解一个设备的运行状态,往往不仅仅只是监控设备的一个设备点,而是多个,且各个被监控点可能由其自身数据的敏感程度的不同而需要不同的数据监测速度。为了方便用户添加新设备及其需监控的设备点和报警点的各种信息,系统为用户提供了 tftp的传输模式,使用户可直接通过传输具有指定格式的监控文件到智能路由器端。用户只需在添加新设备的同时把相关文件名和 tftp 服务器 ip 填写上去即可。

  报警处理

  本文所设计的监控系统为了适用于大部分被监控设备,除了监控像灯泡这种只有开和关两种状态的开关量外,还需监控像温度湿度这种数值量。开关量与数值量相比监控起来会比较简单。而数值量的监控就稍微复杂些,因为数值量的值是平滑的,致使其值可能在外部干扰的情况下上下波动于报警值。最终系统会出现时而报警时而不报警的情形。为了解决上述问题,本文为数值量的报警值设置了缓冲区。当状态为不报警的情况下,只有当数值量的值比报警点的值大时才会启动报警。而当状态为报警的情况下,只有当数值量的值比报警点的值小时才会取消报警。主要包括数据采集程序和报警程序。另外,考虑到数据可能因为外部干扰出现数据抖动的情况,只有当数据值达到状态变换区且在该区持续一定时间才给予处理。

  结语

  本文重点阐述了系统工作的基本原理,并详细介绍了系统主要部分硬件电路的设计及系统软件。与传统的 IT 运维服务相比,基于互联网的 IT 运维服务具有更多的优点。随着互联网应用领域的不断深入,智能路由器将会得到更为广泛的应用和发展,本文设计远程监控系统也将发挥积极的功能和作用。




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