基于瀏覽器/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

離散生產(chǎn)線是指由離散工藝過程組成的生產(chǎn)線。它所生產(chǎn)的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上由零部件組成，生產(chǎn)過程中的主要任務(wù)就是將原材料加工成零件，再由零件組裝成部件，最后總裝成產(chǎn)品。為了提高離散生產(chǎn)線的生產(chǎn)和管理水平，對生產(chǎn)線上的重要參數(shù)和加工設(shè)備本身的運行狀況等進行監(jiān)控十分重要。目前，主要采用人工實時監(jiān)視。即由人記錄生產(chǎn)線上每臺設(shè)備運行狀況，由人工抽樣檢查產(chǎn)品質(zhì)量；然后以這些數(shù)據(jù)為依據(jù)，對設(shè)備進行管理和維護。但這種方式觀測精度低、工作強度大、數(shù)據(jù)的維護和分析困難，遠不能滿足目前市場激烈競爭的需要。為此，直接利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備遠程監(jiān)控，形成全球化制造的企業(yè)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

設(shè)備遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)采用了瀏覽器/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)是這一系統(tǒng)的起點，主要完成對設(shè)備的實時監(jiān)測和對監(jiān)測信息的采集、存儲和處理。監(jiān)測信息經(jīng)過處理后可進行遠距離網(wǎng)絡(luò)傳輸。遠程監(jiān)測中心對異地傳輸?shù)谋O(jiān)測信息進行處理、分析，綜合各專家意見，得出結(jié)果并給出對策，通過網(wǎng)絡(luò)反饋至現(xiàn)場進行控制。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案中，利用企業(yè)級的交換機將各個生產(chǎn)車間的現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)子網(wǎng)連接起來，然后通過路由器連接到Internet，保證了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性。

現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和PC機。主要對加工設(shè)備進行各種信號的采集、變換、顯示和與網(wǎng)絡(luò)連接等功能?，F(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)具有一定的信號分析和處理能力，而且可以擴充傳感器測量單元，對加工設(shè)備進行多個傳感器的多點、多信號采集和分析。其中，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要包括：數(shù)據(jù)采集單片機分機、主機和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、PC接口。結(jié)構(gòu)方框圖如圖2所示。采用點對多點的無線雙工工作方式。即當主機發(fā)出指定點采集數(shù)據(jù)的命令后，主機即轉(zhuǎn)換接收狀態(tài)；指定點的分機接收到命令后，進行數(shù)據(jù)采集，并將結(jié)果和分機的編號上傳給主機。

2 采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 主機的電路原理圖

在電路設(shè)計過程中，為了增加存儲容量，增設(shè)了一個TMS29F040芯片。該芯片提供了8個獨立的64KB模塊，通過標準的微控制器將JEDEC標準命令寫入FLASH命令寄存器5555H和2AAAH，地址空間為000000H~07FFFFH。為了使人機接口方便直觀，電路中采用點陣圖形方式的LCD。該LCD內(nèi)置了T6963C控制器，可以與單片機方便接口。C/D是指令/數(shù)據(jù)選擇控制，指令訪問地址為0A00001H，數(shù)據(jù)訪問地址為0A00000H。另外，通過PS2000實現(xiàn)MCU應(yīng)用系統(tǒng)與基于PC機平臺的網(wǎng)關(guān)emGateway接口。同時，為便于主機與分機實現(xiàn)點對多點的信息傳輸，系統(tǒng)采用了硬件編碼的方式，使用UM3758編碼器。每個分機給定固定編碼，主機發(fā)射一個碼值，對應(yīng)碼值的分機實現(xiàn)信息傳輸。系統(tǒng)采用了無線發(fā)射與接收模塊Nrf401，實現(xiàn)無線信息傳輸。主機的電路原理圖如圖3所示。

2.2 分機電路原理圖

為了采集現(xiàn)場信號，利用前向通道對其微弱信號調(diào)理（包括阻抗匹配、濾波、直流隔離、放大等功能）。該部件采用了2片AD620和1片TLC14集成電路，分別實現(xiàn)信號放大和濾波功能。然后，由AdμC812芯片的ALE腳進入系統(tǒng)。為了與主機進行信號通信，在分機中同樣也采用了硬件編碼方式。利用UM3758編碼器，每個分機給定固定編碼，主機發(fā)射一個碼值，對應(yīng)碼值的分機實現(xiàn)信息傳輸。同樣，系統(tǒng)采用了無線發(fā)射與接收模塊nRF401，實現(xiàn)了與主機無線信息傳輸，分機的電路原理圖如圖4所示。

3 采集系統(tǒng)中主機與從機信息傳輸軟件設(shè)計

在本系統(tǒng)中，主機可以隨時呼叫任一分機，發(fā)送命令；分機也可以隨時呼叫主機，向主機提出請求。分機之間不能直接通信，只能通過主機交換信息。主機呼叫分機時采用中斷方式，只需調(diào)用主呼分機的子程序？分機程序以中斷服務(wù)形式給出，其入口地址為串行口中斷入口地址0023H。這樣，當分機接收到的地址與本機地址符合時進入中斷服務(wù)程序，從而實現(xiàn)與主機相連。分機呼叫主機時，只需向主機發(fā)送一約定的控制字，主機得到此控制字即回呼該分機，從而實現(xiàn)與該分機連接。

3.1 主機發(fā)送分機接收通信方式

圖5（a）、（b）分別為主機發(fā)送、分機接收時主機與分機軟件流程圖。主機作為發(fā)送者，向作為接收者的分機發(fā)送數(shù)據(jù)。在這種模式下，數(shù)據(jù)傳送方向不變，即主機先發(fā)送地址繼而發(fā)送數(shù)據(jù)。其中，主機軟件：（1）當I2C接口的特殊功能寄存器設(shè)置完成后，主機發(fā)送一個START位和分機地址到SDATA線上。在這個模式下R/W狀態(tài)位被復(fù)位。如果主機沒有收到分機的確認，就發(fā)送一個STOP位，錯誤位被置位而傳送中止。（2）如果從機進行了確認，主機將發(fā)送預(yù)先寫在主機外部數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)。每傳送一字節(jié)，分機都必須發(fā)出確認。收到確認后，主機將發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。任何時候如果分機沒能確認，主機就發(fā)送一個STOP位，錯誤位被置位而傳送中止。（3）當發(fā)送計數(shù)BYTECNT=0時，就意味著最后一個要傳送的字節(jié)已被送出，主機將發(fā)送一個STOP位表示傳送結(jié)束。分機軟件：（1）當I2C接口的特殊功能寄存器被設(shè)置好后，并且主機也發(fā)送了一個START位，分機等待著接收第一個數(shù)據(jù)字節(jié)（數(shù)據(jù)到達后將產(chǎn)生一個中斷）。一旦收到后，分機將該數(shù)據(jù)與自己的地址相比較；若匹配，分機發(fā)送一個確認到SDATA線上，并將R/W狀態(tài)位置位后等待數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)到達將產(chǎn)生一個中斷）。（2）當主機發(fā)出一個數(shù)據(jù)字節(jié)，分機將它存入自己的內(nèi)部存儲器，發(fā)送確認后，等待下一個數(shù)據(jù)字節(jié)（后續(xù)數(shù)據(jù)的到達將產(chǎn)生一個中斷）。（3）當分機收到最后一個字節(jié)，接收字節(jié)計數(shù)BYTECNT=0，此時，分機等待STOP位。一旦收到STOP，立即結(jié)束通信。

3.2 分機發(fā)送、主機接收通信方式

圖6（a）、（b）分別為分機發(fā)送、主機接收時主機與分機軟件流程圖。主機發(fā)送第一個字節(jié)后立即讀分機數(shù)據(jù)，即主機先發(fā)送地址后接收后面的三個數(shù)據(jù)字節(jié)。其中，主機軟件：（1）當I2C接口的特殊功能寄存器被設(shè)置好后，主機發(fā)送一個START位，然后發(fā)送分機地址到SDATA線上。在這個模式下R/W狀態(tài)位被復(fù)位。如果主機沒有收到分機的確認，就發(fā)送一個STOP位，錯誤位被置位而傳送中止。（2）如果從機進行了確認，主機等待第一個數(shù)據(jù)字節(jié)。一旦收到后，主機將它存入自己的內(nèi)部存儲器，向分機發(fā)出確認后，等待下一個數(shù)據(jù)字節(jié)。（3）當發(fā)送計數(shù)BYTECNT=0時，就意味著最后一個要傳送的字節(jié)已被接收，主機將發(fā)送一個STOP位表示傳送結(jié)束。分機軟件：（1）當I2C接口的特殊功能寄存器被設(shè)置好后，主機也發(fā)送一個START位，分機等待著接收第一個數(shù)據(jù)字節(jié)（數(shù)據(jù)到達后將產(chǎn)生一個中斷）。一旦收到后，分機將該數(shù)據(jù)與自己的地址相比較。若匹配，分機發(fā)送一個確認到SDATA線上。（2）當R/W狀態(tài)位置位，分機發(fā)送一個要傳送的字節(jié)。發(fā)出數(shù)據(jù)后，分機等待主機的確認。每當收到主機的確認，分機發(fā)送下一個數(shù)據(jù)然后再等待確認。（3）當發(fā)送字節(jié)計數(shù)BYTECNT=0，主機發(fā)送一個STOP位而不是確認，同時結(jié)束傳送。

4 實驗結(jié)果

利用上面建立的無線點對多點的遠程在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對重慶世耀工貿(mào)有限公司摩托車生產(chǎn)廠的精密車床進行振動監(jiān)測。在進行數(shù)據(jù)采集時，點擊桌面上無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即可啟動程序。然后，點擊端口設(shè)置按扭，彈出端口設(shè)置對話框，選擇與PC主機無線傳收模塊相連接的RS232串口、波特率、工作距離、測量參數(shù)、存儲器的大小等參數(shù)后，點擊確定，回到主界面。點擊打開模塊按扭，若系統(tǒng)工作正常，則顯示模塊正在工作；若系統(tǒng)工作不正常，則顯示系統(tǒng)未工作；在系統(tǒng)正常工作情況下，點擊握手設(shè)置按鈕，設(shè)置與主機通信的分機臺號、采集頻率與通道數(shù)等（每設(shè)置完一臺分機參數(shù)后，就點擊握手）；在各臺分機與主機之間握手成功后，點擊啟動按鈕，程序發(fā)送啟動命令，開始進行數(shù)據(jù)采集。在無線傳輸完后，系統(tǒng)將自動保存數(shù)據(jù)文件。可通過點擊打開顯示按鈕，將已保存的數(shù)據(jù)按圖形方式顯示于圖形框中。圖7所示為某精密車床的振動檢測的時域信號與系統(tǒng)操作界面圖。

隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化儀表的進步，現(xiàn)代檢測技術(shù)越來越多地應(yīng)用于傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)中。該系統(tǒng)實現(xiàn)了無線點對多點數(shù)據(jù)采集與信息傳輸，采集精度高，數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力強，克服了現(xiàn)場拉電纜線等缺點，便于野外作業(yè)。實際應(yīng)用表明，該方案簡便、有效，值得推廣應(yīng)用。

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