基于智能路由器的樓宇設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

目前樓宇設(shè)備的監(jiān)控大部分是靠人工巡檢的，如對于一些需要實(shí)時監(jiān)控的設(shè)備，一般會安排維護(hù)人員守在設(shè)備旁邊。當(dāng)然，這種模式的弊端也是顯而易見的，不僅耗費(fèi)了大量的人力資源，也大大增加了監(jiān)控的成本。而目前的在線設(shè)備故障監(jiān)測系統(tǒng)大多是采用采集卡和 PC 的模式。由采集卡負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，PC 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理與傳輸。這種系統(tǒng)體積龐大、成本昂貴，不適合應(yīng)用在生產(chǎn)設(shè)備分散和現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣的地方。為了解決這些問題，本文將智能路由器相關(guān)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，使得設(shè)備故障檢測系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

1、遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)原理

本文設(shè)計(jì)的基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，主要以樓宇設(shè)備或工業(yè)設(shè)備、PLC控制柜、智能路由器、遠(yuǎn)程服務(wù)器四部分組成，如圖 1。其中樓宇設(shè)備可以包括空調(diào)、燈光等，PLC 控制柜的主要功能是控制設(shè)備的開啟與關(guān)閉，遠(yuǎn)程服務(wù)器的作用是存儲設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控信息以便用戶可以通過電腦、平板或者是手機(jī)實(shí)時進(jìn)行查看，服務(wù)器的另外一個作用是當(dāng)檢測到設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)生不正常的情況下，可以向用戶終端推送警報(bào)消息。

2、智能路由器設(shè)計(jì)

本文將采用 Cortex-A8 嵌入式板來仿照智能路由器。智能路由器的軟件設(shè)計(jì)主要包括嵌入式 linux 操作系統(tǒng)、Web 服務(wù)器lighttpd、數(shù)據(jù)庫mysql、modbus 協(xié)議以及監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用程序。智能路由器上主要的硬件包括處理器、3G 模塊、以太網(wǎng)口、串口以及 SD 卡卡槽。

2.1 數(shù)據(jù)采集

本文以 modbus 作為設(shè)備實(shí)時數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議，以串口和以太網(wǎng)口作為數(shù)據(jù)采集方式，最終數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或 3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器端，并將數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。從設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)將全部存儲在智能路由器的SD卡里，而上傳到服務(wù)器端的數(shù)據(jù)只需其中關(guān)鍵的部分。當(dāng)需要獲取全部詳盡的數(shù)據(jù)是也可以遠(yuǎn)程登錄智能路由器進(jìn)行查看。這樣做不僅可以大大減少服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)的容量，也可以大大減少客戶端所需寬帶流量。

2.2 主要軟件說明

Open Wrt是一個開源的 linux 發(fā)行版，具有很好的擴(kuò)展性和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)組件，適用于各類嵌入式設(shè)備和路由設(shè)備。Open Wrt 的文件系統(tǒng)是可寫的，即用戶無需重新編譯整個系統(tǒng)固件就能隨意添加自己需要的功能。Lighttpd 是一個開源的網(wǎng)頁服務(wù)器軟件，專門針對高性能網(wǎng)站，具有性能好、內(nèi)存開銷低、豐富的模塊以及非常低的CPU 占用率等特點(diǎn)。Lighttpd 是為了提供一個專門針對高性能網(wǎng)站，兼容性好、快速、安全且靈活的網(wǎng)站服務(wù)器環(huán)境而設(shè)計(jì)的。

3、系統(tǒng)部分軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 添加新待監(jiān)控設(shè)備

每個待監(jiān)控的設(shè)備都由自己的設(shè)備名、設(shè)備 ip、設(shè)備 id、設(shè)備端口唯一確定，同時系統(tǒng)也會給該設(shè)備生成一個唯一的hash 值。在數(shù)據(jù)監(jiān)控中，系統(tǒng)也將該 hash 值作為該設(shè)備的唯一標(biāo)識進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。這樣做的目的是為了使將來修改設(shè)備的信息是可以不用修改過多的數(shù)據(jù)表。一般情況下，為了更好的了解一個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，往往不僅僅只是監(jiān)控設(shè)備的一個設(shè)備點(diǎn)，而是多個，且各個被監(jiān)控點(diǎn)可能由其自身數(shù)據(jù)的敏感程度的不同而需要不同的數(shù)據(jù)監(jiān)測速度。為了方便用戶添加新設(shè)備及其需監(jiān)控的設(shè)備點(diǎn)和報(bào)警點(diǎn)的各種信息，系統(tǒng)為用戶提供了 tftp的傳輸模式，使用戶可直接通過傳輸具有指定格式的監(jiān)控文件到智能路由器端。用戶只需在添加新設(shè)備的同時把相關(guān)文件名和 tftp 服務(wù)器 ip 填寫上去即可。

3.2報(bào)警處理

本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)為了適用于大部分被監(jiān)控設(shè)備，除了監(jiān)控像燈泡這種只有開和關(guān)兩種狀態(tài)的開關(guān)量外，還需監(jiān)控像溫度濕度這種數(shù)值量。開關(guān)量與數(shù)值量相比監(jiān)控起來會比較簡單。而數(shù)值量的監(jiān)控就稍微復(fù)雜些，因?yàn)閿?shù)值量的值是平滑的，致使其值可能在外部干擾的情況下上下波動于報(bào)警值。最終系統(tǒng)會出現(xiàn)時而報(bào)警時而不報(bào)警的情形。為了解決上述問題，本文為數(shù)值量的報(bào)警值設(shè)置了緩沖區(qū)。當(dāng)狀態(tài)為不報(bào)警的情況下，只有當(dāng)數(shù)值量的值比報(bào)警點(diǎn)的值大時才會啟動報(bào)警。而當(dāng)狀態(tài)為報(bào)警的情況下，只有當(dāng)數(shù)值量的值比報(bào)警點(diǎn)的值小時才會取消報(bào)警。主要包括數(shù)據(jù)采集程序和報(bào)警程序。另外，考慮到數(shù)據(jù)可能因?yàn)橥獠扛蓴_出現(xiàn)數(shù)據(jù)抖動的情況，只有當(dāng)數(shù)據(jù)值達(dá)到狀態(tài)變換區(qū)且在該區(qū)持續(xù)一定時間才給予處理。

結(jié)語

本文重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)工作的基本原理，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)主要部分硬件電路的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)軟件。與傳統(tǒng)的 IT 運(yùn)維服務(wù)相比，基于互聯(lián)網(wǎng)的 IT 運(yùn)維服務(wù)具有更多的優(yōu)點(diǎn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深入，智能路由器將會得到更為廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，本文設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)也將發(fā)揮積極的功能和作用。