基于智能路由器的樓宇設備監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

目前樓宇設備的監(jiān)控大部分是靠人工巡檢的，如對于一些需要實時監(jiān)控的設備，一般會安排維護人員守在設備旁邊。當然，這種模式的弊端也是顯而易見的，不僅耗費了大量的人力資源，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。由采集卡負責采集數(shù)據(jù)，PC 負責數(shù)據(jù)處理與傳輸。這種系統(tǒng)體積龐大、成本昂貴，不適合應用在生產(chǎn)設備分散和現(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技術和互聯(lián)網(wǎng)技術應用到設備監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案中，使得設備故障檢測系統(tǒng)具備遠程監(jiān)控功能。

1、遠程設備監(jiān)控系統(tǒng)原理

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

2、智能路由器設計

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計主要包括嵌入式 linux 操作系統(tǒng)、Web 服務器lighttpd、數(shù)據(jù)庫mysql、modbus 協(xié)議以及監(jiān)控設備的應用程序。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 作為設備實時數(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)絡傳輸?shù)椒掌鞫?，并將?shù)據(jù)保存在服務器數(shù)據(jù)庫中。從設備獲取的數(shù)據(jù)將全部存儲在智能路由器的SD卡里，而上傳到服務器端的數(shù)據(jù)只需其中關鍵的部分。當需要獲取全部詳盡的數(shù)據(jù)是也可以遠程登錄智能路由器進行查看。這樣做不僅可以大大減少服務器存儲數(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，具有很好的擴展性和強大的網(wǎng)絡組件，適用于各類嵌入式設備和路由設備。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。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)站服務器環(huán)境而設計的。

3、系統(tǒng)部分軟件實現(xiàn)

3.1 添加新待監(jiān)控設備

每個待監(jiān)控的設備都由自己的設備名、設備 ip、設備 id、設備端口唯一確定，同時系統(tǒng)也會給該設備生成一個唯一的hash 值。在數(shù)據(jù)監(jiān)控中，系統(tǒng)也將該 hash 值作為該設備的唯一標識進行數(shù)據(jù)存儲。這樣做的目的是為了使將來修改設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備的運行狀態(tài)，往往不僅僅只是監(jiān)控設備的一個設備點，而是多個，且各個被監(jiān)控點可能由其自身數(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備及其需監(jiān)控的設備點和報警點的各種信息，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備的同時把相關文件名和 tftp 服務器 ip 填寫上去即可。

3.2報警處理

本文所設計的監(jiān)控系統(tǒng)為了適用于大部分被監(jiān)控設備，除了監(jiān)控像燈泡這種只有開和關兩種狀態(tài)的開關量外，還需監(jiān)控像溫度濕度這種數(shù)值量。開關量與數(shù)值量相比監(jiān)控起來會比較簡單。而數(shù)值量的監(jiān)控就稍微復雜些，因為數(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警值。最終系統(tǒng)會出現(xiàn)時而報警時而不報警的情形。為了解決上述問題，本文為數(shù)值量的報警值設置了緩沖區(qū)。當狀態(tài)為不報警的情況下，只有當數(shù)值量的值比報警點的值大時才會啟動報警。而當狀態(tài)為報警的情況下，只有當數(shù)值量的值比報警點的值小時才會取消報警。主要包括數(shù)據(jù)采集程序和報警程序。另外，考慮到數(shù)據(jù)可能因為外部干擾出現(xiàn)數(shù)據(jù)抖動的情況，只有當數(shù)據(jù)值達到狀態(tài)變換區(qū)且在該區(qū)持續(xù)一定時間才給予處理。

結語

本文重點闡述了系統(tǒng)工作的基本原理，并詳細介紹了系統(tǒng)主要部分硬件電路的設計及系統(tǒng)軟件。與傳統(tǒng)的 IT 運維服務相比，基于互聯(lián)網(wǎng)的 IT 運維服務具有更多的優(yōu)點。隨著互聯(lián)網(wǎng)應用領域的不斷深入，智能路由器將會得到更為廣泛的應用和發(fā)展，本文設計遠程監(jiān)控系統(tǒng)也將發(fā)揮積極的功能和作用。