監控系統設計論文范文

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第1篇

系統由分布在育苗架中的多個傳感器節點、數據采集單元、設備控制單元和存放在嵌入式ARM設備中的監控軟件4部分組成，如圖1所示。育苗架由鋼制材料構成，共有4層。每一層上面都布有4個溫度傳感器和加熱、加濕裝置，苗架內布有1個濕度傳感器。苗架工作時處于完全密封狀態，苗體生長所需的溫濕度環境均由外部智能控制。數據采集單元負責向傳感器節點發送指令，進行溫濕度數據采集，并通過處理、打包過程，將數據通過RS－485總線接口發送到嵌入式設備上的智能監控軟件中，數據傳輸所使用的協議為Modbus［3］。智能監控軟件收到采集單元發來的數據之后，進行解包、分析、處理等過程，然后顯示到用戶界面上，同時軟件具有記錄歷史數據的功能。用戶在監控軟件上可以設定期望達到的溫度、濕度值，軟件會發送包含這些期望值的指令給數據采集單元。數據采集單元收到這些指令之后，會判斷當前是否符合條件。當條件符合后，數據處理單元會自動調用設備控制單元對育苗架進行相應的加熱、加濕操作［4］。

2系統硬件設計

2．1嵌入式平臺

嵌入式平臺CPU型號為博通公司的BCM2835，采用ARM11微架構，主頻為700MHz，同時平臺配有512MBDDRRAM和8GBNandFlash，提供高效、穩定的運行和存儲環境。平臺配有HDMI高清視頻接口，用來外接顯示器，可以直觀地顯示系統操作界面。配有RJ－45網絡接口和多個USB接口，用來連接網絡、鍵盤鼠標和USB轉RS－285數據線。平臺搭載開源的嵌入式Linux操作系統，該操作系統穩定性好并且具有豐富的擴展功能，適合作為嵌入式監控平臺［5］。

2．2傳感器節點和設備控制單元

溫度傳感器采用Pt100。Pt100溫度傳感器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號(4～20mA)的儀表，其本質是鉑熱電阻，阻值會隨著溫度的變化而改變，主要用于溫度參數的測量和控制，測量量程為－200℃～+200℃，精度為0．1℃。濕度傳感器采用NWSF－1AT，它是一種集傳感、變送為一體的濕度傳感器，適于室內環境的濕度測量。其測量量程為0～100%RH，精度為±5%RH，響應時間小于15s，是一種兩線制的標準化輸出信號(4～20mA)傳感器。設備控制單元采用繼電器控制。加熱裝置分布在育苗架的每一層，且可以獨立工作，加熱裝置的核心是碳纖維加熱毯，它使用碳纖維作為加熱介質。碳纖維(carbonfiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的導熱性能好，熱膨脹系數小且具有各向異性。因此，碳纖維加熱毯的功耗低、加熱速度快，適合在農業上使用。加濕裝置分布在育苗架的每一層，核心是雙向高壓噴頭，可以均勻覆蓋待加濕區域。本單元既可以接收由數據采集單元發來的指令，打開或者關閉加熱、加濕裝置;也可以設定一個閾值，自動地打開或者關閉加熱、加濕裝置。

3系統軟件設計

系統軟件設計由通信協議和上位機程序兩部分組成。其中，通信協議采用Modbus、上位機程序使用Qt開發。

3．1通信協議

Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了一種控制器請求訪問其它設備的過程，制定了消息域格局和內容的公共格式。Modbus協議規定，在進行通信時，每個控制器需要設定唯一的設備地址，交換消息時根據設備地址進行響應，確保一條指令對應的設備是唯一的。Modbus協議查詢指令數據示例如表1所示。其中，數據均為16進制，CRC錯誤校驗位高位在前、低位在后。

3．2上位機程序

本系統上位機程序采用Qt開發，它是一款開源的界面設計庫，使用C++類編寫。其最大特點是跨平臺，支持市面上所有主流平臺，如Windows、桌面Linux、嵌入式Linux、MacOS、Android等。用戶只需要編寫一次代碼，就可以在不同平臺上進行編譯、運行，可移植性較好。在正式編寫Qt代碼之前，需要在目標平臺上搭建相應的開發環境，即本系統需要搭建適用于嵌入式Linux的Qt開發環境，Qt版本為4．8．5。首先將Qt源代碼解壓，在其根目錄下執行．/configure命令，對源碼進行配置;然后執行make和makeinstall命令編譯源碼，并安裝編譯好的庫文件到lib文件夾下;最后將這些庫文件拷貝到嵌入式平臺根目錄下的lib文件夾中，并為其增加export變量路徑:exportQTDIR=/usr/local/Trolltech/Qt－4．8．2exportPATH=/usr/local/Trolltech/Qt－4．8．2/bin:$PATHexportMANPATH=$QTDIR/man:$MANPATHexportLD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:$LD_LIBRARY_PATH至此，Qt環境搭建完畢。嵌入式平臺用戶界面如圖2所示。上位機程序由查詢指令發送模塊、查詢指令接受模塊、控制指令發送模塊、歷史記錄生成模塊和通信控制模塊組成。對各模塊進行獨立開發，最后在主界面中采用多線程機制進行結合，將各模塊分別放置在單獨線程中執行，既確保了各模塊的獨立性，又提高了程序的安全性和總體的運行效率。系統總體的軟件流程如圖3所示。系統啟動后，會首先初始化硬件(內部寄存器、串口等)和傳感器節點［6］。采集單元通過RS－485串行通信口與嵌入式設備進行通信。本系統可以選擇手動查詢模式或自動查詢模式。安裝在ARM設備上的上位機程序能夠給數據采集單元發送查詢或控制指令。當發送查詢指令之后，采集單元會根據指令中包含的設備地址信息，匹配相應的傳感器節點，并采集數據;將采集到的數據進行壓縮、打包，然后傳回上位機程序;上位機程序接收到數據之后，進行分析、解包、處理，最終顯示到用戶界面上，同時自動存儲歷史數據。當上位機發送控制指令之后，采集單元會把待設定的參數傳遞給控制單元，使其可以根據需求對加熱、加濕裝置進行控制［7］。

4實驗及結果

為了驗證系統的性能，將育苗架放置在室內環境中，分多個時間點記錄育苗架周邊環境的溫度、濕度數據。給育苗架分別設定一個溫度目標值和濕度目標值，每10min記錄一次育苗架內的溫濕度情況。為保證精度，周邊環境的溫濕度數據由小型氣象站采集。育苗架內部的傳感器放置如下:每層分成4個區域，每個區域的中心放置1個溫度傳感器，傳感器距離每層頂部距離為20cm，用來采集溫度數據;在育苗架內同時放置1個濕度傳感器，用來采集濕度數據。育苗架內部的加熱、加濕裝置放置如下:加熱裝置鋪在每層底部，使該層各部分可以均勻受熱，且加熱裝置下再鋪一層隔熱層，避免每層熱量相互串擾;加濕裝置安裝在每層的頂部，距離頂部5cm，采用360°雙向設計，保證可以對該層各部分進行加濕。數據采集單元放置在苗架的外面，并且對苗架內的連線進行密封處理［8］。

4．1溫度控制實驗

將苗架溫度目標值設定為25℃，濕度不設定，連續采集6h并記錄數據，作出變化曲線圖。圖4為育苗架內溫度曲線圖，圖中虛線為苗架外環境溫度變化曲線。

4．2濕度控制實驗

將苗架濕度目標值設定為40%Rh，溫度不設定，連續采集6h并記錄數據，做出變化曲線圖。圖5為濕度曲線圖，圖中虛線為苗架外濕度變化曲線。由兩次實驗可知，在系統剛開始工作的時候，不論苗架內外的溫度還是濕度情況基本一致，各點的溫度情況處于混沌狀態，苗架內的溫度和濕度都不等于設定值。隨著時間的推移，苗架內各點的溫度均趨向于設定值(25℃)，濕度能維持在設定值(40%Rh)左右，且可以穩定保持。

5結論

第2篇

1.1缺乏日常維護

電網設備就好比日常生活中常用到的家用電器，一樣需要使用者定期地進行維護或者保養。尤其是對于長距離電網線路這種高頻率使用的線路而言，日常的維護以及保養就更顯得有必要了。很多的操作人員往往忽略了這一重要步驟，使得電網送電的工作效率以及質量得不到有效的保障，給工業生產帶來了影響，甚至是經濟上的損失。

1.2工作環境不穩定

電網設備用于工業生產部門中，可以切實保證工業產品的生產質量，有效提高企業的生產效益。然而，值得注意的是，長距離線路輸電過程中，對于其工作環境也是有著一定要求。例如外界的溫度、濕度，所含的雜質，甚至是噪音都成為導致電網長距離輸電電流過大的因素。部分工作人員沒能認識到規范設備的工作環境的必要性，而導致電網長距離線路長期處于非正常工作環境，極容易造成安全事故，以及人員的傷亡等。

1.3變電站運行故障

變電站變電運行故障主要是包括PT保險熔斷故障、諧振故障及線路斷線故障等。這些故障都是比較常見的，我們必須找出排除故障的方法，只有這樣才能在故障發生時，找到合理的解決方法。通常情況下，在不直接和經消弧線圈小電流接地系統中，如果發生上述幾種故障，中央信號將會發出“10kV系統接地”光字牌或者是發出報文。產生這種現象主要是因為小電流的接地系統母線的PT輔助線圈開口三角處連接著電壓繼電器，我們可以通過這個現象，來判斷故障的發生。

2長距離供電大電流監控系統設計的具體措施

2.1實時監控主變低壓側向開關跳閘

對于主變低壓側向開關跳閘的排除方法來說，如果變電運行中因主變低壓側向而造成過流保護動作時，就需要對電網設備進行仔細的檢查，然后再對現象進行判斷。我們在進行檢查時，不僅僅要檢查主變保護，同時也要也要檢查線路保護。最后利用對輸入端設備的檢驗工作，對過流保護的故障進行處理。因此為了更好地開展故障維修這一系統工作，應該建立一個有效的信息處理平臺，作為計算機中心，實行對電網設備維修控制以及管理的有效場所。此外，還應該完善相應的環節，例如信息的傳遞中心、機電設備的診斷及檢查中心等，通過完善每個信息步驟進行有效的執行。現在是一個信息化時代，電網設備常常和計算機技術結合使用，大大方便了工業生產，提高了對于長距離供電的效率。然而，在電網設備的具體應用中，常會出現種種不良狀況以致于影響了其正常作業，給企業生產帶來了不同程度的損失。所以我們必須要找出合理的解決方法，來進一步促進電網的合理發展。

2.2建立主變三側開關跳閘應急處理方案

主變三側開關跳閘的處理方法為:應利用檢驗保護掉牌及輸入端設備來進行判定。假如出現瓦斯保護的情況，則可判定其故障為變壓器內部或二次回路的故障，可以通過對壓力釋放閥門及呼吸器進行檢查、查找二次回路的接地情況、變壓器自身的形變情況，并進行處理。我們知道，機電設備用于工業生產部門中，可以切實保證工業產品的生產質量，有效提高企業的生產效益。如果出現差動保護的現象，應對輸入端設備的主變壓三側差動區進行檢查。例如外界的溫度、濕度，所含的雜質，甚至是噪音都成為影響電網設備正常工作的因素。由于差動保護對主變線圈的相間及短路情況進行反應，所以，當發現這種狀況時，應先認真對主變進行檢查，包含其油色、油位、繼電器等。如果繼電器內有氣體，則要對氣體進行提取，由氣體的顏色及可燃性能對其故障性質進行判定。然而，值得注意的是，機電設備在作業過程中，對于其工作環境也是有著一定的要求。

2.3積極引入交流小型電網來分擔電網壓力

交流小型電網是指系統中含有交流母線，通過母線將小型電網系統中的能源存儲設備、DG以及電網負載等裝置通過電子轉換進行傳遞，最終將信號傳遞給電網中樞控制系統，通過對公共聯結點處開關的控制，實現交流電網孤單運行模式以及并網模式的來回切換。因此，交流小型電網可以實現對不同電壓的交流電與直流電的切換以及對交流負載提供電能補充，DG以及電網負載的電能流失可以通過電能補償器來進行補償。交流小型電網能夠對現有的電器進行直接負載，不需要附加電流轉換器就可以實現電器的正常使用。同時，由于交流小型電網自帶過流保護器，能夠在漏電偵測、過流保護及觸電防護等放方面很容易實現監控。此外，交流小型電網能夠實現孤島運行模式和并網運行模式的自由切換，且與外部電網的銜接程度較好，不需要附加轉換器就可以直接并入外部的電網系統。小型交流電網組建與安全運行能夠將現有的各種分布式發電系統進行供電系統的合理改造以及優化，實現各類資源的合理配給，實現提高電網的運營能力以及負荷能力。

3結語

第3篇

監控系統的硬件是系統運行的保障。在本設計中，底層數據采集層采用了各種溫度、濕度及電壓電流傳感器來采集數據，為了將所采集的數據及時地傳送至現場數據匯總節點，采用了基于ZigBee技術的無線傳感網技術。傳統監控系統的底層數據傳輸大多采用類似于CAN的總線結構，這種方式可靠性強且速度快，但是不太適用于經常有所變化的場合。而無線傳感網可以很好地解決這一問題。圖2所示是每一個監控節點的結構，主要由傳感器單元、處理器單元、無線通信單元來組成，每個電源模塊的數據采集后，首先在這里進行簡單的處理，然后傳至匯節點。在每一個數據采集現場，都會設置一個數據處理中心，這個數據處理中心由嵌入式系統來擔任。本設計選擇了Atmel公司的AT91SAM9G45處理器，該處理器頻率可達400MHz，結合了通常需要用到的用戶界面功能與高速數據傳輸接口，包括一個7寸LCD顯示屏和一個觸摸屏、攝像頭接口、音頻、10/100M以太網以及高速USB以及SDIO，擁有極高的性能以及網絡帶寬，足以滿足系統的應用。操作系統選用嵌入式Linux。該處理器接受來自于底層數據采集模塊的數據，對數據進行相應的處理并上傳至控制中心，而同時接受來自于控制中心的命令，對現場電源模塊的運行進行控制。系統通過CGI(commongatewayinterface)接口完成WEB客戶端與WEB服務器的連接，從而使操作人員可以從任何一個瀏覽器上實現系統數據的查詢與控制命令的下達。CGI接口原理圖如圖3所示，Web服務器把接收到的有關信息放入環境變量，然后再去啟動所指定的CGI腳本以完成特定的工作，CGI腳本從環境變量中獲取相關信息來運行，最后以HTML格式輸出相應的執行結果返回給瀏覽器端。由于用戶能傳遞不同的參數給CGI腳本，所以CGI技術使瀏覽器和服務器之間具有良好的交互性[2]。

2監控系統軟件系統設計

監控系統的軟件部分采用模塊化開發方式。整個系統共分為初始化、數據采集管理、控制與維護、人機界面、通信、系統維護等六個模塊。在這六個模塊中，數據采集管理模塊及控制維護模塊是整個監控系統的核心模塊。數據采集模塊可以分為模擬量采集與處理模塊、數字量采集與處理模塊、報警處理模塊三個部分，分別負責系統模擬量和數字量的采集、匯總、處理、存儲、轉發等工作，同時在分析數據的基礎上對系統的運行狀態進行分析和判斷，如果系統運行狀態存在發生故障的可能性，就相應發出報警信號。系統的控制和維護模塊的主要功能是接收來自于數據采集模塊的數據及初判結果，并根據結果進行電源運行狀態的管理，其中包括對系統的自檢、故障自診斷、程序復位、系統安全等方面的功能。除此之處，還要完成對其他模塊的調度。

3總結