监控系统设计论文范文

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第1篇

系统由分布在育苗架中的多个传感器节点、数据采集单元、设备控制单元和存放在嵌入式ARM设备中的监控软件4部分组成，如图1所示。育苗架由钢制材料构成，共有4层。每一层上面都布有4个温度传感器和加热、加湿装置，苗架内布有1个湿度传感器。苗架工作时处于完全密封状态，苗体生长所需的温湿度环境均由外部智能控制。数据采集单元负责向传感器节点发送指令，进行温湿度数据采集，并通过处理、打包过程，将数据通过RS－485总线接口发送到嵌入式设备上的智能监控软件中，数据传输所使用的协议为Modbus［3］。智能监控软件收到采集单元发来的数据之后，进行解包、分析、处理等过程，然后显示到用户界面上，同时软件具有记录历史数据的功能。用户在监控软件上可以设定期望达到的温度、湿度值，软件会发送包含这些期望值的指令给数据采集单元。数据采集单元收到这些指令之后，会判断当前是否符合条件。当条件符合后，数据处理单元会自动调用设备控制单元对育苗架进行相应的加热、加湿操作［4］。

2系统硬件设计

2．1嵌入式平台

嵌入式平台CPU型号为博通公司的BCM2835，采用ARM11微架构，主频为700MHz，同时平台配有512MBDDRRAM和8GBNandFlash，提供高效、稳定的运行和存储环境。平台配有HDMI高清视频接口，用来外接显示器，可以直观地显示系统操作界面。配有RJ－45网络接口和多个USB接口，用来连接网络、键盘鼠标和USB转RS－285数据线。平台搭载开源的嵌入式Linux操作系统，该操作系统稳定性好并且具有丰富的扩展功能，适合作为嵌入式监控平台［5］。

2．2传感器节点和设备控制单元

温度传感器采用Pt100。Pt100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号(4～20mA)的仪表，其本质是铂热电阻，阻值会随着温度的变化而改变，主要用于温度参数的测量和控制，测量量程为－200℃～+200℃，精度为0．1℃。湿度传感器采用NWSF－1AT，它是一种集传感、变送为一体的湿度传感器，适于室内环境的湿度测量。其测量量程为0～100%RH，精度为±5%RH，响应时间小于15s，是一种两线制的标准化输出信号(4～20mA)传感器。设备控制单元采用继电器控制。加热装置分布在育苗架的每一层，且可以独立工作，加热装置的核心是碳纤维加热毯，它使用碳纤维作为加热介质。碳纤维(carbonfiber，简称CF)，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的导热性能好，热膨胀系数小且具有各向异性。因此，碳纤维加热毯的功耗低、加热速度快，适合在农业上使用。加湿装置分布在育苗架的每一层，核心是双向高压喷头，可以均匀覆盖待加湿区域。本单元既可以接收由数据采集单元发来的指令，打开或者关闭加热、加湿装置;也可以设定一个阈值，自动地打开或者关闭加热、加湿装置。

3系统软件设计

系统软件设计由通信协议和上位机程序两部分组成。其中，通信协议采用Modbus、上位机程序使用Qt开发。

3．1通信协议

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一种控制器请求访问其它设备的过程，制定了消息域格局和内容的公共格式。Modbus协议规定，在进行通信时，每个控制器需要设定唯一的设备地址，交换消息时根据设备地址进行响应，确保一条指令对应的设备是唯一的。Modbus协议查询指令数据示例如表1所示。其中，数据均为16进制，CRC错误校验位高位在前、低位在后。

3．2上位机程序

本系统上位机程序采用Qt开发，它是一款开源的界面设计库，使用C++类编写。其最大特点是跨平台，支持市面上所有主流平台，如Windows、桌面Linux、嵌入式Linux、MacOS、Android等。用户只需要编写一次代码，就可以在不同平台上进行编译、运行，可移植性较好。在正式编写Qt代码之前，需要在目标平台上搭建相应的开发环境，即本系统需要搭建适用于嵌入式Linux的Qt开发环境，Qt版本为4．8．5。首先将Qt源代码解压，在其根目录下执行．/configure命令，对源码进行配置;然后执行make和makeinstall命令编译源码，并安装编译好的库文件到lib文件夹下;最后将这些库文件拷贝到嵌入式平台根目录下的lib文件夹中，并为其增加export变量路径: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环境搭建完毕。嵌入式平台用户界面如图2所示。上位机程序由查询指令发送模块、查询指令接受模块、控制指令发送模块、历史记录生成模块和通信控制模块组成。对各模块进行独立开发，最后在主界面中采用多线程机制进行结合，将各模块分别放置在单独线程中执行，既确保了各模块的独立性，又提高了程序的安全性和总体的运行效率。系统总体的软件流程如图3所示。系统启动后，会首先初始化硬件(内部寄存器、串口等)和传感器节点［6］。采集单元通过RS－485串行通信口与嵌入式设备进行通信。本系统可以选择手动查询模式或自动查询模式。安装在ARM设备上的上位机程序能够给数据采集单元发送查询或控制指令。当发送查询指令之后，采集单元会根据指令中包含的设备地址信息，匹配相应的传感器节点，并采集数据;将采集到的数据进行压缩、打包，然后传回上位机程序;上位机程序接收到数据之后，进行分析、解包、处理，最终显示到用户界面上，同时自动存储历史数据。当上位机发送控制指令之后，采集单元会把待设定的参数传递给控制单元，使其可以根据需求对加热、加湿装置进行控制［7］。

4实验及结果

为了验证系统的性能，将育苗架放置在室内环境中，分多个时间点记录育苗架周边环境的温度、湿度数据。给育苗架分别设定一个温度目标值和湿度目标值，每10min记录一次育苗架内的温湿度情况。为保证精度，周边环境的温湿度数据由小型气象站采集。育苗架内部的传感器放置如下:每层分成4个区域，每个区域的中心放置1个温度传感器，传感器距离每层顶部距离为20cm，用来采集温度数据;在育苗架内同时放置1个湿度传感器，用来采集湿度数据。育苗架内部的加热、加湿装置放置如下:加热装置铺在每层底部，使该层各部分可以均匀受热，且加热装置下再铺一层隔热层，避免每层热量相互串扰;加湿装置安装在每层的顶部，距离顶部5cm，采用360°双向设计，保证可以对该层各部分进行加湿。数据采集单元放置在苗架的外面，并且对苗架内的连线进行密封处理［8］。

4．1温度控制实验

将苗架温度目标值设定为25℃，湿度不设定，连续采集6h并记录数据，作出变化曲线图。图4为育苗架内温度曲线图，图中虚线为苗架外环境温度变化曲线。

4．2湿度控制实验

将苗架湿度目标值设定为40%Rh，温度不设定，连续采集6h并记录数据，做出变化曲线图。图5为湿度曲线图，图中虚线为苗架外湿度变化曲线。由两次实验可知，在系统刚开始工作的时候，不论苗架内外的温度还是湿度情况基本一致，各点的温度情况处于混沌状态，苗架内的温度和湿度都不等于设定值。随着时间的推移，苗架内各点的温度均趋向于设定值(25℃)，湿度能维持在设定值(40%Rh)左右，且可以稳定保持。

5结论

第2篇

1.1缺乏日常维护

电网设备就好比日常生活中常用到的家用电器，一样需要使用者定期地进行维护或者保养。尤其是对于长距离电网线路这种高频率使用的线路而言，日常的维护以及保养就更显得有必要了。很多的操作人员往往忽略了这一重要步骤，使得电网送电的工作效率以及质量得不到有效的保障，给工业生产带来了影响，甚至是经济上的损失。

1.2工作环境不稳定

电网设备用于工业生产部门中，可以切实保证工业产品的生产质量，有效提高企业的生产效益。然而，值得注意的是，长距离线路输电过程中，对于其工作环境也是有着一定要求。例如外界的温度、湿度，所含的杂质，甚至是噪音都成为导致电网长距离输电电流过大的因素。部分工作人员没能认识到规范设备的工作环境的必要性，而导致电网长距离线路长期处于非正常工作环境，极容易造成安全事故，以及人员的伤亡等。

1.3变电站运行故障

变电站变电运行故障主要是包括PT保险熔断故障、谐振故障及线路断线故障等。这些故障都是比较常见的，我们必须找出排除故障的方法，只有这样才能在故障发生时，找到合理的解决方法。通常情况下，在不直接和经消弧线圈小电流接地系统中，如果发生上述几种故障，中央信号将会发出“10kV系统接地”光字牌或者是发出报文。产生这种现象主要是因为小电流的接地系统母线的PT辅助线圈开口三角处连接着电压继电器，我们可以通过这个现象，来判断故障的发生。

2长距离供电大电流监控系统设计的具体措施

2.1实时监控主变低压侧向开关跳闸

对于主变低压侧向开关跳闸的排除方法来说，如果变电运行中因主变低压侧向而造成过流保护动作时，就需要对电网设备进行仔细的检查，然后再对现象进行判断。我们在进行检查时，不仅仅要检查主变保护，同时也要也要检查线路保护。最后利用对输入端设备的检验工作，对过流保护的故障进行处理。因此为了更好地开展故障维修这一系统工作，应该建立一个有效的信息处理平台，作为计算机中心，实行对电网设备维修控制以及管理的有效场所。此外，还应该完善相应的环节，例如信息的传递中心、机电设备的诊断及检查中心等，通过完善每个信息步骤进行有效的执行。现在是一个信息化时代，电网设备常常和计算机技术结合使用，大大方便了工业生产，提高了对于长距离供电的效率。然而，在电网设备的具体应用中，常会出现种种不良状况以致于影响了其正常作业，给企业生产带来了不同程度的损失。所以我们必须要找出合理的解决方法，来进一步促进电网的合理发展。

2.2建立主变三侧开关跳闸应急处理方案

主变三侧开关跳闸的处理方法为:应利用检验保护掉牌及输入端设备来进行判定。假如出现瓦斯保护的情况，则可判定其故障为变压器内部或二次回路的故障，可以通过对压力释放阀门及呼吸器进行检查、查找二次回路的接地情况、变压器自身的形变情况，并进行处理。我们知道，机电设备用于工业生产部门中，可以切实保证工业产品的生产质量，有效提高企业的生产效益。如果出现差动保护的现象，应对输入端设备的主变压三侧差动区进行检查。例如外界的温度、湿度，所含的杂质，甚至是噪音都成为影响电网设备正常工作的因素。由于差动保护对主变线圈的相间及短路情况进行反应，所以，当发现这种状况时，应先认真对主变进行检查，包含其油色、油位、继电器等。如果继电器内有气体，则要对气体进行提取，由气体的颜色及可燃性能对其故障性质进行判定。然而，值得注意的是，机电设备在作业过程中，对于其工作环境也是有着一定的要求。

2.3积极引入交流小型电网来分担电网压力

交流小型电网是指系统中含有交流母线，通过母线将小型电网系统中的能源存储设备、DG以及电网负载等装置通过电子转换进行传递，最终将信号传递给电网中枢控制系统，通过对公共联结点处开关的控制，实现交流电网孤单运行模式以及并网模式的来回切换。因此，交流小型电网可以实现对不同电压的交流电与直流电的切换以及对交流负载提供电能补充，DG以及电网负载的电能流失可以通过电能补偿器来进行补偿。交流小型电网能够对现有的电器进行直接负载，不需要附加电流转换器就可以实现电器的正常使用。同时，由于交流小型电网自带过流保护器，能够在漏电侦测、过流保护及触电防护等放方面很容易实现监控。此外，交流小型电网能够实现孤岛运行模式和并网运行模式的自由切换，且与外部电网的衔接程度较好，不需要附加转换器就可以直接并入外部的电网系统。小型交流电网组建与安全运行能够将现有的各种分布式发电系统进行供电系统的合理改造以及优化，实现各类资源的合理配给，实现提高电网的运营能力以及负荷能力。

3结语

第3篇

监控系统的硬件是系统运行的保障。在本设计中，底层数据采集层采用了各种温度、湿度及电压电流传感器来采集数据，为了将所采集的数据及时地传送至现场数据汇总节点，采用了基于ZigBee技术的无线传感网技术。传统监控系统的底层数据传输大多采用类似于CAN的总线结构，这种方式可靠性强且速度快，但是不太适用于经常有所变化的场合。而无线传感网可以很好地解决这一问题。图2所示是每一个监控节点的结构，主要由传感器单元、处理器单元、无线通信单元来组成，每个电源模块的数据采集后，首先在这里进行简单的处理，然后传至汇节点。在每一个数据采集现场，都会设置一个数据处理中心，这个数据处理中心由嵌入式系统来担任。本设计选择了Atmel公司的AT91SAM9G45处理器，该处理器频率可达400MHz，结合了通常需要用到的用户界面功能与高速数据传输接口，包括一个7寸LCD显示屏和一个触摸屏、摄像头接口、音频、10/100M以太网以及高速USB以及SDIO，拥有极高的性能以及网络带宽，足以满足系统的应用。操作系统选用嵌入式Linux。该处理器接受来自于底层数据采集模块的数据，对数据进行相应的处理并上传至控制中心，而同时接受来自于控制中心的命令，对现场电源模块的运行进行控制。系统通过CGI(commongatewayinterface)接口完成WEB客户端与WEB服务器的连接，从而使操作人员可以从任何一个浏览器上实现系统数据的查询与控制命令的下达。CGI接口原理图如图3所示，Web服务器把接收到的有关信息放入环境变量，然后再去启动所指定的CGI脚本以完成特定的工作，CGI脚本从环境变量中获取相关信息来运行，最后以HTML格式输出相应的执行结果返回给浏览器端。由于用户能传递不同的参数给CGI脚本，所以CGI技术使浏览器和服务器之间具有良好的交互性[2]。

2监控系统软件系统设计

监控系统的软件部分采用模块化开发方式。整个系统共分为初始化、数据采集管理、控制与维护、人机界面、通信、系统维护等六个模块。在这六个模块中，数据采集管理模块及控制维护模块是整个监控系统的核心模块。数据采集模块可以分为模拟量采集与处理模块、数字量采集与处理模块、报警处理模块三个部分，分别负责系统模拟量和数字量的采集、汇总、处理、存储、转发等工作，同时在分析数据的基础上对系统的运行状态进行分析和判断，如果系统运行状态存在发生故障的可能性，就相应发出报警信号。系统的控制和维护模块的主要功能是接收来自于数据采集模块的数据及初判结果，并根据结果进行电源运行状态的管理，其中包括对系统的自检、故障自诊断、程序复位、系统安全等方面的功能。除此之处，还要完成对其他模块的调度。

3总结