基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)

姜永建

（上海高誠智能科技有限公司，上海201101）

隨著我國社會的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平得到了極大提高，機(jī)電設(shè)備在不斷改變著人們的生活方式和工作方式，機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍布社會發(fā)展的各個(gè)行業(yè)，為人們的生活和社會的進(jìn)步發(fā)揮著重要推動作用。因此，機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)營也與人們的生活和生產(chǎn)有了更加緊密聯(lián)系，一旦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障得不到及時(shí)處理，就會給人們的生活帶來極大不便，對生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。機(jī)電設(shè)備可以說已經(jīng)遍布了人們生活、工作、娛樂等各個(gè)領(lǐng)域，對其進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新研究可以更好地提升機(jī)電行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控技術(shù)研究以及故障診斷技術(shù)的提升，對于機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行有著極為重要的現(xiàn)實(shí)作用，因此通過不斷分析研究，提高機(jī)電設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性是現(xiàn)代社會的迫切需求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是隨著科技進(jìn)步而產(chǎn)生的先進(jìn)技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)作用應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備之中，可以更好地提升機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與機(jī)電設(shè)備實(shí)施監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的有效結(jié)合，對于提高機(jī)電設(shè)備監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的工作水平有極大促進(jìn)作用，可以提升機(jī)電設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 物聯(lián)網(wǎng)概念及相關(guān)技術(shù)分析

隨著現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷提升，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在社會各行各業(yè)的應(yīng)用范圍越來越廣。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使得每個(gè)物品具有了自身獨(dú)有的編碼，實(shí)現(xiàn)了人和物、物與物之間的信息交換和信息共享，為人們的現(xiàn)代智能化生活起到了推動作用。物聯(lián)網(wǎng)是隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展在近年來產(chǎn)生的新型技術(shù)，是組成信息技術(shù)的重要部分。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)按其技術(shù)特點(diǎn)可以分為三層：感知層、信息網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。感知層是該技術(shù)的基礎(chǔ)，主要由無線通信技術(shù)即RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、二維碼等構(gòu)成，主要是完成相關(guān)信息的全面感知作用。信息網(wǎng)絡(luò)層則是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用平臺以及技術(shù)支撐，其通過以太網(wǎng)、無線通信網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行相關(guān)信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性傳送。應(yīng)用層的目的是通過應(yīng)用系統(tǒng)等信息交互平臺，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的智能化監(jiān)測及管控，以此來完成人和物、物和物相互間的智能化溝通。

物聯(lián)網(wǎng)所采用的關(guān)鍵性技術(shù)主要包括RFID、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)技術(shù)、承載網(wǎng)技術(shù)。RFID即射頻識別技術(shù)，是自動識別技術(shù)的一種，其讀卡器在通電之后可以將射頻信號進(jìn)行調(diào)制然后轉(zhuǎn)變成無線電頻率形式的電磁場。在標(biāo)簽內(nèi)部設(shè)有接收該電磁場的相關(guān)電路，可以從該電磁場獲取能量進(jìn)而轉(zhuǎn)變成電能，驅(qū)動標(biāo)簽則會將其所含的信息通過內(nèi)部設(shè)置的天線進(jìn)行信息發(fā)送，閱讀器在接收到標(biāo)簽卡所發(fā)出的載波信號之后，將對其進(jìn)行解碼然后再將解碼后的信息發(fā)送至系統(tǒng)服務(wù)器，由系統(tǒng)服務(wù)器再進(jìn)行處理。傳感器技術(shù)是使物聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)實(shí)世界發(fā)生接觸的直接關(guān)鍵性技術(shù)，該技術(shù)是使現(xiàn)實(shí)世界的相關(guān)信息轉(zhuǎn)換成電信號，再將電信號進(jìn)行傳輸、記錄、處理、顯示以及控制等一系列的操作。該技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的基礎(chǔ)性技術(shù)，該技術(shù)自身的發(fā)展對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動作用。智能化的傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸，并將這些過程結(jié)合成一個(gè)微型化整體，屬于嵌入式系統(tǒng)，支撐著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的感知技術(shù)。承載網(wǎng)技術(shù)，是一種通信技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中起到核心承載網(wǎng)絡(luò)的作用。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)方面的應(yīng)用，可以更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)化，有效提高機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障診斷水平。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，必須要將設(shè)計(jì)與實(shí)際機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用需求進(jìn)行緊密結(jié)合，以確保兩者結(jié)合的適用性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求還要結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)際采集情況，以更好地為相關(guān)工作人員對現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)設(shè)備信號進(jìn)行信息讀取和分析，為設(shè)備故障的判斷和處理提供便利。在處理完故障缺陷之后還需要將數(shù)據(jù)結(jié)果在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行保存，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行及時(shí)有效地系統(tǒng)調(diào)整。具體設(shè)計(jì)要求有以下三方面注意事項(xiàng)：

2.1 開放性以及跨平臺使用

基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要從其開放性以及跨平臺使用方面的要求進(jìn)行實(shí)施，對于各端口設(shè)計(jì)必須符合現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的國際實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，其系統(tǒng)具有更好的兼容特性，在各零部件的選擇方面也要進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)方面的選擇和使用，以確保機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)所需的跨平臺使用要求。

2.2 穩(wěn)定性以及創(chuàng)新性提升

基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還需要注重系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面的有關(guān)設(shè)計(jì)使其實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)，以確保日后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。在體系構(gòu)架方面采用更加先進(jìn)的技術(shù)，應(yīng)用成熟的科技手段，確保設(shè)計(jì)各部的連接以及兼容，同時(shí)還要使系統(tǒng)具備創(chuàng)新特性，為系統(tǒng)升級做好鋪墊。

2.3 牢固的安全性

基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)從其安全性方面進(jìn)行考慮，系統(tǒng)應(yīng)用需具備較強(qiáng)的安全特性，對不同層級用戶需要進(jìn)行身份認(rèn)證以及權(quán)限設(shè)定，通過多層加密方式進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的安全保護(hù)。同時(shí)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還要充分考慮到用戶使用的簡捷，通過更加簡單易懂的界面設(shè)計(jì)提升操作的穩(wěn)定可靠性，促進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)用穩(wěn)定性方面的提高。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)研究

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中所使用到的相關(guān)技術(shù)種類較多，如按類型來進(jìn)行分類，僅傳感技術(shù)就包含了條形碼技術(shù)以及各種智能傳感器的相關(guān)技術(shù)等。在遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)方面還要分為地理位置類型的信息技術(shù)、全球范圍內(nèi)的定位技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)傳輸方面的技術(shù)，涉及到的有多跳網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)、通用分組式的無線服務(wù)相關(guān)技術(shù)。數(shù)據(jù)處理方面的技術(shù)又包含了信息融合類技術(shù)、云計(jì)算等。鑒于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所需的技術(shù)種類繁多，在進(jìn)行基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方面就必須要考慮到其開放性、多平臺間的融合性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、創(chuàng)新發(fā)展性以及安全性等要求?；谖锫?lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方面的研究，既要考慮系統(tǒng)總體性能還要進(jìn)行相應(yīng)的環(huán)節(jié)細(xì)化，主要設(shè)計(jì)研究從以下幾方面進(jìn)行：

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體思路

基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)以機(jī)電設(shè)備相關(guān)電氣參數(shù)的監(jiān)測以及故障診斷為設(shè)計(jì)中心和管理核心。機(jī)電設(shè)備相關(guān)電氣參數(shù)的監(jiān)測以及故障診斷是通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對相關(guān)電氣設(shè)備的參數(shù)實(shí)施監(jiān)測以及相應(yīng)控制，由相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模塊、時(shí)鐘模塊、微處理器、無線信息傳輸模塊等共同組成。而管理核心則是通過接收相關(guān)的機(jī)電存儲設(shè)備傳送過來的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，并通過信息無線傳輸模塊等進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理。

3.2 系統(tǒng)環(huán)節(jié)細(xì)化設(shè)計(jì)

（1）機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面要求相關(guān)硬件具有與網(wǎng)絡(luò)通用的特性，即配備有關(guān)網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，使用信息數(shù)據(jù)服務(wù)器，來進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測終端的驗(yàn)證，并實(shí)現(xiàn)保存相關(guān)機(jī)電設(shè)備參數(shù)的功能。遠(yuǎn)程終端的監(jiān)測用戶在工作過程中，可以通過其終端相關(guān)設(shè)備的瀏覽功能進(jìn)行監(jiān)測中心數(shù)據(jù)網(wǎng)站的登陸，通過相應(yīng)的身份驗(yàn)證之后則可進(jìn)入到相應(yīng)的設(shè)備管理或者操作界面，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的查看和下載。遠(yuǎn)程監(jiān)測相關(guān)設(shè)備績效配套設(shè)計(jì)的模塊較多，主要包括：數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信模塊、現(xiàn)場監(jiān)測模塊以及軟件等等，在運(yùn)行系統(tǒng)方面也要盡量選擇匹配性較高的軟件系統(tǒng)，以確保現(xiàn)場相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性。

（2）電氣各參數(shù)以及電氣回路設(shè)計(jì)。機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中最重要的是，電氣有關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)以及相應(yīng)信息數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)。作為該環(huán)節(jié)的核心設(shè)計(jì)，需要選用ADE7878芯片作為電能芯片，因其具有可以適用于三相三線以及三相四線制電路，可以更加精準(zhǔn)地進(jìn)行各相以及合相的有功功率、視在功率等相應(yīng)能量的測算。MCU電氣回路的設(shè)計(jì)也具有一定的重要性，該電氣回路需要具有結(jié)構(gòu)兼容特性，具有較高的指令讀寫速度，以滿足高效的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的需求。

（3）實(shí)時(shí)時(shí)鐘相關(guān)回路設(shè)計(jì)?；谖锫?lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，實(shí)時(shí)時(shí)鐘相關(guān)回路的設(shè)計(jì)也是其重要組成部分，該部分電氣回路的設(shè)計(jì)過程中需要選用ISL1208型芯片，該類型芯片具有較低的功率消耗特點(diǎn)，其具有時(shí)鐘、日歷、周期特性，還具有電源失效的相關(guān)指示器，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘所必須具有的跟蹤時(shí)間記錄功能，存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)時(shí)可以在其日歷寄存器中進(jìn)行相應(yīng)年月日以及星期的記錄和保存。

（4）無線信息數(shù)據(jù)傳輸回路設(shè)計(jì)?；谖锫?lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對于無線信息數(shù)據(jù)傳輸回路的設(shè)計(jì)同樣是其重要內(nèi)容之一，無線信息數(shù)據(jù)傳輸電氣回路主要通過ZigBee模塊SZ05實(shí)現(xiàn)。該模塊的主要應(yīng)用優(yōu)勢在于其是嵌入式無線信息傳輸通信模塊，集成該模塊射頻收發(fā)器與微處理器等符合ZigBee相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)具有較遠(yuǎn)的通信距離、靈活的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和可靠性能等各方面的優(yōu)勢。無線信息數(shù)據(jù)傳輸回路可以實(shí)現(xiàn)信息的一點(diǎn)對多點(diǎn)或點(diǎn)對點(diǎn)間的信息傳輸，還可實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間的信息數(shù)據(jù)透明傳輸目標(biāo)，同時(shí)可以與實(shí)際情況相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的星型以及樹型結(jié)構(gòu)。

（5）系統(tǒng)軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)?；谖锫?lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對于系統(tǒng)軟件在其應(yīng)用層面以及優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的設(shè)計(jì)研究具有一定的現(xiàn)實(shí)性意義。機(jī)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測與診斷需要通過相應(yīng)的應(yīng)用界面來進(jìn)行信息傳輸和表現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動作控制。因此，應(yīng)實(shí)現(xiàn)界面簡潔、清楚、明了，使操作人員可以盡快獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)表述的含義進(jìn)行下一步操作或者是故障信息的判斷。機(jī)電設(shè)備相關(guān)電氣參數(shù)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集也要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，通過與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的比照，對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的判斷，從而對超出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)范圍的情況及時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，并記錄相應(yīng)的時(shí)間和日期等信息，最后形成信息報(bào)告在應(yīng)用系統(tǒng)界面進(jìn)行信息發(fā)布，進(jìn)而傳輸至管理中心，接受中心再進(jìn)行相應(yīng)的操控管理或者信息傳遞。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生的新型技術(shù)手段，其具有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)特點(diǎn)，得到社會各界的不斷關(guān)注和重視，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。在這樣的時(shí)代背景下，本文進(jìn)行了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)相結(jié)合運(yùn)用方面的分析和研究。通過分析物聯(lián)網(wǎng)概念及相關(guān)技術(shù)分析，可以看到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)性，對于該技術(shù)在機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用有了初步認(rèn)識和前景展望。通過對基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求方面的分析，可見系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需滿足開放性、跨平臺使用穩(wěn)定性、創(chuàng)新性提升以及系統(tǒng)牢固的安全性。通過具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的研究，可以看到在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用下機(jī)電設(shè)備在實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自身系統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)以及帶來的先進(jìn)成果。