遠(yuǎn)程監(jiān)控終端是遠(yuǎn)端設(shè)備采集運(yùn)行參數(shù)的關(guān)鍵器件，直接與設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。隨著遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的成熟和設(shè)備信息化、智能化的發(fā)展要求，開發(fā)適用于工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端來對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、定位與傳感具有重要意義�；�于礦山和工程機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端應(yīng)支持多種通信接口、兼容設(shè)備各類控制器協(xié)議，終端可智能切換工作模式，支持遠(yuǎn)程固件升級(jí)、數(shù)據(jù)保存等各種功能，具有較好防拆性，可靠性高，功耗低。終端還可與對(duì)應(yīng)信息系統(tǒng)結(jié)合后實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控和分析，進(jìn)一步支撐設(shè)備的產(chǎn)、儲(chǔ)、銷和售后服務(wù)管理。

隨著智能和信息化的發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)視技術(shù)越來越成熟，在醫(yī)療、城市服務(wù)等眾多行業(yè)體系中得到廣泛應(yīng)用，但在工業(yè)領(lǐng)域仍處于發(fā)展的過程1。為了遠(yuǎn)程收集和監(jiān)控工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)，我們依靠礦山和工程機(jī)械設(shè)備，開發(fā)設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，為兩個(gè)專業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了礦山、工程機(jī)械設(shè)備的定位、傳感和通信。該終端不僅可以采集壓力、溫度、速度、負(fù)荷、警報(bào)信息、電參數(shù)、GPS位置等設(shè)備的重要數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程診斷和運(yùn)輸?shù)V山和工程機(jī)械設(shè)備，考慮到這兩個(gè)專業(yè)設(shè)備的地區(qū)分布廣泛、安全性要求高等特點(diǎn)，可以進(jìn)一步推進(jìn)起重機(jī)、軋鋼等其他行業(yè)，為工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視提供可靠的服務(wù)。

1遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)計(jì)，首先要考慮的是根據(jù)終端解決的采集、監(jiān)控、診斷、服務(wù)等問題，規(guī)劃設(shè)計(jì)其主要硬件、工作模式、數(shù)據(jù)協(xié)議和軟件功能。因此，我們不僅要根據(jù)工程機(jī)械和礦山專業(yè)的需求特點(diǎn)設(shè)計(jì)終端的主要硬件結(jié)構(gòu)模塊，還要設(shè)計(jì)終端的工作模式，以適應(yīng)終端的各種使用狀態(tài)，在上述硬件和工作模式的基礎(chǔ)上，為礦山和工程機(jī)械專業(yè)分別規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，最后通過精煉高效的軟件代碼，實(shí)現(xiàn)硬件的工作模式驅(qū)動(dòng)和基于數(shù)據(jù)通信協(xié)議的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。

１．１硬件結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)

通過對(duì)礦山和工程機(jī)械專業(yè)的需求分析，確定了終端的基本功能結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了包含電源模塊、通信模塊、定位模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、主ＣＰＵ模塊、ＣＡＮ通信模塊、調(diào)試模塊、充電模塊和輔助ＣＰＵ模塊等九個(gè)硬件模塊。電源模塊用于終端進(jìn)行過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)和ＰＩＣ及ＡＲＭ的斷電保護(hù)，為終端的供電安全提供支持。通信接口模塊通過標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議RS232和RS585等傳輸和接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)終端和設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。定位模塊用于設(shè)備定位，及時(shí)收集和反饋設(shè)備位置數(shù)據(jù)，為機(jī)械設(shè)備的管理和使用提供位置支持。信號(hào)檢測(cè)模塊用于收集少量外部開關(guān)量和模擬量的數(shù)據(jù)。

主CPU模塊提供終端所需的數(shù)據(jù)讀寫、定位、SD卡、總線傳輸?shù)雀鞣N服務(wù)的控制功能，其內(nèi)部寫入工作模式程序、數(shù)據(jù)收集程序、通信程序等程序代碼功能，實(shí)現(xiàn)終端的數(shù)據(jù)收集CAN通信模塊用于有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。調(diào)試接口模塊用于對(duì)終端進(jìn)行故障診斷和遠(yuǎn)程調(diào)試升級(jí)，也可在近端連接調(diào)試模塊對(duì)終端進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。充電模塊用于車載電源停電后維持終端休眠所需的電量，主要用于終端休眠工作模式。輔助CPU模塊等功能模塊用于主CPU休眠后監(jiān)控主機(jī)，保證終端的基本時(shí)鐘功能、專用ID、核心數(shù)據(jù)等信息不受影響。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的硬件結(jié)構(gòu)模塊如圖1所示。

1.2工作模式設(shè)計(jì)

確定終端硬件構(gòu)成后，必須合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)終端工作模式。無論是礦山設(shè)備還是工程機(jī)械設(shè)備，都會(huì)出現(xiàn)正常運(yùn)行、檢修、停機(jī)等多種狀態(tài)，所以我們規(guī)劃設(shè)計(jì)了基準(zhǔn)工作模式和休眠工作模式用于終端工作過程。在正常運(yùn)行過程中，設(shè)備正常運(yùn)行，需要終端繼續(xù)在線提供數(shù)據(jù)采集和傳輸服務(wù)。因?yàn)槲覀冇?jì)劃設(shè)計(jì)終端的標(biāo)準(zhǔn)工作模式。標(biāo)準(zhǔn)工作模式主要用于數(shù)據(jù)采集和服務(wù)，設(shè)備使用頻率高，設(shè)備通電激活，是終端最常用的工作模式。設(shè)備處于檢查和停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，設(shè)備處于無效數(shù)據(jù)的狀態(tài)。此時(shí)，設(shè)計(jì)休眠模式，在設(shè)備無工作時(shí)監(jiān)視終端設(shè)備，在終端允許休眠的情況下，判斷達(dá)到休眠條件后，自動(dòng)關(guān)閉GPS模塊等非必要的電氣設(shè)備，切斷通信網(wǎng)絡(luò)的鏈接，進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，只傳輸設(shè)備的位置和故障等重要信息。

1.3通信數(shù)據(jù)協(xié)定設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)和工作模式設(shè)計(jì)完成后，與工程機(jī)械專業(yè)技術(shù)人員交流探討，研究傳輸數(shù)據(jù)協(xié)定，實(shí)現(xiàn)PLC等設(shè)備控制器數(shù)據(jù)的正確收集。基于礦山機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基于TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸決定采用請(qǐng)求-回答模式2，遠(yuǎn)端向終端發(fā)送如圖2所示的數(shù)據(jù)表請(qǐng)求，終端包裝和加密收集的PLC數(shù)據(jù)。終端收集包括功能代碼、文件長(zhǎng)度、文件編號(hào)、設(shè)備ID、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、變量表數(shù)據(jù)等信息的數(shù)據(jù)框架，進(jìn)行終端與平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互�；�于工程機(jī)械的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定了基于CAN總線的設(shè)備與終端之間的傳輸協(xié)議，以設(shè)備的機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)包分類，8B俞t(yī)e為數(shù)據(jù)包，一個(gè)機(jī)構(gòu)包括一些包數(shù)據(jù)，包不僅包括設(shè)備所需的傳輸數(shù)據(jù)，還包括數(shù)據(jù)框架類別和數(shù)據(jù)框架編號(hào)等內(nèi)容�；�于工程機(jī)械設(shè)備規(guī)劃的數(shù)據(jù)協(xié)議如圖3所示。

1.4軟件設(shè)計(jì)

完成硬件結(jié)構(gòu)、工作模式和傳輸協(xié)議的計(jì)劃和設(shè)計(jì)后，我們進(jìn)入了最重要的程序?qū)崿F(xiàn)部分，程序不僅要驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)硬件，還要根據(jù)設(shè)備的工作狀況和系統(tǒng)命令決定終端的工作模式根據(jù)礦山和工程機(jī)械設(shè)備的高速采集和定位等需求特點(diǎn)，ＣＰＵ選用了嵌入式ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ３系列微處理器ＬＰＣ１７７８，它具備集成度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、內(nèi)核精巧、功耗低、多寄存器和流水線處理等特點(diǎn)。采用支持Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３／Ｍ１／Ｍ０等內(nèi)核處理器的具備內(nèi)核初始化、任務(wù)處理、時(shí)間處理、任務(wù)同步與通信、ＣＰＵ移植等５個(gè)核心任務(wù)功能的μＣＯＳ－Ⅱ操作系統(tǒng)進(jìn)行程序的開發(fā)。在μＣＯＳ－Ⅱ操作系統(tǒng)下開發(fā)的主函數(shù)主要進(jìn)行了系統(tǒng)硬件的初始化、操作系統(tǒng)初始化、初始任務(wù)的創(chuàng)建以及多任務(wù)處理的開啟。在封裝的功能模塊代碼中編寫通信、定位、數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)協(xié)議等功能，主程序開啟多任務(wù)處理模式后，根據(jù)需要進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)終端遠(yuǎn)程采集、通信、監(jiān)控等。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端軟件流程如圖4所示。

2終端應(yīng)用

2.1終端產(chǎn)品

通過上述計(jì)劃設(shè)計(jì)、硬件開發(fā)、功能程序制作、反復(fù)測(cè)試、BUG修改等，設(shè)計(jì)了如圖5所示的終端。這個(gè)終端可以在工程機(jī)械、礦山機(jī)械的專業(yè)設(shè)備上設(shè)置使用，進(jìn)行工程車輛和礦山設(shè)備的數(shù)據(jù)收集和監(jiān)視。

2.2終端的基本功能

開發(fā)設(shè)計(jì)的終端具有以下基本功能:(1)數(shù)據(jù)交互功能:收集設(shè)備的工作數(shù)據(jù)、經(jīng)過度、緯度、海拔高度、速度、方向角、GPS時(shí)間監(jiān)視GPS天線故障、定位狀態(tài)的服務(wù)器發(fā)行控制、修改、轉(zhuǎn)發(fā)等指令，指定時(shí)間報(bào)告和遠(yuǎn)程參數(shù)的查詢和設(shè)定等3(2)人機(jī)交互功能:用紅、黃、藍(lán)、綠、白五種顏色指示燈表示設(shè)備的供電、定位、通信、SD卡、調(diào)整等狀態(tài)。(3)安全保護(hù)功能:保障終端在兩個(gè)專業(yè)設(shè)備中正常運(yùn)行的壓力警報(bào)、脫機(jī)警報(bào)、通信異常警報(bào)、SIM卡拔出警報(bào)、主電源切斷警報(bào)等。

(4)對(duì)特定時(shí)間和特定數(shù)據(jù)的查詢、跟蹤、支持指定數(shù)據(jù)的上傳和檢索等歷史數(shù)據(jù)跟蹤功能:該功能通過外部32GB存儲(chǔ)卡和程序中對(duì)應(yīng)的相關(guān)功能模塊實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，為用戶和工程師的查詢故障和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提供支持和服務(wù)4數(shù)據(jù)遵循自動(dòng)壟斷和先進(jìn)先出的原則，其數(shù)據(jù)收集和更新時(shí)間最快達(dá)到20ms。(5)支持CAN總線協(xié)議、TCP/IP協(xié)議、西門子、三菱、歐姆龍、AB等主流工業(yè)控制PLC的數(shù)據(jù)協(xié)議通信功能，容易普及其他各種設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視。

2.3終端的應(yīng)用

開發(fā)的終端已在多臺(tái)工程機(jī)械和礦山設(shè)備上安裝使用。實(shí)際應(yīng)用表明，這個(gè)終端不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，還配合了專業(yè)的數(shù)據(jù)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分類、存儲(chǔ)和分析，提高了設(shè)備的管理和運(yùn)行水平，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)、遠(yuǎn)程技術(shù)售后服務(wù)，節(jié)約了時(shí)間，節(jié)約了成本，提高了設(shè)備用戶的滿意度。終端現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝使用情況如圖6所示。

3結(jié)語(yǔ)

本文闡述了基于礦山和工程機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視終端的計(jì)劃和設(shè)計(jì)過程，通過為工業(yè)設(shè)備訪問遠(yuǎn)程監(jiān)視終端進(jìn)行工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集和通信，不僅可以幫助用戶和設(shè)備制造商實(shí)時(shí)了解設(shè)備狀態(tài)，還可以提高設(shè)備制造商的售后服務(wù)質(zhì)量，產(chǎn)生增值服務(wù)，為工業(yè)設(shè)備的信息化和智能化增加翅膀。