以下是小编帮大家整理的浅析地铁综合监控系统可靠性分析与数据管理软件研制论文，本文共6篇，欢迎大家分享。
篇1：浅析地铁综合监控系统可靠性分析与数据管理软件研制论文
0前言
地铁综合监控系统以列车运行管理系统为中心，其各子系统具有各种功能，并且相互实现信息共享的系统。其功能涉及运输计划、运行管理、站内作业管理、维修作业管理、车辆管理、设备管理、信息集中监视、电力系统控制等。其体系结构可由站级设备管理系统、中央运行控制系统、区域信息管理系统等不同层次的系统综合而成，系统功能丰富、结构复杂庞大。
由此看出，地铁综合监控系统是一个集成度极高的自动化系统，是一个复杂、动态、异构的系统，负责监视地铁线网中各车站的设备、指挥列车运行。系统要如实地获取各个车站中的设备信息，根据需要也可控制各子系统设备、协调设备间的有效运行，实现列车的可靠、稳定和高效运行。这些需求无疑要求综合监控系统构建成具有极高的可靠性、可用性、安全性等要求的系统。近年来我国地铁领域已开始适度采用综合自动化监控系统。综合自动化监控系统已成为国内城市轨道交通自动化系统的发展趋势，有必要对综合自动化系统进行可靠性分析评估。
篇2：浅析地铁综合监控系统可靠性分析与数据管理软件研制论文
要对地铁综合监控系统进行可靠性分析，首先要确定可靠性分析的方法。我们先后比较尝试了可靠性框图法、GO法、故障树分析法和故障模式影响后果分析法四种方法，其优缺点简述如下：
(1)可靠性框图法主要是根据系统的逻辑关系把系统转换为各种结构模型的可靠性框图，从而进行下一步分析。该方法适用于对结构较为简单的系统进行可靠性分析。
(2)GO法是从引起系统成功状态的基本原因出发，将系统图直接转换成GO图，进行GO运算。此方法建立GO图的过程较为简单，但进行GO运算则相对繁琐。该方法适合于在系统图逻辑关系较清晰时进行可靠性分析。
(3)故障树分析法是从最不希望发生的事件出发，关注导致系统故障的基本原因和中间过程，通过故障树将系统的逻辑关系表示出来，形象直观，在此基础上可快捷地写出故障树顶事件的结构函数，进而对系统进行可靠性分析。该方法适合于对较复杂的系统进行可靠性分析。
(4)故障模式影响后果分析方法，采用“自下而上”的逻辑归纳法，对系统来说，要从其子系统及其元器件的各种失效模式追踪到系统级，研究它的后果，决定它对系统的致命度。但随着系统的复杂度增加，要实际做完这样的分析，其工作量大到难以容忍的程度。
分析可知，地铁综合监控系统结构相对复杂，信息量大，关注于系统成功运行或出现故障原因的分析，因此，GO法和故障树分析法较适合于对地铁综合监控系统进行可靠性分析。但采用GO法进行可靠性分析，符号使用复杂，同时还需定义一定数量的'GO处理单元，工作量较大。采用故障树分析法进行可靠性分析则相对简便易行。因此，故障树分析法更适合于对地铁综合监控系统进行可靠性分析。基于以上原因，我们提出采用故障树分析法对地铁综合监控系统进行可靠性分析。
篇3：浅析地铁综合监控系统可靠性分析与数据管理软件研制论文
在确定本系统的分析方法的基础上，本文采用VC设计开发了“地铁综合监控系统可靠性分析与数据管理软件”，完成系统的可靠性建模、系统的可靠性分析、系统可靠性数据管理等功能。软件包含三个模块：系统可靠性建模模块，系统可靠性分析模块，系统可靠性数据管理模块，三模块之间相互联系，相互服务。
2.1系统可靠性建模模块
可靠性建模功能主要围绕如何实现系统的计算机辅助故障树建模这样一个问题来展开，也就是必须使计算机能辅助绘制故障树模型。绘制故障树模型功能包括模型可视化显示、模型图形属性编辑(图形的添加、删除、复制和缩放等)、模型事件属性编辑(事件的名称、失效概率分布和失效参数等的设置)和模型自动完整性检查等功能。
软件中将故障树模型的节点抽象为派生于CObject类的CFTANode类，模型节点的图形属性和事件属性都封装作为CFTANode类的成员，对模型节点的图形及事件属性编辑操作转变为通过鼠标消息处理函数来改变CFTANode类的相应成员值的操作。然后，我们再使用MFC中支持CObject指针的数组CObArray类存储大量模型节点CFTANode类对象，从而实现整个模型的生成，对数组的操作也就是对整个模型的操作。
2.2系统可靠性分析模块
本模块要求能够对已有的系统可靠性模型进行自动可靠性分析，即可以实现故障树的定性定量分析。
1)系统故障树模型的定性分析
对综合监控系统的可靠性定性分析要求分析出系统失效的所有故障模式、故障组合及能够保证系统不失效的所有有效途径，即是求出相应系统故障树模型的全部最小割集。对于含有非门的情况下，求出所有质蕴含割集;求出相应模型的全部小路集，对于含有非门的模型，求出所有质蕴含路集。
2)系统故障树模型的定量分析
对综合监控系统的可靠性定量分析要求分析出系统故障的发生概率、系统故障时系统下层子系统/设备对其的贡献大小，即是求出相应系统故障树模型的顶事件的发生概率及各底事件的重要度。本软件可以根据底事件的故障分布设置及分析时间参数计算出被分析事件按指定时间间隔的不同时间段内的失效概率，各底事件不同时间段内的概率重要度值，用户可以列表查看被分析事件失效概率及底事件概率重要度随时间的变化，同时，软件还可以从模型结构角度计算底事件的结构重要度。
软件中采用二元决策图(BDD)法对故障树模型进行求解。二元决策图(BinaryDecisionDiagrams)，简称BDD，由美国科学家SheldonB.Akers于1978年提出的，基本思想就是利用“图”的形式定义一种数字函数，通过函数可以直观地根据函数变量的输入值确定函数输出值，从而故障树顶事件可以通过BDD直接表达成不交化路径之和，它可以通过回溯BDD中所有叶节点为1的路径，写出相应函数的不交化表达式，再利用互斥事件和的概率公式可计算出顶事件发生的概率。由于文章篇幅的限制，本文中就不再对BDD算法进行详细的介绍，读者可以阅读参考文献加以了解。
2.3系统可靠性数据管理模块
本模块要求能够实现地铁综合监控系统/设备的可靠性数据管理统计功能，不但要能对系统/设备的基本信息、运行情况、故障检修数据、可靠性试验数据等实现统一的管理平台，而且要具有一定的统计分析功能，为系统建模时设备失效概率分布的确定提供参考作用。
2.3.1系统设备可靠性数据设计
本文中把系统/设备的可靠性数据分为三类：设备基础信息、设备可靠性信息和计算机生成数据，具体描述如下。
(1)设备基础信息
设备基础信息包括：设备名称、设备编号、设备类型、功能描述、设备制造厂商、制造型号、制造序列号、设备所在车站、设备所在系统、设备首次投入运行时间、设备安全等级、设备设计参数、数据采集开始日期、运行方式、故障方式或故障判断标准等信息。
(2)设备可靠性信息
设备可靠性信息包括：设备状态变换数据、设备故障数据(故障时间、故障等级、故障模式、故障简述、故障原因、解决措施、此次故障导致设备不可用的时间等)、设备检修数据(检修时间、检修原因、此次检修所用时间等)、设备试验数据(试验时间、试验类型、试验方案、可替换或不可替换、试验参数、此次试验所用时间、试验数据组(失效编号、失效简述、原因分析、解决措施、失效时间、备注))、备注等信息。
(3)计算机生成数据
计算机生成可靠性数据包括：设备累计运行时间，设备累计不可用时间，运行故障率、平均故障维修时间、平均试验间隔时间。
2.3.2软件中的数据库设计
软件中的数据库采用SQL设计，根据系统可靠性数据包含的信息，软件中设计了7了个数据库：设备可靠性数据库、设备所在位置信息库、设备状态信息库、设备故障信息库、设备维修信息库、设备可靠性试验信息库、设备可靠性试验失效库。其中设备可靠性数据库为主要数库，其它六个数据库都为其的子级数据库。
2.4地铁综合监控系统可靠性模型图库的设计
软件完成以后，利用软件的系统可靠性建模功能对地铁综合监控系统进行建模，可以从系统设备结构失效、系统常见故障、系统常用功能失效等多角度建模，并将建好的模型文件统一记录存档，使用户能够在需要时方便快捷的调用已有的模型进行可靠性分析，快速查找，精确定位系统故障部位，可以称之为地铁综合监控系统故障树图库，软件中已经对地铁综合监控系统中部分子系统或子设备故障进行了初步建模，但还远远不够。本文希望起到抛砖引玉的作用，吸引更多学者到地铁自动化系统可靠性分析领域来，进一步充实完善地铁综合监控系统故障树模型图库，最终形成以此为基础的地铁故障诊断系统。
3结束语
地铁综合监控系统可靠性分析及数据管理软件集可靠性建模分析与可靠性数据管理于一身，使得收集统计的系统设备数据在建模时可直接提供参考，同时，系统分析的结果也可作为设备可靠性数据组成部分。软件中设计了地铁综合监控系统故障树模型图库，并初步充实了本图库。我们认为建立全面的地铁综合监控系统故障树图库具有极其深远的意义，因此，我们仍需长期工作于此。
篇4：地铁综合监控系统的联动功能设计分析论文
有关地铁综合监控系统的联动功能设计分析论文
地铁具有大容量、高效率、低污染、集约化的特点，可有效缓解我国城市交通矛盾，因此，近年来我国地铁已进入快速发展阶段，运营过程中面对大客流、突发性事件及自然灾害等运营安全、管理、服务问题日渐突出，同时地铁工作人员每天都需要进行大量日常设备功能的动作序列操作。
综合监控系统(ISCS)具有与各子系统的通信接口，集成相关子系统的数据，对子系统拥有完整的数据采集和命令下达通道，具备与运营相关的、可实现系统间协调工作的全部资源，可以实现多样化、高性能、复杂的联动功能，使地铁的调度和运营更加安全、方便、高效。
1地铁联动功能
地铁的机电系统对保障乘客和设备安全、提高运营管理水平和服务质量起到至关重要的作用。在传统管理体制下，各机电自动化系统多为分立系统且信息互通受限，各系统之间的复杂联动实现较困难，降低了运营的整体效率和救灾应急水平。综合监控系统采用系统化方法将各分散的机电自动化系统融合为一个有机的整体，通过集成和互联众多子系统，实现各系统间的资源共享与信息互通，从而改变了传统各业务系统各自封闭的状态，及时有效地收集和处理信息，达到综合利用各种信息以增强管理决策和信息服务的能力。利用ISCS这个高度共享的信息平台，可提高日常管理与救灾调度工作的效率，增强地铁系统指挥调度的统一性、灵活性和系统间的协调运作能力。
ISCS的联动是指ISCS根据相关逻辑判断条件，自动触发控制命令，指挥集成和互联的子系统执行一系列的控制动作(包括设备动作、监控画面动作等)，并对运营人员提供相关操作建议。ISCS提供多种联动操作模式，如程序控制、模式控制、时间表控制、远程组控等。按照覆盖范围或区域，综合监控系统的联动主要分为中央级联动和车站级联动。结合实际运营场景考虑，联动可分为正常联动、紧急联动(包括严重事件、灾害、阻塞、故障、维护等)。为满足运营管理和使用需求、提高正常运营情况下事件处理的便利性而执行的联动功能称之为正常联动。正常联动一般是按时间表自动激活或操作员手动启动执行。对于处置发生在地铁线路及车站的各类紧急事件，ISCS作为最直接面向地铁运营的系统，需要对事件及时做出反应，迅速进入紧急联动模式。紧急联动一般由事故触发或操作员手动触发。
综合监控系统的联动功能可有效提高地铁的应急处理能力，减轻紧急情况下运营人员的工作压力，避免发生不必要的操作错误，降低劳动强度，提高现代地铁的运营和调度管理水平。
2联动功能设计
2.1设计原则
ISCS汇集各个设备系统的信息，可根据不同系统之间的联动要求，促进各专业之间的协调，进而设计并实现必要的`系统间联动。联动功能应根据运营紧急事件处理需求和日常运营管理需求进行设计，因此，ISCS的联动操作设计和实施应遵循以下原则：
2.1.1基本原则
1)联动功能既可以在系统之间自动激活执行，也可以作为一个控制序列由操作员手动执行;
2)对操作和对时间有严格要求的联动直接在相关子系统内完成，比如电力子系统内跳闸连锁;
3)如果联动功能由综合监控系统完成更经济(如可以减少接口等)或更易于以后维护，则由综合监控系统完成;
4)联动功能主要以用户提供的逻辑/描述等为依据，通过对联动规则库的配置实现。
2.1.2子系统的支持
联动得到相关子系统的支持，从获得信息及可执行的角度出发，要求子系统提供相应的信息输入、输出，即所有的必要信息获取必须是可观的。
对子系统监控对象的要求：
1)联动需要监视的对象有：信号、供电(PSCA-DA)、车辆、屏蔽门(PSD)、火灾自动报警(FAS)、环境与设备监控(BAS)、售检票(AFC)、视频监控(CCTV)、门禁(ACS)等;
2)联动需要控制的对象有：电扶梯、闸机、乘客服务(PIS)、广播(PA)、导向(BAS、FAS、AC)等。
2.1.3启动逻辑条件
所有逻辑条件的计算均可通过逻辑表达式完成。
2.1.4执行位置
对于不同的执行位置，综合监控系统软件的实现差异较大，需明确联动执行位置(车站、中心、车站及中心等)。
2.1.5结果输出位置
联动执行结果输出到子系统的位置应明确，例如：输出到子系统(如PA、CCTV)、输出到车站或中心的操作员工作站、输出到大屏幕(OPS)等。
2.1.6参数调整
可以对联动的关键参数进行配置调整。
2.1.7权限
联动的输出结果可依据操作员的权限进行配置。
2.2联动触发
联动是由触发源来触发执行的，即当满足触发条件时系统才执行联动动作。触发源可以是某个监控点的状态，也可以是多个监控点经过逻辑运算得到的结果。另外，时刻也可作为触发条件，主要用于时间表控制，可设置为每工作日、每日、每周、每月等。联动动作可以通过写入某些控制点来完成操作，也可以调用某个系统提供的接口进行间接操作，同时也支持调用外部程序执行相关命令或弹出相关画面的操作，甚至可以直接联动本地或者异地的另一个预案。
2.3控制方式
出于对联动控制安全性的考虑，ISCS的联动触发执行应提供全自动、半自动和手动3种控制方式。
1)全自动联动：ISCS接收并处理接口系统的报警/状态触发点后，自动发送控制命令到需要联动的子系统，无需人工干涉。同时，相关图形或画面根据需要自动弹出。
2)半自动联动：当与预定义的联动功能相关的报警点触发动作后，将在人机交互界面(HMI)上发出预警信息来提示操作员，只有当操作员确认后，才自动向需要联动的系统发出控制指令。
3)手动联动：人工选择启动一组涉及多个系统的顺序控制序列，系统自动按照预定义的顺序和闭锁条件向不同的系统发布指令。
对于正常联动一般可采用全自动方式，而对可能会导致重大影响的联动功能则一般采用人工确认的半自动和手动方式，即：重要的联动(如火灾、阻塞等工况下的联动)均需要操作人员手动确认后，联动控制才能被顺序执行。
2.4配置管理
ISCS联动功能的配置管理主要包括：
1)联动预案项管理：预案项管理主要用于系统管理员在授权情况下，根据系统需求灵活增删预案所涉及的节点、动作、算法、时间、弹出窗等事项，以增强系统配置的灵活性，适应运营管理需求。
2)联动预案管理：预案管理用于根据预案项灵活配置系统运营预案，可以灵活的增加或减少预案，并支持预案的查询。
3)触发源管理：根据ISCS的特点，联动功能的触发源有事件触发和时间触发两种。作为完善的综合监控系统，需要结合预案管理提供完备的触发源管理，主要包括事件触发源配置和管理、时间触发源配置和管理、手动触发源配置和管理、触发源逻辑关系管理等。
4)联动监视管理：无论何种类型的联动被触发时，系统可以查看并人工干预联动的执行情况，提供更便利的操作性和可交互性，主要包括联动执行和监视、联动日志记录等。
另外，通过在线配置功能，用户可以方便的查询、增加或修改联动预案。通过联动预案的灵活配置和组合，可以实现复杂的联动方案。
2.5联动预案
按照覆盖范围或区域，分别考虑中央级联动预案(中央即控制中心)和车站级联动预案(含车辆段级)，在此基础上再细分为正常联动、紧急联动(包括严重事件、灾害、阻塞、故障、维护等)。
2.5.1中央级联动预案
以“CLD6：列车站台火灾(中央)”为例，若列车在站台起火，执行中央级联动预案，ISCS联动步骤如下：
1)建议中央操作人员通过信号系统ATS终端系统，在前一个站台对同向列车执行扣车。
2)建议中央操作人员通知反方向列车不要进入该站台。
3)建议中央操作人员启动BAS的相关排烟模式。
4)自动显示相应的CCTV图像。
5)在中央操作人员确认的条件下，启动受影响车站的相关广播。
6)在中央操作人员确认的条件下，启动受影响车站的相关PIS显示内容。
7)在中央操作人员确认的条件下，切断受影响区段的供电。
8)建议中央操作员命令车站操作人员在车站执行疏散模式。
9)建议中央操作员命令车站操作人员在列车驾驶员无法打开屏蔽门时，协助打开所有屏蔽门。
10)建议中央操作员通知消防队并报警。
2.5.2车站级联动预案
以“SLD6：列车站站台火灾(车站)”为例，当车站ISCS系统检测到车站站台火灾报警，车站级联动预案执行，ISCS联动步骤如下：
1)在该站操作站HMI上弹出一个报警窗口。
2)在该站操作站HMI上自动显示火灾发生的地点平面图。
3)自动启动BAS的相关排烟模式(大系统、小系统、隧道通风系统)。
4)在该站操作站HMI上自动显示火灾发生地点的CCTV图像。
5)自动通知中央(中央联动执行CLD6车站站台火灾(中央)预案)和相关车站。
6)建议该站操作人员通知相关人员。
7)建议该站操作人员派人到相关区域检查故障。
8)建议该站操作人员通过IBP盘执行“车站紧急疏散”命令，包括：AFC闸机释放、ACS门禁释放(只限通道门禁)。
9)在该站操作人员确认的条件下，启动：①控制中心OPS系统切换为火灾发生地点的CCTV图像;②车站PA系统广播防灾内容;③车站PIS系统显示防灾内容;④车站导向标志转换为人员疏散模式。
10)在操作人员确认第一次火灾报警或在规定时限内同一区域再次接收到火灾报警时，自动启动：①警铃报警;②电梯迫降至疏散层并打开电梯门;③切断车站非消防电源;④防火卷帘门(隔断作用)降至地面;⑤防火卷帘门(疏散作用)降至离地180cm，收到就近温感动作后，降至地面;⑥电动翻转门动作，用于人员疏散或者消防队员进站抢救;⑦专用风机启动;⑧专用阀动作。
3结束语
地铁综合监控系统的联动功能设计应以“安全第一”为基础，坚持高度集中、统一指挥的原则。针对地铁的联动功能设计，充分利用综合监控系统本身的信息集成优势，与实际运营需求紧密结合，建立完善的联动预案体系，减少手工操作，提高操作的速度和准确率，简化与各子系统的传输环节，缩短紧急事件的处理时间，减轻运营人员的工作压力和强度，进而有效提升地铁的运营水平。
篇5：生产车间数据采集与监控系统探讨论文
生产车间数据采集与监控系统探讨论文
摘要：针对某大型鞋服针织品制造企业车间生产数据采集与远程监控问题，结合该企业实际情况，提出了一种离散型生产车间数据采集与监控系统。首先对传感器节点、网关、通信方式、云服务器、组网方案进行了分析和设计，对硬件设备、无线通信模块进行选型，对消息流和MQforIoT服务器进行了设计与实现。最后，基于Python语言开发了消息接发服务（异步接口库），用极简的MicroPython语言为系统硬件（控制器和网关）提供驱动，采用现场数据看板、WEB站点、APP三种数据监控形式。研究结果表明：该系统运行稳定可靠，满足企业对数据采集与可视化监控的要求。
关键词：MQTT；数据采集与监控系统；MODBUS；MICROPYTHON
我国最早是中国科学院的传感网项目，正式开始了对物联网的研究。从广义上讲，物联网就是一个M2M系统，分别代表机器之间（Machine to Machine）、人机交互（Man to Machine，Machine to Man）和人与人之间（Man to Man）的通信[1]。在生产制造各环节实现远程可视化检测与技术支持，应用物联网技术为企业提供及时准确的数据，无疑对降低成本、提高生产效率和产品质量发挥重要作用。数据采集与监控系统为企业ERP、EMS、CRM等信息化系统提供及时准确的数据，相关技术因此得到了广泛的研究。无线传输方案中Wi―Fi、NB―IoT、LoRa、ZigBee以及Sub―GHz都是候选技术。吴海龙，鲍敏[2]等针对生产车间中数据采集问题，提出了一种基于ZigBee的生产车间数据采集系统，并开发了原型系统；莫哲萌，鲍敏等[3]针对离散制造车间的特点，在原型系统的基础上，提出一种基于Sub―GHz无线通信技术的车间数据采集系统。
本文目标企业车间生产线分布呈现整体分散局部集中格局，生产数据由人工统计及汇报，投入成本高，实时性差，管理层和决策层难以实时掌握生产一线状况。企业希望改善现状，要求能实时自动统计、汇总、存储和处理生产数据，监测设备是否异常，以可视化监控的形式供决策者随时随地监控生产实际情况，做出生产调度，督促员工积极参与生产，避免地理、时间等因素的影响。在大量研究和实践的基础上，对原型系统做了多方面优化和补充（比如，用稳定性相差不大可编程模块代替了原有的固定系统），结合企业实际要求，设计了离散型生产车间数据采集与监控系统的总体架构。该系统具有结构简单、组网容易、高灵敏度、远程指令下达、跨平台使用、用户操作方便、可二次开发的特点。
1、系统架构。
本文目标是设计一种可视化远程监控系统，需要对传感器节点、无线模块、组网方案、数据流、云服务器、业务定制应用等方面做适用性和可靠性研究。传感器节点是远程监控系统的最小单元，由传感器和控制器组成，起着感知世界、采集信息、接入传感网的功能。该系统选用模拟量传感器，由ADC电路采样，经过滤波等环节处理后得到需要的`数字信号。本文的远程控制系统中，传感器主要是连接在控制器上，控制器可以控制传感器的工作状态，控制器可以将采集数据进行转化并发送出去。目标企业生产现场采集点分布整体分散局部集中，生产空间无障碍物的影响与绕射损耗，单条上传数据小，因此传输终端采用Zig Bee模式。ZigBee网络容量大，单个网络最多可支持65535个设备，每台设备可以和另外254台设备相互连接[4]。
经过分析和实验，设计了基于RS485和Modbus协议的传感器节点查询、写入和应答操作，RS485可连接多个设备，形成总线形式。网关基于以下部件的封装：DigiX Bee Zig Bee模块、Py board开发板、QUECTEL―EC20模块，Py board嵌入式开发板基于STM32F405RG微控制器，成功移植了Micro Python，是连接各个终端的汇集点，采用3G/4G网络进行与服务器的远程通信。采用一个云数据中心和物联网常见的三层结构组网方案，设备云平台架设在阿里云，也可以架设私有云。应用业务层采用现场监控看板、WEB站点、APP三种方式。
2、网络接入实现。
（1）控制器和接口库。
开发控制器基于XBEE模块和Pyboard开发板封装，支持RS485转虚拟USB和虚拟串口连接PC，实现存储内容可视，虚拟串口模式方便用户调试。基与MicroPython语言开发了可复用的消息接发异步库、RS485库、ZigBee库、StateMachine库，极大的缩短了产品开发周期，二次开发只需专注于功能实现。控制器初始化，通过XBEE模块接入ZigBee网络，发送握手信息连接网关，ZigBee协调器（Coordinator）增加了多控制器和网关条件下的物理隔离。传感网发送Modbus请求，对返回码进行CRC校验。检测网关是否连接，把数据解析的结果发送给网关。
（2）网关在监控系统中的功能。
网关具备的功能有：网络创建、传感器节点终端互连、网络搜索、搜索网关创建的局域网中包含的设备、为方便识别和通信给局域网设备分配短地址、接收数据、云服务器用户下达的指令反馈、数据封装上传。
（3）网关的选型。
传感器节点控制器采用XBEE模块，该模块支持ZigBee通信协议。
根据ZigBee协议，基于DigiX BeeZig Bee模块、QUECTEL―EC20模块和Py board开发板结合封装了ZigBee/3G可编程网关充当网络接入设备，实现了向下与传感器节点通讯向上与云服务器通讯。网关支持多种接口的互发。既可以做为网关，也可以作为接入模块使用。网关的开发工具是MicroPython，基于Python3语法重构而成，具有很好的二次开发性能，能添加各种MicroPython―lib库[5]，如图2所示。
（4）UART连接。
控制器与传感器通过UART连接，该系统采用RS485标准规范。现场总线在自动化领域，相当于计算机局域网。在总线种类多样化的今天，Modbus技术以其先进性、开放性、成熟性使得基于Modbus串行链路通信的设备得到了广泛的使用，Modbus是运行在RS485总线上的软件层协议。有标准MODBUS―RTU（S）、非标准MODBUS―RTU（NS）和ASC（ASCⅡ码）三种模式。Modbus―RTU（16进制）查询与应答均采用8数据位、1停止位、奇偶校验位、CRC校验位。交互过程中关键是CRC―16（16位循环冗余校验码）校验方法，如图4所示。包含16位二进制。CRC校验码由发送端计算，放置于发送信息的尾部（2Bytes）。接收端重新计算接收到的信息的校验码，并与接收到的CRC校验码核对。
（5）MQTT消息流格式优化性设计。
MQTT（Message Queuing Telemetry―Transpo―rt，消息队列遥测传输）是IBM开发的一个即时通讯协议。MQTT消息体分为三个部分：固定头、可变头和有效载荷。固定头是所有消息必须包含的部分[6]，如图5所示。当系统正常运行时，使用消息队列可以跟踪记录系统的消息流状态，方便使用者精确查询到某时间段内的操作行为。有效载荷部分（消息体），把数据按自定义的主题推送给云服务器，支持分层dev/a/b/c（最深支持8层），支持通配符+和#操作[7]，如图6所示。ZigBee协议下有效载荷应控制在71字节左右。模块单次发送最大数据量127个字节，超过最大长度，ZigBee协议栈会做分包处理。
3、消息接发服务设计与实现。
（1）云服务器与MQTT服务端（Broker）。
MQTT服务是建立在WEB服务器（该系统服务器架设于阿里云ESC）上层的消息接收发送类服务程序，如图7所示。消息接发服务负责把数据推送给该主题的所有订阅者，节点可以自由按需要发布、订阅或取消订阅。
（2）基于Python的MQTT异步接口库设计。
异步接口库是消息推送客户端实现关键的步骤之一。MQTT客户端的功能：连接服务端、订阅服务、订阅主题、发布服务、发布主题。异步接口库工作流程，如图8所示。异步接口库的回调函数支持MQTT的14种消息类型（连接类、发布类、订阅类、保活类），包含主要的几个回调函（连接成功回调函数、断开连接回调函数、订阅回调函数、取消订阅回调函数、发布回调函数、接收消息回调函数）。
4、上层实现与应用实例。
（1）上层实现系统数据。
处理工作大部分完成于云服务器，减轻了数据上行和下行负荷。Web站点：采用B/S软件结构开发Web站点。基于典型的MVC架构Django和WebService作为云后台数据交互服务[8]。业务看板：基于Python的异步接口库和MicrosoftSQLServer接发并保存历史数据。使用PythonKivy开发业务看板界面，客户端基于PYMSSQL和数据库进行数据交互。
（2）系统应用实例。
Web站点包括：实时数据监控模块、历史数据统计模块和指令下达模块。实时数据监控模块效果，界面包括网关MAC号，传感器节点控制器ID号，ZigBee信号强度值，传感网状态。JavaScript实现数据实时刷新，刷新周期为2秒。为减少系统时延，数据刷新时间应小于网关数据上传周期。图9实时数据Web界面图10实时数据与设备状态看板生产线看板界面基于PythonKivy开发，包括实时数据与设备状态看板、历史数据统计看板等多块看板，看板挂置在每条生产线头部。实时数据与设备状态看板。
5、结束语。
本文根据某大型鞋服针织品制造企业要求，结合该企业生产车间现场环境情况，借鉴原型系统开发经验，基于大量研究和实践，设计了一种离散型生产车间数据采集与监控系统。目前，系统已在目标企业小规模上线。后续考虑对传感网数据基于朴素贝叶斯算法分类并实现业务层模块化。
篇6：数据中央采集系统的仿真分析与研制的效果发展论文
数据中央采集系统的仿真分析与研制的效果发展论文
中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）32-0023-03
当今电子科学技术得到了快速发展，各种智能化控制系统、工业数据采集系统等在工业生产过程中起到了十分重要的作用。环境参数控制是大多数生产型企业的首要任务，如今数据采集技术发展迅速，出现了大量模拟量数据传感器、采集器。但此类设备采集点单一，每次采集需先停止现场设备后方可进入现场，取出采集器内部记录卡或是通过人工读取采集器上面的数据进行记录，不但影响生产效率、增加了劳动强度，同时频繁地进出采集容易造成关键数据环境的破坏，影响产品质量与精度。
1 系统原理
系统结构如图1所示，利用终端变送器将采集的关键参数（例如温度、湿度、压力、pH值等）转换为4～20mA的电流信号或0～5V电压信号，可实现200m长距离信号传输，该类型传感器具有精度比较高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。系统单片机采用深圳宏晶科技的STC90C52RC，具有低功耗、高速和抗干扰强的优点，指令代码完全兼容传统的8051单片机，管脚也和AT89C51兼容，而且在此基础上增加了许多便于操作的功能。单片机主要负责完成各路采集点数据的收集和转换，将接收的模拟量信号转换为系统可识别的二进制数字信号。通过RS485、RS232总线和相关的协议来实现与智能传感器、上位PC机的.通信。关键数据采集控制器定时与智能传感器通信以获得实时温度、湿度、pH值等关键参数信号，并进行数字化处理。上位机与数据采集控制器进行定时或随时通信可以得到各个传感器的最新采样值，并对数据进行储存和处理，以备查询分析及备份打印。
2 上位机通讯软件设计
人机交互系统采用主要基于单片机串口通信技术，实现主机与控制系统的数据交互。核心芯片采用宏晶系列芯片STC90C52RC，将采集并存储的数据实时地放入数据缓冲区Sbuf中，利用MSComm控件将数据缓冲区中的数据采集至计算机系统以完成上位机与下位机的通信。以标准9针串口作为双方物理接口，简洁、高效地完成全双工通讯功能，如图2所示为上位机与控制系统的通讯原理图。根据实际情况，以标准232串口协议为基根，RS232接口主要占用系统中的RXD、TXD、GND三个数据端口资源，TXD为数据发送端，其中RXD为数据接收端，GND为信号接地端。目前标准RS232串口的有效数据传输距离很短，在波特率较低设置的情况下，勉强可实现25M通讯，不能够适应多点和远程的数据的采集与监控，因此，为了满足生产使用需求，本系统要实现距离长达数百米的远距离数据传输，采用标准的RS232转RS485通讯转换器，进行232与485通信协议转换，最远传输距离可达1000m。为了提高抗干扰能力及通讯稳定性，目前上位机串口通讯采用标准EIA电平，而单片机串口输入输出为TTL电平。因此，采用MAX232芯片有效解决了双方的电平匹配问题。
在工业关键参数监测及反馈控制系统中，上位机与MCU之间的数据交互大多以串行通信为主要手段，它具有方便、高效并且标准统一的特点。目前，实现控制系统与上位机通讯的主要手段主要有三种方式：一是利用VC的标准通信函数，调用函数命令操作串口；二是利用Windows内部API函数，可实现串口通讯；三是使用Microsoft VB6.0 Mscomm通讯控件，VB是最为简洁、直观地面向对象的编程方法，支持Access和dBASE等多种数据库链接模式，模块丰富，极大地节省了编程时间，提高了设计效率。通过Mscomm控件可以创建全双工、时间驱动的、高效实用的通讯程序。经常需要进行数据交换，串行通信是主要的通信手段，它高效、方便并遵循统一的国家标准。因此为了配合下位机的通讯工作，本系统采用第三种方法实现PC机与单片机的通讯，数据管理方面，利用VB6.0中的addoc控件，完成VB系统与Access 2003数据库管理软件的链接，将实时采集的关键数据定时保存至数据中，以备后续的查询和编辑等操作。系统的上位机人机交互界面如图3所示，将实时显示当前数据，具备参数上下限设定及超差报警、按时间顺序查询历史数据等重要功能。
3 基于proteus硬件仿真实现
proteus作为EDA高效仿真工具，得到世界广泛认可与应用，从硬件设计、程序调试到MCU与外围电路协同仿真，连同PCB的绘制，实现了电路板加工之前的电路仿真。是目前最为优秀的电路仿真软件，同时具备PCB布线和虚拟模型仿真等优秀功能，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。系统选用Proteus 7.0 professional版本进行仿真调试，选用AT89C51代替STC系列完成单片机程序调试，选用74LS74作为分频电路将单片机产生的信号分频后作为系统的时钟信号。本系统通过proteus完成硬件电路的绘制与仿真分析，应用VSPD虚拟串口实现proteus与VB的上位机与下位机的通信测试，并验证了设计的可行性，极大程度地降低了设计风险。
4 系统PCB电磁兼容性设计
PCB（印制电路板）是电子系统的关键环节，本系统是多种电子元器件及电子线路的综合与集成，系统中含微弱模拟信号以及高精度A/D变换电路，强电与弱电相结合，具有工作电压低、速度快、高密度等特点。系统各种元器件在高度运转时存在一定干扰，各个电流回路之间通过公共阻抗相互耦合，高、低频干扰信号通过整流电路串扰到电路中，影响彼此正常工作及安全可靠性。因此，提高电路板抗干扰能力，解决其电磁兼容问题是电子系统能否正常工作的关键，针对上述问题，可采取以下有益措施：
第一，强电信号和弱电信号电气隔离，数字地与模拟地分开，由于数据采集端为24V直流信号输入，电压比较高，而控制系统统一采用5V供电，因此双方应采用单独铺地的策略，独自构成回路，降低对电源其他功能单元的干扰。
第二，重要信号或易受干扰信号采用光耦隔离，在设计电路板时，电源与地之间都要加一个去耦电容，一方面提供和吸收集成电路开关瞬间的充放电能，另一方面可以去掉该期间的高频噪声，尽量避免相互耦合产生干扰，同时应考虑对PCB进行合理分层及布局。
第三，各元器件在长期工作情况下产生一定热量，为了避免热源彼此间相互影响。大功率发热元器件应靠近易于散热的位置，必要时加装散热片或导热管，适当加大发热元件之间的距离，并且远离热敏元件。
第四，PCB设计时，尽量加粗电源线和地线宽度，减少环路电阻，数字地和模拟地分开。因为高频电流是由接地噪声电压和数设备布线区域的压降产生的，所以在高速数字电路中优先使用多点接地。它的主要目的是建立一个统一电位共模参考系统。
5 结语
基于单片机的关键数据采集系统是一种比较智能、经济的方案，安装简单方便，系统稳定可靠，可维护性好，抗干扰性能好，能够满足温室环境的设计要求，具有很强的实用性。另外本系统还可推广应用到其他环境的关键数据检测系统或类似的参数检测系统中，具有很好的推广应用价值。
参考文献
[1] 钱雪忠.新编Visual Basic程序设计实用教程[M].北京：机械工业出版社，2004.
[2] 门槛创作室.ACCESS 2000实战入门[M].北京：科学出版社，2000.
[3] 王磊.环境水质远程自动监测系统的研制[D].北京工业机械学院，2002.
[4] 田劲松.环境在线监测信息系统的研究与开发[D].武汉理工大学，2004.
[5] 李刚，王艳林.Protel DXP电路设计标准教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
文档为doc格式
