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1、基于VB的船舶动力设备远程监测系统的设计与实现重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名： 指导教师：段黎明 教 授 专业：机械电子工程学科门类：工 学重庆大学机械工程学院二O一三年五月Design and Implementation of Remote Monitoring System for Power Equipment of Ships Based on VBA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for the Masters Degree of Engi
2、neeringByJiang TaoSupervised by Professor Duan LimingSpecialty：Mechatronics EngineeringCollege of Mechanical Engineering ofChongqing University, Chongqing, ChinaMay 2013重庆大学硕士学位论文 中文摘要摘 要动力设备是船舶的核心，直接关系到船舶航行的安全性与运行的稳定性。利用现代先进的监测技术替代传统的仪表对船舶动力设备进行监测，不仅使监测人员对船舶动力设备的运行状况了如指掌，而且能够判断设备故障的位置。因此，对船舶动力设备远程监
3、测系统的研究具有十分重要的现实意义。本文以船舶动力设备为研究对象。首先，分析了系统的功能需求，明确了系统的监测参数，进行了系统总体方案的设计与分析，将系统分为现场监测系统、无线通信系统与远程监测中心三个子系统，进而对各子系统进行了方案设计与分析。其次，论述了各子系统的核心技术以及硬件选型与参数配置等内容，并在Visual Basic平台下开发了现场监测系统与远程监测中心。现场监测系统包括当前参数监测、运行报警指示、历史数据查询、数据走势显示、报警值设定等功能，并通过GPRS无线通信技术将现场监测数据发送至远程监测中心，成功实现了对船舶动力设备的远程监测。最后，在完成系统设计的基础上，对系统进行
4、了应用与测试。应用结果表明，本系统基本满足对船舶动力设备远程监测的要求，有效的促进了船舶维护工作，提升了船舶监测自动化水平。关键词：船舶动力设备，现场监测，GPRS，远程监测，Visual Basic61重庆大学硕士学位论文 英文摘要ABSTRACTPower Equipments are the core of the boat, and are directly related to the safety and running stability of the boat. The using of modern advanced monitoring technology for the
5、 monitoring of boat power equipment, instead of the traditional meter, makes the monitoring staff not only be well aware of the boats power equipment run condition, and be able to determine the location of the equipments failure. Therefore, the research on the remote monitoring system of the ships p
6、ower equipments has important practical significance.In this paper, the studying object is the power equipments of ships. Firstly, the functional requirements of the system are analyzed, and the monitoring parameters of the system are defined. And then, the overall program of the system is analyzed
7、and designed. The system is divided into three subsystems, on-site monitoring system, wireless communication system and remote monitoring center. Thus, each subsystem is analyzed and designed.Secondly, the core technology, hardware selection and configuration parameters of each subsystem content are
8、 discussed. And a on-site monitoring system and a remote monitoring center are developed on the Visual Basic language platform. The on-site monitoring system includes current parameter monitoring, running alarm monitoring, historical data querying, data trend showing and alarm value setting function
9、, etc, and sends the on-site monitoring data to the remote monitoring center via GPRS wireless communication technology. Thus, the remote monitoring of the ship power equipments is successfully achieved.Finally, after being successfully designed, the system is tested and applied. The results showed
10、that the system basically met the requirements of the remote monitoring of the power equipments of ship, effectively promoted the maintenance of ship, and enhanced the automation level of the motoring of ship. Keywords：The power equipments of ship, On-site monitoring, GPRS, Remote monitoring, Visual
11、 Basic重庆大学硕士学位论文 目 录目 录中文摘要I英文摘要II1 绪 论11.1 论文研究的背景及意义11.2 国内外发展与现状21.3 论文目标与主要内容31.4 本章小结42 系统方案设计与分析52.1 系统监测对象与监测参数52.1.1 系统的监测对象52.1.2 系统监测参数62.1 系统总体方案设计82.2现场监测系统方案设计92.2.1 硬件方案设计92.2.2 软件方案设计92.3 无线通信系统方案设计102.3.1 通信方案的选择102.3.2 无线网络的选择112.4 远程监测中心方案设计112.5 本章小结123 现场监测系统的硬件设计与实现133.1 串行通信技术简
12、介133.1.1 串行通信技术概述133.1.2 串行通信方式133.1.3 串行通信接口类型143.2 现场监测系统的硬件框架153.3 现场监测系统的硬件选型163.3.1 传感变送器163.3.2 交流变送器193.3.3 现场模块203.3.4 工控机223.4 现场监测系统的硬件配置233.5 本章小结254 现场监测系统的软件设计与实现264.1 数据库技术简介264.1.1 数据库技术概述264.1.2 数据库的种类264.1.3 SQL语言简介284.2 系统软件开发平台284.2.1 Visual Basic概述284.2.2 Visual Basic的特点284.2.3 选
13、择Visual Basic的原因314.3 现场监测系统软件框架314.4 现场监测系统软件功能实现334.4.1 信号采集与处理模块334.4.2 数据的存储、查询与打印模块344.4.3 机组状态监测模块374.4.4 用户登录与管理模块374.5 本章小结395 无线通信系统的设计与实现405.1 GPRS技术简介405.1.1 GPRS技术概述405.1.2 GPRS技术的特点405.1.3 GPRS技术的组网方式415.2 TCP/IP协议415.2.1 TCP/IP概述415.2.2 TCP/IP协议层425.3 无线通信系统框架435.4 无线通信系统的硬件选型435.5 无线通
14、信系统的硬件配置445.6 无线通信系统的实现455.6.1 数据发送455.6.2 数据接收465.7 本章小节466 远程监测中心的设计与实现476.1 远程监测中心功能介绍476.2 远程监测中心界面设计476.3 远程监测中心硬件选型486.4 本章小结487 系统的应用497.1 现场监测系统的应用497.1.1 当前参数监测497.1.2 运行报警监测507.1.3 历史数据查询517.1.4 数据走势显示517.1.5 报警值设定537.2 远程监测中心的应用537.3 本章小结548 结论与展望558.1 结论558.2 展望55致 谢57参考文献58附 录61A作者在攻读学位
15、期间发表的论文61B作者在攻读学位期间参与的科研项目61重庆大学硕士学位论文 1 绪 论1 绪 论1.1 论文研究的背景及意义船舶作为我国主要的水路运输工具，在国家经济建设中起着重要的作用。国家对船舶事业的建设给予了高度的重视与巨大的投入。2006年国务院通过船舶工业中长期发展规划（20062015），规划船舶工业发展远期目标为：到2015年，形成开发和建造高技术、高附加值船舶的能力，年造船能力达到2800万载重吨，年产量2200万载重吨，年销售收入1800亿元（其中出口1500万载重吨，出口值160亿美元），使我国成为世界造船强国1。 伴随着船舶事业的飞速发展，船舶维护工作的要求越来越高，而
16、保证船舶的稳定工作是船舶维护工作的前提。积极探索船舶设备监测技术，为船舶监测与故障诊断提供新的思路，具有重要的现实意义。目前，船舶的管理工作主要是通过工作人员的现场轮班值守，定期开展船舶检修，加强工作人员的技能培训等途径2。但这些传统的方法远远无法满足对船舶设备运行状况全面掌握的要求。一方面，尽管船员具有丰富的经验，但无法对船舶的所有设备进行全天候的实时监测，船员无法每时每刻在机舱值守，并且一旦发生故障，工作人员不能够第一时间确定故障的准确位置，故无法进行及时抢修。另一方面，虽然航道管理部门在船员的专业技能培训上投入大量的经费，设备的管理与故障的处理能力有一定的提高，但却增加了更多的主观成分，
17、经验不足的工作人员容易产生错误判断，难以精确掌握设备的故障所在。针对以上问题，航道管理部门逐渐意识到运用先进的科学技术来提升船舶设备维护的现代化水平的重要性，尤其是对船舶动力设备状态监测系统的研究。研究结果表明，船舶动力设备状态监测系统可以帮助工作人员分析设备的实时运行状况，及时掌握设备的运行规律，减少了停航与维修带来的经济损失，对船舶维护工作具有重要的意义3。 采用现代监测技术，实时监测船舶设备的运行状况，对工作异常的机械设备给予相应的报警提示，通过全面掌握设备的运行参数，有助于工作人员准确判断故障所在，对设备进行及时抢修。 将设备的实时运行参数发送至远程监测中心，岸上工作人员能够及时的掌握
18、该船舶的运行状况，一旦发生故障，岸上工作人员可以提供相应的帮助，协助船员解决故障，提高了船舶维护的灵活性。 为了实现“数字航道”建设中船舶维护的可靠性和及时性等目标，加强船舶机务的统一监管，通过数字化建设，实现船岸一体化的机务信息管理模式，及时、有效的掌握船舶设备运行工况信息、作业信息，加强监测与调度，提高船舶设备完好率，保障船舶维护的及时性。1.2 国内外发展与现状随着自动化技术和电子信息技术的迅速发展，船舶设备监测自动化水平也在不断提高，而计算机技术的普及使船舶设备监测自动化技术越加成熟，逐渐取代了仅依靠仪器监测的传统监测方法4。20世纪50年代时，几乎没有真正意义上的船舶设备集中监测系统
19、，这是因为当时的科学研究还仅仅停留在理论方面，没有进行实际应用，自动化水平很低，电子信息技术还没有得到发展，只能依靠传统的分散式的仪表进行监测，也没有报警提示等功能。20世纪60年代初，随着电子科学技术的发展，国外开始在船舶自动化方面投入研究。日本、丹麦等国家首先提出了船舶机舱集中监控系统，随后又出现了无人机舱。随着船舶动力设备以及各种自动化设备运行稳定性的进一步增强，特别是计算机技术应用到设备监测系统中，利用计算机强大的运算和控制能力，对设备进行循环监测、及时报警、记录日志等。因此，就有了后续的计算机集中监测系统，为集中式的监测系统奠定了基础。20世纪70年代至80年代期间，现代控制理论不断
20、发展与完善，出现了如模糊控制、鲁棒控制、自适应控制、非线性控制等一系列先进控制理论，而正在这个时期计算机技术的应用相对成熟，船舶设备监测系统逐渐由集中型转向分散型，即采用多台计算机分别对主要动力设备乃至各个辅助设备进行监测。分散型系统克服了集中式系统的布线复杂、系统任务过于繁重的缺点，在船舶设备监测系统中应用比较广泛。20世纪90年代初，由于控制理论、计算机技术、通信技术以及虚拟仪表技术的发展，使得多微机网络监测系统得以实现，数据监测点大大增加。到90年代后期，现场总线技术在分布式监测中得到应用，采用控制分散、危险分散、操作和管理集中的设计思路，设计开发了现场总线控制系统，很好的适应了船舶设备
21、监测的要求。国外的船舶监测系统大多都是从军事应用上发展起来的。加拿大DDH2280级驱逐舰上首先使用了以三重数据总线为核心的多微机分布式总线机舱监控系统，该监控系统采用了模块化的结构设计，大大增强了系统的通用性，加快了研发周期，为后期的维护提供了方便。美国海军DDG251级驱逐舰上所使用的监测系统则采用了模块化、系列化的设计模式，该监测系统所有的监控终端都与总控制室的中央数据库相连，并且为未来的系统升级改造提供接口5。目前，国外的船舶设备监测技术仍然处于较高的水平，并逐步向智能化、网络化、数字化的方向发展，已经在船舶动力设备监测系统中得到了广泛的应用，形成了以智能化为技术核心，同时具有故障诊断
22、、故障报警、状态监测、趋势分析、历史记录等多功能的集中监测与分散控制的新一代设备监测系统。如今国外一些知名的船舶公司已经开发出了较成熟的监测系统和相应的配套产品，如：德国MTU公司、法国ALSTOM公司、德国SAM公司、德国Siemens公司、ABB集团、挪威Kongsberg公司、日本寺崎公司、加拿大CAE公司等。国内对船舶设备监测系统的研究相对滞后，直到八十年代后期才自主研发出了以CJBW，JK-88YK，DYT-88J型为典型代表的船舶机舱监测系统，而上海船舶运输研究所自主研发了CY8800网络型船舶机舱监测系统，代表了我国船舶自动化技术的当前水平6。随后，1984年交通部上海船舶运输科
23、学研究院与上海海运局就联合研制了“船舶无人值班机舱自动化系统”，之后又成功开发了一套微机网络型船舶机舱自控系统。与此同时国内还有上海海事大学、大连海事大学、上海交通大学、武汉理工大学以及中国舰船设计研究院等科研单位开展相关研究工作。虽然国内对船舶监测系统的研究取得了相当大的成果，但我国对船舶设备监测系统的研究水平与国外相比仍有相当大的差距，主要表现在：监测方法单一，监测对象简单，报警功能不足，无法进行集中监测与综合诊断等7-9。然而，我国船舶事业的飞速发展给船舶设备监测自动化方向提出了新的要求。因此，开展船舶动力设备监测系统的研究迫在眉急。1.3 论文目标与主要内容本文以长江航道局某航标船为研
24、究对象，采用Visual Basic可视化建模、数据库、传感器、无线网络通信等技术，设计开发了基于VB的船舶动力设备远程监测系统。该系统采用模块化的设计方法，分别进行了硬件和软件设计，主要对船舶的主推进机组、柴油发电机组与辅机的运行状态进行了综合监测。第1章 简要叙述了课题的研究目的及意义，阐述了设备监测系统的国内外发展现状，设定了课题的研究目标及研究内容。第2章 根据实际情况，分析并确定了系统的监测对象与参数，设计了系统的总体方案以及各子系统方案，分析了系统的主要功能。第3章 在分析现场监测系统功能需求的基础上，对现场监测系统的硬件进行了设计，详细介绍了硬件总体结构的设计与硬件的选型、参数配
25、置。第4章 选择了系统的软件开发平台。根据系统的功能需求，设计了现场监测系统的软件的总体框架，详细介绍了各软件功能模块的实现。第5章 阐述了无线通信系统的设计，实现了现场监测系统与远程监测中心之间的数据通信。第6章 简要叙述了远程监测中心的软件功能与界面的设计以及硬件的选型。第7章 在系统设计完成的基础之上，展示了系统各功能的应用结果，验证系统的可行性。第8章 针对监测系统的设计开发，进一步提出系统需要改进的方向。1.4 本章小结本章简要叙述了课题的研究背景及意义，阐述了船舶设备监测系统的发展历史和现状，并根据课题的设计目标说明了本文的主要研究内容。重庆大学硕士学位论文 2 系统方案设计与分析
26、2 系统方案设计与分析本系统由现场监测系统、无线通信系统与远程监测中心三部分组成。现场监测系统能够及时获得设备的实时运行参数，显示船舶当前的运行状态。通过无线通信系统将现场监测系统处理分析后的数据传送至远程监测中心，经数据解析后显示其当前运行状况，方便监测中心工作人员的调用，从而保证船舶动力设备的安全稳定运行。2.1 系统监测对象与监测参数2.1.1 系统的监测对象本系统的监测对象为长江航道局某航标船，其主要监测设备由以下几个部分组成： 主推进机组VOLVO发动机有限公司生产的D7AT型柴油机，如图2.1所示； 柴油发电机组美国奥南动力公司生产的MDKBR-7230758型柴油发电机，如图2.
27、2所示； 辅机南京航海仪器二厂生产的YSZ-80型舵机与青岛船用锅炉厂生产的A0.10-1型空气瓶，如图2.3所示。图2.1 主推进机组Fig.2.1 The main propulsion unit图2.2 柴油发电机组Fig.2.2 The diesel generator set图2.3 辅机Fig.2.3 The auxiliary unit2.1.2 系统监测参数系统监测参数分为主推进机组、柴油发电机组、辅机三大部分。其中每一部分又细分为实时运行参数、运行指示参数与报警指示参数。实时运行参数包括设备的瞬时转速与常规热力参数，例如滑油温度、滑油压力以及冷却水温度等，这些参数均通过安装在
28、设备预留接口上的传感变送器获取；运行指示参数包括设备的运行指示、齿轮箱正倒车指示、异常停机运行指示等，这些参数全都为数字量参数，可以直接输入到数字量采集模块中；报警参数包括机组超速报警、滑油压力低压报警、滑油温度高温报警、冷却水温度低温报警等，均通过软件系统设定报警界限值进行逻辑判断。此三大部分的监测参数如表2.12.3所示。表2.1 主推进机组监测参数表Table 2.1 The monitoring parameter table of main propulsion unit 监测部分序号参数参数范围或显示状态实时运行参数1主机瞬时转速02000r/min2主机滑油温度01503主机滑油
29、压力01MPa4主机冷却水温0100运行指示参数1主机运行指示DC 24V指示灯2齿轮箱离合正车指示DC 24V指示灯3齿轮箱离合倒车指示DC 24V指示灯4主机超速停机指示DC 24V指示灯5主机滑油压力低压停机指示DC 24V指示灯6主机冷却水温高温停机指示DC 24V指示灯报警指示参数1主机超速报警根据报警界限值判断2主机滑油压力低压报警根据报警界限值判断3主机冷却水温高温报警根据报警界限值判断4主机滑油温度高温报警根据报警界限值判断表2.2 柴油发电机组监测参数表Table 2.2 The monitoring parameter table of diesel generator s
30、et监测部分序号参数参数范围或显示状态实时运行参数1柴油机瞬时转速02000r/min2柴油机滑油温度01503柴油机滑油压力01MPa4柴油机冷却水温01005交流输出电压0500V6交流输出电流080A运行指示参数1柴油机运行指示DC 24V指示灯2柴油机预报警指示DC 24V指示灯报警指示参数1柴油机超速报警根据报警界限值判断2柴油机滑油压力抵押报警根据报警界限值判断3柴油机冷却水温高温报警根据报警界限值判断4柴油机滑油温度高温报警根据报警界限值判断表2.3 辅机监测参数表Table 2.3 The monitoring parameter table of auxiliary unit
31、 监测部分序号参数参数范围或显示状态实时运行参数1舵机压力025MPa2空气瓶压力01MPa运行指示参数1燃油泵运行指示DC 24V指示灯2机舱风机运行指示DC 24V指示灯报警指示参数1舵机压力低压报警根据报警界限值判断2舵机油柜油位低报警根据报警界限值判断2.1 系统总体方案设计本系统的目的是反映船舶设备的各项运行参数，对异常的设备状态及时报警，且存储相应的运行数据与报警信息，同时将船舶的运行参数实时发送至远程监测中心，供远程监测人员对其进行操作。系统的总体设计方案如图2.4所示。船舶设备远程监测系统主要由信号源、信号采集、信号预处理、数据处理与分析、数据无线传输、远程接收与处理等六部分组
32、成。其工作原理主要分为以下两个流程： 通过安装在设备监测点上的传感器进行信号采集，将采集到的数据信息传输到现场模块中进行预处理后，输入工控机中由软件系统对信号进行分析、显示与存储，并根据给定的报警界限值进行相应的报警。 将现场监测系统处理后的数据信息进行打包，通过无线网络发送至远程监测中心，由远程计算机对数据进行解析、显示与存储。图2.4 系统总体方案图Fig.2.4 The overall program figure of system2.2现场监测系统方案设计现场监测方案主要由硬件方案与软件方案组成，硬件方案主要的作用是用于信号的采集与预处理，软件方案主要用于将采集到的数据进行处理、分析
33、与显示。2.2.1 硬件方案设计硬件设备主要的任务是进行信号的采集，由传感变送器以及交流变送器对设备的物理信号进行采集，转变为电信号后传送至现场模块中，经信号整形、调理、模数转换后输入工控机中。上述步骤是通过现成的一些知名厂家生产的自动化设备完成的，主要依靠设备内部单片机芯片来完成的，稳定性与可靠性高。目前，很多的自动化系统都采用一体化的PLC设备作为系统的硬件，但该设备的成本较高，适合监测信息量大、相对复杂的监测环境。就本系统而言，从成本与监测系统的复杂程度来看，没有必要选用PLC设备，采用通用的自动化设备搭建，性价比高。2.2.2 软件方案设计软件部分主要用于对硬件设备获取到的数据进行分析
34、、处理、显示与存储。目前比较流行的软件系统有组态软件、虚拟仪器软件开发工具以及高级汇编语言。组态软件即数据采集与过程控制的专用软件，该软件通常与相应的硬件系统配套使用，系统自主扩展性弱，并且价格比较昂贵，技术服务不方便；虚拟仪器软件开发工具，大多数为商业型软件，虽然功能强大，但价格比较高，开发前期的投入大，且对工控机的配置要求较高，软件运行加载速度较慢，如LabVIEW开发平台。结合实际情况综合考虑，本系统选用Visual Basic语言开发设计，系统开发成本小，数据处理过程清晰，便于系统的维护，可以根据系统的要求开发相应的功能，避免了商业软件在功能上的浪费。同时，鉴于汇编语言程序复杂，一旦出
35、错修改起来麻烦的缺陷，本软件系统采用了模块化的设计思路，维护方便，并且缩短了系统的开发周期。2.3 无线通信系统方案设计2.3.1 通信方案的选择要完成远程监测，首先要解决的就是无线通信问题，无线通信的实现目前有两种比较流行的方案：一种是基于B/S结构的以网页浏览器形式显示实时数据，另一种是基于C/S结构的无线数据传输，设有专门传输数据的服务器和接收数据的客户端。下面对这两种方案的优缺点进行简要叙述，并进行比较分析。基于B/S结构的浏览器与服务器模式的用户工作界面通过浏览器实现，其前端的逻辑事务极少，主要的逻辑事务都在服务器端实现，这样就大大的减轻了客户端计算机的工作，降低了用于系统维护与升级
36、的成本与工作量，节约了用户的成本10。该模式的优点有：具有分布性的特点，可以随时随地查询与浏览；业务扩展能力强，通过增加网页的数量即可增加服务器端的功能；修改简单方便，只需更改一个网页的功能，就可以实现所有用户的同步更新；开发相对简单，共享性强。缺点为：个性化等特点较低，无法实现个性化的功能要求；以鼠标为主要的操作方式，无法满足快速操作的要求；页面动态刷新，响应速度很低；功能弱化，难以实现传统模式下的特殊功能要求11。基于C/S结构的无线数据传输模式可以充分利用硬件环境的优势，将任务分配到客户端与服务器端来实现，系统的通讯开销得到了降低。由于目前的软件应用系统正在向分布式的Web应用方向发展，
37、Web和Client/Server 应用可以进行相同的业务处理12。因此，无论是内部用户还是外部用户，都可以访问新开发的和现有的系统，通过现有系统的逻辑还可以开发出新的系统。这也就是目前应用系统的发展方向。该模式的优点有：由于客户端与服务器的直接相连，省略了中间环节，因此响应速度快；操作界面美观、形式多样，能够满足用户的个性化要求；具有较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程。缺点为：需要配置专门的客户端程序，分布功能弱，针对点多面广且不具备网络条件的用户，快速安装和配置无法实现；兼容性较差，对于不同的开发工具，具有较大的局限性；开发成本较高，同时对于开发工作者的专业水平要求较高 13。经过以
38、上两种方案优缺点的比较，综合本系统的各方面的要求，选择了基于C/S结构的无线数据传输方案。2.3.2 无线网络的选择远程数据的传输采用了无线传输方案，数据传输的手段很多，必须选择合适的无线网络，才能满足数据传输的稳定性与可靠性。现有的无线网络有以下几种14-15： GSMGSM（Global System For Mobile Communications）是由欧洲电信标准组织制定的数字通信网络，也是当前应用最为广泛的移动数字网络之一，它的数据传输方式是基于GSM短消息业务的，使用GSM 网络来传输用户信息，短消息业务中心对其进行存储和转发。每个短消息的最大信息量为140个字节或70个汉字16
39、。基于SMS 的无线数据传输主要适用于单个业务数据量不大、实时性不高、交换不频繁的无线数据传输应用，不适合应用于本系统。 CDMACDMA（Code Division Multiple Access）无线网络是在数字扩频通信的基础上发展起来的，无线网络目前已经比较成熟，最新出现的3G技术就是基于此项技术研究的。CDMA技术能够满足传输速率高，传输容量大，抗干扰能力强等要求，但主要针对的是视频传输，且资费较高，而本系统的数据传输仅限于数据传输，不选用此技术。 GPRSGPRS（General Packet Radio Service）是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可以说是G
40、SM的延续，GPRS和以往连续的频道传输方式不同，以封包方式传输，因此所需费用是以传输单位计算，并非整个频道，较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps，传输速率约为GSM的10倍，建立新的连接几乎无需时间，因而随时都可与网络保持连接，仅按照数据流量计费，费用较低，性价比很高。综合比较上述无线网络的特点，GPRS无线网络非常适合本系统的无线传输，该无线网络方式完全能够满足无线通信的实时性与可靠性，利用GPRS无线网络进行数据的传输，使现场监测系统与远程监测中心之间的无线通信得以实现。2.4 远程监测中心方案设计远程监测中心作为服务器端，用于接收无线网络发送的数据包。基于Visu
41、al Basic编程语言对接收到的数据包按事先规定的协议进行数据解析，以虚拟仪表的形式显示主要的设备运行参数，并存储实时运行数据。2.5 本章小结本章首先明确了系统的监测对象与监测参数，其次对系统进行分析后，提出了系统总体设计方案，将整个系统分成三个部分，分别对各子系统进行了方案设计分析，选取了现场监测系统的硬件与软件平台，确定了无线传输方式，实现了无线通信与远程监测。重庆大学硕士学位论文 3 现场监测系统的硬件设计与实现3 现场监测系统的硬件设计与实现本系统的监测对象是某航标船的动力设备，其监测参数在第二章已经详述。根据现场的实际情况，对现场监测系统硬件进行设计，选取信号采集与数据传输方式，
42、分别采用传感变送器、交流变送器等硬件设备，对各机组的实时运行参数和运行指示参数进行采集，将采集到的数据输入到现场模块中进行预处理。下面对现场监测系统硬件的设计内容做简要介绍。3.1 串行通信技术简介3.1.1 串行通信技术概述随着计算机网络化和微机分级分布式应用系统的发展，通信功能越来越重要。通信是指计算机与外界之间的信息传输，既包括计算机之间的传输，也包括计算机与外部设备之间的传输，如打印机与磁盘之间的通信。在通信领域中，数据通信按每次传送的数据位数可分为：并行通信和串行通信。串行通信是指计算机主机与外设之间或主机系统之间数据的串行传送。使用一条数据线，依次传输数据，每一位数据占据一个固定的
43、时间长度。其只需少数几条数据线就可以在系统之间交换信息，特别适合计算机之间、计算机与外设之间的远距离通信17。3.1.2 串行通信方式 同步通信同步通信是一种比特同步通信技术，要求收发双方都具有同频同相的同步时钟信号，只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符，使收发双方建立同步，此后便按同步时钟逐位发送与接收18。没有数据发送时，传输线处于MARK状态。开始传输数据时，发送方首先发送一个或两个同步字符。当发送方和接收方同步后，不需要使用起始位和停止位来控制，就可以一个字符接着一个字符地连续发送数据，可以明显地提高数据的传输速率。当采用同步方式进行数据传输时，在发送数据过程中，收发双方都必须使用
44、一个时钟来协调，用于确定串行传输过程中每一位数据的位置。在接收数据时，接收方可以采用同步字符使其内部时钟和发送方的内部时钟保持同步，然后逐位移入同步字符后面的数据，将其转换成并行方式，供计算机读取，直至收到结束符后停止19。 异步通信异步通信是一种常用的通信方式。相对于同步通信而言，异步通信在发送字符时，所发送字符之间的时隙可以是任意的，而接收方需要时刻做好接收的准备。发送方可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每一个字符开始和结束的地方都要加上标志位，以便接收方能够正确地接收每一个字符。内部处理器在完成了相应的操作后，通过一个回调机制，告知发送方发送的字符已经得到了回复20。异步通信在有限信
45、道中传输效率高，其缺点是设备复杂、信道利用率较低，但随着光网络的发展，这些已经不是根本问题。3.1.3 串行通信接口类型 RS-232串行接口RS-232串行接口即标准串口，是最常用的串行通讯接口之一。它是一种用于串行通信的标准，由美国电子工业协会联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定的。它的全名为“数据终端设备与数据通讯设备之间串行二进制数据交换接口技术标准”21。传统的RS-232-C接口标准具有22根传输线，由标准的25芯D型插头简化为目前使用的9芯D型插头。RS-232接口采取的是单端通讯方式。由于其发送电平和接收电平的差仅为23V左右，所以共模抑制能力就显得差一些，而且其双绞线上有分布电容，传送距离最大约为15米，最高传输速率约为20kb/s。RS-232接口是为点对点通讯模式而设计的，其驱动器负载约为37k。故RS-232接口适合于本地设备之间的通信22。 RS-422串行接口典型的RS-422接口为四线接口，加上一根信号地线，一共由5根线组成。由于其接收器采用了高输入阻抗和发送驱动器，所以比RS-232接口具有更强大的驱动力，允许
