基于LabVIEW的远程无线监控系统

摘要：本文以单片机STC12C5A60S2为控制核心，以LabVIEW为操作平台，提出了日照铁运公司机房多机无线监控系统的设计方案。主要介绍了远程无线监控系统整体设计、硬件电路组成、软件编写等，在设计中将GSM通讯模块与检测回路合并，缩小了硬件体积，保证通讯的可靠性。机房远程无线监控系统经过一段时间运行取得满意效果，为日照铁运公司节省了大量的人力、物力，具有重要的现实意义和广泛的应用前景。
关键词：无线监控系统；多机通讯；GSM模块；数据库

0 引言
    近年来，随着信息化进程的加快，计算机网络技术以及无线通讯技术的发展，计算机、服务器等机房的建立十分普遍，如电力、电信、海关、各车间动力机房以及计算机机房等。机房里都有其独立的一套设备，如交换机、服务器、空调设备、发电机等。如今面对如此多的机房及相关设备，传统的人工轮训检查的方式已经无法实现，代之而起的是无人值守的智能远程监控方式。因此，通过合理配置机房环境和设备的监控系统，可以有效提高设备故障的检出速率，做到对设备故障、环境情况及安全性的迅速、准确反应和有目的性的维护，提高维护管理质量，降低维护费用，同时保障系统处于良好的工作状态，从而降低运行成本。
    本文在了解国内外无人值守机房无线监控系统发展现状和趋势的基础上，结合日照港铁运公司机房现状，研制了基于LabVIEW的机房远程多机无线监控系统，对机房内的空调、设备电源以及UPS运行情况进行监控，真正实现了机房远程监控。

1 机房远程无线监控系统整体设计
    本无线监控系统主要由四部分构成：数据采集模块、数据传输模块、执行机构、后台监控模块。
    图1为远程无线监控系统的硬件框图。主要包括数据采集模块(单片机STC12C5A60S2、电压检测模块、温度检测模块)、数据传输模块(GSM ／GPRS模块)、执行机构(继电器等)、后台监控模块(监控软件、GSM／GPRS模块)。

    在系统的整体设计中，每个区域有自己固定的ID号，ID即设备地址，是系统各主从设备之间通讯的唯一身份代码。各个现场采集的数据经过单片机处理之后通过GSM将数据发送到后台GSM，上位机通过LabVIEW编写的上位机监控软件将数据从GSM中读出，根据ID号将数据放在对应的区域。同样，后台根据用户所要控制的设备将控制指令和ID号通过后台GSM将数据发送到对应的ID号的设备，从而实现后台对不同区域设备的控制。
    设计中，电源模块为单片机、检测电路及GSM通讯模块提供电源；单片机作为整个检测控制系统的核心，负责处理相应电路和传感器采集的数据，并且控制执行机构实现控制要求，另外实行与GSM的通讯；温度采集模块通过高精度的温度传感器实现温度检测；市电电压检测模块则是通过相应的硬件检测电路实现对市电电压的检测；设备电压检测模块是为了判断当前设备的运行状态而设计的；GSM通讯模块实现现场与后台的无线通讯；执行机构则是对用户的控制要求完成执行的模块。此外，为方便用户的操作，在设备上设计现场操作按键。

2 机房远程无线监控系统软件设计
2．1 下位机软件设计
    在此系统中，温度检测值会和用户的设定值进行实时比较，当检测值高于用户的设定值时，单片机会通过串口将数据传给GSM，GSM模块会将数据以无线传送给后台的GSM，后台GSM则通过RS232与PC机相连，数据通过PC机串口进入PC机，然后由监控程序对数据进行相应的解码、处理，最后以相应的形式显示给用户。
    当用户通过后台对现场进行控制时，控制指令按照编码协议首先进行编码，然后由RS232传送给后台GSM，通过GSM发送到现场，现场GSM接收之后将数据送到单片机，由单片机进行解码，完成之后，根据协议控制现场的相应执行机构(继电器)动作，达到控制的目的。
2．1．1 下位机软件设计要求
    单片机作为下位机的控制核心，软件设计也是以此为基础，主要实现以下功能：1)实现对相关设备电压检测数据的采集和处理；2)实现对现场温度值的采集和处理；3)实现对执行机构的控制；4)负责与GSM模块之间的485通讯；5)采集按键状态，完成现场操作控制。
2．1．2 下位机监控软件工作流程图
    机房远程无线监控系统下位机软件主要包括串口、GSM、定时器初始化；市电电压、UPS电压及设备工作电压的采集及处理；空调启动以及设备开关控制；与GSM模块的通信，程序流程图如图2所示。

2．2 上位机监控界面及功能
    LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。被工业界、学术界和研究实验室所广泛接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。还内置了便于应用TCP／   IP、ActiveX等软件标准的库函数。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
    利用LabVIEW建立上位机远程监控系统界面如图3，下面具体介绍具体功能。

    (1)空调控制及温度检测
    上位机显示由下位机采集发送来的现场温度状况，采用数字和图形控件显示形象准确；此外，用户可以通过点击监控上的相应按钮实现对后台空调的控制以及现场温度的采集，从而实现远程监测和控制，包括：空调电源断电、温度以及控制空调启动。
    (2)现场设备开关控制
    远程控制现场设备的开关，为保证动作执行后相关执行机构确实完成动作，设计中添加了相应的检测电路，执行机构每次动作完成之后，通过检测电路得到动作后的状态，从而确保动作完成，避免外界环境引起的误操作。
    (3)历史数据查看
    设计中，为了方便用户查看操作记录及相应的报警信息，设计了基于Access数据库的数据存储模块，该模块用于存储所有的故障报警信息及用户的操作记录。
    鉴于数据查看方便，监控中查看的历史数据为最近30天的数据，用户如果需要查看之前的历史数据，则可以从数据库查看，如图4所示。

    (4)打印功能
    可以打印输出数据库中的报表信息。
    (5)用户管理
    根据设计要求，系统中的操作指令必须根据操作人员的职权授予不同的使用权限，高级管理人员除具备监测任务之外还具备监控任务，通过输入正确的密码和用户名控制现场设备。
    (6)故障报警功能
    当监控室温度过高或市电掉电及UPS的电源工作时，监控指示灯会变为异常状态并伴有警报报警，以通知相关人员进行处理。

3 结论
    本文提出了日照铁运公司机房远程无线多机监控系统的设计方案，构建了整套监控系统，并进行了相关试验。经过一段时间运行，各个区域的运行状况达到设计要求，性能稳定，成功应用到无人机房监控中。基于LabVIEW的机房远程多机监控系统具有重要的现实意义，为日照铁运公司节约了大量人力、物力，是现代无线网络技术的重要应用，具有广阔的应用前景。