1、    基于Internet的嵌入式設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與研究    基于Internet的嵌入式設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與研究    類別：嵌入式系統(tǒng)      摘要：網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷是企業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的發(fā)展方向。本文介紹了一種基于Internet的嵌入式設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，利用嵌入式動態(tài)信號測試分析儀進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，通過Internet上傳至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備數(shù)據(jù)的集中化管理，專家通過網(wǎng)絡(luò)可以

2、對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且服務(wù)器可以對客戶端的連接進(jìn)行在線監(jiān)控，增強(qiáng)了系統(tǒng)的規(guī)范化管理和安全性。 關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測;故障診斷;Internet;嵌入式 前言 隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，多數(shù)企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建成，網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)成為企業(yè)設(shè)備管理的發(fā)展方向。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)在于：一方面，設(shè)備監(jiān)測分析人員和專家們不再局限于在工業(yè)現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，他們完全可以通過企業(yè)Intranet或Internet對設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷；另一方面，由于單機(jī)版的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)就存在本地機(jī)中，整個企業(yè)工廠的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)分布在各個監(jiān)測點(diǎn)上，較為凌亂，要統(tǒng)一集中化管理整

3、個企業(yè)的設(shè)備數(shù)據(jù)較為困難。 基于此，作者開發(fā)了一種基于Internet的嵌入式設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，將整個企業(yè)的設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)放在服務(wù)器進(jìn)行集中式管理，設(shè)備監(jiān)測人員通過網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過服務(wù)器身份驗(yàn)證后即可從服務(wù)器獲得相應(yīng)權(quán)限的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行在線狀態(tài)分析，同時本系統(tǒng)中也加大了服務(wù)器端監(jiān)控軟件的監(jiān)督管理功能，能夠監(jiān)聽到所有來自有客戶端的socket請求連接，并對其進(jìn)行身份驗(yàn)證，以決定其是否可運(yùn)行安裝在本地機(jī)的客戶端軟件，系統(tǒng)安全性、規(guī)范性得到了保證。 系統(tǒng)框架整個系統(tǒng)基于Internet架構(gòu)。在工業(yè)現(xiàn)場，先通過網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器上下載設(shè)備巡檢路徑信息至現(xiàn)場嵌入式動態(tài)測試分析儀中，然后嵌入式動態(tài)測試分析儀按照

4、所下傳的巡檢路徑信息采集現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)至分析儀中，既可以利用分析儀中的信號分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)現(xiàn)場分析，也可以通過網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器上指定的相應(yīng)測點(diǎn)目錄下，同時將分析儀的采集數(shù)據(jù)刪除（根據(jù)實(shí)際需要，采集的數(shù)據(jù)也可保留在本地分析儀中）。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的設(shè)備管理人員或者專家經(jīng)過權(quán)限認(rèn)證，從服務(wù)器上在線獲得所上傳的設(shè)備數(shù)據(jù)，在客戶端便可運(yùn)用系統(tǒng)的信號分析軟件所提供的各種信號分析方法，對設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，進(jìn)而進(jìn)行故障診斷，做出相應(yīng)的維修決策。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)采用服務(wù)器的集中管理模式，同時又具有C/S和B/S模式的雙重特點(diǎn)，服務(wù)器不但提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的功能，而且還擔(dān)任了WEB服務(wù)器的功能。W

5、EB服務(wù)器的作用在于提供客戶端用戶（設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測人員及專家）在線注冊、下載客戶端軟件（包括信號分析診斷軟件和動態(tài)信號采集軟件兩部分）、軟件實(shí)時更新等功能。通過提供WEB服務(wù)這樣一種方式，一方面通過用戶注冊，使得企業(yè)管理者可以及時了解整個廠的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測人員的實(shí)際分布情況，如所屬分廠、車間、職務(wù)等信息，便于管理者統(tǒng)籌安排人力資源，另一方面，也為整個廠的各個監(jiān)測點(diǎn)客戶端軟件的安裝和以后的軟件升級提供了一個平臺。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器則存有整個廠的設(shè)備信息，包括設(shè)備測點(diǎn)路徑信息和和所采集的測點(diǎn)數(shù)據(jù)文件。 軟件實(shí)現(xiàn) 軟件是設(shè)備監(jiān)測與故障診斷的中樞神經(jīng)。在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件分為系統(tǒng)軟件下載程序、客戶端信號分析診斷

6、軟件、客戶端嵌入式動態(tài)信號分析軟件、服務(wù)器端管理軟件四個部分。數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2000,開發(fā)語言工具為JSP，VC6.0。 用戶注冊、下載軟件程序 由前所述，利用系統(tǒng)所提供的WEB功能，企業(yè)各設(shè)備管理人員、設(shè)備采集人員需先從服務(wù)器上下載相應(yīng)權(quán)限的客戶端軟件，這樣既可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)備管理人員的規(guī)范化管理，又為以后的軟件升級提供了方便。系統(tǒng)采用JSP建立用戶申請下載軟件界面，用戶通過瀏覽器輸入網(wǎng)址，在頁面上可以輸入已分配的用戶名和密碼，通過服務(wù)器驗(yàn)證后即可從服務(wù)器下載相應(yīng)的客戶端軟件。此外，用戶可在頁面上輸入個人的基本信息，如年齡、性別、用戶級別（廠長、車間主任、設(shè)備管理人員、采集人員等

7、）、所屬分廠、車間、電話等信息，并在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中建立用戶相應(yīng)的信息表。 客戶端嵌入式動態(tài)信號分析軟件 數(shù)據(jù)采集人員在客戶端，如現(xiàn)場工作站，運(yùn)行嵌入式動態(tài)測試分析儀中的信號分析軟件，輸入相應(yīng)的用戶名和密碼，通過服務(wù)器驗(yàn)證后即可連上服務(wù)器獲得數(shù)據(jù)。如前所述，一方面，該采集程序通過網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器上獲得巡檢計劃/路徑（分廠車間設(shè)備測點(diǎn)）分析儀中，另一方面，將嵌入式動態(tài)測試分析儀采集到的數(shù)據(jù)存為指定的文件格式，然后將所存的數(shù)據(jù)文件上傳至服務(wù)器巡檢路徑的指定測點(diǎn)目錄下，以備以后的遠(yuǎn)程終端信號分析軟件分析使用。 除了采集、傳輸功能，該測試分析儀還集成了常用的各種分析方法，如時域（自相關(guān)，互相關(guān)等）、幅值域（

8、參數(shù)計算，直方圖等）、頻域（倒譜、包絡(luò)譜、細(xì)化譜等），時頻分析（SFFT、小波分析、小波包分析（如圖），如果需要，在現(xiàn)場采完數(shù)據(jù)后即可進(jìn)行信號分析，及時判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。 圖1系統(tǒng)框架圖 圖2系統(tǒng)小波包分析界面 客戶端信號分析診斷軟件 除了利用便攜式的嵌入式動態(tài)信號測試分析儀進(jìn)行現(xiàn)場的分析外，我們也可以在辦公室對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)分析，相配套的軟件為客戶端信號分析診斷軟件。同樣，設(shè)備監(jiān)測分析人員在客戶端，如遠(yuǎn)程診斷中心，運(yùn)行信號分析診斷軟件，輸入相應(yīng)權(quán)限的用戶名和密碼，即可連上服務(wù)器進(jìn)入信號分析診斷軟件，從服務(wù)器獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行分析。 信號分析診斷軟件也包括以上所介紹的各種分析方法，而且

9、包含有設(shè)備狀態(tài)趨勢預(yù)測和報警功能（包括常數(shù)和窄帶報警），包含有故障查詢，線性回歸預(yù)測、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測、灰色預(yù)測等故障診斷方法，能有效、及時地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的工作狀態(tài)，以采取相應(yīng)的措施。 該軟件采用樹型結(jié)構(gòu)目錄（總廠分廠車間設(shè)備測點(diǎn)測量類型），可以看到各個節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)層次，并且提供多種設(shè)備檢索方式，如樹型、命名檢索，可統(tǒng)計各分廠、車間、設(shè)備的測點(diǎn)個數(shù)。同時設(shè)備監(jiān)測人員可以隨意增加、刪除測點(diǎn)，而以企業(yè)管理者權(quán)限進(jìn)入的用戶則擁有對監(jiān)測人員、設(shè)備進(jìn)行添加、刪除的權(quán)限，可將某一設(shè)備指定給相應(yīng)監(jiān)測人員管理。 軟件還包含有報表打印功能，可以打印廠、車間、設(shè)備、測點(diǎn)位置、測試文件名、測試日期/時間、工況、數(shù)據(jù)分析后

10、的圖形曲線等信息。 服務(wù)器端管理軟件 本系統(tǒng)中，服務(wù)器端管理軟件是整個系統(tǒng)的控制中心，提供一個監(jiān)測、管理在線用戶的功能。軟件采用Socket技術(shù)，可以偵聽各個客戶端的連接消息，然后對其進(jìn)行身份驗(yàn)證，通過系統(tǒng)驗(yàn)證后，給其發(fā)送通過驗(yàn)證消息即可使其連上服務(wù)器，運(yùn)行相應(yīng)的客戶端軟件。 服務(wù)器端管理軟件具備用戶管理功能，并可設(shè)置并發(fā)連接用戶的個數(shù)，如果某一時刻客戶端連接數(shù)等于所設(shè)置最大連接數(shù)，其它客戶端將會得到系統(tǒng)忙的提示消息，這樣可以根據(jù)實(shí)際服務(wù)器的硬件性能，靈活控制系統(tǒng)的負(fù)荷；服務(wù)器端也可以控制任一客戶端的連接與斷開，即服務(wù)器端切斷某一客戶端的連接時，這個對應(yīng)客戶端的程序?qū)?qiáng)行關(guān)閉，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全

11、性與靈活性。同時，服務(wù)器端還可以瀏覽整個在線用戶的信息，包括有用戶名、管理權(quán)限、IP地址、登陸時間、登陸號等。 需特別指出的是，為了避免可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)阻塞和客戶端、服務(wù)器端雙方任意一方非正常退出等情況，該軟件增加了雙方定時發(fā)消息的功能，通過此來判斷對方是否還在線。例如，當(dāng)服務(wù)器端由于非正常原因退出了，如死機(jī)了，客戶端如果隔了一段時間收不到服務(wù)器端的確認(rèn)消息，便會強(qiáng)行退出，對于本系統(tǒng)來說，這時的客戶端連接已經(jīng)沒有存在的意義了，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性能。同樣，如果在線的某一客戶端非正常退出了，服務(wù)器端應(yīng)該也“偵察”得到，將此客戶端從socket隊(duì)列中刪除，同時在線的計數(shù)值減1。 圖3服務(wù)器參數(shù)設(shè)置界面

12、 同時，服務(wù)器端軟件還可動態(tài)修改所選數(shù)據(jù)庫類型（本系統(tǒng)中可供選擇SQLServer和Oracle兩種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫）及其端口號和登陸密碼，提高了系統(tǒng)的靈活性與安全性。 系統(tǒng)安全 由于本系統(tǒng)涉及到網(wǎng)絡(luò)，所以不可避免的需考慮網(wǎng)絡(luò)安全的問題。除了前面已提到的登陸服務(wù)器身份驗(yàn)證和服務(wù)器端對客戶端的控制連接功能外，在本系統(tǒng)中，還考慮了以下安全措施： (1)防火墻 在服務(wù)器端和客戶端安裝防火墻，能有效的屏蔽一些非常用端口，對信息進(jìn)行有過濾，防止一些非法人員的惡意攻擊，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。 (2)數(shù)據(jù)的加密，解密 一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，如用戶名、密碼等，如被非法人員竊聽得到，后果是不堪設(shè)想的。在本系統(tǒng)中，為了

13、加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，在數(shù)據(jù)發(fā)送前進(jìn)行加密，而對方在收到數(shù)據(jù)后再在本地機(jī)對數(shù)據(jù)解密后使用，可以有效防止萬一數(shù)據(jù)在傳輸途中被竊取后，也不會被獲得原始的真實(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性得到了有效地保證。 (2)數(shù)據(jù)備份 在系統(tǒng)安全性方面，一方面，在做好系統(tǒng)安全性防護(hù)和數(shù)據(jù)加密工作后，另一方面，為了以防萬一，我們也應(yīng)該及時地對數(shù)據(jù)做好備份。在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)備份主要分為服務(wù)器本地機(jī)備份和局域網(wǎng)內(nèi)備份。利用Windows操作系統(tǒng)自帶的備份工具可以方便快捷地對數(shù)據(jù)進(jìn)行本地機(jī)備份，而通過局域網(wǎng)內(nèi)機(jī)器的同步定時數(shù)據(jù)備份，可以防止服務(wù)器萬一崩潰而無法恢復(fù)所帶來的數(shù)據(jù)丟失。 嵌入式動態(tài)信號測試分析儀 作為現(xiàn)場終端采集、分析設(shè)

14、備，在本系統(tǒng)中，嵌入式動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)集合了電荷、電壓和ICP輸入，內(nèi)部集成了一整套應(yīng)用于工礦企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與預(yù)測維修的解決方案，滿足沒有遠(yuǎn)端計算機(jī)診斷系統(tǒng)的分析要求。該分析儀能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)大樣本數(shù)據(jù)采集，完全再現(xiàn)現(xiàn)場工況的動態(tài)發(fā)展過程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測與離線巡檢的高度統(tǒng)一。同時集成時域、頻域和時頻域各種信號分析方法，滿足現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析的所有功能要求。也可以在內(nèi)部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下通過U盤、串口或網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)據(jù)分析中心，做進(jìn)一步詳細(xì)的分析研究。 圖4嵌入式動態(tài)信息信號測試分析儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖4為分析儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)信號經(jīng)過信號預(yù)處理、抗混濾波后進(jìn)入信號采集卡。信號預(yù)處理系統(tǒng)主要是將傳感器輸出的電壓、電流等各種信號進(jìn)行放大、濾波或運(yùn)算得到用戶需要的而且滿足A/D采集芯片要求的信號；而抗混濾波把待測系統(tǒng)的高頻噪聲干擾濾除，防止高頻信號采集過程中的混疊現(xiàn)象。分析儀包括串口、USB、網(wǎng)口等多種與外界通信方式，采用液晶屏顯示，并且配有鼠標(biāo)與鍵盤接口。限于篇幅，在此不再贅述。 結(jié)論