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单片机控制下船舶弱电网自动监控系统

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年1月作者：刘春会

[导读] 随着船舶产业发展，传统的弱电网自动监控系统已经无法满足需求，依靠成熟的单片机技术应用于船舶弱电网自动监控系统之中，利用编程时来完成数据的转化和信号的传递，改变了传统的自动监控系统中存在的不足。单片机控制下船舶弱电网自动监控系统，要做好软件系统和硬件系统设计，根据使用要求，量体裁衣，继而实现良好的自动监控功能。根据对比试验，发现单片机在一定情况下自动监控精度要优于云监控系统。

北京海淀中船重工信息科技有限公司刘春会 100048

摘要：随着船舶产业发展，传统的弱电网自动监控系统已经无法满足需求，依靠成熟的单片机技术应用于船舶弱电网自动监控系统之中，利用编程时来完成数据的转化和信号的传递，改变了传统的自动监控系统中存在的不足。单片机控制下船舶弱电网自动监控系统，要做好软件系统和硬件系统设计，根据使用要求，量体裁衣，继而实现良好的自动监控功能。根据对比试验，发现单片机在一定情况下自动监控精度要优于云监控系统。
关键词：单片机；船舶；弱电网；监控系统
        一、传统船舶弱电网监控系统缺陷
        船舶弱电网监控系统通过设置测量仪器，监控系统中设备的电力运行情况，根据收集的数据，做出相应的判断，及时发现问题，完成系统自我保护。但是传统的船舶电气监控系统通常采用有线传输，整个系统的布线密切复杂，故障多发，检测监控难度大，数据存在失真情况。
        同时，因为采用有线传输，导致后期的可扩展性差，因此设备更新换代成本大，所需周期长。
        除此之外，传统的船舶电气监控系统计算方式单一，对设备的状态分析缺乏有效的仿真以及分析手段。
        综上所述，采用传统的船舶弱电网监控系统监控效果差，维护难度高，不易后期管理与新技术应用。
        二、船舶弱电监测系统设计
        2.1系统总体框架设计
        针对传统船舶弱电网自动监控系统存在的问题，以及船舶发展新需求，必须要采用一种新型的自动监控系统。本文设计一种单片机控制，结合通信技术、传感器技术以及数据计算为一体的监控中心。电力设备的监控系统主要包括三个子系统，分别是电力设备运行状态监测以及仿真子系统，通过该系统完成电力设备运行状态数据采集，并且完成数据的储存与传输；船舶便携式电力设备运行状态监测及分析子系统，其帮助巡检人员进行数据显示，方便巡检维修；陆上电力设备运行状态监测以及大数据仿真子系统。本文中所设计的是电力设备状态运行监测子系统。
        2.2船舶弱电网自动监控系统硬件设计
        2.2.1自动监控中间件设计
        为了保证远程对船舶弱电网的监控，让船舶运行过程中数据的自动监控实时性和透明度更高。为了满足这一要求，改变原有的监控系统下层控制器服务主机与串口相连的方式，将串口通信用网络编程的方式转化成以太网通信，通过单边机实现了串口相连转化为通信网络连接，继而降低了因为串口相连产生的数据波动，缩小数据误差。
        除此之外，利用单片机来控制弱电网数据的发送和接收，同时在中间节设计中还配置了数据的发送、解析、接受功能，继而实现船舶弱电系统的自动监控。其自动监控过程为：
        1）中间件需要读取船舶弱电网中的数据文件，并在此过程中完成串口初始化过程；
        2）外接多个中央控制器，利用中间件实现了多个中央控制器同时接入系统之中，中央控制器通过中间件向终端发送监控数据；
        3）终端判断，在收到数据以后，中间件会检测终端是否可用，若不可用，则无法完成命令下达，若可用则终端与中间件连接，完成监控数据传输，向终端发出监控指令，继而完成自动监控工作。
        2.2.2 自动监控服务器设计
        自动监控服务器是整个监控系统的核心，也是系统的大脑所在。因此自动监控服务器性能优良，直接影响着整个自动监控系统的运行。因此弱电网自动控制服务器的性能需求包括：
        1）弱电网自动监控服务器能够周期性接收智能终端的监控数据，周期越短越好，但是周期越短产生的数据量越大，对于服务器的性能要求越高，随着云计算，大数据技术的发展，服务器性能得到了极大改善；
        2）弱电网的服务器的存储功能，智能终端产生大量的数据发送给服务器，服务器需要将这些数据储存，并且能够完成数据的输出，因此服务器数据库有一定的性能要求；
        3）服务器指令功能，服务器的指令功能是根据数据分析判断，继而发出相应的指令信号，因此要求服务器具有一定的计算性能。
        通过操作监控服务器的接口设备，运维人员可以控制船舶弱电网络内部的受控设备，并完成船舶弱电网络监控的参数设置。当监控服务器实现命令功能时，运维人员可以通过相应的应用软件发布监控命令，进行一系列的监控过程。一方面，监控服务器将船舶导航数据和从下位机收集到的信号存储在服务器中。另一方面，它将运维人员发布的指令记录在监控数据库中，主要用于备份和查询。在中间件启动过程的基础上，设计了舰船弱电网络自动监控中间件。结合监控服务器的工作原理，设计了舰船弱电网络自动监控服务器，实现了系统的硬件设计。
       三、船舶弱电网自动监控系统的软件设计
        硬件是保证系统运行正常的设备保障，而软件则是保证系统高效运行的重要保证。因此在完成硬件设计以后，重点在于软件设计。软件系统设计主要包括数据采集软件设计以及监控程序设计两大部分。
        3.1采集程序的设计
        硬件搭建完成以后，需要对数据进行采集，如果利用软件来对数据采集，继而实现弱电系统的监控目的。数据采集程序的设计，首先要为数据标注，即数据的种类主要包括设备运行的电流电压、温度等，根据数据种类，建立相应的数据库以及启动程序。
        启动程序设定方面，系统启动之后，对系统的服务器模块进行初始化处理，然后监控终端组网，判断采集点组网是否成功，然后等所有采集点数据结束后，采集所有的船舶电网监控数据，并且将采集到的数据发送到服务器中，然后发送至用户，完成数据采集工作。
        3.2自动监控程序设计
        本设计中的自动监控程序是基于WINDOWS系统开发的，监控程序的设计原理是采集程序完成弱电网中的电流、电压以及频率数据后，监控程序打开，监控程序的初始值是最近一次的采集数据记录。
        当用户启动自动监控程序时，监控程序会发出相应的操作指令，操作指令通过通信网络传输到监控终端，监控终端实现指令解析，完成数据转化，继而对数据进行监控，其流程如图1所示。

        利用单片机，结合数据采集和自动监控程序，完成了数据的采集和弱电网系统的自动监控，继而满足系统的软件需求。
        四、实验效果分析
        为了更好的说明监测效果，设计中设计对照实验，在外部环境不变的情况下，如海洋环境、温度、风力等，分别采用云计算系统和单片机控制系统相对比，发现监控系统误差，单片机数据误差相较于云监控系统降低60%左右，监控精度更高，因此采用单片机控制船舶弱电网自动监控系统，具有自身优势。
        结束语
        单片机技术较为成熟，将单片机应用于船舶弱电网自动监控系统之中，利用编程时来完成数据的转化和信号的传递，改变了传统的自动监控系统中存在的不足。单片机控制下船舶弱电网自动监控系统，要做好软件系统和硬件系统设计，根据使用要求，量体裁衣，继而实现良好的自动监控功能。根据对比试验，发现单片机在一定情况下自动监控精度要优于云监控系统。
参考文献
[1]王雷,丁伯才,张琪等.基于物联网的船舶电力设备状态监测系统[J].计算机与数字工程,2019,47(2):485-488.DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2019.02.047.
[2]张若思, 信息产业电子第十一设计研究院,四川成都. 弱电设计中监控系统的选择——浅谈数字监控系统与模拟系统对比[J]. 四川省土木建筑学会第36届学术年会, 2012.