NodeMCU在船舶無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：如今船舶上已逐漸進(jìn)行Wi-Fi全覆蓋，將Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用到船舶監(jiān)測(cè)報(bào)警中也是發(fā)展趨勢(shì)，本文利用NodeMCU單片機(jī)，利用Lua語(yǔ)言編寫(xiě)了相應(yīng)的通訊程序，在實(shí)驗(yàn)室搭建了由西門(mén)子S7-400主從站組成的模擬仿真系統(tǒng)，并利用HTML語(yǔ)言設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)頁(yè)界面。通過(guò)連接在同一Wi-Fi下的設(shè)備訪問(wèn)IP地址，即可在瀏覽器中打開(kāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控界面，對(duì)對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制，并在Windows 10系統(tǒng)下通過(guò)Microsoft Edge瀏覽器進(jìn)行訪問(wèn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果證明了這一方法是可行的。

關(guān)鍵詞：NodeMCU；無(wú)線監(jiān)控；船舶；通訊

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）11-0031-02

在電力推進(jìn)技術(shù)廣泛應(yīng)用于船舶領(lǐng)域的大環(huán)境下，為了更方便地監(jiān)視船舶動(dòng)態(tài)和管理船舶，保證船舶上的設(shè)備和人員的安全，機(jī)艙檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。而隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，船舶上的報(bào)警系統(tǒng)延伸到了更多必要的地方，比如駕駛臺(tái)，集控室等等，然而這樣也不能保證輪機(jī)管理人員能夠?qū)崟r(shí)接收到監(jiān)測(cè)和報(bào)警信息。而如今，越來(lái)越多的船舶已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)全船Wi-Fi全覆蓋，完全可以利用Wi-Fi來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警的數(shù)據(jù)共享，這樣使輪機(jī)管理人員不用時(shí)時(shí)刻刻注視著集控主機(jī)，通過(guò)手機(jī)便能實(shí)時(shí)接收到監(jiān)測(cè)報(bào)警信息。

本文利用NodeMCU單片機(jī)連接Wi-Fi來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)透?jìng)?，設(shè)計(jì)制作了一個(gè)無(wú)線監(jiān)測(cè)網(wǎng)頁(yè)界面，通過(guò)訪問(wèn)對(duì)應(yīng)的IP地址便可實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)報(bào)警信息。

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)造

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建某條船的監(jiān)控系統(tǒng)仿真模型，其拓?fù)鋱D如圖1所示，系統(tǒng)上層由監(jiān)控中心主機(jī)、主控PLC與NodeMCU以及無(wú)線接入端（智能手機(jī)、船員電腦和平板電腦等等）組成，遵循TCP/IP協(xié)議。系統(tǒng)下層由主控PLC S7-1200與各個(gè)從站組成，他們之間由Profibus-DP連接，遵循Profibus-DP協(xié)議，各個(gè)從站分管不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。如機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)、導(dǎo)航和航行規(guī)劃系統(tǒng)以及綜合船舶信息顯示與處理系統(tǒng)。

如圖2所示，NodeMCU與監(jiān)控中心主機(jī)之間通過(guò)USB連接，NodeMCU內(nèi)嵌ESP8266 Wi-Fi模塊，ESP8266是一款性?xún)r(jià)比很高的Wi-Fi串口解決方案模塊，系統(tǒng)正是通過(guò)這一模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸?shù)摹?/p>

現(xiàn)代船舶上有數(shù)以千計(jì)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，本文僅選取機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)下的幾個(gè)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)試，分別為主軸承滑油進(jìn)口壓力、一號(hào)增壓器滑油進(jìn)口壓力、二號(hào)增壓器滑油進(jìn)口壓力、一號(hào)增壓器滑油出口溫度以及二號(hào)增壓器滑油出口溫度，通過(guò)測(cè)試該若干個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，便可驗(yàn)證利用NodeMCU進(jìn)行無(wú)線監(jiān)控的可行性。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 程序設(shè)計(jì)

根據(jù)NodeMCU提供的事件驅(qū)動(dòng)型API，可以很方便地進(jìn)行程序的編寫(xiě)；而且由于使用的是Lua腳本語(yǔ)言，僅僅需要很簡(jiǎn)單的程序片段，便能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的功能。

由于我們需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，在程序的開(kāi)始需要對(duì)固件進(jìn)行設(shè)置。

（1）Wi-Fi設(shè)置：利用Wi-Fi.setmode（Wi-Fi.STATION）將NodeMCU設(shè)置為station模式，使用Wi-Fi.sta.config （"SSID"， "PASS WORD"） 來(lái)設(shè)置Wi-Fi名稱(chēng)和密碼以連接到無(wú)線網(wǎng)。

（2）定義輸入輸出接口：監(jiān)控的數(shù)據(jù)主要為主軸承滑油進(jìn)口壓力、一號(hào)增壓器滑油進(jìn)口壓力、二號(hào)增壓器滑油進(jìn)口壓力、一號(hào)增壓器滑油出口溫度以及二號(hào)增壓器滑油出口溫度，分別設(shè)置為pm、p1、p2、t1、t2。Lua語(yǔ)言編程環(huán)境下可直接引用..pm..來(lái)進(jìn)行輸出。

（3）數(shù)據(jù)通訊總線的設(shè)置：本文使用NodeMCU無(wú)線透?jìng)鬟M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此外，NodeMCU也可直接外接傳感器，對(duì)監(jiān)控主機(jī)所在的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。若外接傳感器可利用gpio.mode（x， gpio.INPUT）來(lái)將pin x設(shè)置為輸入模式，進(jìn)而讀取傳感器數(shù)值。

（4）監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)：為了更加方便快捷，使得用戶(hù)可以通過(guò)連接與NodeMCU相同的Wi-Fi，在瀏覽器下訪問(wèn)NodeMCU的IP地址，通過(guò)程序中g(shù)et（IP）獲得（案例設(shè)定為：192.168.99.100）便可進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控畫(huà)面及監(jiān)控網(wǎng)頁(yè)利用HTML語(yǔ)言編寫(xiě)。在系統(tǒng)沒(méi)有運(yùn)行的情況下的監(jiān)控界面如圖3所示，此時(shí)監(jiān)測(cè)值皆為默認(rèn)值“0”，報(bào)警皆為默認(rèn)值“NO”，故障預(yù)警結(jié)果也為默認(rèn)值“NULL”。

2.2 監(jiān)控測(cè)試

系統(tǒng)運(yùn)行后，在監(jiān)控端主機(jī)傳遞變量數(shù)據(jù)后，在另一臺(tái)電腦（操作系統(tǒng)為Windows 10）上連接該Wi-Fi，并通過(guò)Microsoft Edge瀏覽器訪問(wèn)192.168.99.100，便可獲得如圖4所示的監(jiān)控結(jié)果。輸入pm、p1、p2、t1、t2分別為0.2、0.2、0.2、105、105，所以在下方的故障預(yù)警結(jié)果中會(huì)輸出“主軸承滑油進(jìn)口壓力過(guò)低”的結(jié)果，符合預(yù)期結(jié)果，證明這一應(yīng)用方式的可行性。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)總體的設(shè)計(jì)過(guò)程和測(cè)試結(jié)果，本文得出以下結(jié)論，將NodeMCU投入到船舶監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試可以證明其便捷性和可靠性，而且該種方案可以進(jìn)行修改，進(jìn)而推廣到不同的監(jiān)控場(chǎng)合和生產(chǎn)工作場(chǎng)合中。

參考文獻(xiàn)

[1]R Ierusalimschy. Programming in Lua[M]. DBLP，2003.

[2]徐海琴，田作華，曹廣益.遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的新進(jìn)展[J].微型電腦應(yīng)用，2004，20（8）：3-5.H Q Xu， Z H Tian， G Y Cao. On the New Development of Remote Monitoring Technology[J]. Microcomputer Application，2004，20（8）：3-5.

[3]姚增韻，劉小榕，吳家乾，陳文秀.基于C#的船舶電力推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊設(shè)計(jì)[J]. 船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師，2015，48（5）：61-63.Z Y Yao， X R Liu， Q J Wu. Data Communication Design of Ship Electric Propulsion Monitor System Based on C#[J].Ship Standardization Engineer，2015，48（5）：61-63.

[4]沈航，龐觀士，林詩(shī)美.物聯(lián)網(wǎng)工控平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的研究和設(shè)計(jì)[J].新型工業(yè)化，2016，6（10）：94-98.Shen Hang， Pang Guan-shi， Lin Shi-mei. Study and Design on IOT Industrial Platform at the Field Level Wireless Sensor Network Nodes[J].The Journal of New Industrialization， 2016，6（10）：97-98.

[5]張顯庫(kù)，任光，劉軍，等.綜合船舶監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)造船，2002，43（2）：71-80.Zhang Xian-ku， Ren Guang， Liu Jun， et al. Design of Integrated Monitoring Systems for Ships[J].Shipbuilding of China，2002，43（2）：71-80.

[6]閆波.基于PLC的船舶機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連海事大學(xué)，2015.Yan Bo. Design and Implement of Ship Engine-Room Monitoring and Alarm System Based on PLC [D]. Dalian Maritime University，2015.

[7]徐弘升，林葉錦.基于嵌入式系統(tǒng)和CAN總線的船舶監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，34（s1）：101-103.XuHong-sheng， Lin Ye-jin. Design of a ship monitoring system based on embeded system and CAN bus[J] Journal of Dalian Maritime University，2008，34（s1）：101-103.

[8]QM Ashraf， MIM Yusoff， AA Azman， NM Nor. Energy monitoring prototype for Internet of Things： Preliminary results[J].International Symposium on Autonomous Decentralized Systems，2015，40（1）：1-5.