科技館展品手持點檢儀的設(shè)計

曾 山，劉 孟，袁 斌

（江西省科學(xué)技術(shù)館，江西南昌 330038）

0 引言

隨著信息化時代的到來，生產(chǎn)型企業(yè)的傳統(tǒng)設(shè)備管理模式，已跟不上時代的步伐，為適應(yīng)快速高效的節(jié)奏，必須對傳統(tǒng)模式進行改變。通過一種智能的點檢方式代替“手工抄表”“隨機抽查”的常規(guī)管理模式[1]。智能手持點檢儀終端是基于傳感器檢測和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)遠程傳輸及數(shù)據(jù)云存儲構(gòu)建而成。通過手持的振動、溫度、噪音一體化傳感器放置在展品的關(guān)鍵位置處采集數(shù)據(jù)，傳感器數(shù)據(jù)通過Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)或蜂窩網(wǎng)絡(luò)與云存儲服務(wù)器連接，數(shù)據(jù)存儲。也可在手持移動終端實時監(jiān)測查看數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對展品運行狀態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析，實現(xiàn)對展品的運行狀態(tài)、故障位置、劣化趨勢等判斷。

針對展品的運行情況，設(shè)計一種一體式展品監(jiān)測儀器設(shè)備，它可以實時監(jiān)測展品的振動、溫度、噪聲等數(shù)據(jù)，建立一個數(shù)據(jù)庫。對這些展品采集的數(shù)據(jù)進行存儲分析。分析展品在什么環(huán)境參數(shù)下運行最穩(wěn)定，參數(shù)的變化會引起展品哪方面的故障等。這些數(shù)據(jù)的采集和存儲可對以后展品制作的發(fā)展帶來重大的參考意義。

1 手持點檢儀的管理功能

通過軟硬件系統(tǒng)的配合使用，巡檢系統(tǒng)可實現(xiàn)如下基本功能：

（1）設(shè)備溫度、振動、噪聲等監(jiān)測數(shù)據(jù)的查看，包括設(shè)備實時數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)，了解設(shè)備劣化趨勢。并可根據(jù)設(shè)備出廠參數(shù)設(shè)置報警門限，保證設(shè)備的良好運行。

（2）巡檢業(yè)務(wù)包括巡檢路線、巡檢站點、巡檢觀察項描述、巡檢排班、巡檢設(shè)備臺賬對應(yīng)信息、巡檢時間監(jiān)控，查看設(shè)備實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控及設(shè)備控制。

（3）巡檢人員執(zhí)行巡檢任務(wù)時，顯示當(dāng)前的巡檢任務(wù)路線的任務(wù)信息、巡檢點列表、各個巡檢點的觀察項，保證巡檢人員按照計劃好的巡檢方案進行巡檢；巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異?？刹榭丛O(shè)備數(shù)據(jù)并根據(jù)設(shè)備運行趨勢做故障分析，同時可使用手持終端的拍照、語音和視頻功能，記錄巡檢中的發(fā)現(xiàn)的情況；通過遠程跟蹤記錄巡檢手持終端的使用，自動監(jiān)控巡檢行為，嚴(yán)格按巡檢計劃執(zhí)行。

（4）具有數(shù)據(jù)報表功能，完善的數(shù)據(jù)查詢功能：支持精確查詢、定制查詢，可進行基本巡檢工作與隱患信息查詢統(tǒng)計與分析等，查詢結(jié)果可以用Excel 格式輸出，也可以以報表的形式顯示。

（5）日常巡查情況報表統(tǒng)計：對巡檢人員的巡檢情況、內(nèi)容、漏檢等自動分析，并按管理要求生成巡檢明細表漏檢明細表、巡檢日報表，可以將查詢結(jié)果輸出到打印機，生成Excel 文件。

（6）設(shè)備狀態(tài)選擇：巡檢開始前，需根據(jù)當(dāng)前被測設(shè)備的實際情況選擇設(shè)備狀態(tài)，包括運行、停機、帶病運行、檢修、備用5 種狀態(tài)。選擇設(shè)備運行、帶病運行狀態(tài)后，測量完成按下“保存”系統(tǒng)將自動跳轉(zhuǎn)到該設(shè)備的下一個巡檢測點測量。若選擇停機、檢修、備用狀態(tài)，系統(tǒng)將跳過該設(shè)備進入下一設(shè)備測量。

（7）巡檢進度：巡檢時，在“狀態(tài)”欄中將顯示當(dāng)前巡檢進度，如“10/36”表示此路徑總共有36 個測點，當(dāng)前已完成10 個。

（8）對展品進行開機、關(guān)機和燈光控制。

2 手持點檢儀的功能結(jié)構(gòu)

以全面掌握設(shè)備狀態(tài)為出發(fā)點，針對設(shè)備的具體情況制定巡檢內(nèi)容，放映設(shè)備運行狀態(tài)的重要參數(shù)，必須列入巡檢點內(nèi)容，點巡檢內(nèi)容足以說明狀態(tài)或用于維修決策，點巡檢項目完整，內(nèi)容包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)遠程傳輸，數(shù)據(jù)監(jiān)測可視化[2]。手持點檢儀終端結(jié)構(gòu)如圖1 所示。手持點檢儀具備以下功能：

（1）展品運行數(shù)據(jù)的采集（如溫度、振動、噪聲等）。

（2）展品運行數(shù)據(jù)記錄及遠程傳輸。

（3）展品運行數(shù)據(jù)監(jiān)測及查看。

3 系統(tǒng)功能目標(biāo)（圖2）

圖2 手持點檢儀目標(biāo)功能

（1）對展品的運行參數(shù)進行統(tǒng)計與存儲。

（2）分析展品在什么環(huán)境下，運行最穩(wěn)定可靠。

（3）運行參數(shù)的變化和展品故障間的相對關(guān)系。

（4）對以后展品制作、維修、維護給出參考依據(jù)。

4 系統(tǒng)功能創(chuàng)新

（1）國內(nèi)首次將移動巡檢設(shè)備運用到科普展覽展示領(lǐng)域，對提升科普場館展覽設(shè)施的管理水平具有重要意義。

（2）開發(fā)用于存儲、顯示和導(dǎo)出展品溫度、振動、噪聲參數(shù)的便攜式手持終端。該設(shè)備可方便、快速地將科普展品的相關(guān)參數(shù)進行存儲、顯示和導(dǎo)出，在提升現(xiàn)場故障檢測效率、分析和預(yù)判現(xiàn)場故障方面有著重要作用。

（3）開發(fā)用于采集與傳輸展品溫度、振動、噪聲參數(shù)的數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊。該模塊集成溫度、振動、噪聲的檢測裝置，可根據(jù)需要對相應(yīng)參數(shù)進行檢測，提升檢測效率。

（4）開發(fā)專門用于科普展品現(xiàn)場檢測的軟件，實現(xiàn)科普場館展覽設(shè)施的即時檢測和數(shù)據(jù)顯示，進一步提高科普設(shè)施的智能化管理水平。

5 手持點檢儀系統(tǒng)的硬件設(shè)計

手持點檢儀系統(tǒng)是以STC12C5A60S2 單片機為核心的控制系統(tǒng)，通過采集溫度傳感器、振動傳感器、噪聲傳感器的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器進行數(shù)據(jù)通信。操作流程如圖3 所示。

圖3 操作流程

5.1 STC12C5A60S2 單片機特性

STC12C5A60S2 單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期單片機，是高速/低功耗/超強干擾的新一代單片機。指令代碼兼容普通的51 單片機，但速度快到8～12 倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，針對強干擾場合。

5.1.1 STC12C5A60S2 單片機通信接口

STC12C5A60S2 單片機是一款功能比較強大的單片機，它擁有兩個全雙工串行通信接口[3]，串口1 的功能及操作與傳統(tǒng)51 單片機串行口相同；特殊的是STC12C5A60S2 單片機內(nèi)部有一個獨立波特率發(fā)生器，串口1 可以使用定時器1 作為波特率發(fā)生器，也可以使用獨立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器；而串口2 只能使用獨立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器。

5.1.2 單片機雙串口的定義

單片機晶振：11.0592 MHz；波特率：9600 bps；引腳定義：串行口1：發(fā)送—TxD/P3.1；接收—RxD/P3.0；串行口2：發(fā)送—TXD2/P1.3；接收—RxD/P1.2。

5.1.3 單片機雙串口通信的原理（圖4）

圖4 單片機雙串口通信原理

5.2 溫度數(shù)據(jù)的采集

打開平板選擇展品參數(shù)采集，選擇溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測，平板系統(tǒng)軟件會向一體傳感器設(shè)備發(fā)送溫度數(shù)據(jù)查詢指令OXAA，展品運行時，溫度傳感器的數(shù)據(jù)通過單片機I2C 采集和換算，形成一個平均溫度值，通過無線數(shù)據(jù)模塊上傳給手持設(shè)備，再通過Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)上傳上位機數(shù)據(jù)庫軟件，進行保存，最后通過數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計進行分析判斷。溫度數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 溫度數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)

5.3 振動數(shù)據(jù)的采集

打開平板選擇展品參數(shù)采集，選擇振動數(shù)據(jù)監(jiān)測，平板系統(tǒng)軟件會向一體傳感器設(shè)備發(fā)送振動數(shù)據(jù)查詢指令OXBB，展品運行時，振動傳感器的數(shù)據(jù)通過單片機AD 采集器的采樣和換算，形成一個振動幅度的值，通過無線數(shù)據(jù)模塊上傳給手持設(shè)備，再通過Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)上傳上位機數(shù)據(jù)庫軟件，進行保存，最后通過數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計進行分析判斷。振動數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6 振動數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)

5.4 噪聲數(shù)據(jù)的采集

打開平板選擇展品參數(shù)采集，選擇噪聲數(shù)據(jù)監(jiān)測，平板系統(tǒng)軟件會向一體傳感器設(shè)備發(fā)送噪聲數(shù)據(jù)查詢指令OXCC,展品運行時，噪聲傳感器的數(shù)據(jù)通過單片機AD 采集器的采樣和換算，形成一個噪聲的峰值，通過無線數(shù)據(jù)模塊上傳給手持設(shè)備，再通過Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)上傳上位機數(shù)據(jù)庫軟件，進行保存，最后通過數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計進行分析判斷。噪聲數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

圖7 噪聲數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)

6 手持點檢儀軟件設(shè)計

6.1 手持設(shè)備操作界面

手持設(shè)備支持查看展廳、展區(qū)、展品、展品開關(guān)機狀態(tài)、展品運行及故障狀態(tài)、展品運行參數(shù)監(jiān)測、電源通斷電狀態(tài)、布展燈光狀態(tài)等信息。并支持展品開關(guān)機控制、通斷電控制、布展燈光的控制等操作。便于工作人員快捷便利的查看信息和對相關(guān)設(shè)備的控制。

6.2 手持設(shè)備用戶權(quán)限登錄界面

系統(tǒng)實現(xiàn)用戶賬號的添加、修改、刪除、啟用和禁用等功能。支持角色的添加、修改、刪除、啟用和禁用等功能?？梢詾榻巧x予一系列的操作權(quán)限，用戶可通過設(shè)置角色來獲得操作權(quán)限，也可以為每個用戶單獨賦予一些操作權(quán)限，數(shù)據(jù)范圍權(quán)限每個用戶單獨設(shè)置。

6.3 手持設(shè)備用戶管理界面

手持設(shè)備系統(tǒng)可實現(xiàn)展廳、展區(qū)、展品等的添加、修改、刪除。展品支持設(shè)置多種運行模式，不同模式可以做不同的設(shè)置（如展品運行時間）。

7 結(jié)語

手持點檢儀的設(shè)計投入消除了原有點檢儀制度中的漏洞和弊端，使點檢結(jié)果在執(zhí)行過程中更加真實有效的反映設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況[4]。手持點檢儀可獲得展品運行的大量數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計，對展品運行數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)展品運行狀態(tài)的監(jiān)測、展品故障類型的統(tǒng)計、展品故障預(yù)報警，甚至通過運行數(shù)據(jù)可以分析展品的操作熱度，記錄到系統(tǒng)中，將展品熱度分析、展品運行及故障分析等內(nèi)容根據(jù)系統(tǒng)獲得的實時數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為多種圖表形式，直觀簡潔地進行展示，便于管理人員隨時查看。