[科普中国]-数据采集监控系统

简介

数据采集监控系统作为公用性的生产数据平台,对企业信息系统的应用有着以下实际意义。一是统一管理生产数据,保证业务数据的一致性；二是通过统一从各个系统收集生产数据，再向各个系统提供完整生产数据的形式,实现生产制造信息流的衔接与集成；三是避免或减少依靠操作员手工衔接生产制造信息流的状况,提高企业信息系统的自动化程度；四是通过开放接口来统一提供各类生产数据,方便其它系统的使用,避免重复开发；五是通过监控系统的统一调度指挥能过节省大量的人力物力,使企业管理走向智能化,现代化。因此,实施数据采集监控系统有利于提高整个企业信息系统的应用效率。1

研究意义随着科学技术的发展和管理智能化需求的不断增加，国防、工业、社会企业等都依托计算机进行数字化管理、后台数据处理、科学计算和教学工作。在现代化发展的进程中，随着现代主流装备发展越发精密，设备环境越来越复杂，对日常储存的数据监控提出了更高的要求。以往维护都是个很难解决的现实问题，需要安排特定人员完成监测工作，由于人工监控的方式非常容易将出现的异常情况忽视，因此迫切的需要对数据采集监控系统进行开发和研究，此系统能够全天候实时监测现场的环境参数和设备工作状况，对异常情况能够及时报警，从而保证设备环境能够处在理想范围，提高了环境的可靠性。

系统设计原则可靠性对于电磁环境比较复杂的场地，数据采集监控系统在复杂的电磁环境中工作，应该具备良好的电磁兼容性、抗干扰能力和电气隔离性能，以确保监控终端能在系统中正常工作。

安全性软件系统的安全稳定性通过看门狗定期进行软件复位，硬件方面的设计采用电气隔离的方法，保证硬件不受洞库复杂环境的影响，使其能够正常工作。系统的管理制度采用多级化分权限的访问方式，层级管理清晰明确，确保操作系统安全稳定的运行。

可维护性软件设计易于升级。

经济性在满足要求的前提下，尽可能降低成本以使性价比最大化。

研究现状传统的数据采集监控系统以MCU 作为系统的核心，也就是 MCU+A/D的形式，它主要由 MUC、传感器、程控放大器、采样/保持器、A/D 转换器和模拟多路开关等部分组成。以 MUC 进行控制的数据采集系统是典型的小型数据采集监控系统，其具有结构相对简单、灵活方便、体积小及稳定性高等很多优点。这种传统的远程数据采集监控系统，它是一个独立的系统，可以满足现场环境的数据存储和采集，但无法进行远程的数据采集监控。这就迫切需要设计出更为先进的远程数据采集监控系统，现在的远程数据采集监控系统主要采用基于电话线的传统方法和基于网络的方法。2

基于电话线路的传统方法通信数据的发展都离不开现有的网络通信资源作为基础。即便是像美国、欧州和日本这些比较发达的国家，也是首先利用现有的电话网络资源来发展数据通信，然后通过一定的发展再建立专用或公用的数据交换网。传统的基于电话线传输的方法一直被广泛应用。在我国也规划和制定了“电话网数据业务”的规范体制。在电话网上开展数据通信业务已经非常的成熟，开展的主要业务有：远程控制、远程数据处理和信息通信。基于电话网的数据通信系统主要有：中心计算机，终端设备和数据通道等部分组成。但是电话网络传输有很多弊端，比如其传输速率慢，不能满足传输大量数据的要求等。

基于网络传输方法互联网 Internet 从上世纪 90 年代飞速的发展，现在已经普及到社会各个角落，使得全球迅速的进入了信息化时代，改变了传统的生活方式，人们可以通过 Internet 进行学习、娱乐等，丰富的网络资源无时无刻的为我提供着服务。Internet 不仅被用于学习和生活，更向着智能化、规范化发面发展，原本很多传统的独立系统设备也开始和 Internet 进行结合。在1997 年 1 月由麻省理工学院和斯坦福大学共同主办了“基于网络的远程数据采集监控”工作会议。有来自世界各地的 40 多位专家和来自 30 个公司的代表出席会议。会议对远程监控体系的开放性、传输协议、诊断规程和合法权限等进行了讨论，达成了一些共识，对未来行业的发展进行了展望，并由两所高校联合开发了基于网络通讯技术的远程监控的示范系统。利用网络实现远程数据采集系统，只需要借助现有的网络基础设施就能将信息传送出去，其优点是：传输数据快，适用于多站点多管线，数据容量大。在现在网络设施非常完备的情况下，无论是从技术的角度还是从经济的情况上看，基于网络数据采集监控系统都有着明显的优势，可以满足实施远程监控的需要。网络专家进行预测，在未来将有百分之七十的信息来源于小型嵌入式系统。在各学科综合发展的今天，越来越多的单独嵌入式系统开始和 Internet 结合，这种革命性的兴起将在众多领域中产生巨大的变化。

嵌入式数据采集监控系统源于嵌入式计算机在硬件方面的接口资源优势，可以按照用户需求进行灵活使用。在软件方面其优越的可编程性使其容易扩展并很容易被广泛接受。网络通信融合技术的发展让嵌入式系统的发展更加迅速。除此之外，它通常还具备功耗低、体积小、高可靠性等诸多优点。

远程数据采集监控系统远程数据采集监控系统由监控中心、监控终端及通讯网络三大部分构成。远程数据采集监控系统大致可分为机械通信和网络传输方式。通信网络方面，在科学技术迅猛发展的大环境下，计算机、互联网、自动化控制等一些多领域多途径的综合交流变的越来越多。基于以太网技术的通讯方式扩展了远程数据采集监控系统的通讯手段，这样用户可以方便地用计算机连入网络实时查看洞库现场的数据。以太网通信方式对远程数据采集监控系统的发展具有里程碑式的意义。在互联网技术不断进步和发展的同时，涌现出了一种新的基于Web 的信息平台。Web 服务器最大的优势在于它使得不同平台的软件之间可以互相通信，现已成为网络信息领域中应用最为普遍的交互平台。将Web技术配置到监控设备中，使其拥有自己的 IP 地址，便可以实现管理员通过浏览器访问并管理监控终端。国外，基于 Web 服务器的新一代远程监控系统，受到全球的仪表行业、工业和计算机行业的很多家大型公司的广泛关注和支持。

系统整体架构基于嵌入式Web server的数据采集监控系统整体结构如图所示。

基于嵌入式 Web server的数据采集监控系统由监控终端、通信网络、监控中心三大部分组成。智能设备将工作状态通过串口输送到监控终端，由监控终端进行处理，传感器将现场的环境信息也传到监控终端进行处理，经过监控终端的数据进行处理分析和储存后，通过通信网络传送到监控中心。监控中心将监控终端上传的数据进行汇总，完成数据处理、阀值判断、数据储存、系统设置和跟踪异常等功能。本系统采用网络传输方式，监控中心的服务器负责记录报警、储存数据，方便管理员进行查询。

系统功能模块本系统具备监控智能仪器设备的功能，同时具备监测水浸、烟感、温湿度等参量的功能。系统采用模块化设计方案，各模块可以独立工作，又被统一配置管理。模拟量采集电路用于连接交流电流变送器、烟雾传感器、数字型温湿度传感器。数字量采集电路由于连接烟雾传感器和数字型温湿度传感器，用以采集数字型数据。串口电路用来连接智能仪器(精密空调、发动机、UPS 电源、直流配电屏等)。

ARM 是监控终端的核心部分，主控板连接各个功能模块，实现数据的采集传输和信息交互。ARM 是系统的“大脑”，需要完成操作系统的搭载、网络服务管理、文件系统的架设以及层级式管理模式等任务。2

未来发展趋势1、 如今网络技术不断发展，Web服务器作为信息处理中心，以互联网作为通信载体的数据采集监控系统正成为时代的主流。在监控现场安装各种传感器，以及摄像头等信息采集设备作为系统的监控前端。管理员及用户可以使用网页或客户端，提交或发送服务请求，监控中心将请求命令发送给监控终端，控制现场设备完成数据采集工作，监控终端则将现场所采集的监控信息转换为数字信号传送给服务器，服务器将数据处理完成之后反馈提交到管理员或用户。这种数据采集监控系统优势明显，能够进行大量的数据采集，能够提供很多的控制功能，具有很好的稳定性，管理集中。可以实现真正意义上的“无人值守”监控。

2、 当前数据采集监控系统需要监控的设备种类繁多，型号复杂，这就造成人力物力的重叠浪费以及大量的后期保证工作非常繁重，因此数据采集监控系统向统一化标准化发展是一个必然的趋势。使用户使用方便，减少浪费资源。2