智能電纜隧道多危害無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能電纜隧道多危害無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖4.1環(huán)境參數(shù)采集功能軟件設(shè)計(jì)流程圖4.3數(shù)字采集子程序當(dāng)無(wú)中斷發(fā)生時(shí)，調(diào)用子功能以獲取火焰、煙霧和溫度值。因此，需要確定電纜隧道中是否存在異常火警。如果接收到的數(shù)據(jù)不超過(guò)閾值，系統(tǒng)將保持正常，LCD可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，無(wú)火情；當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超出一定的閾值時(shí)，該系統(tǒng)仍將處于非正常狀態(tài)。一旦發(fā)生火災(zāi)，LCD屏上就會(huì)顯示出該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。因此流程設(shè)計(jì)如圖4.2所示：圖4.2數(shù)據(jù)采集子程序4.4數(shù)據(jù)接收子程序當(dāng)有按鍵終端發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用子功能以獲取煙霧和溫度值。為此，必須判斷系統(tǒng)中有沒(méi)有不正常的條件。若所測(cè)得之?dāng)?shù)值未超出上限，則本系統(tǒng)仍為正常，OLED可即時(shí)顯示所測(cè)得之?dāng)?shù)值；若所得之?dāng)?shù)值超出此限制，則仍為不正常。當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)，OLED屏將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。因此電路原理圖設(shè)計(jì)如圖4.3所示：圖4.3數(shù)據(jù)接收子程序4.5上位機(jī)設(shè)計(jì)上位機(jī)的主要功能是接收下級(jí)機(jī)上傳的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。頂層客戶端接口允許用戶通過(guò)串行接口或網(wǎng)絡(luò)控制單元管理所有底層位置，配置底層初始設(shè)置并恢復(fù)底層數(shù)據(jù)。上位機(jī)允許通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或串行端口從下層設(shè)備中提取和分析數(shù)據(jù)。功能模塊在后臺(tái)運(yùn)行，使用多線程技術(shù)通過(guò)串行和網(wǎng)絡(luò)接口自動(dòng)控制和分析數(shù)據(jù)?？紤]到數(shù)據(jù)量和成本，系統(tǒng)使用MySQ1.AdvancedComputerAuthority數(shù)據(jù)庫(kù)。由于上位機(jī)的客戶端可以查看和處理所有下級(jí)機(jī)器的信息，以確保系統(tǒng)的安全使用，并防止系統(tǒng)中的非法更改，因此上位機(jī)必須開(kāi)發(fā)一個(gè)用戶權(quán)限管理模塊，該模塊將不同的管理權(quán)限分配給不同的用戶。只履行與相關(guān)權(quán)限相關(guān)的職責(zé)；只有管理員權(quán)限才能管理其他用戶。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4.4所示：圖4.4上位機(jī)結(jié)構(gòu)圖4.6下位機(jī)設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上，下位機(jī)通過(guò)定時(shí)讀出傳感器內(nèi)部的信息，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取出有用的數(shù)據(jù)，然后把這些數(shù)據(jù)打包為數(shù)據(jù)框架，并在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)重要數(shù)據(jù)的加密，最后把這些重要數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)。下位機(jī)通過(guò)接收主機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，對(duì)電纜通道中的各種設(shè)備進(jìn)行控制。下位機(jī)的LCD屏定時(shí)更新數(shù)據(jù)，顯示不同的數(shù)據(jù)結(jié)果以供用戶現(xiàn)場(chǎng)查看。第5章系統(tǒng)測(cè)試與實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與報(bào)警功能。所以，這個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試也被分成了兩個(gè)主要的部分來(lái)進(jìn)行，一個(gè)是數(shù)據(jù)采集測(cè)試，另一個(gè)是報(bào)警測(cè)試。在主控電路板焊接的時(shí)候，也需要進(jìn)行模塊化焊接與測(cè)試，每焊接一完一個(gè)模塊就調(diào)試一個(gè)模塊，這樣才能確保在最后完成焊接后沒(méi)有找不到的問(wèn)題。首先，需要對(duì)電源模組進(jìn)行試驗(yàn)，在電源模組輸出正常的情況下，才能進(jìn)行下一步的焊接工作，然后根據(jù)信號(hào)的方向，依次進(jìn)行，最終完成全部的焊接工作。因此實(shí)物調(diào)試模塊主要從軟件調(diào)試和硬件調(diào)試入手。5.1軟件調(diào)試在進(jìn)行實(shí)物連接前需要用keil對(duì)編寫程序和硬件進(jìn)行仿真，目的是檢查編譯是否存在錯(cuò)誤，程序設(shè)計(jì)是否可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整改進(jìn)。先進(jìn)行各個(gè)部分的綜合性調(diào)試，來(lái)確保各個(gè)部分的編譯正常運(yùn)行。5.1.1上位機(jī)調(diào)試如圖所示，通過(guò)STM32單片機(jī)及下位機(jī)所載的傳感器采集溫濕度、水位、二氧化碳含量等環(huán)境信息，通過(guò)信號(hào)加密傳輸?shù)缴衔粰C(jī)平臺(tái)，然后平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和分析，并時(shí)時(shí)刷新，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。圖5.1上位機(jī)調(diào)試圖5.1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)閾值的設(shè)定溫度閾值的設(shè)定，根據(jù)網(wǎng)上查閱電纜的相關(guān)資料了解到，電纜的平均正常工作溫度為40到50攝氏度，允許長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)的平均最高溫度時(shí)90°，允許短時(shí)通過(guò)的短路平均溫度是110°，所以本系統(tǒng)設(shè)置的溫度閾值是110°。濕度閾值設(shè)定為90%，超過(guò)90%后，可能會(huì)導(dǎo)致水汽浸入到電纜表皮內(nèi)，使電纜的電阻率受到影響。水位的閾值設(shè)定，根據(jù)國(guó)家的電纜隧道規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，水位高度設(shè)置為0.5米。二氧化碳濃度閾值設(shè)定為7%，當(dāng)二氧化碳濃度達(dá)到7%及以上時(shí)，會(huì)對(duì)人體造成傷害，輕者使人頭暈惡心、嘔吐等癥狀，嚴(yán)重的會(huì)使人陷入昏迷甚至死亡。5.2硬件調(diào)試對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了測(cè)試，主要是對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)采集終端中的傳感器工作狀態(tài)進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)NB-IoT通訊模塊進(jìn)行了測(cè)試。在環(huán)境信息資料收集終端機(jī)中，多個(gè)感應(yīng)器的工作狀況是透過(guò)STM32研發(fā)板來(lái)檢測(cè)每個(gè)感應(yīng)器所收集到的信息。因?yàn)樵谶@個(gè)系統(tǒng)中使用的傳感器有三種數(shù)據(jù)輸出模式：模擬、數(shù)字和串口，所以對(duì)于模擬數(shù)據(jù)，我們必須先使用STM32開(kāi)發(fā)板中的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，把采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后再經(jīng)過(guò)一個(gè)接口進(jìn)行輸出；而數(shù)字信號(hào)則是通過(guò)STM32芯片上的I/O端口來(lái)實(shí)現(xiàn)。需要從串口輸出的傳感器數(shù)據(jù)，按照串口協(xié)議來(lái)輸出。最終整理好的數(shù)據(jù)通過(guò)顯示屏進(jìn)行顯示，顯示情況如圖5.2所示：圖5.2硬件調(diào)試結(jié)果5.3整體調(diào)試軟件調(diào)試確定程序編寫無(wú)誤、各個(gè)部分能正常運(yùn)行后進(jìn)行實(shí)物制作與調(diào)試。在實(shí)物連接時(shí)可以邊接邊用萬(wàn)用表檢查有沒(méi)有虛接情況，確保每個(gè)部分都沒(méi)有問(wèn)題，避免積少成多。通過(guò)上一步的焊接，實(shí)物已經(jīng)完成，接下來(lái)我需要對(duì)實(shí)物的功能進(jìn)行具體的實(shí)際調(diào)試和操作以達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。利用keil軟件完成對(duì)各個(gè)模塊子程序的編譯，隨后通過(guò)程序燒錄工具完成程序的下載，最后啟動(dòng)實(shí)物實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能。功能測(cè)試結(jié)果如下：電纜運(yùn)行載流量過(guò)高，接頭故障，絕緣材料損壞或老化將故障信息發(fā)送上位機(jī)實(shí)物實(shí)現(xiàn)如圖5.3所示：圖5.3電纜報(bào)錯(cuò)測(cè)試圖發(fā)生火災(zāi)時(shí)將故障信息給上位機(jī)，打開(kāi)位于隧道內(nèi)的滅火噴頭，緊急告警燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警實(shí)物實(shí)現(xiàn)如圖5.4所示：圖5.4火災(zāi)報(bào)警測(cè)試圖發(fā)生水浸，將故障信息報(bào)給上位機(jī)，打開(kāi)水泵工作實(shí)物實(shí)現(xiàn)如圖5.5所示：圖5.5水浸報(bào)警測(cè)試圖隧道內(nèi)潮濕，將故障信息報(bào)給上位機(jī)，抽風(fēng)機(jī)工作實(shí)物實(shí)現(xiàn)如圖5.6所示：圖5.6潮濕報(bào)錯(cuò)測(cè)試圖隧道內(nèi)有有毒氣體或缺氧，將故障信息給上位機(jī)，緊急告警燈閃爍，抽風(fēng)機(jī)工作實(shí)物實(shí)現(xiàn)如圖5.6所示：圖5.6有毒氣體報(bào)錯(cuò)測(cè)試圖（6）上位機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)傳感器收集到的環(huán)境信息進(jìn)行數(shù)據(jù)整合與實(shí)時(shí)顯示，便于管理人員進(jìn)行檢查。圖5.7上位機(jī)顯示圖

第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)本論文從軟件工程學(xué)的角度出發(fā)，首先分析了系統(tǒng)的需求，確定了系統(tǒng)的主要功能和實(shí)現(xiàn)方法；制定了系統(tǒng)的總體框架，確定了系統(tǒng)的總體架構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，給出了整個(gè)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案，并給出了各模塊的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方案。該系統(tǒng)包括上位機(jī)、下位機(jī)和服務(wù)器三個(gè)部分，下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜隧道正常使用過(guò)程中各種數(shù)據(jù)的采集和處理；在此基礎(chǔ)上，主控端通過(guò)對(duì)下位端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，從而有效地解決了高并發(fā)性的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和數(shù)據(jù)處理問(wèn)題，并將采集端發(fā)送的數(shù)據(jù)及時(shí)地存入數(shù)據(jù)庫(kù)。硬件則使用STM32，有相應(yīng)的操作系統(tǒng)，可以完成更復(fù)雜的任務(wù)管理與調(diào)度，能夠支持更上層應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，可以提供更廣闊的應(yīng)用空間。6.2展望本文設(shè)計(jì)的這款基于STM32單片機(jī)的電纜隧道多危害監(jiān)控系統(tǒng)，能夠基本滿足于日常的生產(chǎn)生活，但是由于技術(shù)能力于閱歷的不足，該系統(tǒng)還存在著一些不足之處，例如系統(tǒng)測(cè)試的穩(wěn)定性，整體系統(tǒng)的性能指標(biāo)、信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及上位機(jī)操作的簡(jiǎn)便性，這些都是日后需要進(jìn)行升級(jí)和加強(qiáng)的地方。

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