NodeMCU在船舶無線監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

摘 要：如今船舶上已逐漸進行Wi-Fi全覆蓋，將Wi-Fi技術(shù)應用到船舶監(jiān)測報警中也是發(fā)展趨勢，本文利用NodeMCU單片機，利用Lua語言編寫了相應的通訊程序，在實驗室搭建了由西門子S7-400主從站組成的模擬仿真系統(tǒng)，并利用HTML語言設(shè)計開發(fā)遠程監(jiān)控網(wǎng)頁界面。通過連接在同一Wi-Fi下的設(shè)備訪問IP地址，即可在瀏覽器中打開遠程監(jiān)控界面，對對象進行數(shù)據(jù)監(jiān)視和遠程控制，并在Windows 10系統(tǒng)下通過Microsoft Edge瀏覽器進行訪問測試，測試結(jié)果證明了這一方法是可行的。

關(guān)鍵詞：NodeMCU；無線監(jiān)控；船舶；通訊

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0031-02

在電力推進技術(shù)廣泛應用于船舶領(lǐng)域的大環(huán)境下，為了更方便地監(jiān)視船舶動態(tài)和管理船舶，保證船舶上的設(shè)備和人員的安全，機艙檢測報警系統(tǒng)應運而生。而隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，船舶上的報警系統(tǒng)延伸到了更多必要的地方，比如駕駛臺，集控室等等，然而這樣也不能保證輪機管理人員能夠?qū)崟r接收到監(jiān)測和報警信息。而如今，越來越多的船舶已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)全船Wi-Fi全覆蓋，完全可以利用Wi-Fi來實現(xiàn)機艙監(jiān)測報警的數(shù)據(jù)共享，這樣使輪機管理人員不用時時刻刻注視著集控主機，通過手機便能實時接收到監(jiān)測報警信息。

本文利用NodeMCU單片機連接Wi-Fi來進行數(shù)據(jù)透傳，設(shè)計制作了一個無線監(jiān)測網(wǎng)頁界面，通過訪問對應的IP地址便可實時獲取監(jiān)測報警信息。

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)造

在實驗室環(huán)境下搭建某條船的監(jiān)控系統(tǒng)仿真模型，其拓撲圖如圖1所示，系統(tǒng)上層由監(jiān)控中心主機、主控PLC與NodeMCU以及無線接入端（智能手機、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與各個從站組成，他們之間由Profibus-DP連接，遵循Profibus-DP協(xié)議，各個從站分管不同的監(jiān)測點數(shù)據(jù)。如機艙監(jiān)控系統(tǒng)、導航和航行規(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)控中心主機之間通過USB連接，NodeMCU內(nèi)嵌ESP8266 Wi-Fi模塊，ESP8266是一款性價比很高的Wi-Fi串口解決方案模塊，系統(tǒng)正是通過這一模塊進行數(shù)據(jù)的無線傳輸?shù)摹?/p>

現(xiàn)代船舶上有數(shù)以千計的監(jiān)測點，本文僅選取機艙監(jiān)控系統(tǒng)下的幾個傳感器數(shù)據(jù)進行監(jiān)控測試，分別為主軸承滑油進口壓力、一號增壓器滑油進口壓力、二號增壓器滑油進口壓力、一號增壓器滑油出口溫度以及二號增壓器滑油出口溫度，通過測試該若干個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)傳輸，便可驗證利用NodeMCU進行無線監(jiān)控的可行性。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 程序設(shè)計

根據(jù)NodeMCU提供的事件驅(qū)動型API，可以很方便地進行程序的編寫；而且由于使用的是Lua腳本語言，僅僅需要很簡單的程序片段，便能實現(xiàn)很復雜的功能。

由于我們需要進行遠程監(jiān)控，在程序的開始需要對固件進行設(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"） 來設(shè)置Wi-Fi名稱和密碼以連接到無線網(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口壓力、一號增壓器滑油進口壓力、二號增壓器滑油進口壓力、一號增壓器滑油出口溫度以及二號增壓器滑油出口溫度，分別設(shè)置為pm、p1、p2、t1、t2。Lua語言編程環(huán)境下可直接引用..pm..來進行輸出。

（3）數(shù)據(jù)通訊總線的設(shè)置：本文使用NodeMCU無線透傳進行數(shù)據(jù)傳輸。此外，NodeMCU也可直接外接傳感器，對監(jiān)控主機所在的環(huán)境進行監(jiān)測。若外接傳感器可利用gpio.mode（x， gpio.INPUT）來將pin x設(shè)置為輸入模式，進而讀取傳感器數(shù)值。

（4）監(jiān)控畫面的設(shè)計：為了更加方便快捷，使得用戶可以通過連接與NodeMCU相同的Wi-Fi，在瀏覽器下訪問NodeMCU的IP地址，通過程序中g(shù)et（IP）獲得（案例設(shè)定為：192.168.99.100）便可進行監(jiān)控。監(jiān)控畫面及監(jiān)控網(wǎng)頁利用HTML語言編寫。在系統(tǒng)沒有運行的情況下的監(jiān)控界面如圖3所示，此時監(jiān)測值皆為默認值“0”，報警皆為默認值“NO”，故障預警結(jié)果也為默認值“NULL”。

2.2 監(jiān)控測試

系統(tǒng)運行后，在監(jiān)控端主機傳遞變量數(shù)據(jù)后，在另一臺電腦（操作系統(tǒng)為Windows 10）上連接該Wi-Fi，并通過Microsoft Edge瀏覽器訪問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警結(jié)果中會輸出“主軸承滑油進口壓力過低”的結(jié)果，符合預期結(jié)果，證明這一應用方式的可行性。

3 結(jié)語

根據(jù)總體的設(shè)計過程和測試結(jié)果，本文得出以下結(jié)論，將NodeMCU投入到船舶監(jiān)控系統(tǒng)中進行應用，經(jīng)過實驗測試可以證明其便捷性和可靠性，而且該種方案可以進行修改，進而推廣到不同的監(jiān)控場合和生產(chǎn)工作場合中。

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