科技館展品手持點檢儀的設計

曾 山，劉 孟，袁 斌

（江西省科學技術館，江西南昌 330038）

0 引言

隨著信息化時代的到來，生產型企業的傳統設備管理模式，已跟不上時代的步伐，為適應快速高效的節奏，必須對傳統模式進行改變。通過一種智能的點檢方式代替“手工抄表”“隨機抽查”的常規管理模式[1]。智能手持點檢儀終端是基于傳感器檢測和網絡技術數據遠程傳輸及數據云存儲構建而成。通過手持的振動、溫度、噪音一體化傳感器放置在展品的關鍵位置處采集數據，傳感器數據通過Wi-Fi 網絡或蜂窩網絡與云存儲服務器連接，數據存儲。也可在手持移動終端實時監測查看數據，實現對展品運行狀態數據統計及分析，實現對展品的運行狀態、故障位置、劣化趨勢等判斷。

針對展品的運行情況，設計一種一體式展品監測儀器設備，它可以實時監測展品的振動、溫度、噪聲等數據，建立一個數據庫。對這些展品采集的數據進行存儲分析。分析展品在什么環境參數下運行最穩定，參數的變化會引起展品哪方面的故障等。這些數據的采集和存儲可對以后展品制作的發展帶來重大的參考意義。

1 手持點檢儀的管理功能

通過軟硬件系統的配合使用，巡檢系統可實現如下基本功能：

（1）設備溫度、振動、噪聲等監測數據的查看，包括設備實時數據及運行狀態，了解設備劣化趨勢。并可根據設備出廠參數設置報警門限，保證設備的良好運行。

（2）巡檢業務包括巡檢路線、巡檢站點、巡檢觀察項描述、巡檢排班、巡檢設備臺賬對應信息、巡檢時間監控，查看設備實時監測數據，實現設備運行狀態的監控及設備控制。

（3）巡檢人員執行巡檢任務時，顯示當前的巡檢任務路線的任務信息、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，發現設備異常可查看設備數據并根據設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，記錄巡檢中的發現的情況；通過遠程跟蹤記錄巡檢手持終端的使用，自動監控巡檢行為，嚴格按巡檢計劃執行。

（4）具有數據報表功能，完善的數據查詢功能：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計與分析等，查詢結果可以用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計：對巡檢人員的巡檢情況、內容、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，可以將查詢結果輸出到打印機，生成Excel 文件。

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

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

（8）對展品進行開機、關機和燈光控制。

2 手持點檢儀的功能結構

以全面掌握設備狀態為出發點，針對設備的具體情況制定巡檢內容，放映設備運行狀態的重要參數，必須列入巡檢點內容，點巡檢內容足以說明狀態或用于維修決策，點巡檢項目完整，內容包括數據采集，數據遠程傳輸，數據監測可視化[2]。手持點檢儀終端結構如圖1 所示。手持點檢儀具備以下功能：

（1）展品運行數據的采集（如溫度、振動、噪聲等）。

（2）展品運行數據記錄及遠程傳輸。

（3）展品運行數據監測及查看。

3 系統功能目標（圖2）

圖2 手持點檢儀目標功能

（1）對展品的運行參數進行統計與存儲。

（2）分析展品在什么環境下，運行最穩定可靠。

（3）運行參數的變化和展品故障間的相對關系。

（4）對以后展品制作、維修、維護給出參考依據。

4 系統功能創新

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

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

（3）開發用于采集與傳輸展品溫度、振動、噪聲參數的數據采集與傳輸模塊。該模塊集成溫度、振動、噪聲的檢測裝置，可根據需要對相應參數進行檢測，提升檢測效率。

（4）開發專門用于科普展品現場檢測的軟件，實現科普場館展覽設施的即時檢測和數據顯示，進一步提高科普設施的智能化管理水平。

5 手持點檢儀系統的硬件設計

手持點檢儀系統是以STC12C5A60S2 單片機為核心的控制系統，通過采集溫度傳感器、振動傳感器、噪聲傳感器的數據，通過網絡和服務器進行數據通信。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。內部集成MAX810專用復位電路，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51 單片機串行口相同；特殊的是STC12C5A60S2 單片機內部有一個獨立波特率發生器，串口1 可以使用定時器1 作為波特率發生器，也可以使用獨立波特率發生器作為波特率發生器；而串口2 只能使用獨立波特率發生器作為波特率發生器。

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：發送—TxD/P3.1；接收—RxD/P3.0；串行口2：發送—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 溫度數據的采集

打開平板選擇展品參數采集，選擇溫度數據監測，平板系統軟件會向一體傳感器設備發送溫度數據查詢指令OXAA，展品運行時，溫度傳感器的數據通過單片機I2C 采集和換算，形成一個平均溫度值，通過無線數據模塊上傳給手持設備，再通過Wi-Fi 網絡上傳上位機數據庫軟件，進行保存，最后通過數據量的統計進行分析判斷。溫度數據采集結構如圖5 所示。

圖5 溫度數據采集結構

5.3 振動數據的采集

打開平板選擇展品參數采集，選擇振動數據監測，平板系統軟件會向一體傳感器設備發送振動數據查詢指令OXBB，展品運行時，振動傳感器的數據通過單片機AD 采集器的采樣和換算，形成一個振動幅度的值，通過無線數據模塊上傳給手持設備，再通過Wi-Fi 網絡上傳上位機數據庫軟件，進行保存，最后通過數據量的統計進行分析判斷。振動數據采集結構如圖6 所示。

圖6 振動數據采集結構

5.4 噪聲數據的采集

打開平板選擇展品參數采集，選擇噪聲數據監測，平板系統軟件會向一體傳感器設備發送噪聲數據查詢指令OXCC,展品運行時，噪聲傳感器的數據通過單片機AD 采集器的采樣和換算，形成一個噪聲的峰值，通過無線數據模塊上傳給手持設備，再通過Wi-Fi 網絡上傳上位機數據庫軟件，進行保存，最后通過數據量的統計進行分析判斷。噪聲數據采集結構如圖7 所示。

圖7 噪聲數據采集結構

6 手持點檢儀軟件設計

6.1 手持設備操作界面

手持設備支持查看展廳、展區、展品、展品開關機狀態、展品運行及故障狀態、展品運行參數監測、電源通斷電狀態、布展燈光狀態等信息。并支持展品開關機控制、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設備的控制。

6.2 手持設備用戶權限登錄界面

系統實現用戶賬號的添加、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。可以為角色賦予一系列的操作權限，用戶可通過設置角色來獲得操作權限，也可以為每個用戶單獨賦予一些操作權限，數據范圍權限每個用戶單獨設置。

6.3 手持設備用戶管理界面

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

7 結語

手持點檢儀的設計投入消除了原有點檢儀制度中的漏洞和弊端，使點檢結果在執行過程中更加真實有效的反映設備的運轉情況[4]。手持點檢儀可獲得展品運行的大量數據，通過數據結構的統計，對展品運行數據進行分析，實現展品運行狀態的監測、展品故障類型的統計、展品故障預報警，甚至通過運行數據可以分析展品的操作熱度，記錄到系統中，將展品熱度分析、展品運行及故障分析等內容根據系統獲得的實時數據，轉換為多種圖表形式，直觀簡潔地進行展示，便于管理人員隨時查看。