基于微信小程序的電機(jī)工況信息監(jiān)測(cè)及后臺(tái)管理系統(tǒng)

黃宇新，王浩楠，張宇智，武泱光，胡安正（通訊作者）

（湖北文理學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，湖北襄陽(yáng)，441053）

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文基于Node.js、MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)和GPRS無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等先進(jìn)手段，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)工況信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能夠被基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的微信小程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控和精準(zhǔn)化管理，包括將這些電機(jī)實(shí)時(shí)工況和異常信息及時(shí)傳達(dá)到“生產(chǎn)廠(chǎng)家、銷(xiāo)售商和用戶(hù)”的手機(jī)上。

2 工況信息采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 工況信息采集部分

基于所處不同工作環(huán)境電機(jī)所需，篩選和設(shè)計(jì)適合于防腐、抗震、耐高溫和抵抗電磁干擾等各種影響因素的元器件、傳感器和模塊來(lái)保證采集的穩(wěn)定性以及電機(jī)工況數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2 異常預(yù)警部分

在電機(jī)的外部設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)、控制模塊和顯示屏，“報(bào)警系統(tǒng)”用于當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)異常情況下對(duì)工作人員進(jìn)行提醒警報(bào)，“控制模塊”用于當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)異常情況下對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效的控制，“顯示屏”用于顯示監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)的實(shí)時(shí)工況信息。在電機(jī)出廠(chǎng)時(shí)需要對(duì)每項(xiàng)參數(shù)預(yù)設(shè)異常報(bào)警閾值以及停機(jī)閾值，當(dāng)電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到的工況信息與預(yù)設(shè)異常閾值進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，從而確定電機(jī)是否處于異常情況中[1]。

2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部分

監(jiān)控系統(tǒng)包括軸承監(jiān)控部分電路、線(xiàn)圈監(jiān)控部分電路、振動(dòng)監(jiān)測(cè)電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、無(wú)線(xiàn)通訊電路，“軸承監(jiān)控模塊-包括溫度傳感器”用于對(duì)軸承的使用情況進(jìn)行監(jiān)控，“線(xiàn)圈監(jiān)控模塊-包括溫濕度傳感器”用于對(duì)線(xiàn)圈工作環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，“振動(dòng)傳感器”用于對(duì)電機(jī)的振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，“單片機(jī)”用于接收檢測(cè)的電機(jī)工況信息，并對(duì)其進(jìn)行處理，將其以數(shù)字的形式顯示在屏幕上，“無(wú)線(xiàn)通訊模塊”用于向服務(wù)器發(fā)送電機(jī)實(shí)時(shí)工況和異常預(yù)警等數(shù)據(jù)信息。工況信息采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 工況信息采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖

3 前端微信小程序設(shè)計(jì)

3.1 平臺(tái)介紹

微信小程序是一種全新的連接用戶(hù)與用戶(hù)的方式，它不同于app需要下載安裝即可使用的應(yīng)用，它可以在微信內(nèi)被快速的搜索和使用，同時(shí)具有很好的使用體驗(yàn)。小程序的主要開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是JavaScript。JavaScript是一種基于對(duì)象和事件驅(qū)動(dòng)并且具有相對(duì)安全性的客戶(hù)端腳本語(yǔ)言。其主要目的是為了解決服務(wù)器端語(yǔ)言，它可以在程序運(yùn)行過(guò)程中被逐行的運(yùn)行，使用戶(hù)方便操作和使用.并且它只能通過(guò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)信息瀏覽或動(dòng)態(tài)交互，從而有效的防止數(shù)據(jù)的丟失或?qū)ο到y(tǒng)的非法訪(fǎng)問(wèn)。

3.2 功能設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)流程

電機(jī)管理小程序的操作流程如圖2所示,用戶(hù)通過(guò)微信小程序進(jìn)入登錄界面,選擇角色后并驗(yàn)證信息成功后進(jìn)入角色管理界面,若驗(yàn)證信息失敗,則提示重新輸入。

圖2 電機(jī)管理小程序流程圖

3.2.2 功能介紹

(1)廠(chǎng)家功能介紹

圖3 展示的是廠(chǎng)家管理界面。廠(chǎng)家能夠在該界面上通過(guò)后臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看電機(jī)標(biāo)稱(chēng)信息及實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息，也可以往監(jiān)控設(shè)備寫(xiě)入電機(jī)編號(hào)，以及提供電機(jī)的經(jīng)營(yíng)商家或用戶(hù)信息。

圖3 廠(chǎng)家管理界面

(2)商家功能介紹

商家可以通過(guò)該界面進(jìn)行查修電機(jī)關(guān)聯(lián)的商家及用戶(hù)信息。

(3)用戶(hù)功能介紹

用戶(hù)可以在此界面上查看電機(jī)報(bào)警信息以及設(shè)置的閾值信息，并對(duì)其進(jìn)行修改。還可以添加，刪除電機(jī)管理人員的聯(lián)系方式。

3.3 API通信

一些簡(jiǎn)單的組件框架的核心是發(fā)送請(qǐng)求API的過(guò)程，而微信小程序提供了豐富的原生API，可以方便的使用微信提供的諸多權(quán)限,如獲取用戶(hù)信息、本地存儲(chǔ)、支付功能等。本系統(tǒng)只需使用相應(yīng)服務(wù)器端的API，就可以實(shí)現(xiàn)微信小程序與服務(wù)器端的通信。

4 后臺(tái)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電機(jī)后臺(tái)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了語(yǔ)法較為簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)難度低且性能優(yōu)越的MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)和Node.js進(jìn)行開(kāi)發(fā)，不僅降低了開(kāi)發(fā)成本，還具有查詢(xún)速度快、容量大等優(yōu)點(diǎn)，解決了大多數(shù)生產(chǎn)者兩者不能兼顧的問(wèn)題，讓該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為今后數(shù)據(jù)處理方面堅(jiān)實(shí)的后盾，為后續(xù)發(fā)展更為完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。后臺(tái)管理系統(tǒng)主要分為服務(wù)器設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)兩大部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

圖4 后臺(tái)管理系統(tǒng)框圖

4.1 服務(wù)器設(shè)計(jì)

服務(wù)器采用Node.js進(jìn)行搭建，Node.js具有超強(qiáng)的并發(fā)能力和較為簡(jiǎn)單的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，這使得開(kāi)發(fā)者學(xué)習(xí)的時(shí)間變短、學(xué)習(xí)成本變低，大大降低了開(kāi)發(fā)成本，使得它能夠普及到廣大群眾。系統(tǒng)框架采用Express，它是一種基于Node.js平臺(tái)的web應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架，提供了一系列強(qiáng)大的功能，幫助創(chuàng)建各種Web和移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用[2]。將購(gòu)買(mǎi)的服務(wù)器公網(wǎng)IP結(jié)合域名作為公網(wǎng)，并以此作為通信的中轉(zhuǎn)站與微信小程序端和電機(jī)監(jiān)測(cè)端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。當(dāng)用戶(hù)對(duì)小程序端進(jìn)行操作時(shí)，小程序端發(fā)送信息給后臺(tái)管理系統(tǒng)，并通過(guò)服務(wù)器發(fā)送信息給電機(jī)監(jiān)測(cè)端進(jìn)行信息修改；當(dāng)電機(jī)監(jiān)測(cè)端工作時(shí)，電機(jī)監(jiān)測(cè)端傳送數(shù)據(jù)給后臺(tái)管理系統(tǒng)，并通過(guò)服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)給小程序端進(jìn)行數(shù)據(jù)查看，從而保證電機(jī)監(jiān)測(cè)、管理的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性。

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，它是一種基于分布式文件存儲(chǔ)的開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，MongoDB的數(shù)據(jù)模式可以隨著應(yīng)用程序的發(fā)展而靈活更新，十分適用于敏捷開(kāi)發(fā)[3]，這使得開(kāi)發(fā)者在不失高效的前提下，也能保證用戶(hù)有較好的體驗(yàn)感，因此在數(shù)據(jù)庫(kù)方面,最終選用了MongoDB作為開(kāi)發(fā)工具。

數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)電機(jī)數(shù)據(jù)以及廠(chǎng)家、商家和用戶(hù)數(shù)據(jù)，其中電機(jī)數(shù)據(jù)包括電機(jī)編號(hào)、工況信息、閾值參數(shù)等內(nèi)容，這些數(shù)據(jù)內(nèi)容主要用來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)是否故障和故障來(lái)源，使得電機(jī)用戶(hù)能夠知道電機(jī)工況信息是否正常，從而降低電機(jī)損壞時(shí)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。并且，服務(wù)器可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取廠(chǎng)家、商家和用戶(hù)的賬號(hào)、密碼以及聯(lián)系方式等信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

為保證處于惡劣工作環(huán)境的電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減小電機(jī)過(guò)度運(yùn)行而帶來(lái)的損失，由此設(shè)計(jì)一款能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備就具有十分重要的意義。本系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)批量監(jiān)視管理，提高了工廠(chǎng)對(duì)電機(jī)管理的效率，降低了工況復(fù)雜場(chǎng)地的安全事故概率。并且，微信小程序?qū)Φ顷懮矸莸膮^(qū)分，使得管理的兼容性提高，電機(jī)從出廠(chǎng)到流向都有每個(gè)環(huán)節(jié)的記錄，順應(yīng)了萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代趨勢(shì)。