沈 斌，范志宏

(上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院有限公司,上海 200233)

0 引言

目前，國(guó)家正在大力推動(dòng)鄉(xiāng)村裝配式建造。為了快速發(fā)展專門針對(duì)鄉(xiāng)村的裝配式建造，某公司研發(fā)了多種新型建筑智能設(shè)備，用于鄉(xiāng)村建筑施工。而國(guó)內(nèi)外建筑施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于如何讓施工人員更好地對(duì)智能化設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用還處于初級(jí)階段，尚未形成成套的應(yīng)用管理理念和技術(shù)[1]，導(dǎo)致智能設(shè)備推廣受限。為了讓專業(yè)水平相對(duì)較低的鄉(xiāng)村施工人員快速、安全、高效地利用新設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，本文研發(fā)了鄉(xiāng)村住宅設(shè)備智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)設(shè)備云端遠(yuǎn)程監(jiān)控，進(jìn)而讓施工人員高效利用智能設(shè)備。

1 系統(tǒng)組成

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文研發(fā)的鄉(xiāng)村住宅建造設(shè)備智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，主要針對(duì)目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)的6種鄉(xiāng)村住宅建造設(shè)備，利用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研究和開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)應(yīng)用等相關(guān)技術(shù)軟硬件模塊，集成智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全生產(chǎn)。6種鄉(xiāng)村住宅建造設(shè)備分別為多功能汽車式塔機(jī)、混凝土砂漿制備裝置、混凝土泵送裝置、預(yù)制構(gòu)件調(diào)垂裝置、物料垂直提升裝置和混凝土布料輸送裝置。整個(gè)系統(tǒng)主要由設(shè)備的數(shù)據(jù)采集模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)組網(wǎng)和傳輸模塊、現(xiàn)場(chǎng)嗅探模塊以及遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)模塊組成。系統(tǒng)采用設(shè)備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用操作3層架構(gòu)。3層架構(gòu)功能分別如下。

①設(shè)備數(shù)據(jù)采集層。

設(shè)備數(shù)據(jù)采集層主要采集6種設(shè)備的各類數(shù)據(jù)，包括運(yùn)行數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)采集模塊具備獨(dú)立的硬件采集單元，通過(guò)通信接口對(duì)設(shè)備中數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換。

②數(shù)據(jù)傳輸層。

數(shù)據(jù)傳輸層負(fù)責(zé)設(shè)備與平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)傳輸分2個(gè)步驟進(jìn)行。首先，利用現(xiàn)場(chǎng)短距離無(wú)線局域網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備信號(hào)都傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)；然后，現(xiàn)場(chǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)再通過(guò)長(zhǎng)距離無(wú)線和第四代移動(dòng)通信技術(shù)(4th generation communications system,4G)網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)傳輸?shù)皆贫吮O(jiān)控平臺(tái)?，F(xiàn)場(chǎng)無(wú)線組網(wǎng)采用目前流行的遠(yuǎn)距離無(wú)線電(long range radio，LoRa)技術(shù)。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸采用4G/第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5th generation mobile communication technology,5G)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)嗅探設(shè)備通過(guò)LoRa-USB通信模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)短距離數(shù)據(jù)交互。

③應(yīng)用操作層。

應(yīng)用操作層分為遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)、手機(jī)平臺(tái)以及現(xiàn)場(chǎng)嗅探監(jiān)控平臺(tái)。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)搭建基于“微服務(wù)+軟件即服務(wù)(software-as-a-service，SaaS)”的技術(shù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理、預(yù)警報(bào)警安全監(jiān)控、設(shè)備培訓(xùn)管理、設(shè)備維修保養(yǎng)、現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)遠(yuǎn)程下達(dá)等功能。現(xiàn)場(chǎng)嗅探系統(tǒng)主要用于無(wú)法遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信，必須現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制的應(yīng)用場(chǎng)景。

1.2 系統(tǒng)運(yùn)行原理

現(xiàn)場(chǎng)有6臺(tái)鄉(xiāng)村住宅的施工設(shè)備。系統(tǒng)運(yùn)行原理如下。每個(gè)設(shè)備安裝信號(hào)采集模塊，將信號(hào)從設(shè)備中讀取出來(lái)。LoRa無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)無(wú)線匯聚節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)4G/5G網(wǎng)絡(luò)將匯聚節(jié)點(diǎn)信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器。服務(wù)器端通過(guò)應(yīng)用軟件和平臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控的內(nèi)容主要有任務(wù)下發(fā)管理、遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)、報(bào)警預(yù)警管理、遠(yuǎn)程控制管理、大數(shù)據(jù)分析等。

系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行原理

2 無(wú)線數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)

無(wú)線數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集，以及將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺(tái)(包括現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)傳輸和遠(yuǎn)程傳輸)。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸如圖2所示。

圖2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸圖

2.1 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)

2.1.1 采集信號(hào)類型分析

目前，需要采集信號(hào)的設(shè)備有6種。每個(gè)設(shè)備均需監(jiān)測(cè)運(yùn)行參數(shù)和安全參數(shù)這2種信號(hào)，而監(jiān)測(cè)信號(hào)參數(shù)各不相同。設(shè)備監(jiān)控參數(shù)分析如表1所示。

表1 設(shè)備監(jiān)控參數(shù)分析

2.1.2 采集信號(hào)協(xié)議分析

目前，6種設(shè)備采集的信號(hào)和協(xié)議均各不相同，有數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)以及開(kāi)關(guān)量信號(hào)。其中，數(shù)字信號(hào)有RS-485和串行通信總線(inter-integrated circuit,IIC)2種通信協(xié)議。1路數(shù)字信號(hào)可以同時(shí)采集多個(gè)參數(shù)。開(kāi)關(guān)量和模擬量信號(hào)1路只能采集1個(gè)信號(hào)。

2.1.3 數(shù)據(jù)采集模塊開(kāi)發(fā)

根據(jù)2.1.1節(jié)和2.1.2節(jié)的分析，數(shù)據(jù)采集模塊共需設(shè)計(jì)4種類型的接口，包括2種數(shù)字量信號(hào)通信接口、1種模擬量接口以及1種開(kāi)關(guān)量接口。不同設(shè)備的數(shù)據(jù)采集模塊接口根據(jù)設(shè)備需要分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集需求分析，目前6種設(shè)備只需要設(shè)計(jì)2種信號(hào)采集模塊電路板即可，分別為純開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)采集電路板，以及和融合數(shù)字量信號(hào)采集電路板。每個(gè)電路板為4路通道。電路板的數(shù)據(jù)采集模塊電路原理如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集模塊電路原理圖

數(shù)據(jù)采集節(jié)模塊由信號(hào)采集單元、中央處理單元(central processing unit,CPU)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、供電單元、LoRa數(shù)據(jù)傳輸射頻電路單元組成。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳感器分2個(gè)部分。一部分是數(shù)字信號(hào)，由設(shè)備信號(hào)采集單元統(tǒng)一對(duì)設(shè)備的多個(gè)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，然后與數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)采集單元進(jìn)行連接和協(xié)議對(duì)接。另一部分是模擬信號(hào)和開(kāi)關(guān)量傳感器信號(hào)，直接接入數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)接口。設(shè)備數(shù)據(jù)采集后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，在處理器的運(yùn)行下進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理。處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)LoRa射頻模塊發(fā)送到LoRa匯聚節(jié)點(diǎn)，再由匯聚節(jié)點(diǎn)將信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程云平臺(tái)服務(wù)器。主要參數(shù)如下。

①數(shù)據(jù)采集接口有4路接口。每路接口采集信號(hào)不同。

②處理芯片選用STM32 系列F103C8T6。其為主控芯片。

③LoRa射頻模塊。信號(hào)傳輸采用CKS00ML470AJ0 LoRa 模塊。這是一款LoRa調(diào)制技術(shù)的通信模塊，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低等特點(diǎn)。

④電源模塊。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)采用獨(dú)立電池電源模塊供電，同時(shí)給信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、CPU處理模塊、儲(chǔ)存模塊、調(diào)試接口模塊、無(wú)線傳輸模塊供電。供電電壓為DC 12 V轉(zhuǎn)±12 V、轉(zhuǎn)±5 V、轉(zhuǎn)3V共3種。不同的模塊根據(jù)不同接口，選擇不同的供電電壓。本次采用的芯片以及程序處理都采用節(jié)電模式，充分延長(zhǎng)電源使用時(shí)間，在正常1次/分鐘的頻率下能夠使用3個(gè)月。

2.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

(1)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)選擇。

為了實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程全面的遠(yuǎn)程監(jiān)控，需要將每臺(tái)設(shè)備的設(shè)備運(yùn)行和安全信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程管理平臺(tái)。6臺(tái)設(shè)備的安裝位置根據(jù)工地大小不一，可能會(huì)相距1～2 km，但是其間不能安裝更多的中間傳輸節(jié)點(diǎn)。所以需要在現(xiàn)場(chǎng)搭建網(wǎng)絡(luò)，并要求網(wǎng)絡(luò)滿足傳輸距離遠(yuǎn)、信號(hào)傳輸穩(wěn)定、功耗低、成本低、抗干擾能力強(qiáng)等要求。為此，經(jīng)過(guò)對(duì)各類無(wú)線傳輸方式的選擇和對(duì)比，本文選用LoRa無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[2]。LoRa 技術(shù)基于其擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的通信方式[3]，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低等優(yōu)勢(shì)，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線傳輸要求。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要由信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)、信號(hào)匯聚節(jié)點(diǎn)、無(wú)線傳輸網(wǎng)組成。

(2)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

基于LoRa的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為鏈路圖、星型圖、樹(shù)狀圖等多種傳輸方式。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4所示。

圖4 星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

目前，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要滿足以下要求。

①現(xiàn)場(chǎng)只有6臺(tái)設(shè)備，所以采集節(jié)點(diǎn)不多，不需要大量的中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)。

②設(shè)備可能分布在不同的地方，有的工地較大，可能設(shè)備之間相隔較遠(yuǎn)，甚至在1 km以上。

③設(shè)備節(jié)點(diǎn)間相互通信不能受影響。即使出現(xiàn)1個(gè)采集節(jié)點(diǎn)壞點(diǎn)，也不能影響其他節(jié)點(diǎn)通信。綜上所述，本文適合使用星型結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D。

通過(guò)星型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)，將現(xiàn)場(chǎng)所有的設(shè)備采集的信號(hào)作為1個(gè)采集節(jié)點(diǎn)[4]，將采集的信號(hào)分別通過(guò)星型網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)。采集節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。匯聚節(jié)點(diǎn)將信號(hào)利用4G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器端[5]。現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D5所示。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

(3)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)喚醒時(shí)間設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。匯聚節(jié)點(diǎn)和采集節(jié)點(diǎn)之間的通信要通過(guò)一定的喚醒模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這樣可以達(dá)到低功耗和延長(zhǎng)電池壽命的目的。喚醒方式一般分為主動(dòng)喚醒和空中喚醒。通信喚醒模式如圖6所示。

圖6 通信喚醒模式

本系統(tǒng)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作模式，將采取主動(dòng)喚醒和空中喚醒相結(jié)合的方式進(jìn)行，從而節(jié)約用電。

設(shè)備開(kāi)始運(yùn)作前通過(guò)主動(dòng)喚醒模式，間隔一段時(shí)間對(duì)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備喚醒1次，以采集設(shè)備工作狀態(tài)。

當(dāng)判斷設(shè)備進(jìn)入工作模式后，采取空中喚醒方式工作，以固定的高頻率采集和發(fā)送數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采樣周期為30 s。

當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，空中喚醒模式停止，主動(dòng)喚醒模式開(kāi)啟。

2.3 匯聚節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

匯聚節(jié)點(diǎn)模塊主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集的信號(hào)進(jìn)行處理，主要分為匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)備和嗅探節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)備主要是將現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)遠(yuǎn)程傳到云平臺(tái)。

嗅探節(jié)點(diǎn)設(shè)備主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電腦和匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控功能。

2.3.1 匯聚節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

(1)匯聚節(jié)點(diǎn)功能。

匯聚節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)采集節(jié)點(diǎn)采集的信號(hào)集成并上傳到云端服務(wù)器或發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)操作嗅探終端，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中起到網(wǎng)關(guān)的作用。匯聚節(jié)點(diǎn)功能如圖7所示。

圖7 匯聚節(jié)點(diǎn)功能圖

匯聚節(jié)點(diǎn)工作流程如下。首先，每個(gè)采集節(jié)點(diǎn)采集設(shè)備的信號(hào)；然后，將采集的信號(hào)通過(guò)LoRa無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳到匯聚節(jié)點(diǎn)，由匯聚節(jié)點(diǎn)將采集的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯集和協(xié)議轉(zhuǎn)換；最后，通過(guò)4G/5G信號(hào)傳輸?shù)皆乒芾砥脚_(tái)。同時(shí)，也可以通過(guò)LoRa網(wǎng)絡(luò)和LoRa-專用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)直接短距離傳輸?shù)叫崽讲杉鱗6]，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)管理。

(2)匯聚節(jié)點(diǎn)硬件實(shí)現(xiàn)。

匯聚節(jié)點(diǎn)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)處于網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的角色。匯聚節(jié)點(diǎn)在硬件方面主要由處理器單元、供電單元、4G/5G/遠(yuǎn)程傳輸單元、射頻單元、嗅探射頻通信單元組成。

①處理器采用STM32F103R8T6芯片，用于處理復(fù)雜的通信協(xié)議，以及與射頻接口進(jìn)行通信。

②供電單元。RoLa網(wǎng)絡(luò)的通信大部分需要匯聚節(jié)點(diǎn)的參與，耗電量較大。因此，所設(shè)計(jì)的電源部分采用太陽(yáng)能供電與充電鋰電池相結(jié)合的方式。設(shè)備安裝的時(shí)候應(yīng)盡量安裝在有太陽(yáng)的地方。鋰電池電量可以使用15天以上。

高校機(jī)構(gòu)內(nèi)的知識(shí)(指組織或個(gè)人的教學(xué)科研實(shí)踐活動(dòng)過(guò)程中形成)主要包括以下幾部分：各項(xiàng)已經(jīng)取得且公開(kāi)發(fā)表的教學(xué)科研成果，比如受著作權(quán)保護(hù)的各類著作、期刊論文、取得專利權(quán)的專利文獻(xiàn)等；各項(xiàng)不以發(fā)表為目的的教學(xué)課件、會(huì)議演講稿、參加學(xué)術(shù)會(huì)議帶回的資料、各類參觀考察采集回來(lái)的資料、各實(shí)驗(yàn)室記錄的工作日志、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等；各級(jí)各類學(xué)位論文、畢業(yè)論文；存在于師生頭腦中的知識(shí)、想法、經(jīng)驗(yàn)等。

③4G/5G網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊將RoLa網(wǎng)絡(luò)與4G/5G網(wǎng)絡(luò)相連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與云端平臺(tái)數(shù)據(jù)的交互[7]。

匯聚節(jié)點(diǎn)電路如圖8所示。

圖8 匯聚節(jié)點(diǎn)電路圖

2.3.2 嗅探服務(wù)終端

嗅探服務(wù)終端實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)電腦之間信號(hào)的直接傳輸。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)信號(hào)不暢時(shí)，可以通過(guò)嗅探服務(wù)終端直接采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。嗅探節(jié)點(diǎn)功能如圖9所示。

圖9 嗅探節(jié)點(diǎn)功能圖

現(xiàn)場(chǎng)嗅探節(jié)點(diǎn)通過(guò)RoLa無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信和數(shù)據(jù)交換，將匯聚節(jié)點(diǎn)采集的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)嗅探節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)電腦端連接傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)無(wú)任何遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)條件下的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控[8]。嗅探節(jié)點(diǎn)電路如圖10所示。

圖10 嗅探節(jié)點(diǎn)電路圖

嗅探節(jié)點(diǎn)的電路圖比較簡(jiǎn)單，主要由專用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、處理器、RoLa射頻模塊組成。USB轉(zhuǎn)換模塊主要實(shí)現(xiàn)電腦端系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備的連接，以及協(xié)議的轉(zhuǎn)換。射頻電路模塊實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能分析

為實(shí)現(xiàn)對(duì)鄉(xiāng)村住宅現(xiàn)場(chǎng)的智能設(shè)備集中管控，需要開(kāi)發(fā)一套基于“微服務(wù)+SaaS”的多項(xiàng)目鄉(xiāng)村住宅智能設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分別進(jìn)行遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控[9-10]。

圖11 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能圖

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)

軟件的技術(shù)架構(gòu)完全按照系統(tǒng)需求搭建，主要滿足系統(tǒng)的以下需求：多項(xiàng)目多賬號(hào)服務(wù)；各任務(wù)和設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行相互不干擾；大數(shù)據(jù)量的采集和處理。

據(jù)以上需求，本系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)采用“微服務(wù)+SaaS”架構(gòu)，數(shù)據(jù)采集使用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行大數(shù)量的處理。

本文采用的微服務(wù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、任務(wù)管理、預(yù)警報(bào)警管理、培訓(xùn)服務(wù)等多個(gè)任務(wù)的分服務(wù)搭建和運(yùn)行，各個(gè)服務(wù)間各自獨(dú)立運(yùn)行，保證服務(wù)間相互不影響。同時(shí)，系統(tǒng)采用SaaS管理模式，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目、多模塊管理。數(shù)據(jù)庫(kù)采用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)采集方式。這種方式能夠最大程度地滿足設(shè)備數(shù)據(jù)采集時(shí)高并發(fā)情況，同時(shí)保證數(shù)據(jù)不丟失。

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

(1)設(shè)備管理及預(yù)警報(bào)警管理。

設(shè)備管理及預(yù)警報(bào)警管理模塊的主要功能為設(shè)備管理、設(shè)備基礎(chǔ)信息配置和設(shè)備預(yù)警報(bào)警管理等。

①設(shè)備管理功能。設(shè)備管理功能主要是實(shí)現(xiàn)添加設(shè)備、廠家、基本信息、設(shè)備監(jiān)控參數(shù)，同時(shí)設(shè)置其啟用或是禁用狀態(tài)，以及啟用時(shí)間段等。

②設(shè)備預(yù)警報(bào)警管理功能。設(shè)備預(yù)警報(bào)警管理功能主要是設(shè)置設(shè)備監(jiān)控參數(shù)預(yù)警報(bào)警默認(rèn)值模板、自定義設(shè)置預(yù)警報(bào)警值、分級(jí)報(bào)警模式、報(bào)警消息推送設(shè)置、實(shí)時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)展示、報(bào)警預(yù)警統(tǒng)計(jì)分析等。

(2)設(shè)備任務(wù)管理。

任務(wù)管理主要是根據(jù)設(shè)備計(jì)劃實(shí)施任務(wù)，提前實(shí)現(xiàn)任務(wù)制定、任務(wù)下發(fā)、任務(wù)執(zhí)行、任務(wù)反饋和任務(wù)記錄等功能。

設(shè)備任務(wù)管理流程如圖12所示。

圖12 設(shè)備任務(wù)管理流程圖

(3)設(shè)備安全監(jiān)控系統(tǒng)。

設(shè)備安全監(jiān)控系統(tǒng)主要通過(guò)采集設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)的處理和分析，以向施工員、管理員提供有效的施工、管理依據(jù)。系統(tǒng)功能主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警管理、趨勢(shì)分析和報(bào)表管理等。

①實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和安全參數(shù)。數(shù)據(jù)以30 s的周期進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。

②報(bào)警管理。系統(tǒng)對(duì)報(bào)警事件進(jìn)行及時(shí)處理，對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提供安全報(bào)警數(shù)據(jù)依據(jù)。

③趨勢(shì)分析。系統(tǒng)展示各類數(shù)據(jù)的歷史曲線分析，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)之間的對(duì)比分析等。

④報(bào)表管理。系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)各類任務(wù)報(bào)表、報(bào)警報(bào)表、數(shù)據(jù)報(bào)表、維保報(bào)表等，為管理人員提供專業(yè)分析參考。

(4)設(shè)備培訓(xùn)指導(dǎo)模塊。

設(shè)備培訓(xùn)指導(dǎo)模塊主要通過(guò)軟件系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行設(shè)備安全使用、設(shè)備維保、施工安全指導(dǎo)、工程工藝流程等業(yè)務(wù)培訓(xùn)。主要培訓(xùn)方式有文檔培訓(xùn)、視頻培訓(xùn)和三維模型培訓(xùn)等。通過(guò)培訓(xùn)，可以快速地讓施工人員熟悉和掌握設(shè)備使用方法，熟悉工藝流程和新的工法操作。培訓(xùn)設(shè)備包括計(jì)算機(jī)端和現(xiàn)場(chǎng)平板端。

4 結(jié)論

本文針對(duì)鄉(xiāng)村施工工人無(wú)法對(duì)新智能設(shè)備進(jìn)行操作的現(xiàn)狀，利用傳感器技術(shù)和LoRa技術(shù)，研發(fā)了基于LoRa的無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊和無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了鄉(xiāng)村住宅建造裝備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在施工建造過(guò)程的集中控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、安全監(jiān)控和生產(chǎn)指導(dǎo)等功能。該系統(tǒng)的研發(fā)將間接推動(dòng)智能設(shè)備在鄉(xiāng)村裝配式建造中的使用，進(jìn)而推動(dòng)鄉(xiāng)村住宅建造快速化、高效化、規(guī)?；?、環(huán)保化，為鄉(xiāng)村振興計(jì)劃提供有力的支撐。