科技馆展品手持点检仪的设计

曾 山，刘 孟，袁 斌

（江西省科学技术馆，江西南昌 330038）

0 引言

随着信息化时代的到来，生产型企业的传统设备管理模式，已跟不上时代的步伐，为适应快速高效的节奏，必须对传统模式进行改变。通过一种智能的点检方式代替“手工抄表”“随机抽查”的常规管理模式[1]。智能手持点检仪终端是基于传感器检测和网络技术数据远程传输及数据云存储构建而成。通过手持的振动、温度、噪音一体化传感器放置在展品的关键位置处采集数据，传感器数据通过Wi-Fi 网络或蜂窝网络与云存储服务器连接，数据存储。也可在手持移动终端实时监测查看数据，实现对展品运行状态数据统计及分析，实现对展品的运行状态、故障位置、劣化趋势等判断。

针对展品的运行情况，设计一种一体式展品监测仪器设备，它可以实时监测展品的振动、温度、噪声等数据，建立一个数据库。对这些展品采集的数据进行存储分析。分析展品在什么环境参数下运行最稳定，参数的变化会引起展品哪方面的故障等。这些数据的采集和存储可对以后展品制作的发展带来重大的参考意义。

1 手持点检仪的管理功能

通过软硬件系统的配合使用，巡检系统可实现如下基本功能：

（1）设备温度、振动、噪声等监测数据的查看，包括设备实时数据及运行状态，了解设备劣化趋势。并可根据设备出厂参数设置报警门限，保证设备的良好运行。

（2）巡检业务包括巡检路线、巡检站点、巡检观察项描述、巡检排班、巡检设备台账对应信息、巡检时间监控，查看设备实时监测数据，实现设备运行状态的监控及设备控制。

（3）巡检人员执行巡检任务时，显示当前的巡检任务路线的任务信息、巡检点列表、各个巡检点的观察项，保证巡检人员按照计划好的巡检方案进行巡检；巡检过程中，发现设备异常可查看设备数据并根据设备运行趋势做故障分析，同时可使用手持终端的拍照、语音和视频功能，记录巡检中的发现的情况；通过远程跟踪记录巡检手持终端的使用，自动监控巡检行为，严格按巡检计划执行。

（4）具有数据报表功能，完善的数据查询功能：支持精确查询、定制查询，可进行基本巡检工作与隐患信息查询统计与分析等，查询结果可以用Excel 格式输出，也可以以报表的形式显示。

（5）日常巡查情况报表统计：对巡检人员的巡检情况、内容、漏检等自动分析，并按管理要求生成巡检明细表漏检明细表、巡检日报表，可以将查询结果输出到打印机，生成Excel 文件。

（6）设备状态选择：巡检开始前，需根据当前被测设备的实际情况选择设备状态，包括运行、停机、带病运行、检修、备用5 种状态。选择设备运行、带病运行状态后，测量完成按下“保存”系统将自动跳转到该设备的下一个巡检测点测量。若选择停机、检修、备用状态，系统将跳过该设备进入下一设备测量。

（7）巡检进度：巡检时，在“状态”栏中将显示当前巡检进度，如“10/36”表示此路径总共有36 个测点，当前已完成10 个。

（8）对展品进行开机、关机和灯光控制。

2 手持点检仪的功能结构

以全面掌握设备状态为出发点，针对设备的具体情况制定巡检内容，放映设备运行状态的重要参数，必须列入巡检点内容，点巡检内容足以说明状态或用于维修决策，点巡检项目完整，内容包括数据采集，数据远程传输，数据监测可视化[2]。手持点检仪终端结构如图1 所示。手持点检仪具备以下功能：

（1）展品运行数据的采集（如温度、振动、噪声等）。

（2）展品运行数据记录及远程传输。

（3）展品运行数据监测及查看。

3 系统功能目标（图2）

图2 手持点检仪目标功能

（1）对展品的运行参数进行统计与存储。

（2）分析展品在什么环境下，运行最稳定可靠。

（3）运行参数的变化和展品故障间的相对关系。

（4）对以后展品制作、维修、维护给出参考依据。

4 系统功能创新

（1）国内首次将移动巡检设备运用到科普展览展示领域，对提升科普场馆展览设施的管理水平具有重要意义。

（2）开发用于存储、显示和导出展品温度、振动、噪声参数的便携式手持终端。该设备可方便、快速地将科普展品的相关参数进行存储、显示和导出，在提升现场故障检测效率、分析和预判现场故障方面有着重要作用。

（3）开发用于采集与传输展品温度、振动、噪声参数的数据采集与传输模块。该模块集成温度、振动、噪声的检测装置，可根据需要对相应参数进行检测，提升检测效率。

（4）开发专门用于科普展品现场检测的软件，实现科普场馆展览设施的即时检测和数据显示，进一步提高科普设施的智能化管理水平。

5 手持点检仪系统的硬件设计

手持点检仪系统是以STC12C5A60S2 单片机为核心的控制系统，通过采集温度传感器、振动传感器、噪声传感器的数据，通过网络和服务器进行数据通信。操作流程如图3 所示。

图3 操作流程

5.1 STC12C5A60S2 单片机特性

STC12C5A60S2 单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期单片机，是高速/低功耗/超强干扰的新一代单片机。指令代码兼容普通的51 单片机，但速度快到8～12 倍。内部集成MAX810专用复位电路，针对强干扰场合。

5.1.1 STC12C5A60S2 单片机通信接口

STC12C5A60S2 单片机是一款功能比较强大的单片机，它拥有两个全双工串行通信接口[3]，串口1 的功能及操作与传统51 单片机串行口相同；特殊的是STC12C5A60S2 单片机内部有一个独立波特率发生器，串口1 可以使用定时器1 作为波特率发生器，也可以使用独立波特率发生器作为波特率发生器；而串口2 只能使用独立波特率发生器作为波特率发生器。

5.1.2 单片机双串口的定义

单片机晶振：11.0592 MHz；波特率：9600 bps；引脚定义：串行口1：发送—TxD/P3.1；接收—RxD/P3.0；串行口2：发送—TXD2/P1.3；接收—RxD/P1.2。

5.1.3 单片机双串口通信的原理（图4）

图4 单片机双串口通信原理

5.2 温度数据的采集

打开平板选择展品参数采集，选择温度数据监测，平板系统软件会向一体传感器设备发送温度数据查询指令OXAA，展品运行时，温度传感器的数据通过单片机I2C 采集和换算，形成一个平均温度值，通过无线数据模块上传给手持设备，再通过Wi-Fi 网络上传上位机数据库软件，进行保存，最后通过数据量的统计进行分析判断。温度数据采集结构如图5 所示。

图5 温度数据采集结构

5.3 振动数据的采集

打开平板选择展品参数采集，选择振动数据监测，平板系统软件会向一体传感器设备发送振动数据查询指令OXBB，展品运行时，振动传感器的数据通过单片机AD 采集器的采样和换算，形成一个振动幅度的值，通过无线数据模块上传给手持设备，再通过Wi-Fi 网络上传上位机数据库软件，进行保存，最后通过数据量的统计进行分析判断。振动数据采集结构如图6 所示。

图6 振动数据采集结构

5.4 噪声数据的采集

打开平板选择展品参数采集，选择噪声数据监测，平板系统软件会向一体传感器设备发送噪声数据查询指令OXCC,展品运行时，噪声传感器的数据通过单片机AD 采集器的采样和换算，形成一个噪声的峰值，通过无线数据模块上传给手持设备，再通过Wi-Fi 网络上传上位机数据库软件，进行保存，最后通过数据量的统计进行分析判断。噪声数据采集结构如图7 所示。

图7 噪声数据采集结构

6 手持点检仪软件设计

6.1 手持设备操作界面

手持设备支持查看展厅、展区、展品、展品开关机状态、展品运行及故障状态、展品运行参数监测、电源通断电状态、布展灯光状态等信息。并支持展品开关机控制、通断电控制、布展灯光的控制等操作。便于工作人员快捷便利的查看信息和对相关设备的控制。

6.2 手持设备用户权限登录界面

系统实现用户账号的添加、修改、删除、启用和禁用等功能。支持角色的添加、修改、删除、启用和禁用等功能。可以为角色赋予一系列的操作权限，用户可通过设置角色来获得操作权限，也可以为每个用户单独赋予一些操作权限，数据范围权限每个用户单独设置。

6.3 手持设备用户管理界面

手持设备系统可实现展厅、展区、展品等的添加、修改、删除。展品支持设置多种运行模式，不同模式可以做不同的设置（如展品运行时间）。

7 结语

手持点检仪的设计投入消除了原有点检仪制度中的漏洞和弊端，使点检结果在执行过程中更加真实有效的反映设备的运转情况[4]。手持点检仪可获得展品运行的大量数据，通过数据结构的统计，对展品运行数据进行分析，实现展品运行状态的监测、展品故障类型的统计、展品故障预报警，甚至通过运行数据可以分析展品的操作热度，记录到系统中，将展品热度分析、展品运行及故障分析等内容根据系统获得的实时数据，转换为多种图表形式，直观简洁地进行展示，便于管理人员随时查看。