一种车载式指挥系统状态监测与报警系统的制作方法

本实用新型涉及状态监测技术领域，尤其涉及一种车载式指挥系统状态监测与报警系统。

背景技术：

指挥系统为是武器系统的神经中枢，是将侦察、指挥控制、火力打击融为有机整体的重要手段，其工作状态的好坏对整个体系作战能力具有重要影响。实时状态检测与定期维护保养是保持良好工作状态的重要基础，是确保其完好率的重要保障。随着信息化建设的发展，指挥系统发展迅速、大量列装。然而，长期以来，指挥系统装备状态监测与维护保养的管理还基本依靠人工来完成，缺乏远程、实时、高效的状态检测和维护保养信息管理系统。

目前，针对指挥系统状态信息的监测和管理，主要采用以下四种方法：一是系统的工作环境信息仅仅通过悬挂在方舱内的温湿度表进行显示；二是系统各设备工作状态信息主要由操作人员使用后在使用记录本上进行记录；三是系统维护保养信息记录主要通过维护保养人员填写纸质维护保养本完成；四是管理人员主要通过现场查看、查阅记录本等方式进行监管。按目前的方式对车载式指挥系统进行状态监测和管理，主要有四个缺点：一是工作环境信息监测不全面，影响装备运行状态除了温湿度之外，还包括空气中的粉尘量、有毒有害气体含量等；二是缺乏实时的全过程检测和报警提示，例如当环境温湿度过高或过低、车内出现线路故障等情况时要有报警提示等；三是缺乏实时、智能的信息化统计手段，系统使用记录、维护保养记录、维修过程记录等大量现在都是采用纸质的记录本记录，人工填写时容易造成数据出错、漏报、丢失等情况，数据统计和分析比较困难、效率低；四是缺乏直观判断和智能监控，使用人员对设备的工作状态不能全面、直观的判断其好坏，管理人员只能通过现场检查、查看登记统计等方式进行监管，缺乏全过程、实时性的远程监管。

以上四个缺点导致了指挥系统使用人员对其工作状态缺乏全面、实时的掌握，系统维护保养工作时效性、针对性差，缺乏有效监管，致使该系统故障率不断提高，严重制约了其作用的发挥。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种车载式指挥系统状态监测与报警系统，能对指挥系统的工作状态进行全过程、实时的监管，减少其故障率。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种车载式指挥系统状态监测与报警系统，包括：

数据采集模块，用于实时采集设备工作环境状态；

数据通讯模块，与所述信息采集模块连接，用于无线传输所述数据采集模块采集的状态数据；

监控中心模块，与所述数据通讯模块连接，用于将实时收到的数据信息上传到上位机；

上位机，与所述监控中心模块连接，通过上位机完成各种数据的录入、分析、显示和报警。

优选的，所述数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器、粉尘传感器和烟雾传感器。

优选的，所述上位机包括：

实时检测报警模块，用于实时检测温度、湿度、烟雾状态、灰尘量、设备工作状态、维护保养状态，如果超过工作环境指标要求，实时进行报警提示；

维护保养状态模块，用于记录指挥系统内主要设备的工作时间、分解结合次数，用于为维护保养工作提供参考依据；

设备状态模块，包括设备故障情况录入模块和设备状态查询模块；

设备故障情况录入模块，用于记录单体设备在使用过程中出现和修复的设备故障情况，包括故障部位、时间、记录人、故障现象、是否修复信息；

设备状态查询模块，用于查询各单体设备的故障状态并进行显示。

优选的，本实用新型的车载式指挥系统状态监测与报警系统还包括电源管理模块，用于给各个模块进行充电。

优选的，所述数据通讯模块采用CC2530为核心的Zigbee无线模块。

采用本实用新型的车载式指挥系统状态监测与报警系统能对指挥系统的工作状态和管理进行全面的监控，使指挥系统的使用人员对其工作状态能全面、实时的掌握，有效监管系统维护保养工作的时效性、针对性，降低指挥系统的故障率，有利于促进其作用的发挥。通过该系统的使用，主要取得了以下效果：

1)实现了系统状态信息采集的实时化。采用该系统后，车载指挥系统状态信息可以自动进行记录、统计，并可以进行实时状态显示及报警，使用和管理人员可以及时掌握装备维护保养和状态信息。解决了以往指挥系统的使用记录、维护保养记录和故障修理记录等信息基本采用纸质的登统计本记录的问题，大大提高了工作效率，确保了登统计信息的实时性、准确性。

2)提高了维护保养管理工作的智能化水平。通过在指挥车内部安装该系统后，上位机软件可以实时、不间断采集指挥车的各种状态数据信息进行统计分析，形成维护保养需求建议，为维护保养人员提供辅助决策，并且可以监控维护保养人员是否及时按要求完成维护保养工作。解决了以前维护保养工作主观性强、针对性差、缺乏监管等难题，提高了系统工作的稳定性、可靠性，极大降低了系统故障率，对该型指挥系统效用的发挥起到了很大的作用。

3)根据不同装备特点和维护保养的要求，适当修改检测终端硬件和上位机软件功能，可用于对其它车载式系统进行状态检测和维护保养管理，解决其状态监控和维护保养管理中的问题。

附图说明

图1为本实用新型的车载式指挥系统状态监测与报警系统的结构示意图；

图2为本实用新型的车载式指挥系统状态监测与报警系统的硬件结构图；

图3为本实用新型的数据通讯模块的外围电路原理图；

图4为本实用新型的上位机的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1-图4，本实用新型的车载式指挥系统状态监测与报警系统主要由数据采集模块10、数据通讯模块、监控中心模块20和上位机30组成，数据采集模块10采用两种不同功能的监控终端(ZigBee终端节点)，一种终端安装在方舱内部用于实时监测设备工作环境状态，主要包括温度、湿度、气体、粉尘等参数，其包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器、粉尘传感器和烟雾传感器，用于实时采集设备工作环境状态；另一种终端安装在单体设备内部用于检测设备工作时间、分解结合状态等参数，包括光敏传感器和开关控制模块。

数据通讯模块，与所述信息采集模块10连接，用于无线传输所述数据采集模块采集的状态数据，所述数据通讯模块采用CC2530为核心的Zigbee无线模块，功耗低，可以用电池供电(电池体积越小越好)；CC2530是美国TI公司2009年推出的处理器芯片，它兼容802.15.4协议标准，是支持ZigBee和RF4CE的片上系统CC2530内部包含射频收发器、增强型8051处理器，128K系统内可编程闪存，12位模数转换器、32kHz休眠定时器、看门狗定时器、21个可编程I/O引脚等，它具有封装小、低功耗、多种运行模式等特点，特别适用于低功耗的无线传感网络。数据通讯模块的外围电路原理图如图3所示，CC2530的40引脚(DCOUPL)通过去耦电容C2可以提供一个稳定的1.8V去耦电压；使用C3、C4及晶振Y2(XTAL)构成32.768kHz的辅助晶振电路；30引脚(RBIAS)连接一个56kΩ的偏置电阻，为晶振提供合适的工作电流；而32MHz的主晶振电路是由C6、C7及晶振Y1(XTAL)构成；20引脚(RESET)通过按键开关S1和电容C1构成一个复位电路；26引脚(RF N)负责收发负向射频信号，25引脚(RF P)负责收发正向射频信号，该端口由C8、C9、L2和L3组成的不平衡变压器以及C12、C13和C14组成的π型LC滤波器和天线之间达到最佳的阻抗匹配；“下位机”通过RS232接口与协调器进行通信，16引脚(P03)连接到MAX2323芯片的11引脚(T1in)，17引脚(P0 2)连接到MAX232芯片的12引脚(R1out)。

监控中心模块20，与所述数据通讯模块连接，用于将实时收到的数据信息上传到上位机30，监控中心模块20采用监控中心端(ZigBee协调器)，一端实现与各个终端的无线通信组网，另一端将实时接收到的数据信息上传到上位机30。

上位机30，与所述监控中心模块20连接，通过上位机30完成各种数据的录入、分析、显示和报警，通过状态数据可以智能制定维护保养计划、监督判断维护保养完成情况。

其中，在本实施例中，本车载式指挥系统状态监测与报警系统利用无线传感器网络技术，采用星形网络结构设计，主要由一个监控中心模块20和若干个数据采集模块10组成，如图1所示。其中，数据采集模块10安装于方舱或单体设备中，对设备进行维护保养、开机使用监控与管理，通过无线方式将监控情况上报至监控中心模块20。监控中心模块20将汇总各监控端上报的情况并上传到上位机30，上位机30进行统一显示，并根据具体情况进行告警与提醒。数据采集模块10采用两种不同功能的ZigBee终端节点，监控中心模块20采用ZigBee协调器，本实用新型采用一个ZigBee协调器，若干个两种类型的ZigBee终端节点，系统硬件结构如图2所示。ZigBee终端节点I型安装在方舱车内(每个方舱只需1个)，分别连接温湿度传感器(用于检测方舱车内温湿度)、粉尘传感器(用于检测方舱内粉尘情况)、烟雾传感器(用于检测方舱是否有设备线路短路等出现的烟雾)，将接收到的传感器数据信息无线传输到ZigBee协调器。ZigBee终端节点II型安装在各个单体设备内部，一方面通过检测有/无DC28V的电压(单体设备工作电压为DC28V)判断设备工作时间，另一方面通过连接光敏传感器判断设备分解结合的次数(单体设备内部正常时光线很暗，分解时需要将顶盖打开，光线很强)，ZigBee终端节点II型将每次检测的设备工作时间、设备分解结合次数等信息无线传输到ZigBee协调器。ZigBee协调器通过串口连接PC上位机，协调器将接收的终端节点的数据传送给上位机，上位机软件显示各种数据信息。ZigBee终端节点能够实时不间断采集和发送数据信息(可以根据实际探测器指标适当调整)，终端节点和协调器之间采用Zigbee无线通信技术实现自动组网和无线通信，其通信距离最短可达100m。

本系统的ZigBee终端节点I型和II型终端节点(数据采集模块)中采用的各型传感器模块均为通用传感器模块。

1)数字温湿度传感器DHT11

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快相应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简单快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上。产品为4针单排引脚封装，连接方便。

2)MQ-2气体传感器

MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

3)光敏传感器

光敏传感器是对外界光信号或光辐射有响应或转换功能的敏感装置。光敏传感器是利用光敏元件将光信号装换为电信号的传感器，它的敏感波长的可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。

本实用新型还包括通用底板模块，其主要包括电源管理模块、串口转USB模块、CC2530功能扩展模块、各型传感器接口模块、按键和指示灯模块等组成，主要用于将CC2530模块所有引脚引出，实现与外围设备的连接和通信控制。

本实用新型的整个硬件通信协议和各型传感器驱动程序的编写都利用IAR Embedded Workbench for MCS.51软件作为开发环境。利用硬件生产商提供的ZigBee协议栈来开发。ZigBee通信协议ZigBee协议分为五部分，包括PHY(物理层)、MAC(介质访问层)、网络层(NWK)、应用程序支持子层(APS)和应用层(APL)。ZigBee协议栈将这五层定义的协议都融合到一块，封装并以函数的形式实现，并给用户提供应用层(API)，方便用户直接调用函数。在开发一个ZigBee应用时，底层协议和应用层是相互独立的，只需要对应用层进行改动就可以完成想要的功能。

通过构件IAR开发环境，编写了各型传感器的驱动程序，实现了各型传感器能不断实时、不间断的检测到的各种数据传输到各终端节点的CC2530模块。利用Z.Stack开发的无线通信协议，实现了各终端节点与协调器的自动组网功能和无线通信，各终端节点可以按照上位机发送的指令实时或单次将终端节点传感器的数据传输经协调器传输到上位机。

其中，上位机软件结构设计：

1.上位机软件功能指标要求设计

1)能在手持式终端(或PC机)上运行；

2)能够实时显示检测的温度、湿度、工作状态(工作、未工作)、分解结合状态(完整、分解状态)、粉尘情况等；

3)能够提供温度过高、过低报警，提供烟雾报警；

4)能人工录入每次设备维护保养(日维护、周维护、季维护、年维护)的时间、地点、组织人、保养项目、保养时间长度；

5)能人工录入设备故障时间、故障现象、故障部位、是否修复等信息；

6)能按要求统计设备分解结合的频率和总时间；

7)能按要求统计设备工作的时间；

8)能根据设备分解结合时间、工作时间、灰尘情况智能提出维护保养(日维护、周维护、季维护、年维护)的建议，并显示提示信息；

9)可以查询、显示维护保养(日维护、周维护、季维护、年维护)的时机、内容和方法等。

2.上位机软件模块设计

采用VC++软件和Access数据库开发上位机软件，实现与硬件平台的实时数据接收和控制。上位机的基本结构包括实时检测报警模块、维护保养状态模块、设备状态模块三大部分,基本结构如图4所示。检测报警模块主要完成各指挥车环境信息(温度、湿度、烟雾)、工作状态、维护保养状态等实时显示及智能化的状态提示报警；维护保养状态模块主要完成各指挥车日维护、周维护、季维护、年维护等所需信息的显示和统计、维护保养记录的录入和查询等；设备状态模块用于在使用和维护过程中对各指挥车主要单体设备故障状态的记录和维护情况的记录等；数据库主要完成各窗口数据的录入、存储、查找等。

1)实时检测报警模块

该模块主要为软件的主界面，用于实时检测温度、湿度、烟雾状态、灰尘量、设备工作状态、维护保养状态等。如果超过工作环境指标要求，实时进行报警提示。如果维护保养工作没有按照计划完成，系统会显示某项维护“不正常”。如果有一个或者多个设备处于故障状态，至今未修复，设备状态则显示“设备故障”，并且可以查看那个设备故障。

2)维护保养状态模块

该模块主要包括日维护模块、周维护模块、季维护模块、年维护模块和维护记录查询模块。每个模块自动记录了指挥车内主要设备的工作时间、分解结合次数，用于为维护保养工作提供参考依据。并且提供各类型维护保养需要进行的项目，供维护保养人员参考。完成维护保养工作后，需要在系统中录入维护信息。按照维护保养计划与实际录入的维护保养信息进行自动对比判断，若完成情况与计划一致，在主界面维护状态中显示正常；若完成情况与计划不一致，在主界面维护状态中显示不正常，并记录未完成保养的计划时间。

3)设备状态模块

该模块主要包括设备故障情况录入模块和设备状态查询模块。设备故障情况录入模块主要用于记录单体设备在使用过程中出现和修复的设备故障情况，包括故障部位、时间、记录人、故障现象、是否修复等信息。录入信息后，设备状态实时检测就会根据设备故障情况进行自动判断，若所有设备正常，则显示正常；若有一个设备故障未修复，则显示设备故障。设备状态查询模块主要用于查询各单体设备的故障状态并进行显示。

4)数据库模块

采用Access数据库中的表单来记录需要存储、查询和显示的各种数据，用于录入状态维护保养计划等。

采用本实用新型的车载式指挥系统状态监测与报警系统能对指挥系统的工作状态和管理进行全面的监控，使指挥系统的使用人员对其工作状态能全面、实时的掌握，有效监管系统维护保养工作的时效性、针对性，降低指挥系统的故障率，有利于促进其作用的发挥。通过该系统的使用，主要取得了以下效果：

1)实现了系统状态信息采集的实时化。采用该系统后，车载指挥系统状态信息可以自动进行记录、统计，并可以进行实时状态显示及报警，使用和管理人员可以及时掌握装备维护保养和状态信息。解决了以往指挥系统的使用记录、维护保养记录和故障修理记录等信息基本采用纸质的登统计本记录的问题，大大提高了工作效率，确保了登统计信息的实时性、准确性。

2)提高了维护保养管理工作的智能化水平。通过在指挥车内部安装该系统后，上位机软件可以实时、不间断采集指挥车的各种状态数据信息进行统计分析，形成维护保养需求建议，为维护保养人员提供辅助决策，并且可以监控维护保养人员是否及时按要求完成维护保养工作。解决了以前维护保养工作主观性强、针对性差、缺乏监管等难题，提高了系统工作的稳定性、可靠性，极大降低了系统故障率，对该型指挥系统效用的发挥起到了很大的作用。

3)根据不同装备特点和维护保养的要求，适当修改检测终端硬件和上位机软件功能，可用于对其它车载式系统进行状态检测和维护保养管理，解决其状态监控和维护保养管理中的问题。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。