CN100520648C - 设备监控系统和设备监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种设备监控系统和设备监控方法，用于监控带有状态指示灯的设备的状态。光信号采集装置采集该设备的状态指示灯所发出的光信号。存储装置存储该设备的状态指示灯可能发出的各种光信号所分别对应的状态信息。信息处理装置从所述存储装置中获取与所述光信号采集装置所采集的信号对应的状态信息。本发明利用各种设备的状态指示灯为监控对象，实现了较为通用的设备监控系统和方法。

Description

设备监控系统和设备监控方法

技术领域

本发明涉及设备监控系统和设备监控方法，特别涉及计算机工业控制与光电子技术领域中对不同电子设备、视频、供电与环境监控，形成基于包括通信、电力等各类设备的网络化综合监控技术。

背景技术

当前对于电气设备的监控，每种设备都有专用的监控系统，当设备更新换代时，监控系统也需随之更换，例如，程控交换机、通信传输设备及通信终端，监控系统基本属于设备生产商的垄断产品。造成的现象有：一是监控成本过高；二是监控的接口协议作为厂商技术机密，不公开；三是由于接口协议不标准、不统一，难以形成集成监控平台。

发明内容

本发明对于电气设备提供了一种较为通用的设备监控系统和设备监控方法，通过TCP/IP协议扩充为网络监控，并可用手机短信进行监测与控制。特别是本发明利用各种设备的状态指示灯为监控对象的设计思想和光采集模块，为各种设备的监控另辟蹊径。

本发明的非电气接触性通用设备综合监控平台利用设备工作的状态指示灯作为监测信号进行采集，并与表达的意义进行关联，形成通用的监控网络。现有技术中尚没有这方面内容的披露。

根据本发明，提供了一种设备监控系统，用于监控带有状态指示灯的设备的状态，该系统包括：光信号采集装置，用于采集该设备的状态指示灯所发出的光信号；存储装置，用于存储该设备的状态指示灯可能发出的各种光信号所分别对应的状态信息；以及信息处理装置，用于从所述存储装置中获取与所述光信号采集装置所采集的信号对应的状态信息。

根据本发明，还提供了一种设备监控方法，用于监控带有状态指示灯的设备的状态，该方法包括以下步骤：在存储装置中预先存储该设备的状态指示灯可能发出的各种光信号所分别对应的状态信息；采集该设备的状态指示灯所发出的光信号；以及从所述存储装置中获取与所述光信号采集装置所采集的信号对应的状态信息。

本发明的方法是(以通信设备为例进行描述)：设计了单元监测管理器，应用于各台(站)设备的本级监控。开发了开关量(模拟量)采集器和光采集模块，通过对电参数(电压、电流和实时功率等)和各设备面板的状态指示灯采样，解决各种设备及其网络运行状态的实时监测，及时发现各设备及网络中存在的问题，并根据网络间设备的依存关系，进行报警，对于设备状态指示灯闪动不同速度及色彩代表意义，本发明也给予了解决办法。

在本发明的方法中，光采集模块采样的状态值表示的意义取决于监测实际设备状态，根据不同的设备及其状态指示灯表示的意义确定，通过对照设备维护手册可唯一确定其意义。供电系统监测采用电力参数采集模块。视频监控部分采用了网络摄像机。

本发明适用于带有状态指示灯的设备。

应用本发明，不但可以解决各种通信设备与供电设备及其网络的监控，而且也可以应用到其它设备监控领域里。

附图说明

图1是本发明的系统网络结构图。

图2是本发明网络应用中一个节点的监控系统组成图，代表前端机101所完成的工作。

图3是本发明的单元监测管理器的软件结构图。

图4为本发明的开关/模拟量数据获取流程图。

图5为本发明的短信服务流程图。

图6为本发明数据表现/处理软件的流程图，作用于前端机。

图7是光采集模块原理框图。

图8是开关量输出以太网控制器原理框图。

图9、图10分别为本发明的开关量以太网采集器原理框图和模拟量以太网采集器原理框图。

具体实施方式

下面描述本发明的设备监控系统和设备监控方法。

本发明的设备监控系统可用于监控任何带有状态指示灯的设备的状态。该设备监控系统主要包括光信号采集装置、存储装置以及信息处理装置。本发明的设备监控方法可由本发明的设备监控系统执行，其中，存储装置预先存储该设备的状态指示灯可能发出的各种光信号所分别对应的状态信息，光信号采集装置采集作为监控对象的设备的状态指示灯所发出的光信号，信息处理装置从存储装置中获取与光信号采集装置所采集的信号对应的状态信息。

可以为作为监控对象的设备的多个状态指示灯中的每一个分别设置一个光信号采集装置，以分别采集其光信号，从而分别得到所述多个状态指示灯所指示的状态信息。

光信号采集装置包括感光器件、延时器、发光二极管、以及电信号输出装置

感光器件可以采用光敏三极管，其感应设备的状态指示灯所发出的光，并产生相应的电信号。该电信号最终通过电信号输出装置被输出。

延时器对所采集的信号进行延时，以便循环采集光敏三极管的电平值以进行输出。延时器采用LMC555芯片，依据光敏三极管光电转换的结果(即所产生的电信号)，提供稳定的输出信号。

光信号采集装置贴附在所述设备的状态指示灯上，并且将状态指示灯完全地光密封，以避免外来光的干扰。为了向外部恢复设备的状态指示灯所发出的光，发光二极管根据感光器件所检测的电信号发出与状态指示灯所发出的光相同的光，以便于现场工作人员查看状态指示灯所指示的状态。

为了便于通过以太网传输光信号采集装置所检测到的电信号所表示的信息变化。该设备监控系统包括开关量采集器和模拟量采集器。其中，开关量是指只有开和关(或1和0)两种状态的信号，例如，状态指示灯是否发光以及状态指示灯所发出的光闪动的快慢；模拟量是指连续变化的量，例如，状态指示灯所发出的光的色彩变化。

当状态指示灯所发出的光是开关量时，开关量采集器将从状态指示灯采集的信号转换为开关量数据。当状态指示灯所发出的光是模拟量时，模拟量采集器将从状态指示灯采集的信号转换为数字化数据。显然，在采用开关量采集器和模拟量采集器转换信号以通过以太网传输的情况下，存储装置中的各个状态信息是与对应于该状态信息的数字值关联地存储的。在开关量的情况下，该数字值为1或0。在模拟量的情况下，该数字值根据采样精度具有不同的字节数。

将开关量采集器转换得到的开关量数据或模拟量采集器转换得到的数字化数据通过TCP/IP网络或以移动电话短信的方式发送给信息处理装置。

当向信息处理装置输入了光信号采集装置所产生的电信号(或者经开关量采集器和模拟量采集器转换而得到的开关量数据或数字化数据)之后，信息处理装置通过比对，从存储装置中查找出与该信号(或数据)对应的状态信息。

在获得了状态信息之后，可以根据不同的情况进行各种操作。例如，当状态信息表明设备出现故障时，可以发出告警，并且还可能提供部分故障细节。

下面作为示例，简单描述本发明的设备监控系统和设备监控方法的应用。

图1是本发明的系统网络结构图。其中后台服务器(信息处理装置)103、数据库服务器(存储装置)104、若干前端机(壁挂式计算机系统及状态采集器，其中包含了本发明的光信号采集装置)101通过TCP/IP网络102(以太网)连接。前端机101将采集的设备工作状态信息通过TCP/IP网络102发送至后台服务器103，后台服务器103与数据库服务器104协作，完成状态-信息对照进行告警与历史状态存贮。

图2是本发明网络应用中一个节点的作为示例的监控系统组成图，代表前端机101所完成的工作。自动交换设备206、传输交换设备207、市电供电设备和电池组供电设备208、环境空调设备209分别为要监控的设备，前端光采集电路201为光采集模块组，即本发明的光信号采集装置，电源检测模块202为电参数采集模块，模拟采集电路203为温湿度等环境量采集模块，前端光采集电路201、电源检测模块202、模拟采集电路203将设备的状态信息通过前端状态采样数据通信模块204送至单元检测管理器205，单元检测管理器205为壁挂式PC计算机系统，通过单元检测管理器205对信息的处理，完成本级告警与上送至后台服务器103。视频监视模块210为网络视频，基于http协议，提供本级与异地视频监控服务。其中，前端光采集电路201、电源检测模块202、模拟采集电路203、前端状态采样数据通信模块204、单元检测管理器205构成图1所示的前端机101。前端状态采样数据通信模块204中包含有上文中描述的开关量采集器和模拟量采集器。

图3是本发明的单元监测管理器的软件结构图。该软件安装于前端机101中，基于WindowsCE操作系统301，分为数据存贮与加解密模块302、设备实时状态监测模块303、机房环境实时监测模块304、视频流实时监测模块305、短信收发模块306、加解密模块307、网络通信模块308等7个软件模块，分别完成各自功能。

图4为本发明的开关量/模拟量数据获取流程图。在步骤401，定义一个初始UPD套接字，用于侦听开关或模拟量信息。在步骤402，定义接收监控数据的新线程，实时取得开关或模拟量信息数据。在步骤403，创建接收数据请求，用于启动UPD套接字，当准备就绪后。在步骤404，判断是否接收数据，控制获取数据的开关，需要监控时，可开启或关闭。如果在步骤404判定不接收数据，则在步骤405停止接收数据。如果在步骤404判定接收数据，则在步骤406进行数据监听。在步骤407，判断是否收到监控数据，完成网络数据报信息过滤。如果是要侦听的信息，则在步骤408创建内存监控数据区域，即创建一个动态内存，以便在步骤409填充自定义的监控数据协议帧。

图5为本发明的短信服务流程图。由步骤501至步骤513组成，当有告警时按状态信息和预定义的手机号码发送告警信息，平时处于接收手机短信信息的状态，当有手机控制请求时，完成对一组开关(继电器组)的控制，即对附图8装置的控制。该短信服务过程从步骤501开始。在步骤502，初始化短信设备，即初始化其串口号、波特率等。在步骤503，检测设备是否正常。如果设备不正常，则该过程返回步骤501重新开始。如果设备正常，则在步骤504，初始化短信模块工作函数。在步骤505，创建短信操作线程。此时，该过程进入步骤506，其中激活发送线程，然后在步骤507判断是否有短信发送请求。如果没有，则在步骤508等待；如果有，则在步骤509中发送该短信。同时，该过程还进入步骤510，其中激活接收线程，然后在步骤511判断是否有短信到达。如果没有则在步骤512等待；如果有，则在步骤513中接收该短信。

图6为本发明数据表现/处理软件的流程图，作用于前端机。主要用于对软件界面状态信息数据的更新，状态数据与设备生产商提供的告警信息进行对比，当发生异常时，触发短信收发模拟和前端机声光报警。该过程从步骤601开始。在步骤602，创建表现数据新线程。在步骤603，获取内存监控数据区域数据。在步骤604，对比监控数据的设置数据。在步骤605，更新监控数据表现。在步骤607，判断有无异常数据，如果没有异常数据则在步骤606中获取下一时刻的监控数据。如果有异常数据，则在步骤608中进行本级声光报警，打开声光报警开关。然后在步骤609，判断是否有短信提示。如果没有，则在步骤610中获取下一时刻的监控数据。如果有，则在步骤611中向短信服务委托发送任务。

图7是光采集模块原理框图。该光采集模块即本发明的光信号采集装置，其贴附在状态指示灯上。如图7所示，光采集模块包括光敏三极管701、延时器702、发光二极管(LED)703以及用于输出所采集的信号的部件704。光敏三极管701分布在状态灯周围，用于采集状态指示灯所发出的光信号。考虑到光干扰会影响到采样准确性的问题，需要对状态指示灯进行完全地光密封。这会影响到值勤人员的观看。为保证不影响值勤人员对设备状态指示灯的观看并能取得指示灯的状态信息，该电路设有发光二极管703，作为信号灯恢复电路，向外部发出与状态指示灯所发出的光相同的光。主要由延时器702循环取光敏三极管电平值并进行输出，该电路不但满足有光与无光开关量信息的采集，而且能满足信号灯色彩变化产生不同电平的信号采集，通过接拨开关量采集器或模拟量采集器，可对指示灯闪动、常亮、色彩变化的状态进行采集。

图8是开关量输出以太网控制器原理框图。主要由以太网控制器803、主微控制器804和从微控制器806为核心组成，完成计算机网络对开关量组的控制，即TCP/IP协议至开关量输出的转换，当需要时可开启或关闭强弱电的输入(如空调电源、照明灯等)。该开关量输出以太网控制器还包括以太网接口801、网络变压器802、电路的看门狗复位805、6通道开关量输出807、小型继电器808。其中电路的看门狗复位805在电路出现异常时进行复位重新启动电路工作。

图9、图10分别为本发明的开关量以太网采集器原理框图和模拟量以太网采集器原理框图。分别主要由以太网控制器903、主微控制器904和从微控制器906以及以太网控制器1003、主微控制器1004和从微控制器1006为核心组成，完成对开关量或模拟量信息至TCP/IP协议的转换工作。该开关量以太网采集器还包括以太网接口901、网络变压器902、看门狗复位905、24个开关量输入907。该模拟量以太网采集器还包括以太网接口1001、网络变压器1002、看门狗复位1005、10通道模拟量采集1007。

由于上述开关量输出以太网控制器、开关量以太网采集器和模拟量以太网采集器都是本领域公知的技术，因此，这里不再详细赘述其内部的具体操作方式。

以下结合通信台(站)为实例对本发明进一步解说。

该台(站)的设备有：光端机、程控机、交直流供电系统。本发明向该台(站)提供了以上设备、室内温湿度和视频监控。当发生异常情况时，提供了单元监测管理器声光告警、手机短信通知，并可通过单元监测管理器和手机短信对台(站)的各种开关电器进行控制。

本发明在该台(站)应用如上面参考图2所描述，其中，前端光采集电路由光采集模块完成，电源监测模块由电参数采集模块完成，模拟采集电路由温湿度传感器完成，前端状态采样数据通信模块是指本发明中开发的开关(模拟)量采集器，其控制部分由本发明开关量以太网控制器完成。单元监测管理器为本发明中设计的壁挂式电脑。通过TCP/IP网络(见附图1：本发明的系统网络结构图)，完成通信设备状态、通信电源系统状态和视频监控任务。

对于设备面板的状态指示灯，采用光采集模块贴附其上，当灯类型为开关量(含闪动快慢不一样的情况)时，将采集指示灯的信号传至开关量以太网采集器，当灯类型属于色彩变化(红、绿、黄)时，将采集指示灯的信号传至模拟量以太网采集器，并送至单元监测管理器。对于供电系统则采用电参数采集器，并通过RS232至RJ45的协议转换器转换后，送至单元监测管理器。温湿度采用各自的传感器，将信号传至模拟量以太网采集器，送至单元监测管理器。其数据显示如上面参考附图6所描述(数据表现/数据处理流程图)。

1、硬件实现

(1)壁挂式电脑：威盛PE双网口系列主板、LDVS液晶接口板、数字液晶屏、TC35I短信模块和无线键盘鼠标组成。视频监视模块由WB110网络摄像机完成。

(2)光采集模块：其组成如上面参考附图7所描述。

(3)开关量以太网控制器：其组成如上面参考附图8所描述。

(4)开关量以太网采集器：其组成如上面参考附图9所描述。

(5)模拟量以太网采集器：其组成如上面参考附图10所描述。

根据采样定律，开关(模拟量)以太网采集器的采样频率要大于被测信号的3至5倍。

(6)视频监视模块：由WB110网络摄像机完成。

其中开关量以太网控制器、开关量以太网采集器、模拟量以太网采集器的具体实现如下：

本模块由开关量/模拟量/开关量采集、输出与通信电路组成。完成前端开关量的采集工作，并由通信电路完成TCP/IP协议转换，向网络(私网)进行数据包点对点传输工作。模块有24个开关量输入，采用标准MODBUS协议格式进行传送，可对应24位开关量进行前期设置，当状态发生变化时，即触发通信模块向网络发送数据包。并设计有模块远程复位、远程设置开关量默认值、远程启动开关量功能。模块另配置看门狗，保证模块稳定运行。

开关量采集

根据字节定义一个开关量，分别表示高低电平，组成一个24个开关量数据帧用于网络传输。

模块默认开关量可以进行“0”与“1”预设，通过网络UDP修改参数，修改后保存到存贮电路中，掉电后不会丢失。当开关量输入改变后，向网络发送采集到的开关量数据。

模拟量采集

按照采样精度不同，可定义一个字或多字表示一个量：由ASCII码代表0-9，组成一个数字串表示，可对0-5V电压进行等分。

开关量输出

根据字节定义一个开关量，由ASCII码“0”或“1”，代表“继电器”的开与关的信息。

可以随时下发开关量输出命令，开关量输出数据保存到存贮电路中，掉电后不会丢失。发送成功后回复MODBUS命令帧。

远程复位功能

按照MODBUS协议下发远程复位命令，双CPU同时进行复位。发送成功后回复MODBUS命令帧。

远程设置开关量默认值

按照MODBUS协议下发远程24个开关量默认值，之后双CPU会自动复位，新的默认值即启动有效。

MODBUS协议应用

MODBUS协议是工业领域最常用的协议之一，本模块主要采用了MODBUS协议的10H功能码写寄存器和03H功能码读出寄存器

给出远程复位UDP下发的一帧数据帧为：

01 10 00 08 00 01 02 55 AA 18 37

各个字节的含义依次为：

地址码：01本模块默认为01

功能码：10写模块寄存器，03读模块寄存器

寄存器地址：00 08

寄存器个数：00 01

字节数：02

数据：55 AA

CRC校验码：18 37

(注：MODBUS中每个寄存器占两个字节)

模块默认设置

开关量输入默认值：00 0F FF

开关量输出默认值：00 FF(OUT1和OUT2打开，红和绿指示灯亮)

参数设置默认波特率为：9600

DIP开关位置：只有DIP8为ON位置，其它为OFF位置。

2、软件实现

软件为单元监测管理器软件，以Visual studio.net开发，其模块组成见附图3，由数据存贮与加解密、设备实时状态监测、机房环境实时监测、视频流实时监测、短信收发模块、加解密模块、网络通信组成。

(1)数据存贮与加解密：数据存贮采用了ACCESS数据库与MD5加解密算法。

(2)设备实时状态监测：如上面参考附图4描述的开关量/模拟量数据获取流程。

(3)机房环境实时监测：如上面参考附图4描述的开关量/模拟量数据获取流程。

(4)视频流实时监测：以WB110提供的控件二次开发实现。

(5)短信收发模块：如上面参考附图5描述的短信服务流程图

(6)加解密模块：采用Visual studio.net加解密方法实现。

(7)网络通信：采用了TCP、UDP点对点通信，UDP组播服务。

上述设备监控系统适用于带有状态指示灯的设备，以及各种供电系统(供设备使用的电源)。

Claims (10)

1.一种设备监控系统，用于监控带有状态指示灯的设备的状态，该系统包括：

光信号采集装置，用于采集该设备的状态指示灯所发出的光信号；

存储装置，用于存储该设备的状态指示灯可能发出的各种光信号所分别对应的状态信息；

信息处理装置，用于从所述存储装置中获取与所述光信号采集装置所采集的信号对应的状态信息；以及

还包括以下至少一种：

开关量采集器，用于在状态指示灯所发出的光于采集中被视为开关量时，将从状态指示灯采集的信号转换为开关量数据，其中，所述开关量包括所述状态指示灯是否发光以及所述状态指示灯所发出的光闪动的快慢；

模拟量采集器，用于在状态指示灯所发出的光于采集中被视为模拟量时，将从状态指示灯采集的信号转换为数字化数据，其中，所述模拟量包括所述状态指示灯所发出的光的色彩变化。

2.根据权利要求1所述的设备监控系统，其中，所述光信号采集装置包括感光器件，用于根据所述设备的状态指示灯所发出的光产生相应的电信号。

3.根据权利要求2所述的设备监控系统，其中，所述感光器件是光敏三极管。

4.根据权利要求2所述的设备监控系统，其中，所述光信号采集装置还包括延时器，用于依据所述感光器件所产生的电信号，提供稳定的输出信号。

5.根据权利要求1所述的设备监控系统，其中，所述光信号采集装置贴附在所述设备的状态指示灯上，并且将状态指示灯完全地光密封。

6.根据权利要求5所述的设备监控系统，其中，所述光信号采集装置还包括发光二极管，用于向外部恢复所述设备的状态指示灯所发出的光。

7.根据权利要求1所述的设备监控系统，其中，通过TCP/IP网络或以移动电话短信的方式将通过对从状态指示灯采集的信号进行转换而得到的数据发送给所述信息处理装置。

8.根据权利要求1-7中任何一项所述的设备监控系统，其中，为该设备的每个状态指示灯分别设置一个光信号采集装置。

9.一种设备监控方法，用于监控带有状态指示灯的设备的状态，该方法包括以下步骤：

在存储装置中预先存储该设备的状态指示灯可能发出的各种光信号所分别对应的状态信息；

采集该设备的状态指示灯所发出的光信号；

在状态指示灯所发出的光于采集中被视为开关量时，将从状态指示灯采集的信号转换为开关量数据，其中所述开关量包括所述状态指示灯是否发光以及所述状态指示灯所发出的光闪动的快慢；在状态指示灯所发出的光于采集中被视为模拟量时，将通过模拟量采集器，从状态指示灯采集的信号转换为数字化数据，其中所述模拟量包括所述状态指示灯所发出的光的色彩变化；

从所述存储装置中获取与所采集的信号对应的状态信息。

10.根据权利要求9所述的设备监控方法，其中，由信息处理装置执行从所述存储装置中获取与所采集的信号对应的状态信息的步骤，并且其中通过TCP/IP网络或以移动电话短信的方式将通过对从状态指示灯采集的信号进行转换而得到的数据发送给所述信息处理装置。

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