0 引　言

在科学技术不断攀升的当下，关于“无人机舱”的概念早已出现，并经历了将近半个世纪的研究与发展。时至今日，我国在船舶机舱自动化监控系统的研发上已取得了较为瞩目的成绩^[1-3]。为了可以更好地对这一技术领域进行系统的探讨，本文将基于无线网络从硬件以及软件2个方面对其展开论述，并据此提出针对性完善策略，可以更好地促进船舶机舱自动化监控控制系统的发展，从而使得船舶在今后的远航中可以更为快速的应对相关海上突发事件，在确保人员安全的同时，降低维护及修理成本^[4-5]。

1 船舶机舱自动化发展

自从20世纪50年代后期开始，反馈控制被广泛地用于船舶，同时也使其达到自动控制。此外，还研制了以电子技术为基础的中央驾驶室监测和多个参数的边界监测系统。虽然分布式系统可以解决网络问题，但仍然存在着许多问题。比如，各系统的独立、分散，使得各系统间不能进行有效的信息传递，从而影响到中央集成控制和分布式分散控制。集成型机舱监控系统结构如图1所示。

尽管安装了中央控制中心，但是监测系统和各个分布式系统的数据通信仍然不同步。该方法只适用于分散式系统的报警，但其功能局限于监测、预警，在管理与控制上有一定的不足。随着计算机通信技术的飞速发展，20世纪80年代后期，新型船舶上开始应用微机网络监测系统。该系统采用多个微型计算机，实现了分布式控制。总线分布式监控系统以太网电路图如图2所示。目前，尽管各个设备、系统仍采用单片机控制，但是计算机间的数据通信已基本完成，各个分散的系统可以在网络上相互连接，从而为统一的管理与控制提供有力的支撑。与集中式、分散式的控制方式相比较，它既具有以上2种控制方式的优势，又具有一定的优越性，必将在现代及将来的船舶机房自动化领域得到广泛应用。世界上各大厂商都开始将网络控制系统应用于船舶控制设备的生产。

在监控室内，一台工业微机用来采集、处理船只的操作参数，并将资料传送给网络上的其他装置。IPC的数据采集是由TCP/IP协议和数据采集模块实现的。2个IPC可以在局域网上存取TCP/IP接口，实现对监测数据的读取。该系统利用传感器的接口，将各种监控参数转化成数字信号，并将其传送给计算机，模拟值要被变换成A/D，切换值也要被编码。IPC会把所收集到的信号储存到资料库，并通过资料采集模组，提供声响与视讯提醒，并能在侦测到故障时，实时在界面上显示出来。船舶载局域网由服务器、客户端、数据库、数据采集等部分构成，并由DLink交换机进行数据采集，而数据库、图像、语音等数据采集装置则可以通过无线网关与终端进行通信。通过这种方式，可以把船舶各个部件的各个参量点的历史、报警等数据存入数据库，并通过综合处理工作站对来自机舱、监控室的图像、声音进行远程监测。图3为该系统的硬件构成。

上述硬件系统能够适应大部分的通信需求，但是还需要进一步融合多方面的技术，提高船舶机舱自动化监控系统的稳定性。本文介绍4种无线网络技术和有线网络结合的数据处理方案。

1）有线与无线网络相结合。在单船的数据通信中，考虑到船舶内部的数据传输波长较短，存在着很大的干扰且效率低下，所以不少研究都认可使用电缆网。然而，因为在船舶与终端工作站之间无法经由有线网络进行数据通信，所以必须经由无线网络来完成。

2）通过无线网络进行海量的控制数据、视频图像和语音。在现代信息化建设中，由于现场环境复杂，采用传统的语音、数据等方式无法适应这种要求。现在，卫星的传送非常普遍，但是由于资源限制，费用昂贵。点扩频通信存在一定的局限性，但由于传统的窄带式无线通信速率较低，不能满足图像传送的需求。通过移动无线接入、远程管理、分布分享等方式，满足无线通信、指挥、运输等需求，实现对现场的实时监控。

3）实现对船舶各个部分进行实时监测，并对其进行故障预警。系统能够对船舶各个部件的工作状态进行实时监测，并将各个传感器所收集到的数据全部显示在电脑上。当检测结果超出设置警报值时，监测系统会显示警报信息，并将其输出，以驱动一般的外部或高层的警报。

4）实现数据库中的历史数据读取，警报信息查询等功能。服务器能够对数据库进行存储和修改控制，将各船体各部位的操作参数定期储存于此伺服器资料库，用以查询本系统内的全部数据。当有警报信息时，也会将警报信息储存到资料库中。

2 船舶机舱自动化监控系统硬件设计

系统的硬件构成包括服务器、客户端、数据库、数据收集等部分。采用高可靠的工业主机，可解决船舶在海上作业中出现的严重干扰。船上的局域网由8个10M/100MDES交换器控制，通过D-Link连接1008D，无线网络经由RG无线网关而连接。1000个DLink连接，内置V90Modem，可同时支持多种无线装置的数据通信。数据采集模块使用AdvantechADAM-5000/TCP系列，该系列的数据收集装置尤其适合于联网。局域网中的电脑可以直接透过装置的网络界面存取所搜集的资料，而无需在网络与装置间加入其他变换器。系统监测的参数数目依赖于船舶行业的需求，不能有任何损失。另外，本系统还能在10~100 Mbps的范围内，根据不同的网络环境，实现对船用状况的实时监测。

传感器设备在检测与监控中起着至关重要的作用。该系统可根据测量资料的不同而提供热阻、热电耦合、频率传感器等多种传感器，实现对不同温度、转速进行测量。通过32 bit的A/D变换，将这些传感器输出的模拟值写入到一个特殊的寄存器中，因此可以考虑使用外部的驱动。

3 船舶机舱自动化监控系统软件设计

为了能够实现各模块间的可读性，在软件模块上进行全新设计，如图4所示。监测系统采用数据库存取界面，对取样数据进行处理与分析，数据经处理后储存于系统资料库，在检测到有危险的情况下，让呼叫模块实现声光传输。另外，在温度、转速等仿真参数的测量中，还引入补偿输入，从而进一步提高数据的获取精度。所以，实际的输入准确度与各监测装置的输出参数准确度有关。

3.1 控制系统通过ADO与数据库相连

ADO控件与VB早期版本中的标准数据控制器相似，这是VisualBasic6.0中的一项新特性。除了拥有图形控制的优势外，还提供一个方便使用者使用的属性对话框，让使用者可以使用最小的程式码来建立资料库。ADO控制具有很大的灵活性和较好的适应性，它代替了以往的数据控制和RDC。ADO支持C/S和B/S系统的开发，其基本特点是：目标的自我创造；大量更新，在本地缓存数据的变更，在更新过程中写入伺服器，并涵盖SQL服务器、Oracle，以及其他特殊的后端游标。还可以对性能进行定制，限制传回的行数和其他查询对象。

3.2 ADO与数据库的连接

ADO（ActiveX Data Object）在具体应用上为了与Open Database Connect（ODBC）兼容，采取ADO进行脚本编写。

在建立资料库指令码前，必须先设定ADO的位置，然后识别并与资料库通信。资料库驱动程式利用Data Source Name（DSN）定位并识别出符合ODBC的特殊资料库，将资讯传送至资料库。由Windows系统的控制面板上的“资料来源ODBC”设定来实现。

ASP支持诸如微软访问或MrcrosoftFoxPro等共享文件数据库，所以利用ASP来存取Web应用中的客户端/Server数据库。对于ADODB对象，可以通过设定它的属性来建立和开启Connection对象的数据库链接，比如DataSource属性是Web共享的数据库路径，PROVIDER是“Microsoft.Jet.OLEDB.3.51”等。

3.3 ADO的性能考虑

首先，数据库连接管理。设计一个可以通过测试的网络资料库最大挑战是如何恰当地处理资料库的连通性。即使资讯没有传送，开启与维持资料库连接，也会大幅提升资料库伺服器的负荷，而且会造成连线问题。一个精心设计的网络资料库能满足资料库的连通性，弥补网络阻塞之时延。

其次，使用超时思考。一般而言，活动的急剧增长可能会给资料库伺服器带来很大的困扰，并且会大大延长资料库连接的时间，所以过长的连接延迟会对资料库的效能造成影响。

最后，共享服务思考。经常创建或中断资料库的应用程式，在实际操作中会影响资料库的效能。ASP提供了ODBC3.5共享的能力，可以有效地进行连接管理。保留一个开放的资料库连接接口，并且在不同使用者间管理共用的连线，以维持效能，降低闲置的连线。对于每一个连接要求，连接池都会先判断池中的连接是不是为空。若有，则连接池会回到连线，而非不是与资料库建立新的连线。通过网络将各类监测软件与主机相连，将数据传输给中央监控室，向海岸监测中心传输数据，并对机舱内的设备进行实时的维修。同时，ARM9内置的监测点也能直接与因特网连接，将关键监测信息传送给沿海监测中心。

3.4 因特网通信实现

在因特网通信实现的进程中，考虑到ARM9嵌入式节点会对船舶机舱网络通信产生一定的负性影响。因此着重分析并阐述嵌入式ARM9系统与中央监测中心之间的网络通信。并且，由于嵌入式系统和监测系统的数据不多，所以采用TCP来取代UDP。

但因特网中的日志内容过多，所以不需要在监控节点上进行独立的实施。通过运营后可知，ARM平台基本上仅有TCP，UDP等协议。为保证ARM系统在TCP/IP上进行数据传送，需要对TCP/IP协议的数据传送软件进行调整。比如若数据帧的序列号不正确，则不将其置于缓冲中，或是以TCP的方式实现点到点的安全传送。简化的TCP协议模型如图5所示，很好展示了一个简单的TCP/IP协议，而且可以很容易地在嵌入式系统中实施。

4 结　语

为了推进船舶的自动化，对机舱监测系统进行自动设计十分必要。作为船舶的动力中心，舱室是船舶的安全保障。本文以传统船舶机舱自动化监测系统为研究对象，研究了基于工业互联网技术的船舶机舱监测系统的通信网络。通信网络的特点是快速、高可靠性和低成本，用途广泛。通过本次设计可知，该系统在实际应用中可广泛用于采集船体和周边环境的倾斜角度等，从而更好地保障船舶机舱自动化得以健康可持续的发展。