文／曹钰 王铁宁
针对贵重易损装备器材存储环境监测的需求，利用无线传感技术，搭建装备器材存储环境实施监测系统，实时监测环境和器材状态
随着武器装备的更新换代，大量高新技术装备不断列装部队。因此，精度高、技术复杂、价格昂贵的装备维修器材在存储和运输过程中，由于不当操作或处置，受到过度冲击、振动以及存储环境不达标等情况影响，有可能造成部分装备器材的非预期失效，造成较大经济损失，影响装备保障能力。
针对贵重易损装备器材存储环境监测的需求，利用无线传感技术，搭建装备器材存储环境实施监测系统，实时监测环境和器材状态，提供监测装备器材的温度、湿度和振动等重要存储环境参数，并对这些参数超限进行实时报警，为部队实施装备器材存储环境实时监测提供重要技术手段和数据论据支撑。
器材封存环境无线监测系统总体结构
器材封存环境无线监测系统由无线数据采集节点、数据网关、监控软件构成。数据采集前端具有不同的功能和参数。数据通讯网关是中心监测平台计算机与无线数据网络通讯的桥梁，具有标准串行通讯口与计算机通讯，同时具有无线网络接入功能，充当无线网络的管理者角色，实现平台计算机与无线数据采集终端的双向数据传输和无线网络管理功能。中心监测平台为安装有应用软件的微机，用以对整个系统构成和参数配置，并能够实时显示采集数据及其趋势图，具有对数据进行存储、报警等功能。
器材封存环境无线监测系统运行在监测中心平台PC终端上，通过网络与数据通讯网关连接，实现对无线传感器节点的参数配置，并接收无线传感器节点上传的实时监测数据。系统配置实时监测中心平台计算机，安装实时监测系统应用软件，用于显示和记录前端无线采集节点所采样的数据；系统支持通过该中心平台下发指令，让采集前端发出声、光提示；系统配置数据通讯网关设备实现中心平台与无线数据采集网络之间连接；系统配置集成温度、湿度、气压、振动等传感器为一体的采集节点若干，模拟实现存储环境参数的采集任务。
器材封存环境无线监测系统的主要功能
器材封存环境无线监测系统主要实现以下功能：配置无线传感器节点的数据采集周期和各项数据的报警上下限；远程定位无线传感器节点；显示无线传感器节点的实时数据及报警信息，当数据发生变化达到报警阈值时，需要立刻在节点发出声光报警；提供对历史数据及历史报警信息的查询；根据之前一段时间的历史数据，预测设备是否可能出现故障。
系统配置模块主要完成对网关、传感器节点等相关硬件运行参数的配置和检验功能。系统通过局域网与网关进行通信，发送网关和节点参数到网关寄存器，或从网关寄存器获取参数；网关与节点之间通过无线网络基于Zigbee协议进行通信，节点按照预设周期到网关寄存器中获取用户设置的节点参数。系统可同时与若干个网关进行通信，接收监测数据，选择某个网关，即以表格形式显示与其通信的所有监测节点的信息。
实时监测模块主要完成对节点监测数据和报警状态的实时获取、存储、显示。采集节点按照采集周期实时向网关发送最新监测数据和报警状态。系统按照设置的网关上传周期实时到网关查询各采集节点的监测数据和报警状态。系统接收到节点监测数据后，在显示的同时，将数据存人数据库；系统接收到节点报警状态后，进行判断，如果报警状态与上一个状态相比发生变化，记录各节点的报警状态的变化，将报警记录显示并存人数据库，并由系统向用户发出报警提示音及某种形式的可视化提示。系统根据监测数据的监测时间判断节点离线时，同样进行报警提示、记录、存储。
查询统计模块主要完成设定条件下历史监测数据和报警记录进行查询和统计，以及可视化形式显示功能。系统根据用户输入的条件查询历史监测数据，将查询结果以曲线图的形式可视化显示，并以表格形式提供详细数据，可显示温度、湿度、振动、气压中的某一种或所有数据的曲线图。选择某个网关和节点，可以查询该节点在某段时间的报警记录，系统提供报警记录的网关ID、节点ID、节点位置描述、报警时间、报警类型、报警值等信息。
数据管理模块主要完成数据备份、年度设置和年度转换的功能。数据备份、还原是保证数据安全性的重要方式。系统应提供对实时监测数据和历史监测数据的备份功能，并能在需要时对备份的数据进行查询和统计。因为监测数据量较大，长期存储占据空间大，系统只存储当前监测年度及上一年度的监测数据及报警记录，以进行查询和统计。年度转换时，清空上一年历史数据表，将当年数据保存至历史数据表，并清空实时数据表。
器材封存环境无线监测系统的技术方案
器材封存环境无线监测系统的主要设备包括无线传感器节点、数据收集器、数据网关和传感器接入设备。传感器节点是监测系统的核心部件，主要由可扩展传感器模块、处理器模块、无线通信模块、预警模块和电源组成。传感器节点将采集信息实时传输到基站，并且在所处环境超过所设限值可自主发出报警信息。传感器节点设计应尽可能小、便于布设、能耗低、具有一定的抗干扰能力和安全性，且根据实际需求方便接入不同的传感器，用于不同的监测需求。将传感器节点预置于器材的内包装，通过监测包装内的温湿度数据预测器材发生霉变的可能，对于一些气相封存的器材可通过监测封存包装内气体含量监测封存质量。同时，传感器节点还能实时监测器材收到的冲击振动情况，在遭遇过大冲击振动时及时发出警报。
系统网络结构由无线传感节点、数据收集器、数据网关组成。无线传感节点采集环境信息，并将信息数据汇聚到数据收集器，然后通过网络至数据网关，用户终端通过数据网关获取传感器信息。该结构的特点是各种无线传感器独立，使用灵活方便；增加数据收集器设备，方便声光电报警的位置部署；多种网络拓扑，可适应复杂应用环境，如包装密封、监测位置不固定、环境监测周期短、采集周期要求不高。系统网络结构也可以由传感器接入设备、数据网关组成，传感器接入设备采集传感器信息，并将信息汇聚至数据网关，用户终端通过数据网关获取传感器采集的信息。该结构的特点是传感器节点的集成度更高；无线网络拓扑简单，更稳定；传感器扩展灵活度高。该结构适用于监测环境固定的场景。
系统软件结构包括实体层、数据访问层、通信协议层和用户界面层。用户界面有参数配置界面、节点控制界面、实时信息界面、历史信息界面和设备故障预测界面。软件系统通过无线传感器实时采集设备的环境信息，并对根据部分信息进行分析处理，预测设备在一段时期后的状态。根据使用需求的不同，传感器数据可分为两类：用于分析温湿度、封存气体含量的预测数据和用于实时报警的振动、压力数据。当分析预测的数据发生变化时，不需要立刻在节点显示声光报警，而是由管理人员或专家系统根据经验公式对节点数据的变化趋势进行分析，推测设备是否会出现发霉等情况，再对可能发霉的设备进行处理。当实时报警数据发生变化时，需要立刻在节点显示声光报警，并在用户终端上显示报警信息，提示管理人员设备在运输搬运过程中出现严重的物理冲击，可能受到致命损害。
贵重易损器材封存环境无线监测系统充分利用处理器、无线射频模、传感器和声光电报警等设备模块，实现了器材环境信息和数据的实时采集、报警提示、数据分析、故障定位和器材故障预测处理等功能。利用该系统可以实时监测能够精准掌握器材发生质量问题的原因，使器材的质量状态能够及时掌握，在器材失效前采取必要的干预手段以保证其质量，从而不错过器材的最佳维护保养时机，避免器材受到进一步的损坏，减少经济损失。该系统的应用对于贵重易损器材封存环境分析和监控，提高贵重器材的储存质量有着重要意义。
（曹钰、王铁宁：装甲兵工程学院）