NodeMCU在船舶无线监测系统中的应用

摘 要：如今船舶上已逐渐进行Wi-Fi全覆盖，将Wi-Fi技术应用到船舶监测报警中也是发展趋势，本文利用NodeMCU单片机，利用Lua语言编写了相应的通讯程序，在实验室搭建了由西门子S7-400主从站组成的模拟仿真系统，并利用HTML语言设计开发远程监控网页界面。通过连接在同一Wi-Fi下的设备访问IP地址，即可在浏览器中打开远程监控界面，对对象进行数据监视和远程控制，并在Windows 10系统下通过Microsoft Edge浏览器进行访问测试，测试结果证明了这一方法是可行的。

关键词：NodeMCU；无线监控；船舶；通讯

中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0031-02

在电力推进技术广泛应用于船舶领域的大环境下，为了更方便地监视船舶动态和管理船舶，保证船舶上的设备和人员的安全，机舱检测报警系统应运而生。而随着自动化技术的不断发展和成熟，船舶上的报警系统延伸到了更多必要的地方，比如驾驶台，集控室等等，然而这样也不能保证轮机管理人员能够实时接收到监测和报警信息。而如今，越来越多的船舶已经能够实现全船Wi-Fi全覆盖，完全可以利用Wi-Fi来实现机舱监测报警的数据共享，这样使轮机管理人员不用时时刻刻注视着集控主机，通过手机便能实时接收到监测报警信息。

本文利用NodeMCU单片机连接Wi-Fi来进行数据透传，设计制作了一个无线监测网页界面，通过访问对应的IP地址便可实时获取监测报警信息。

1 系统硬件构造

在实验室环境下搭建某条船的监控系统仿真模型，其拓扑图如图1所示，系统上层由监控中心主机、主控PLC与NodeMCU以及无线接入端（智能手机、船员电脑和平板电脑等等）组成，遵循TCP/IP协议。系统下层由主控PLC S7-1200与各个从站组成，他们之间由Profibus-DP连接，遵循Profibus-DP协议，各个从站分管不同的监测点数据。如机舱监控系统、导航和航行规划系统以及综合船舶信息显示与处理系统。

如图2所示，NodeMCU与监控中心主机之间通过USB连接，NodeMCU内嵌ESP8266 Wi-Fi模块，ESP8266是一款性价比很高的Wi-Fi串口解决方案模块，系统正是通过这一模块进行数据的无线传输的。

现代船舶上有数以千计的监测点，本文仅选取机舱监控系统下的几个传感器数据进行监控测试，分别为主轴承滑油进口压力、一号增压器滑油进口压力、二号增压器滑油进口压力、一号增压器滑油出口温度以及二号增压器滑油出口温度，通过测试该若干个监测点的数据传输，便可验证利用NodeMCU进行无线监控的可行性。

2 系统软件设计

2.1 程序设计

根据NodeMCU提供的事件驱动型API，可以很方便地进行程序的编写；而且由于使用的是Lua脚本语言，仅仅需要很简单的程序片段，便能实现很复杂的功能。

由于我们需要进行远程监控，在程序的开始需要对固件进行设置。

（1）Wi-Fi设置：利用Wi-Fi.setmode（Wi-Fi.STATION）將NodeMCU设置为station模式，使用Wi-Fi.sta.config （"SSID"， "PASS WORD"） 来设置Wi-Fi名称和密码以连接到无线网。

（2）定义输入输出接口：监控的数据主要为主轴承滑油进口压力、一号增压器滑油进口压力、二号增压器滑油进口压力、一号增压器滑油出口温度以及二号增压器滑油出口温度，分别设置为pm、p1、p2、t1、t2。Lua语言编程环境下可直接引用..pm..来进行输出。

（3）数据通讯总线的设置：本文使用NodeMCU无线透传进行数据传输。此外，NodeMCU也可直接外接传感器，对监控主机所在的环境进行监测。若外接传感器可利用gpio.mode（x， gpio.INPUT）来将pin x设置为输入模式，进而读取传感器数值。

（4）监控画面的设计：为了更加方便快捷，使得用户可以通过连接与NodeMCU相同的Wi-Fi，在浏览器下访问NodeMCU的IP地址，通过程序中get（IP）获得（案例设定为：192.168.99.100）便可进行监控。监控画面及监控网页利用HTML语言编写。在系统没有运行的情况下的监控界面如图3所示，此时监测值皆为默认值“0”，报警皆为默认值“NO”，故障预警结果也为默认值“NULL”。

2.2 监控测试

系统运行后，在监控端主机传递变量数据后，在另一台电脑（操作系统为Windows 10）上连接该Wi-Fi，并通过Microsoft Edge浏览器访问192.168.99.100，便可获得如图4所示的监控结果。输入pm、p1、p2、t1、t2分别为0.2、0.2、0.2、105、105，所以在下方的故障预警结果中会输出“主轴承滑油进口压力过低”的结果，符合预期结果，证明这一应用方式的可行性。

3 结语

根据总体的设计过程和测试结果，本文得出以下结论，将NodeMCU投入到船舶监控系统中进行应用，经过实验测试可以证明其便捷性和可靠性，而且该种方案可以进行修改，进而推广到不同的监控场合和生产工作场合中。

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