ВВЕДЕНИЕ 4
1 Существующие модули мониторинга 6
1.1 Основные функции модулей мониторинга 6
1.2 Микроконтроллерные системы 8
1.3 Датчики 15
1.4 Способы передачи данных 21
2 Разработка системы мониторинга 31
2.1 Постановка задачи 31
2.2 Требования к мониторингу 32
2.3 Структурный анализ потоков данных 35
2.4 Разработка структурных схем 42
3 Аппаратно-программная реализация 47
3.1 Аппаратная часть 47
3.2 Программная часть 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 61
ПРИЛОЖЕНИЕ А 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
К технологическим объектам предъявляются высокие требование по надежности, бесперебойности, производительности. Сбой одной единицы оборудования на объекте может повлечь разрушение регламента целого процесса, а также множества связанных единиц оборудования. Мониторинг состояния технологических объектов позволяет предвидеть наступление критического состояния и упреждать аварийные ситуации. Внедрение комплексных систем мониторинга и анализа позволяет руководству быстро получать оперативную информацию о безопасности, работоспособности и защищённости от угроз информационной безопасности сложных технологических объектов, спрогнозировать риски, своевременно подготовить необходимые аналитические отчеты и упростить систему принятия решений.
Объектом исследования являются сложные технологические объекты, предметом исследования - спроектированная автоматизированная система мониторинга этих объектов (в данной работе приводится пример реализации мониторинга на транспортном средстве.)
Цель работы - автоматизация процесса мониторинга состояния сложных технологических объектов.
Задачи, решаемые в связи с указанной целью:
- анализ достоинств и недостатков существующих систем мониторинга;
- разработка требований к разрабатываемой системе;
- поиск оптимальных аппаратно-программных компонентов к разрабатываемой системе;
- разработка обобщенной структурной схемы;
- разработка поведенческой модели устройства, его отдельных модулей;
- структурная композиция модулей;
- реализация аппаратно-программного комплекса;
- верификация проекта в целом и его отдельных модулей;
- рекомендации по совершенствованию и повторного использования результатов разработки.
Практическая значимость проекта основана на использовании риск- ориентированного подхода и заключается в оперативной оценке и прогнозировании вероятностей возникновения инцидентов, а также возможного ущерба при его реализации, обеспечении поддержки в принятии мер по предупреждению и недопущению развития нештатных ситуаций на сложных технических объектах. Актуальность работы обуславливается невозможностью наблюдения за некоторыми важными показателями технологических объектов с помощью стандартных средств мониторинга. Созданная система мониторинга решает поставленные задачи.
В первой части анализируются существующие компоненты для реализации системы мониторинга технологических объектов, выявляются их положительные и отрицательные стороны, в том числе с точки зрения конкретных требований определённых объектов.
Во второй части работы описываются методы создания собственной системы мониторинга на основе выбранных аппаратно-программных компонентов, таких как, микроконтроллеры, датчики, различные программных решения, аргументируется их выбор.
В третьей части работы рассматривается практическая реализация всех модулей системы: настройка аппаратной части системы, включая микроконтроллер и датчики, алгоритмы слежения за состоянием объекта, разработка серверной и клиентской частей информационной системы.
В заключении работы подводятся итоги о достигнутых результатах.
Существующие модули мониторинга
Разработанный в выпускной квалифицированной работе аппаратно-программный комплекс для мониторинга состояния сложных технологических объектов, полностью соответствует всем пунктам технического задания и поставленным задачам, а именно:
- были проанализированы достоинства и недостатки существующих систем мониторинга;
- были собраны все необходимые требования к разрабатываемой системе;
- были разработаны структурные и функциональные схемы компонентов аппаратно-программного комплекса и системы в целом;
- был осуществлен поиск оптимальных аппаратно-программных компонентов к разрабатываемой системе;
- была разработана поведенческая модель системы и его отдельных модулей;
- был разработан аппаратно-программный комплекс для мониторинга состояния сложных технологических объектов;
- было проведено тестирование аппаратно-программных модулей и системы в целом;
- были разработаны рекомендации по совершенствованию и повторному использованию результатов разработки системы мониторинга;
В ходе тестирование созданной системы, был отмечен ряд положительных аспектов влияния на технологический объект, а также совершенно неожиданные плюсы системы:
- система позволяет корректно определять и планировать пути модернизации объекта, отыскивая проблемные места;
- максимально быстро и точно информирует о существующей проблеме;
- использование собранных данных с датчиков, для различных аналитических отчетов (например, прогнозирование);
- простота интеграции с различными внешними библиотеками и сервисами;
- возможность масштабируемости системы, за счет добавления новых датчиков;
- автоматизация рутинных задач оператора, отвечающий за мониторинг;
- минимизация времени простоя;
- выход на более высокий уровень обслуживания клиентов;
- независимость от виртуализации, программного обеспечения и других факторов;
- минимальное время обучения;
В целом предлагаемая система для мониторинга состояния сложных технологических объектов, поможет значительно сократить время простоя объектов, повысить качество услуг предоставляемых клиенту компанией, а также значительно улучшить производительность.
1. Платформа MSP432E401Y [Электронный ресурс] // Официальный сайт компании Texas Instruments. - Режим доступа: http://www.ti.com/product/MSP432E401Y(дата обращения 01.06.2018).
2. Arduino Yun [Электронный ресурс] // Сайт компании Амперка.- Режим доступа: http://amperka.ru/product/arduino-yun(дата обращения 01.06.2018).
3. Internet of Things Platforms [Электронный ресурс] // Postscapes - Режим доступа: http: //postscapes.com/internet-of-things-platforms(дата обращения 01.06.2018).
4. Датчик NEO M8 [Электронный ресурс] // Официальный сайт компании U-Blox. - Режим доступа: https://www.u-blox.com/en/product/neo-m8- series(дата обращения 01.06.2018).
5. Датчик MPU-9255 [Электронный ресурс] // Официальный сайт
компании InvenSense. - Режим доступа:
https://www.invensense. com/products/motion-tracking/9-axis/mpu-9255 (дата
обращения 01.06.2018).
6. Агафонов, Николай. Технологии беспроводной передачи данных
ZigBee, Bluetooth, Wi-Fi [Электронный ресурс] // Н. Агафонов - Режим доступа: http://www.wireless-e.ru/articles/bluetooth/2006_1_10.php(дата
обращения 01.06.2018).
7. Технология Ethernet. Доминирующая технология проводных
локальных сетей [Электронный ресурс] // многопредмет. науч. энциклопедия./ Университет ИТМО - Режим доступа:
https://neerc.ifmo.ru/wiki/index.php?title=Ethernet(дата обращения 01.06.2018).
8. AT Commands [Электронный ресурс] // Официальный сайт компании SpurkFun - Режим доступа: https://sparkfun.com(дата обращения 01.06.2018).
9. Сети ZigBee [Электронный ресурс] // Хабрахабр / Вольдемар Лекнин - Режим доступа: https://habr.com/post/155037/(дата обращения 01.06.2018).
10. Черемных, C. Моделирование и анализ систем. IDEF-технологии: практикум / С. Черемных, И. Семенов, В. Ручкин - Москва: Финансы и статистика, 2006. - 192 с.
11. IDE Code Composer Studio [Электронный ресурс] // Официальный сайт компании Texas Instruments - Режим доступа: http://www.ti.com/tool/ccstudio(дата обращения 01.06.2018).
12. PostgreSQL: Documentation [Электронный ресурс] // Официальная документация PostgreSQL. - Режим доступа: https://www.postgresql.org/docs/(дата обращения 10.02.2018).
13. Documentation Python 3.5 [Электронный ресурс] // Официальная документация Python 3.5.5. - Режим доступа: https://docs.python.org/3.5(дата обращения 13.01.2018).
14. Arduino [Электронный ресурс] // Официальный сайт контроллеров Arduino - Режим доступа: http://arduino.ru(дата обращения 01.06.2018).
15. Библиотека jQuery [Электронный ресурс] // Сайт библиотеки jQuery - Режим доступа: https://jquery.com(дата обращения 01.06.2018).
16. Интерактивные графики [Электронный ресурс] // Сайт библиотеки ChartJS - Режим доступа: http://www.chartjs.org/samples/latest/(дата обращения 01.06.2018).
17. Буч, Г. Краткая история UML / Г. Буч, Д. Рамбо, И. Якобсон - Москва: ДМК Пресс, 2006. - 496 с.
18. Гринберг, М. Разработка веб-приложений с использованием Flask на языке Python / Мигель Гринберг; пер. с. англ. А. Кисилев. - Москва: ДМК Пресс, 2016. - 272 с.
19. Фримен, Э. Паттерны проектирования. Обновленное юбилейное издание / Э. Фримен, Э. Робсон, К. Сиерра. - Питер, 2018. - 656 c.
20. Grafana Documentation [Электронный ресурс] // Официальная документация Grafana. - Режим доступа: http://docs.grafana.org/(дата обращения 24.03.2018).
21. Мартин, Р. К. Чистый код: создание, анализ и рефакторинг. Библиотека программиста / Р. К. Мартин. - Питер, 2016. - 464 с.
22. Михелёв В.М. Базы данных и СУБД / В.М. Михелёв. - Белгород.: БелГУ, - 2010. - 200 с.
23. Грекул, В. И. Проектирование информационных систем / В. Грекул, Г.Н. Денищенко, Н.Л. Коровкина. - 2016. - 516 с.
24. Коваленко, В.В. Проектирование информационных систем / В.В. Коваленко. - СПБ: Форум, - 2015. - 320 с.
25. Губина Е. А. Проектирование информационной системы на основе связывания CASE-инструментария и реляционной базы данных / Е.А. Губина, Г.Х. Ирзаев Г, М.Г. Адеева. - 2014. - 71 с.
26. Мониторинг ИТ инфраструктуры и бизнес процессов [Электронный ресурс] // Игтел - Режим доступа - http://www.igtel.ru/services- solutions/monitor(дата обращения 01.06.2018).