《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》2016年第6卷第3期_26-28

引 言

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面的發(fā)展，使得物體與互聯(lián)網(wǎng)等各類(lèi)通信網(wǎng)絡(luò)相連，獲取無(wú)處不在的現(xiàn)實(shí)世界的信息， 實(shí)現(xiàn)物與物、物與人之間的信息交互。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)位于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)/電信網(wǎng)絡(luò)之間，主要完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)議轉(zhuǎn)換和管理控制等功能，也可以集成安全和計(jì)費(fèi)等功能。網(wǎng)關(guān)支持無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)協(xié)同和匯聚，支持以TCP/IP 接入、2G/3G接入、DSＬ接入、光接入或者其他接入方式， 從而橋接傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作，如 3GPP、傳感器工作組等以實(shí)現(xiàn)各種通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備是最適合將多種接入手段整合起來(lái)，統(tǒng)一互聯(lián)到接入網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，網(wǎng)關(guān)可滿足局部區(qū)域短距離通信的接入需求，實(shí)現(xiàn)與公共網(wǎng)絡(luò)的連接， 同時(shí)完成轉(zhuǎn)發(fā)、控制、信令交換和編解碼等功能，而終端管理、安全認(rèn)證等功能則保證了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的質(zhì)量和安全。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將會(huì)扮演著非常重要的角色。

隨著地下街道、地下商場(chǎng)、地下車(chē)庫(kù)等地下建筑物的逐漸增多，地下室環(huán)境信息管理面臨著越來(lái)越艱巨的任務(wù)。許多地下室環(huán)境監(jiān)控采用定時(shí)人員巡查設(shè)備的方式，這樣不僅不能及時(shí)了解重要環(huán)境指數(shù)，而且在沒(méi)有專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的情況下，許多地方不得不安排幾乎不懂得相關(guān)技術(shù)的人員值班，這使得對(duì)上述場(chǎng)所的環(huán)境監(jiān)測(cè)變得異常困難。本文基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)建了地下室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。一方面，系統(tǒng)由網(wǎng)關(guān)控制設(shè)備控制前端傳感器， 將傳感器采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)或者一些設(shè)備自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸協(xié)議進(jìn)行打包處理，傳輸進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。然后用戶通過(guò)Web客戶端對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和分析，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能。另一方面，用戶通過(guò)客戶端向數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)控制設(shè)備提取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后控制前端運(yùn)行的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)控制管理的功能。

1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的地下室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)相關(guān)地下室空間環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)全方位的集中監(jiān)控管理。一旦發(fā)現(xiàn)并掌握環(huán)境運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的各類(lèi)異常情況，便發(fā)出報(bào)警以避免造成危害。系統(tǒng)提供美觀友好的監(jiān)控界面，發(fā)現(xiàn)異常情況即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，這不僅減輕了維護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)， 同時(shí)也減小了人員檢查的盲目性，提高了內(nèi)部環(huán)境、設(shè)備狀況、性能評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)性，在一定程度上消除了系統(tǒng)故障帶來(lái)的安全隱患，提高了系統(tǒng)的可靠性，保證了系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行， 真正實(shí)現(xiàn)了人防工程的科學(xué)管理。同時(shí)在一定程度上減少了人力、物力和財(cái)力的消耗，真正做到了實(shí)時(shí)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化， 使用戶實(shí)現(xiàn)方便、安全、可靠、準(zhǔn)確、無(wú)人值守的集中監(jiān)控管理。監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)模型如圖 1 所示。

1.1 監(jiān)控中心軟件

監(jiān)控中心軟件是整個(gè)系統(tǒng)的集中管理平臺(tái)。主要負(fù)責(zé)對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元所有的監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控、集中管理?？蓪?duì)不同管理員進(jìn)行權(quán)限設(shè)置和管理、故障等級(jí)定義及對(duì)每一個(gè)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，本級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫(kù)、Web 客戶端等軟件系統(tǒng)組成。

1.2 監(jiān)控單元

監(jiān)控單元是整個(gè)系統(tǒng)的基本組成部分，對(duì)上要向監(jiān)控軟件發(fā)送數(shù)據(jù)信息，對(duì)下直接與監(jiān)控設(shè)備相連，其運(yùn)行情況關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性和安全性。監(jiān)控設(shè)備將本站點(diǎn)內(nèi)的供電狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、安全狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控主機(jī)，再由監(jiān)控主機(jī)上傳到集中監(jiān)控中心，進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和管理，提高整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全性和可靠性，本級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多種擴(kuò)展模塊及測(cè)量傳感模塊組成。

2 監(jiān)控系統(tǒng)功能

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元負(fù)責(zé)前端數(shù)據(jù)的采集，是集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的具體測(cè)控部分，主要由網(wǎng)關(guān)監(jiān)控主機(jī)、多種監(jiān)測(cè)擴(kuò)展模塊和傳感器組成。系統(tǒng)的拓?fù)鋱D如圖 2 所示。

基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的人防工事環(huán)境監(jiān)控軟件系統(tǒng)功能主要包括以下幾點(diǎn)：

(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控 ：可以看到所有連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)上的環(huán)境傳感器如溫濕度、煙霧檢測(cè)的實(shí)時(shí)情況及采集到的數(shù)據(jù)，并以圖或列表的形式在顯示屏中呈現(xiàn)。

(2) 監(jiān)控點(diǎn)的管理：可以對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)所有的監(jiān)控設(shè)備（ 環(huán)境狀態(tài)傳感器）進(jìn)行管理，準(zhǔn)確掌握在線監(jiān)測(cè)儀器是否正常工作，從而清楚設(shè)備的運(yùn)行狀況及運(yùn)行進(jìn)度。

(3) 超標(biāo)報(bào)警 ：當(dāng)發(fā)生檢測(cè)項(xiàng)當(dāng)前值超標(biāo)時(shí)觸發(fā)超標(biāo)報(bào)警信息，并提供報(bào)警點(diǎn)的詳細(xì)信息。

(4) 日志管理 ：日志管理可以查詢(xún)到系統(tǒng)運(yùn)行日志，包括日常運(yùn)行的詳細(xì)信息，各種異常情況和報(bào)警信息等。

(5) 斷電數(shù)據(jù)保護(hù) ：在通訊線路中斷時(shí)，可將所采集的數(shù)據(jù)保存，對(duì)異常、故障、掉電等情況寫(xiě)入日志，并形成報(bào)警信息上傳。

(6) 系統(tǒng)自檢及自修復(fù) ：系統(tǒng)具有自檢和故障自動(dòng)恢復(fù)功能，故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)從備份數(shù)據(jù)中恢復(fù)系統(tǒng)軟件及配置，自動(dòng)修復(fù)受損模塊，有效降低現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量和故障率。

(7) 提供解決方法 ：當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷異常信息種類(lèi)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)信息，提供處理方案，如出現(xiàn)新的處理方案，將自動(dòng)保存異常信息種類(lèi)及處理方案于數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的協(xié)議是在物理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分模塊實(shí)現(xiàn)各種功能，物理結(jié)構(gòu)之間通過(guò)指定的通信協(xié)議相互傳達(dá)信息。

3.1 系統(tǒng)部署

本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用“集中管理、分散控制”的模式。各監(jiān)控點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控設(shè)備將數(shù)據(jù)送至本地監(jiān)控主機(jī)，同時(shí)監(jiān)控主機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至總部監(jiān)控管理中心，由監(jiān)控中心管理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)分布在不同區(qū)域網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控點(diǎn)的集中管理?！凹泄芾?、分散控制”實(shí)現(xiàn)方式不但滿足了對(duì)分散監(jiān)控點(diǎn)集中統(tǒng)一管理的需要，更滿足了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)安全性、實(shí)時(shí)性、完整性和控制要求較高的領(lǐng)域。

網(wǎng)關(guān)設(shè)備能智能控制傳感器的數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)定向數(shù)據(jù)庫(kù)傳送數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)的智能處理使傳感器實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、設(shè)備工作的狀態(tài)切換功能，用戶使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、查詢(xún)?cè)O(shè)備狀況和監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的功能。 

3.2.2 傳感器 

傳感器設(shè)備主要用于環(huán)境數(shù)據(jù)采集，將其提供給系統(tǒng)進(jìn) 行分析處理，用以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理危險(xiǎn)源。系統(tǒng)主要采用無(wú) 線傳感器和有線傳感器來(lái)采集環(huán)境溫濕度和一些設(shè)備自身的 情況。

 3.2.3 協(xié)調(diào)器 

通過(guò)傳感器采集收集數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口通信傳給裝有 單機(jī)程序的 PC 終端，再將數(shù)據(jù)傳入鏈接著服務(wù)器的 SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)控人員通過(guò)終端可直接通過(guò)服務(wù)器查詢(xún)所 需數(shù)據(jù)及相關(guān)資料。協(xié)調(diào)器是控制中心和節(jié)點(diǎn)的信使，它通 過(guò)無(wú)線接收得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，他們之間的通訊遵循 ZigBee 協(xié)議。 

3.3 軟件實(shí)現(xiàn) 

集中監(jiān)控管理真正實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步上傳到監(jiān)控 中心的功能，并保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。 

3.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù) 

本系統(tǒng)采用 Microsoft SQL Server 2008 作為數(shù)據(jù)庫(kù)操作 平臺(tái)。數(shù)據(jù)記錄了經(jīng)網(wǎng)關(guān)處理過(guò)的由傳感器采集的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù) 庫(kù)連接網(wǎng)關(guān)和 Web 客戶端。用戶直觀看到的關(guān)于環(huán)境或者設(shè) 備狀態(tài)的數(shù)據(jù)都是從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出來(lái)的。同樣，用戶對(duì)前 端設(shè)備（諸如空調(diào)）等的控制，也是先將設(shè)定值寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)， 然后由網(wǎng)關(guān)提取出數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。 

3.3.2 Web 客戶端

 Web 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有實(shí)時(shí)性、可靠性、穩(wěn)定性及界面 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于操作等特點(diǎn)。本系統(tǒng)的 Web 應(yīng)用是一種動(dòng)態(tài) 網(wǎng)頁(yè)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流。本系統(tǒng)的 Web 客戶端是系統(tǒng)直 接與用戶進(jìn)行人機(jī)交互的部分。整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)都由 Web 應(yīng) 用展現(xiàn)。用戶通過(guò)客戶端直接查看環(huán)境和設(shè)備的具體信息。 同時(shí)也通過(guò)客戶端對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行控制。

系統(tǒng)運(yùn)行效果界面如圖 4 所示。 

系統(tǒng)配電設(shè)備管理界面如圖 5 所示。