《物聯(lián)網(wǎng)技術》2016年第6卷第3期_26-28

引 言

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關技術在監(jiān)測系統(tǒng)方面的發(fā)展，使得物體與互聯(lián)網(wǎng)等各類通信網(wǎng)絡相連，獲取無處不在的現(xiàn)實世界的信息， 實現(xiàn)物與物、物與人之間的信息交互。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關位于無線傳感器網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)/電信網(wǎng)絡之間，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費等功能。網(wǎng)關支持無線傳感器網(wǎng)絡內(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)絡與互聯(lián)網(wǎng)?，F(xiàn)在，國內(nèi)外已經(jīng)在開展物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關標準化工作，如 3GPP、傳感器工作組等以實現(xiàn)各種通信技術標準的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關設備是最適合將多種接入手段整合起來，統(tǒng)一互聯(lián)到接入網(wǎng)絡的關鍵設備，網(wǎng)關可滿足局部區(qū)域短距離通信的接入需求，實現(xiàn)與公共網(wǎng)絡的連接， 同時完成轉(zhuǎn)發(fā)、控制、信令交換和編解碼等功能，而終端管理、安全認證等功能則保證了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的質(zhì)量和安全。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關在未來的物聯(lián)網(wǎng)時代將會扮演著非常重要的角色。

隨著地下街道、地下商場、地下車庫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越艱巨的任務。許多地下室環(huán)境監(jiān)控采用定時人員巡查設備的方式，這樣不僅不能及時了解重要環(huán)境指數(shù)，而且在沒有專業(yè)技術人員的情況下，許多地方不得不安排幾乎不懂得相關技術的人員值班，這使得對上述場所的環(huán)境監(jiān)測變得異常困難。本文基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關技術設計構建了地下室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。一方面，系統(tǒng)由網(wǎng)關控制設備控制前端傳感器， 將傳感器采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)或者一些設備自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過傳輸協(xié)議進行打包處理，傳輸進入數(shù)據(jù)庫。然后用戶通過Web客戶端對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行操作和分析，實現(xiàn)監(jiān)測功能。另一方面，用戶通過客戶端向數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)，網(wǎng)關控制設備提取數(shù)據(jù)進行處理，然后控制前端運行的設備，實現(xiàn)控制管理的功能。

1 監(jiān)控系統(tǒng)設計

基于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的地下室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，對相關地下室空間環(huán)境監(jiān)測點的各種設備實現(xiàn)全方位的集中監(jiān)控管理。一旦發(fā)現(xiàn)并掌握環(huán)境運行過程中發(fā)生的各類異常情況，便發(fā)出報警以避免造成危害。系統(tǒng)提供美觀友好的監(jiān)控界面，發(fā)現(xiàn)異常情況即可實現(xiàn)自動報警，這不僅減輕了維護人員的工作負擔， 同時也減小了人員檢查的盲目性，提高了內(nèi)部環(huán)境、設備狀況、性能評價的精準性，在一定程度上消除了系統(tǒng)故障帶來的安全隱患，提高了系統(tǒng)的可靠性，保證了系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行， 真正實現(xiàn)了人防工程的科學管理。同時在一定程度上減少了人力、物力和財力的消耗，真正做到了實時化、智能化、網(wǎng)絡化， 使用戶實現(xiàn)方便、安全、可靠、準確、無人值守的集中監(jiān)控管理。監(jiān)控系統(tǒng)的架構模型如圖 1 所示。

1.1 監(jiān)控中心軟件

監(jiān)控中心軟件是整個系統(tǒng)的集中管理平臺。主要負責對各現(xiàn)場監(jiān)控單元所有的監(jiān)控設備進行集中監(jiān)控、集中管理?？蓪Σ煌芾韱T進行權限設置和管理、故障等級定義及對每一個監(jiān)控設備進行遠程監(jiān)測和控制，本級監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、Web 客戶端等軟件系統(tǒng)組成。

1.2 監(jiān)控單元

監(jiān)控單元是整個系統(tǒng)的基本組成部分，對上要向監(jiān)控軟件發(fā)送數(shù)據(jù)信息，對下直接與監(jiān)控設備相連，其運行情況關系到整個系統(tǒng)的可靠性、準確性和安全性。監(jiān)控設備將本站點內(nèi)的供電狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、安全狀態(tài)等相關數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控主機，再由監(jiān)控主機上傳到集中監(jiān)控中心，進行統(tǒng)一監(jiān)控和管理，提高整個監(jiān)測系統(tǒng)的安全性和可靠性，本級監(jiān)測系統(tǒng)由多種擴展模塊及測量傳感模塊組成。

2 監(jiān)控系統(tǒng)功能

現(xiàn)場監(jiān)控單元負責前端數(shù)據(jù)的采集，是集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的具體測控部分，主要由網(wǎng)關監(jiān)控主機、多種監(jiān)測擴展模塊和傳感器組成。系統(tǒng)的拓撲圖如圖 2 所示。

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

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

(2) 監(jiān)控點的管理：可以對當前系統(tǒng)內(nèi)所有的監(jiān)控設備（ 環(huán)境狀態(tài)傳感器）進行管理，準確掌握在線監(jiān)測儀器是否正常工作，從而清楚設備的運行狀況及運行進度。

(3) 超標報警 ：當發(fā)生檢測項當前值超標時觸發(fā)超標報警信息，并提供報警點的詳細信息。

(4) 日志管理 ：日志管理可以查詢到系統(tǒng)運行日志，包括日常運行的詳細信息，各種異常情況和報警信息等。

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

(6) 系統(tǒng)自檢及自修復 ：系統(tǒng)具有自檢和故障自動恢復功能，故障發(fā)生時自動從備份數(shù)據(jù)中恢復系統(tǒng)軟件及配置，自動修復受損模塊，有效降低現(xiàn)場維護量和故障率。

(7) 提供解決方法 ：當發(fā)生異常時，系統(tǒng)自動判斷異常信息種類，調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息，提供處理方案，如出現(xiàn)新的處理方案，將自動保存異常信息種類及處理方案于數(shù)據(jù)庫中。

3 系統(tǒng)具體實現(xiàn)

本系統(tǒng)的協(xié)議是在物理結構的基礎上，分模塊實現(xiàn)各種功能，物理結構之間通過指定的通信協(xié)議相互傳達信息。

3.1 系統(tǒng)部署

本設計的系統(tǒng)采用“集中管理、分散控制”的模式。各監(jiān)控點現(xiàn)場的監(jiān)控設備將數(shù)據(jù)送至本地監(jiān)控主機，同時監(jiān)控主機通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸至總部監(jiān)控管理中心，由監(jiān)控中心管理服務器實現(xiàn)對分布在不同區(qū)域網(wǎng)絡監(jiān)控點的集中管理?！凹泄芾?、分散控制”實現(xiàn)方式不但滿足了對分散監(jiān)控點集中統(tǒng)一管理的需要，更滿足了對現(xiàn)場數(shù)據(jù)安全性、實時性、完整性和控制要求較高的領域。

網(wǎng)關設備能智能控制傳感器的數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)傳輸協(xié)議的設定向數(shù)據(jù)庫傳送數(shù)據(jù)。網(wǎng)關的智能處理使傳感器實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的自動采集、設備工作的狀態(tài)切換功能，用戶使用監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)自動報警、查詢設備狀況和監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的功能。 

3.2.2 傳感器 

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

 3.2.3 協(xié)調(diào)器 

通過傳感器采集收集數(shù)據(jù)，并通過串口通信傳給裝有 單機程序的 PC 終端，再將數(shù)據(jù)傳入鏈接著服務器的 SQL Server 數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控人員通過終端可直接通過服務器查詢所 需數(shù)據(jù)及相關資料。協(xié)調(diào)器是控制中心和節(jié)點的信使，它通 過無線接收得到各個節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，他們之間的通訊遵循 ZigBee 協(xié)議。 

3.3 軟件實現(xiàn) 

集中監(jiān)控管理真正實現(xiàn)了監(jiān)控數(shù)據(jù)實時同步上傳到監(jiān)控 中心的功能，并保證了數(shù)據(jù)的實時性和準確性。 

3.3.1 數(shù)據(jù)庫 

本系統(tǒng)采用 Microsoft SQL Server 2008 作為數(shù)據(jù)庫操作 平臺。數(shù)據(jù)記錄了經(jīng)網(wǎng)關處理過的由傳感器采集的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù) 庫連接網(wǎng)關和 Web 客戶端。用戶直觀看到的關于環(huán)境或者設 備狀態(tài)的數(shù)據(jù)都是從數(shù)據(jù)庫中提取出來的。同樣，用戶對前 端設備（諸如空調(diào)）等的控制，也是先將設定值寫入數(shù)據(jù)庫， 然后由網(wǎng)關提取出數(shù)據(jù)對設備進行控制。 

3.3.2 Web 客戶端

 Web 應用系統(tǒng)設計具有實時性、可靠性、穩(wěn)定性及界面 設計簡單、易于操作等特點。本系統(tǒng)的 Web 應用是一種動態(tài) 網(wǎng)頁技術，能實現(xiàn)人機交流。本系統(tǒng)的 Web 客戶端是系統(tǒng)直 接與用戶進行人機交互的部分。整個系統(tǒng)的實現(xiàn)都由 Web 應 用展現(xiàn)。用戶通過客戶端直接查看環(huán)境和設備的具體信息。 同時也通過客戶端對前端設備進行控制。

系統(tǒng)運行效果界面如圖 4 所示。 

系統(tǒng)配電設備管理界面如圖 5 所示。