蔡 青，周琳凱，李晴飛

（南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 210014）

一種基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

蔡 青，周琳凱，李晴飛

（南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 210014）

文章介紹了基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。該系統(tǒng)通過檢測節(jié)點將監(jiān)測點的溫度、濕度、風(fēng)力等各種監(jiān)測指標通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線傳輸至監(jiān)測中心。監(jiān)測中心對傳回的數(shù)據(jù)進行分析并傳送至衛(wèi)星通信網(wǎng)，再根據(jù)衛(wèi)星通信網(wǎng)的反饋信息作出相應(yīng)的反應(yīng)，從而較好地實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的無線監(jiān)控。該系統(tǒng)非常適合于人工方式不易監(jiān)測的領(lǐng)域按需采集相關(guān)信息。此外，該系統(tǒng)的實時性、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸容量都有一定的優(yōu)勢。

智能監(jiān)控；無線傳輸；衛(wèi)星通信網(wǎng)

隨著計算機及現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)正朝著無線化、智能化、實時化的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比，無線監(jiān)控系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點，比如，對分布式系統(tǒng)的實時監(jiān)控和靈活管理，省去了大量的鋪設(shè)線路和人工操作成本，同時也提高了安全系數(shù)，可以實時抽測各個節(jié)點的數(shù)據(jù)并作出相應(yīng)分析，并真正實現(xiàn)實時、無線、智能化的監(jiān)控。

1 無線監(jiān)控系統(tǒng)概況

目前無線監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模式主要有3種：集群電臺、短消息、網(wǎng)絡(luò)。考慮到系統(tǒng)可能應(yīng)用到的環(huán)境、傳輸數(shù)據(jù)的特點以及系統(tǒng)可擴展性等，選用網(wǎng)絡(luò)模式來作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨浮４送?，選用該傳輸模式可以使用現(xiàn)有的無線基站，不需自建專用傳輸網(wǎng)絡(luò)，因此可以大大節(jié)約成本。

本文即是一個通過利用網(wǎng)絡(luò)模式來無線傳輸數(shù)據(jù)的一個實例，重點闡述了基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能，以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無線監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

整個無線監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測終端、3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測中心以及衛(wèi)星通信網(wǎng)4部分組成，如圖1所示。

其中，現(xiàn)場監(jiān)測節(jié)點通過各種傳感器將采集到的溫度、濕度、風(fēng)力大小等信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息，經(jīng)由無線模塊發(fā)送，通過3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)以TCP/ΙP傳輸協(xié)議傳送到監(jiān)測中心，再以傳送至衛(wèi)星通信網(wǎng)，監(jiān)測中心根據(jù)所得到的反饋信息進行分析和監(jiān)控?？刂浦噶罱?jīng)由原路逆向返回，以實現(xiàn)與監(jiān)測現(xiàn)場的實時交互。

圖1 無線監(jiān)控系統(tǒng)的組成

2.2 無線監(jiān)控系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)

由于系統(tǒng)使用了無線網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，所以主要的設(shè)計就集中在監(jiān)測終端上，對于傳感器、無線模塊，外部存儲器、MCU等的選擇與應(yīng)用。其基本構(gòu)成如圖2所示。

圖1 無線監(jiān)控系統(tǒng)的組成

下面具體介紹各部分的功能及作用。

（1）電源。電源關(guān)系著整個系統(tǒng)能否正常工作，考慮到系統(tǒng)可能應(yīng)用的戶外等環(huán)境，可選用太陽能電池與備用電池混合供電。

（2）傳感器。系統(tǒng)可根據(jù)所監(jiān)測的需要，選擇合適的傳感器來進行監(jiān)測，一般有溫度、濕度、風(fēng)力等傳感器即可大致的監(jiān)測出系統(tǒng)所處的環(huán)境概況。如需特別監(jiān)測其他數(shù)據(jù)，如稀有氣體，磁場等，則只需選用相應(yīng)的傳感器即可。選用的傳感器采用485總線的通信模式，通過電平轉(zhuǎn)換器與MCU的串口相連，根據(jù)MCU設(shè)定的時間實時的進行數(shù)據(jù)的更新。

（3）FLASH存儲器。存儲器采用FLASH 型存儲器，保存監(jiān)控中心IP 和端口號、口令、采集數(shù)據(jù)等重要的數(shù)據(jù)，且在系統(tǒng)掉電后不會丟失。FLASH與MCU之間采用地址總線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用的方式。

（4）無線模塊。無線模塊，屬于移動設(shè)備端，負責和無線網(wǎng)絡(luò)進行信令交換。通過串口可以實現(xiàn)對它的控制和進行數(shù)據(jù)傳輸，包括短信息和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等。

（5）MCU（微處理器）。MCU應(yīng)當選用功能強大、集成度高、性能穩(wěn)定的集成芯片，不僅能夠滿足終端系統(tǒng)設(shè)計的需要，而且也非常適合各種惡劣環(huán)境。在此系統(tǒng)中，MCU需配備專用接口負責與無線模塊進行通信，此外還需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。系統(tǒng)可根據(jù)傳感器數(shù)量和種類來選用相應(yīng)模模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，目前常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有12～14位有效輸出能力，由定時器來啟動ADC轉(zhuǎn)換，并在ADC 轉(zhuǎn)換完成后由相關(guān)軟件對接收到的采樣數(shù)據(jù)進行處理、存儲和按需傳輸。

2.3 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

由于硬件設(shè)計的高集成度，所以大部分工作都集中在軟件設(shè)計中，下面將對無線網(wǎng)絡(luò)連接以及數(shù)據(jù)的采集傳輸做相應(yīng)的介紹。

（1）無線網(wǎng)絡(luò)連接。在本監(jiān)控系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)來收發(fā)信息數(shù)據(jù)，以完成監(jiān)測終端與監(jiān)測中心的通信。為了使用無線模塊實現(xiàn)信息傳輸，需要對無線模塊進行初始化，包括設(shè)定它的工作模式、外部接入點和使用的協(xié)議類型等。此外，還要經(jīng)過一系列握手協(xié)議操作方可實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)連接。

（2）數(shù)據(jù)采集傳送過程。數(shù)據(jù)采集主要是指工作在監(jiān)測終端的各傳感器采集各相應(yīng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)變換所得的AD值。數(shù)據(jù)采集完畢后，要傳送到監(jiān)控中心。由于各項參量數(shù)據(jù)不是獨立傳送的，所以首先要采用TLV(標識、長度、數(shù)據(jù))的格式對所有的數(shù)據(jù)按順序進行編碼打包。然后，再以固定的長度對打包好的數(shù)據(jù)進行分塊，分塊的目的是保證每次送入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)長度適中，易于網(wǎng)絡(luò)傳輸。之后再調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸子程序把每塊數(shù)據(jù)順序發(fā)送出去。

在數(shù)據(jù)傳輸子程序中，原始數(shù)據(jù)塊依次由應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳送命令報文、傳輸層UDP 包、網(wǎng)絡(luò)層IP 包和鏈路層PPP 幀報文進行封裝，然后送入無線模塊，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。傳輸層采用了UDP (用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議) 協(xié)議，該協(xié)議是一種面向無連接的傳輸協(xié)議，其本身沒有應(yīng)答機制和命令重發(fā)機制，屬于小的、節(jié)約資源的傳輸層協(xié)議，傳輸速度快。而設(shè)計者在應(yīng)用層采用了應(yīng)答和重發(fā)機制，所以可以確保數(shù)據(jù)被收到。網(wǎng)絡(luò)層則采用IP協(xié)議，IP頭里包含了本機IP 地址和監(jiān)控中心IP地址，指出了數(shù)據(jù)的傳送路徑。

3 結(jié)語

本文主要研究了基于無線網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)，分析了其物理構(gòu)成及相應(yīng)的實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)的應(yīng)用可以節(jié)省大量的人力物力，將其與衛(wèi)星通信網(wǎng)關(guān)聯(lián)并實現(xiàn)信息交互，在安全性、實時性、可靠性等方面均有較為顯著的優(yōu)勢。特別是針對人力不易監(jiān)控的領(lǐng)域，如國防特殊地區(qū)、民用危險品倉庫及電力傳輸樞紐等實現(xiàn)監(jiān)控管理，具有一定的實用價值。

[1]李華，李學(xué)云,區(qū)細成,等.現(xiàn)代移動通信新技術(shù)系統(tǒng)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001.

[2]馬鑫.基于GPRS的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].深圳：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳），2005.

[3]藍曉雱，童小念.PPP協(xié)議在GPRS無線網(wǎng)絡(luò)中的嵌入式實現(xiàn)[J].中南民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（4）：72-75.

[4]周娟，蔣登峰，曾其勇.基于PPP協(xié)議實現(xiàn)無線模塊無線接入Internet方式[J].微計算機信息，2009（3）：100-102.

Design of intelligent monitoring system based on wireless network technology

Cai Qing, Zhou Linkai, Li Qingfei
（Nanjing Panda Handa Technology Co., Ltd., Nanjing 210014, China）

This paper introduces a hardware and software design of the intelligent monitoring system based on network technology. This system sends the temperature, hum idity ,w ind power and other monitoring indexes of the monitoring point to the monitoring center via the w ireless transm ission of network technology. The monitoring center analyzes and transm its the returned data to the satellite communication network, makes the corresponding response according to the feedback information of satellite communication network, and thus better realizes w ireless monitoring of the distributed system. This system is suitable for the field which can’t be easily monitored and gather relevant information according to the demand. Ιn addition, the system also has certain advantages for its real-time performance, reliability, data transm ission capacity.

intelligent monitoring; w ireless transm ission; satellite communication network

蔡青（1973— ），女，江蘇南京。