基于物聯網的壓實機械遠程監控系統

原永平

摘要：傳統的壓實機械依靠人工管理，效率低下。對此，一種基于物聯網的壓實機械遠程監控系統應運而生。該系統將嵌入式技術、計算機技術、GPS衛星定位技術和GPRS通信技術等技術融合在一起，構建了車載控制終端與后臺管理系統。車載控制終端對壓實機械的關鍵參數進行實時采集、計算，并發送至后臺管理系統。后臺管理系統將數據的處理結果直觀的顯示在Internet網絡上。用戶根據權限進行Web訪問，掌握壓實機械工作狀態的實時信息。并根據機器的工作情況，反向的向機器下發不同的指令，實現遠程控制。

關鍵詞：物聯網 嵌入式技術 GPS衛星定位技術 GPRS通信技術

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：B 文章編號：1007-9416（2014）12-0001-02

1 引言

作為工程機械的典型產品壓實機械，目前國內對于它的監控與管理大多仍是依靠現場人員，即使一些壓實機械已經加裝了監控裝置，也存在監控功能單一，實時性不強等問題。

為了解決上述問題，結合物聯網的普及與應用，在西咸北環線高速公路建設過程中應用了一種壓實機械的遠程監控系統，該系統能夠將壓實機械的實時狀態展示在Internet網上，管理人員根據反饋情況向前端發送指令，實施遠程控制。不但可以提高施工質量，縮短了施工周期，還優化了整個項目資源的配置，為承建單位帶來良好的經濟效益[1]。

2 系統架構流程

如圖1所示，該系統主要由兩部分組成：車載控制終端和后臺管理系統。車載控制終端又包括數據采集模塊、電源模塊、微處理器和無線通信模塊。電源模塊與車載電瓶連接，為整個車載控制終端供電能；數據采集模塊與壓實機械的信號控制單元連接，采集壓實機械的關鍵參數信號，并將信號數據傳送到微處理器進行初步處理；無線通信模塊把處理后的數據通過無線網絡上傳至后臺管理系統的服務器。后臺管理系統主要包括WEB服務器和數據服務器，采用B/S構架。后臺管理系統對數據進行存儲、整理和顯示。管理人員根據不同的權限進行客戶端或網頁訪問，實時監測壓實機械的信息，了解其當前工作狀態。

管理人員通過客戶機查看機器的工作狀態和運行軌跡，可以提前給操作人員發送相關指令，實現遠程指揮；當操作人員違規操作時，后臺會發出報警，管理人員會根據報警內容給現場人員發送信息，提示其修改操作；對多次違反規定的機器，可以遠程鎖機，使操作人員必須改正處理，管理人員才會解除鎖車狀態，使機器恢復正常工作。

3 車載控制終端

車載控制終端涉及了單片機、GPS衛星、嵌入式系統等多個的領域，結合了CAN總線和GPRS等通信技術，主要包括數據采集模塊、數據處理模塊、無線通信模塊、電源模塊四個部分，如圖2所示。

3.1 數據采集模塊

數據采集模塊包括CAN總線通訊模塊與GPS定位模塊，CAN總線通訊模塊既與壓實機械的CAN總線控制器、微處理器相連。該模塊接收壓實機械CAN總線上的壓實機械的工作狀態信息（如ACC點火信號，激振強弱信號，鎖車控制信號等），并將接收到的信息傳輸給微處理器；同時微處理器可以反向把指令信息傳送給壓實機械CAN總線控制器，從而控制壓實機械。GPS定位模塊接收GPS衛星的定位數據，通過定位數據分析計算可以得出壓實機械的工作位置和行駛速度。本系統綜合考慮GPS定位模塊的通信協議、技術參數等因素，采用MTK公司生產的MT3336 GPS片上系統芯片作為GPS定位模塊。GPS定位模塊通過UART接口與微處理器實現通信，為了獲得更好的衛星信號接收效果，還可以加裝外接天線。

3.2 數據處理模塊

數據處理模塊包括微處理器與外圍電路，其中微處理器是核心關鍵部分，本系統采用的是MTK公司的MT6260D微處理器，這是一種ARM嵌入式處理器。MT6260D內部集成了的電源管理單元、模擬基帶和無線電路，將GPS定位模塊和GPRS通信模塊集成在同一塊板上。其內部使用的ARM7EJ-S內核，采用的是馮·諾依曼體系結構，數據與指令使用同一條總線。它有一條5級流水線，執行ARMv5TEJ指令，可以提供java加速和增強指令，廣泛應用于嵌入式處理器。眾所周知，一個嵌入式芯片想要實現自己的功能，還需要必要的外圍電路給它提供基本的工作條件，其中包括供電系統、時鐘系統、復位系統、存儲芯片以及調試接口[2]。數據處理模塊不僅要和數據采集模塊之間進行通信，以便實時獲取車輛的工作參數，而且還要與無線通信模塊之間進行通信，將處理后的數據發送到無線通信模塊或反向接受數據。此外，數據處理模塊除了要對采集的數據進行分析處理以適應GPRS的傳輸要求，還要初始化無線通信模塊、監測網絡狀態等。

3.3 無線通訊模塊

無線通訊模塊主要由GPRS無線網絡通訊模塊和GSM無線網絡通訊模塊組成。

GPRS是通用無線分組業務的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業務，具有通訊便宜，傳輸速率高，永遠在線的優點。MT6260D微處理有Linux嵌入式操作系，該操作系統采用PPP協議控制GPRS無線網絡通信模塊與CPU的通信。在PPP協議的控制下，微處理器可以把初步處理過的壓實機械的參數數據，以數據流的形式通過RS-232串口連接到GPRS模塊上，再經過天線發送到GPRS網絡上，然后根據TCP/IP協議轉化為IP數據，最后發送到后臺管理系統的數據服務器里。后臺管理系統下達的指令以同樣的路徑，反方向傳輸到車載控制終端的GPRS無線網絡通訊模塊，進而通過串口使微處理器做出響應。

GSM無線網絡通信模塊與微處理器相連，并與GMS通訊網絡相通。微處理器中存儲各級管理人員的電話號碼，當壓實機械發生超速或斷電停機等非正常狀況時，GSM無線網絡通信模塊會通過GSM網絡給相關管理人員的手機發送短信，通知其壓實機械現在出現的問題，從而提醒相關人員去查詢與解決問題。

4 后臺管理系統

后臺管理系統既有硬件設備又有軟件設計，二者相互結合完成對壓實機械的運行狀態參數的實時監控。硬件設備主要包括WEB服務器和數據服務器；軟件的設計采用目前流行的B/S結構，編程語言為Java語言。

B/S是隨著互聯網技術的興起在C/S結構基礎改進而來的，該軟件體系主要依賴于瀏覽器和服務器[3]。后臺管理系統對數據進行接收、存儲、分類，將接收到的數據通過ODBC接口存入數據服務器中的SQL數據庫。各個管理人員從客戶機登錄到WEB服務器相應的IP地址后，根據不同的權限訪問操作頁面上的數據、圖像、視頻點播等信息，這些信息都是由許許多多的WEB服務器產生的，而每一個WEB服務器又可以通過各種方式與數據服務器連接。客戶端除了WWW瀏覽器，一般無須任何用戶程序，只需從WEB服務器上下載程序到本地來執。在下載過程中若遇到與數據庫有關的指令，由WEB服務器交給數據服務器來解釋執行，并返回給WEB服務器，WEB服務器又返回給客戶機。這樣用戶就可以在任何地方，通過客戶機對壓實機械的實時信息進行查詢、監測、分析診斷各種情況，并進行遠程指揮和控制。

5 結語

本文從高速公路施工中的具體需求出發，提出并設計了基于物聯網的壓實機械遠程監控系統。該系統解決了嵌入式技術、GPS衛星定位技術和GPRS通信技術在具體運用中的關鍵難題，從而使管理人員通過后臺管理系統直觀的了解到壓實機械的具體狀態，做到了實時可靠的遠程控制，提高了管理單位的科學化、規范化管理水平。

參考文獻

[1]王吉平.基于GPRS的工程機械遠程監控系統[D].西安：長安大學，2008.

[2]黃玉清.基于ARM9及GPRS的警用車載讀寫系統的設計[D].武漢：武漢理工大學，2010.

[3]黃志高.基于組態王的旋轉機械遠程監控系統研究[D].武漢：湖北工業大學，2009.