一種基于無線網絡技術的智能監控系統設計

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）

一種基于無線網絡技術的智能監控系統設計

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）

文章介紹了基于網絡技術的智能監控系統的軟硬件設計。該系統通過檢測節點將監測點的溫度、濕度、風力等各種監測指標通過網絡技術無線傳輸至監測中心。監測中心對傳回的數據進行分析并傳送至衛星通信網，再根據衛星通信網的反饋信息作出相應的反應，從而較好地實現分布式系統的無線監控。該系統非常適合于人工方式不易監測的領域按需采集相關信息。此外，該系統的實時性、可靠性、數據傳輸容量都有一定的優勢。

智能監控；無線傳輸；衛星通信網

隨著計算機及現代信息技術的高速發展，監控系統正朝著無線化、智能化、實時化的方向發展。與傳統的監控系統相比，無線監控系統具有諸多優點，比如，對分布式系統的實時監控和靈活管理，省去了大量的鋪設線路和人工操作成本，同時也提高了安全系數，可以實時抽測各個節點的數據并作出相應分析，并真正實現實時、無線、智能化的監控。

1 無線監控系統概況

目前無線監控系統的數據傳輸模式主要有3種：集群電臺、短消息、網絡。考慮到系統可能應用到的環境、傳輸數據的特點以及系統可擴展性等，選用網絡模式來作為數據傳輸的方案。此外，選用該傳輸模式可以使用現有的無線基站，不需自建專用傳輸網絡，因此可以大大節約成本。

本文即是一個通過利用網絡模式來無線傳輸數據的一個實例，重點闡述了基于網絡技術的智能監控系統的組成和功能，以及網絡技術在該系統中的應用。

2 基于網絡技術的無線監控系統

2.1 系統組成

整個無線監控系統由現場監測終端、3G/4G無線網絡、監測中心以及衛星通信網4部分組成，如圖1所示。

其中，現場監測節點通過各種傳感器將采集到的溫度、濕度、風力大小等信息轉化為數據信息，經由無線模塊發送，通過3G/4G無線網絡以TCP/ΙP傳輸協議傳送到監測中心，再以傳送至衛星通信網，監測中心根據所得到的反饋信息進行分析和監控。控制指令經由原路逆向返回，以實現與監測現場的實時交互。

圖1 無線監控系統的組成

2.2 無線監控系統的物理結構

由于系統使用了無線網絡來傳輸數據，所以主要的設計就集中在監測終端上，對于傳感器、無線模塊，外部存儲器、MCU等的選擇與應用。其基本構成如圖2所示。

圖1 無線監控系統的組成

下面具體介紹各部分的功能及作用。

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

（2）傳感器。系統可根據所監測的需要，選擇合適的傳感器來進行監測，一般有溫度、濕度、風力等傳感器即可大致的監測出系統所處的環境概況。如需特別監測其他數據，如稀有氣體，磁場等，則只需選用相應的傳感器即可。選用的傳感器采用485總線的通信模式，通過電平轉換器與MCU的串口相連，根據MCU設定的時間實時的進行數據的更新。

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

（4）無線模塊。無線模塊，屬于移動設備端，負責和無線網絡進行信令交換。通過串口可以實現對它的控制和進行數據傳輸，包括短信息和網絡數據等。

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

2.3 系統的軟件實現

由于硬件設計的高集成度，所以大部分工作都集中在軟件設計中，下面將對無線網絡連接以及數據的采集傳輸做相應的介紹。

（1）無線網絡連接。在本監控系統通過無線網絡來收發信息數據，以完成監測終端與監測中心的通信。為了使用無線模塊實現信息傳輸，需要對無線模塊進行初始化，包括設定它的工作模式、外部接入點和使用的協議類型等。此外，還要經過一系列握手協議操作方可實現無線網絡連接。

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

在數據傳輸子程序中，原始數據塊依次由應用層數據傳送命令報文、傳輸層UDP 包、網絡層IP 包和鏈路層PPP 幀報文進行封裝，然后送入無線模塊，發送到網絡中。傳輸層采用了UDP (用戶數據報協議) 協議，該協議是一種面向無連接的傳輸協議，其本身沒有應答機制和命令重發機制，屬于小的、節約資源的傳輸層協議，傳輸速度快。而設計者在應用層采用了應答和重發機制，所以可以確保數據被收到。網絡層則采用IP協議，IP頭里包含了本機IP 地址和監控中心IP地址，指出了數據的傳送路徑。

3 結語

本文主要研究了基于無線網絡的智能監控系統的實現，分析了其物理構成及相應的實現方法。該系統的應用可以節省大量的人力物力，將其與衛星通信網關聯并實現信息交互，在安全性、實時性、可靠性等方面均有較為顯著的優勢。特別是針對人力不易監控的領域，如國防特殊地區、民用危險品倉庫及電力傳輸樞紐等實現監控管理，具有一定的實用價值。

[1]李華，李學云,區細成,等.現代移動通信新技術系統[M].廣州：華南理工大學出版社，2001.

[2]馬鑫.基于GPRS的數據傳輸系統的研究與應用[D].深圳：哈爾濱工業大學（深圳），2005.

[3]藍曉雱，童小念.PPP協議在GPRS無線網絡中的嵌入式實現[J].中南民族大學學報（自然科學版），2005（4）：72-75.

[4]周娟，蔣登峰，曾其勇.基于PPP協議實現無線模塊無線接入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。