基于物聯(lián)網(wǎng)和SCADA的多功能防盜門監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

文/楊維超，安徽南瑞繼遠(yuǎn)電網(wǎng)技術(shù)有限公司

1 多功能防盜門系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)基本架構(gòu)

防盜門產(chǎn)品眼下已走入千家萬戶。不過，絕大多數(shù)使用的防盜門仍然以實體鑰匙當(dāng)做開鎖工具，雖然也有些防盜門采用了電子鎖，像密碼輸入器之類的，但功能還是過于單一，而且它們都沒有實現(xiàn)實時監(jiān)測的全天候防盜功能，也就是說當(dāng)離開房主監(jiān)控范圍后防盜門即使被非法破除，房主也不能夠及時得知有事發(fā)生，也就不能及時予以處理，無法阻止事故的發(fā)生，做不到對室內(nèi)財產(chǎn)安全的有效保護(hù)，甚至?xí){到生命安全。為阻止此類事故的發(fā)生，同時也為了增強(qiáng)防盜門的功能，按圖 1 所示構(gòu)建多功能防盜門的整個系統(tǒng)。其基本可分為三個組成部分，即最下面的數(shù)據(jù)采集層、中間的傳輸網(wǎng)絡(luò)層和上面的數(shù)據(jù)監(jiān)控層。其中由大量測量設(shè)備和各個控制單元組成數(shù)據(jù)采集執(zhí)行層，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并控制設(shè)備的運(yùn)行狀況；而傳輸網(wǎng)絡(luò)層則是負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)的；數(shù)據(jù)監(jiān)控層負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治鎏幚?，并控制指令的下發(fā)。

圖1 整個多功能防盜監(jiān)控系統(tǒng)的基本架構(gòu)

1）數(shù)據(jù)采集層：該層由傳感、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制設(shè)備等組成，包括多種不同的傳感器、包括視頻攝像裝置、包括電子鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)、包括照明系統(tǒng)啟動裝置、包括火情閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也包括空調(diào)執(zhí)行模塊還有控制處理器等等。除以上各設(shè)備外，還可根據(jù)用戶自身需求加減相應(yīng)的設(shè)備。其中的控制處理器是一種網(wǎng)絡(luò)控制器，支持多個市場上流行的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，包括RS485、wifi 、ZigBee和藍(lán)牙等，是控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳感器的核心部分，（如果用戶有需求，還可以通過設(shè)計使其具有交互功能），負(fù)責(zé)對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)以及各傳感器的上傳參數(shù)進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)輸送給上位機(jī)，并接收其下發(fā)的各項控制指令，最終實現(xiàn)對下層所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。2）傳輸網(wǎng)絡(luò)層包括兩個組成部分：一個是下層通訊網(wǎng)絡(luò)，還有一個是上層通訊網(wǎng)絡(luò)，傳輸網(wǎng)絡(luò)層是一個中轉(zhuǎn)站，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)采集執(zhí)行層跟監(jiān)控層連接起來，其硬件支持基本由物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備提供。這個下層通訊網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)采集層上傳的數(shù)據(jù)，也會將控制指令下發(fā)到各控制設(shè)備；而上層通訊網(wǎng)絡(luò)則利用光纖網(wǎng)或以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳，并負(fù)責(zé)接收監(jiān)控層下發(fā)的各項通信數(shù)據(jù)。同時，為確保不同廠家生產(chǎn)出來的硬件設(shè)備可以相互兼容，設(shè)備通訊協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化是十分有必要的。為在數(shù)據(jù)監(jiān)控層與數(shù)據(jù)采集執(zhí)行層間實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，傳輸網(wǎng)絡(luò)層需要在RS485、wifi、Zi gBee、藍(lán)牙以及 TCP/IP 協(xié)議的支持下，構(gòu)建一個通信網(wǎng)絡(luò)。3）數(shù)據(jù)監(jiān)控層包括各類終端設(shè)備和 上位機(jī)監(jiān)控軟件SCADA 兩部分。數(shù)據(jù)監(jiān)控層負(fù)責(zé)讀取、顯示、存儲數(shù)據(jù)，可以報警還能控制指令的下發(fā)等。為使終端設(shè)備便于對數(shù)據(jù)監(jiān)控層運(yùn)行動態(tài)進(jìn)行訪問和管理，SCADA上位機(jī)組態(tài)必須支持 web 發(fā)布，確保用戶在任意地點(diǎn)任意時刻均可利用網(wǎng)絡(luò)，查看防盜門當(dāng)前的狀態(tài)情況，以使防盜門系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時控制和監(jiān)測，最終實現(xiàn)防盜功能。

1.2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

1）采集數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)采集是由物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)自動實時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并以自動實時傳輸方式將其傳輸至監(jiān)控層。2）頻率：防盜門監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集頻率可設(shè)定為 5～60min/ 次，也可依照用戶要求或?qū)嶋H情況另行設(shè)置。3）上傳：傳輸網(wǎng)絡(luò)層上傳相關(guān)數(shù)據(jù)時，頻率最好不要過高，可將上傳頻率設(shè)置為30min/ 次，上傳數(shù)據(jù)應(yīng)該取整個采集周期內(nèi)采集到的所有數(shù)據(jù)的平均值。4）有效性：利用自動采集數(shù)據(jù)的監(jiān)測方式，盡可能保障所采集數(shù)據(jù)的正確性、合理性與實時性。使采集、上傳的數(shù)據(jù)盡量符合精度方面的相應(yīng)要求，使其高低變化保持在系統(tǒng)動態(tài)允許的合理變化范圍之內(nèi)，并確保其符合邏輯性，同時通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，盡可能的將防盜門監(jiān)控系統(tǒng)的真實運(yùn)行狀態(tài)反映出來。5）查詢：對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并在一定時間段內(nèi)將所有歷史數(shù)據(jù)存儲起來，以提供查詢防盜系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的功能。

2 硬件部分

控制處理器是一個結(jié)合體，包括采集端口與指令執(zhí)行端口，可實現(xiàn)的功能主要為：采集端口負(fù)責(zé)采集由各種傳感器與視頻攝像裝置上傳的所有數(shù)據(jù)；而在指令執(zhí)行端口的按鍵操作功能，使用戶能夠在現(xiàn)場以手動方式對電子防盜門、火情閥門、照明設(shè)備還有空調(diào)設(shè)備的啟停進(jìn)行控制；而數(shù)據(jù)通訊功能，通過 RS48、wifi 5、ZigBee和藍(lán)牙等支持接口，可以通過有線、無線的方式將數(shù)據(jù)上傳，并能夠接收自網(wǎng)絡(luò)層傳來的控制指令，最終實現(xiàn)對防盜門系統(tǒng)的有效管控。

以上提及的傳感器中，通過人體感應(yīng)跟磁敏電阻傳感器的結(jié)合使用可以探測到人員的非法進(jìn)入，此時報警器會自動報警，并利用網(wǎng)絡(luò)將報警信號發(fā)送到用戶終端，使用戶及時掌握報警信息，同時視頻攝像裝置會在報警時段，實時采集室內(nèi)的圖像信息，并記錄下來，可以使后續(xù)偵查工作進(jìn)行的更加順利；而當(dāng)用戶進(jìn)入室內(nèi)時，則結(jié)合光敏與溫度傳感器收集的環(huán)境狀態(tài)，自動判斷要不要啟動照明系統(tǒng)與空調(diào)設(shè)備。而煙霧傳感器可實時探測室內(nèi)有沒有發(fā)生火情，并可以在發(fā)生火情時立即采取相關(guān)措施，并將火情信息及時用網(wǎng)絡(luò)通知用戶。

3 軟件部分

SCADA 是一款可以實現(xiàn)人機(jī)交互的，易學(xué)易用的軟件，具有模塊化開發(fā)、集成化管理、性能穩(wěn)定、高度復(fù)用組態(tài)等特點(diǎn)，其組態(tài)開發(fā)環(huán)境的圖形開發(fā)工具豐富、圖形對象絢麗、屬性設(shè)置豐富，且支持對開發(fā)出來的軟件環(huán)境實施Web發(fā)布，讓用戶能夠通過終端設(shè)備實現(xiàn)對防盜門的實時監(jiān)控。

4 結(jié)論

本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)相互結(jié)合，開發(fā)出多功能防盜門監(jiān)控系統(tǒng)，并闡述了系統(tǒng)的軟硬件功能及整體組建結(jié)構(gòu)，針對目前防盜門系統(tǒng)的各種問題給出可行性改進(jìn)方案，以推動防盜門系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展。