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物聯網節點遠程休眠喚醒與安保監控系統
發布日期:2017-04-24   點擊次數:4636
1. 系統簡介
物聯網節點遠程休眠喚醒與安保監控系統(SeaIOT-NMCS)是針對物聯網工程應用的需求,綜合運用傳感器采集、智能控制、無線傳感器網絡、Web服務器、嵌入式中間件等物聯網關鍵技術以及多學科技術的交叉融合,提出的傳感數據與視頻數據網絡化遠程監控的解決方案,該方案可廣泛應用于農業溫室大棚、工業監控、智能家居等多個實際生活環境。
2. 系統構成
系統利用傳感器測量環境參數,結合嵌入式數據庫存儲測量數據;利用無線傳感器網絡統一管理各個傳感節點;利用嵌入式Linux系統實現智能網關;利用Web服務器實現網絡化遠程測量、控制,促使學生了解各種物聯網技術在網絡化監控系統中的應用。
2.1 系統總拓撲

 
 系統總拓撲圖

2.2 復合節點拓撲


單復合節點“智能Web監控系統”拓撲圖

3. 硬件資源
本系統主要由感知設備、控制設備、監控設備、測控服務器等組成。用戶可根據具體應用環境,選擇合適的硬件設備。
1) 感知設備:
主要由傳感器調理板、ZigBee通信模塊以及接口底板組成。系統支持的傳感器有空氣溫濕度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器、加速度傳感器、光敏傳感器、燃氣探測器、煙霧探測器、以及紅外探測器等,可根據客戶需求定制不同類型的傳感器節點。
2) 控制設備:
主要由執行設備、ZigBee通信模塊以及接口底板組成。因被控對象不同,主要分為直流供電型控制設備、交流供電型控制設備、紅外控制設備。
直流供電型控制設備,主要包括執行器、ZigBee通信模塊和底板組成,底板由直流電源供電。執行器支持諸如點陣LCD液晶顯示屏、數碼管顯示屏、蜂鳴器、LED指示燈、語音播放器等。
交流供電型控制設備,主要包括控制器和交流電器,控制器封裝在標準的86盒內,交流電器只需插入86盒的兩相或三相插座即可實現電器的開關控制。交流電器支持諸如照明燈、警笛、窗簾、電視、音響、空調、滴灌、卷簾、通風扇、加濕器等。
紅外控制設備主要是學習遙控器的編碼,用一個紅外控制設備代替多個遙控器實現紅外設備的統一管理。紅外設備支持諸如電視、音響、空調等。
3) 監控設備:
它是一種視頻服務器,具有MAC地址和IP地址,用于網絡視頻監控。通常與測控服務器處于同一級路由下使用。此處,監控攝像機位于測控服務器形成的路由器之下,通過WIFI與測控服務器通信,由測控服務器轉發視頻數據。
4) 測控服務器:
它是復合節點的核心控制主機,主要由嵌入式主板組成,封裝在模具內,安裝在本地,通過以太網與路由器連接,實現互聯網接入。
測控服務器內部集成ZigBee無線通信模塊,可設計為ZigBee協調器或路由器,ZigBee網絡拓撲模式靈活多變。
其內部也集成了WiFi模塊,可以設置為AP模式或者STA模式,上行通過以太網連接路由器,下行支持WiFi設備通過AP接入點連接互聯網。這樣復合節點只需使用一根以太網線纜、一個IP地址就可以實現ZigBee傳感數據和視頻數據在互聯網中的通信。在實際工程中,這種設計方式既保證了有線連接的可靠性和數據遠傳,又節約了硬件成本和IP資源。
同時,服務器內部留有GPRS、3G模塊的接口,可根據客戶需求集成移動通信模塊。
4. 軟件資源
系統軟件默認采用B/S結構,主要包括無線傳感器網絡數據透明傳輸軟件、基于Web的傳感節點網絡化監控軟件、無線AP到以太網橋接的軟件,軟件結構如圖所示。


軟件結構圖

1) 無線網絡傳感器數據透明傳輸軟件:
主要實現ZigBee網絡的建立、節點的自動入網、節點休眠與喚醒、節點之間數據的透明傳輸、傳感器節點的采樣與傳輸、以及執行節點的設備控制功能。
2) 基于Web的傳感節點網絡化監控軟件:
該軟件以智能網關作為Web測控服務器,結合CGI應用程序接口、檢測與控制應用程序、以及HTML網頁,為用戶提供B/S方式的訪問與控制傳感層節點的平臺。
5. 功能特點
5.1 系統功能
1. 環境實時監測功能
通過溫濕度傳感器、光線傳感器對環境狀態進行實時監測,所有監測數據可以實時顯示在客戶端瀏覽器的頁面上。

2. 休眠喚醒控制
在節點監測的頁面下,選中某一個傳感節點,點擊“休眠”或“開啟”按鈕,實現節點遠程“休眠”和“喚醒”控制。休眠中的節點不再驅動傳感器采樣數據,直到被重新復位或者被遠程“喚醒”才繼續采集信息、傳輸信息。

2. 歷史數據存儲功能
在測控服務器中構建Sqlite數據庫以及節點信息表,實時保存溫濕度傳感器、光線傳感器的采樣值,所有監測的歷史數據都可以顯示在客戶端瀏覽器的頁面上。

3. 遠程控制功能
遠程控制主要用來顯示當前ZigBee網絡中的所有繼電器控制節點,可以選中某個節點,實現遠程控制現場設備的開、關。

 網頁控制LED燈關閉或點亮

網頁控制風扇打開或關閉


4. 局域網視頻監控
用戶可以在網頁瀏覽器中輸入IP地址“192.168.1.10:81”,通過視頻查看現場的狀況。

5. 外網訪問
系統既支持局域網客戶端訪問,也支持外網客戶端訪問。外網用戶只需在瀏覽器中輸入測控服務器的域名地址“http://fttech.eicp.net:81”即可實現遠程訪問現場,查看節點的實時監測數據、存儲的歷史數據、設備控制、以及視頻監控等。

5.2 系統特點
  WiFi到以太網的無線橋接:復合節點除了實現測控服務器的功能外,還形成了無線AP接入點,網絡攝像機通過WiFi接入AP形成的網絡中。這種設計方式使得復合節點只需使用一根以太網線纜、一個IP地址就可以實現ZigBee傳感節點和視頻節點兩種數據與互聯網客戶端的通信。在實際工程中,既保證了數據傳輸的可靠性和遠傳性,又節約了視頻監控設備網絡連接的硬件成本和IP資源。
  內外網Web遠程訪問:支持局域網和廣域網兩種方式的遠程監控。
6. 教學資源
本系統提供了豐富的實驗,包括ZigBee采集傳輸實驗,Linux系統搭建實驗、Web服務器搭建實驗、網絡化遠程監控實驗等,縱深貫穿,讓學生在實驗中逐步領悟物聯網的關鍵技術以及網絡監控方式,培養學生動手解決問題的能力,激發學生的創新潛力。


7. 成功案例

內蒙古大學采用該系統

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