基于物联网架构的热力小室自动化巡检监测系统

物联网架构

物联网从架构上面可以分为感知层、网络层和应用层，如下图所示。

1.感知层：负责信息采集和物物之间的信息传输，信息采集的技术包括传感器、条码和二维码、 RFID射频技术、音视频等多媒体信息，信息传输包括远近距离数据传输技术、自组织组网技术、协同信息处理技术、信息采集中间件技术等传感器网络。感知层是实现物联网全面感知的核心能力，是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分，关键在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本的问题。

2.网络层：是利用无线和有线网络对采集的数据进行编码、认证和传输，广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施，是物联网三层中标准化程度昀高、产业化能力昀强、昀成熟的部分，关键在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网络。

3.应用层：提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标，将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集，关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发。


 

系统架构

根据物联网通用分层结构，结合热力小室监测需要实现的功能：

1.感知层

感知层由各种传感器、摄像设备组成，如温湿度传感器、液位传感器、沉降监测传感器、图像采集器等组成。传感器之间采用RS485方式连接。RS485作为一种串行通信的接口，具有传输距离长、速度较高、电平兼容性好、使用灵活方便、成本低廉和可靠度高等优点，在智能管理、在线控制、地质勘探等等许多领域都有着广泛的应用。

温湿度传感器、液位传感器为必选传感器，实现热力小室温湿度、液位监测的基本功能。沉降监测传感器和图像采集为可选，在需要重点监测沉降（如隧道、管沟附近）和重点采集图像的热力小室内采用。

由于RS485兼容性好的特点，在需要监测其他参数，实现更多功能时，可添加相应功能的传感器。

2.网络层

网络层的硬件设备由数据采集器和手持巡检机组成。数据采集器主要实现对感知层中各种模块的控制，并记录感知层中的监测信息，向上发送至信息处理中心或手持机。

数据采集器由单片机（MCU）、存储、传输、电源模块组成，数据采集器通过RS485的方式与各传感器进行连接。

对MCU进行编程，控制其他各部分的行为，包括采集器的采集频率和采集精度、对采集信息的存储和传输、电源管理等。

数据采集器对传感器模块进行采集控制。数据采集设备采集数据时，为了节点及提高传感器的寿命，采集设备对传感器的电源进行控制。当采集传感器数据时，采集设备控制传感器电源接通，传感器开始工作。读完数据后，则控制传感器电源关闭，实现间歇性协同工作，节约电力，增加传感器使用寿命。

数据采集器对存储和传输模块进行控制。存储模块设计为大容量SD卡存储。采集器采集到的温湿度、液位、沉降等信息存储在SD卡内。传输模块可以实现手持机巡检模式和远传监测模式传输信息。

信息的传输设计手持机接收的短距离无线传输和发送到远程信息处理中心的长距离无线传输。信息短距离无线传输采用Zigbee通讯方式。Zigbee技术是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术，Zigbee过去又称为“HomeRF Lite”和“FireFly”技术, 统一称为Zigbee技术。 主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。在手持机巡检模式下，存储模块中存储的信息通过Zigbee通讯方式发送至手持机，实现巡检功能。信息长距离无线传输采用GPRS通讯方式。GPRS通讯方式是一种成熟的通讯方式，具有费用低廉，传输速率高，有移动或联通等现有运营商支持的特点。在长距离无线传输模块内部设计SIM卡模块，使用移动或联通公用通信网络。在远传监测模式下，信息通过GPRS通讯方式发送至应用层，实现监测功能；还可通过公用通信网络发短信至相关责任人手机上。

电源模块内置可充电、可更换电池，并设置移动充电接口。数据采集部分对电池模块进行控制。当各部分不工作时，电池处于休眠模式节省电力。设计电量检测电路，当电池的电量减少到设定值，热力小室数据采集部分会自动向总部或相关负责人报警。

3.应用层

应用层由数据处理部分和显示交互部分组成。

数据处理部分即远程数据处理中立，是安装了热力小室数据处理软件的计算机。该软件可对各个数据接入的热力小室的温度、湿度、沉降、液位信息进行处理分析，实现异常数据报警，统计长期数据进行趋势状态分析、故障诊断等功能。

显示交互部分有显示屏、交互终端等组成。显示屏作用是实时显示热力小室的监测数据供相关人员查阅，显示报警信息。交互终端是安装了专门开发的客户端的智能手机，相关人员可以通过客户端实时访问数据处理中心查阅一切相关信息，同时，手机还能接受来自数据采集部分通过GPRS方式发送的信息短信及报警短信。

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