于志宏

（衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，衡水 053000）

燃?xì)獾氖褂藐P(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此對燃?xì)馐褂玫娜^程進(jìn)行監(jiān)管十分重要。但是，傳統(tǒng)的燃?xì)獗O(jiān)管系統(tǒng)存在系統(tǒng)機(jī)制薄弱、監(jiān)控報(bào)警能力較弱等問題。本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的燃?xì)獗O(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)融合了通信、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對燃?xì)夤芫W(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)控和報(bào)警等功能。燃?xì)廨斉鋯挝豢赏ㄟ^監(jiān)控管網(wǎng)的流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)，靈活配置相關(guān)報(bào)警參數(shù)，從而全面提升燃?xì)廨斉鋯挝坏倪\(yùn)營管理水平，保障人們的生活安全。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

從結(jié)構(gòu)上看，基于物聯(lián)網(wǎng)的燃?xì)獗O(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)可以劃分為感控層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3層[1]。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。感控層位于系統(tǒng)的底層，用來完成對數(shù)據(jù)的采集、測量和控制。它主要由各種傳感器構(gòu)成，分布于工業(yè)用戶、城區(qū)管網(wǎng)末端等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)檢測管道內(nèi)燃?xì)獾牧髁?、溫度、壓力等參?shù)。網(wǎng)絡(luò)層位于系統(tǒng)的中間，也稱為傳輸層，主要完成數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)集中、數(shù)據(jù)交換。本系統(tǒng)采用無線接入，同時(shí)對通信模塊進(jìn)行了兼容性設(shè)計(jì)。應(yīng)用層位于系統(tǒng)的頂層，主要完成對數(shù)據(jù)的監(jiān)控和管理等。其中：管理應(yīng)用層主要包括數(shù)據(jù)庫和通信軟件；行業(yè)應(yīng)用層主要包括與相關(guān)服務(wù)器端的軟件業(yè)務(wù)。

2 三層體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 感控層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1.1 燃?xì)獗O(jiān)測終端的硬件設(shè)計(jì)

硬件總體設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。主控模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，核心部件是微處理器。數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，核心部件是流量計(jì)。通過采集流量計(jì)內(nèi)的數(shù)據(jù)，將其上傳至服務(wù)器[2]。電動(dòng)閥體DN50主要是主控芯片輸入/輸出（Input/Output，I/O）接口通過通信模塊控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)燃?xì)忾y門的打開與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制燃?xì)獾拈_關(guān)。顯示模塊液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）主要用來顯示充值時(shí)間、充值金額等。通信模塊主要用于上下位機(jī)之間的信息傳輸。

2.1.2 燃?xì)獗O(jiān)測終端的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)下時(shí)，因使用市電，可以忽略監(jiān)測終端設(shè)備功耗。當(dāng)系統(tǒng)處于斷開市電狀態(tài)時(shí)，若軟件設(shè)定主控單元空閑狀態(tài)超過3 min，則進(jìn)入低功耗休眠模式?？梢圆捎脤?shí)時(shí)時(shí)鐘（Real Time Clock，RTC）喚醒主控單元的低功耗模式，或者利用通信模塊主動(dòng)喚醒終端[3]。主程序的執(zhí)行過程如圖3所示。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)層連接著感控層與應(yīng)用層，因此通信模塊是網(wǎng)絡(luò)層的重要組成部分，用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

2.2.1 通信模塊硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）通 信，選 用Air202模 塊。GPRS模塊利用客戶識別模塊（Subscriber Identity Module，SIM）卡實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。主控芯片STM32與通信模塊Air202之間采用低成本且高穩(wěn)定性的接線板串口通信，并保留了多個(gè)通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）串口，便于兼容[4]。

2.2.2 通信模塊軟件設(shè)計(jì)

通信模塊Air202支持AT（Attention）指令，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中Air202 GPRS模塊與主控芯片STM32主要利用AT指令進(jìn)行入網(wǎng)、連接服務(wù)器等操作[5]。在測試階段，可以借助調(diào)試工具向通信模塊Air202發(fā)送相關(guān)AT指令實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接也可以根據(jù)主控芯片STM32的輸入/輸出（Input/Output，I/O）引腳判斷網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)[6]。圖4 為GPRS通信模塊與主控單元STM32通信的流程圖。

2.3 應(yīng)用層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用層包含調(diào)壓站、門站、監(jiān)控中心等一系列軟件[7]。本文主要研究應(yīng)用層的核心部分，即監(jiān)控系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)采用多層瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）模式和客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）體系結(jié)構(gòu)[8-9]。燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)的架構(gòu)采用的是Spring+Struct2+Hibernate框架集，簡化了對數(shù)據(jù)庫的開發(fā)操作，提高了開發(fā)效率。服務(wù)器端主要實(shí)現(xiàn)對異常數(shù)據(jù)給出報(bào)警信號、實(shí)時(shí)監(jiān)控下位機(jī)數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。設(shè)計(jì)Web端時(shí)，需要為使用者提供直觀、易讀、友好的交互界面，且盡量簡化操作流程。燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)的總體技術(shù)架構(gòu)如圖5所示[10-13]。

3 系統(tǒng)測試與現(xiàn)場調(diào)試

為了驗(yàn)證燃?xì)獗O(jiān)測系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、管理、監(jiān)測和控制等功能，對系統(tǒng)進(jìn)行模擬測試，并進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。測試結(jié)果如表1所示。從測試結(jié)果可見，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

表1 測試結(jié)果

4 結(jié)語

在經(jīng)過對系統(tǒng)的反復(fù)測試后，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)較為理想。系統(tǒng)運(yùn)行期間，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測現(xiàn)場的流量、溫度、壓力等數(shù)據(jù)，且系統(tǒng)的運(yùn)行狀況穩(wěn)定。設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的燃?xì)獗O(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)能夠通過數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、分析與處理實(shí)現(xiàn)報(bào)警控制，且數(shù)據(jù)的采集、管理、監(jiān)測和控制等功能均達(dá)到了預(yù)期效果。