基于无线网络技术的智能监控系统设计

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摘要：

文章介绍了基于网络技术的智能监控系统的软硬件设计。该系统通过检测节点将监测点的温度、湿度、风力等各种监测指标通过网络技术无线传输至监测中心。监测中心对传回的数据进行分析并传送至卫星通信网，再根据卫星通信网的反馈信息作出相应的反应，从而较好地实现分布式系统的无线监控。该系统非常适合于人工方式不易监测的领域按需采集相关信息。此外，该系统的实时性、可靠性、数据传输容量都有一定的优势。

关键词：

智能监控；无线传输；卫星通信网

随着计算机及现代信息技术的高速发展，监控系统正朝着无线化、智能化、实时化的方向发展。与传统的监控系统相比，无线监控系统具有诸多优点，比如，对分布式系统的实时监控和灵活管理，省去了大量的铺设线路和人工操作成本，同时也提高了安全系数，可以实时抽测各个节点的数据并作出相应分析，并真正实现实时、无线、智能化的监控。

1无线监控系统概况

目前无线监控系统的数据传输模式主要有3种：集群电台、短消息、网络。考虑到系统可能应用到的环境、传输数据的特点以及系统可扩展性等，选用网络模式来作为数据传输的方案。此外，选用该传输模式可以使用现有的无线基站，不需自建专用传输网络，因此可以大大节约成本。本文即是一个通过利用网络模式来无线传输数据的一个实例，重点阐述了基于网络技术的智能监控系统的组成和功能，以及网络技术在该系统中的应用。

2基于网络技术的无线监控系统

2.1系统组成

整个无线监控系统由现场监测终端、3G/4G无线网络、监测中心以及卫星通信网4部分组成，如图1所示。其中，现场监测节点通过各种传感器将采集到的温度、湿度、风力大小等信息转化为数据信息，经由无线模块发送，通过3G/4G无线网络以TCP/IP传输协议传送到监测中心，再以传送至卫星通信网，监测中心根据所得到的反馈信息进行分析和监控。控制指令经由原路逆向返回，以实现与监测现场的实时交互。

2.2无线监控系统的物理结构

由于系统使用了无线网络来传输数据，所以主要的设计就集中在监测终端上，对于传感器、无线模块，外部存储器、MCU等的选择与应用。其基本构成如图2所示。下面具体介绍各部分的功能及作用。（1）电源。电源关系着整个系统能否正常工作，考虑到系统可能应用的户外等环境，可选用太阳能电池与备用电池混合供电。（2）传感器。系统可根据所监测的需要，选择合适的传感器来进行监测，一般有温度、湿度、风力等传感器即可大致的监测出系统所处的环境概况。如需特别监测其他数据，如稀有气体，磁场等，则只需选用相应的传感器即可。选用的传感器采用485总线的通信模式，通过电平转换器与MCU的串口相连，根据MCU设定的时间实时的进行数据的更新。（3）FLASH存储器。存储器采用FLASH型存储器，保存监控中心IP和端口号、口令、采集数据等重要的数据，且在系统掉电后不会丢失。FLASH与MCU之间采用地址总线和数据总线复用的方式。（4）无线模块。无线模块，属于移动设备端，负责和无线网络进行信令交换。通过串口可以实现对它的控制和进行数据传输，包括短信息和网络数据等。（5）MCU（微处理器）。MCU应当选用功能强大、集成度高、性能稳定的集成芯片，不仅能够满足终端系统设计的需要，而且也非常适合各种恶劣环境。在此系统中，MCU需配备专用接口负责与无线模块进行通信，此外还需要模数转换器ADC。系统可根据传感器数量和种类来选用相应模模数转换芯片，目前常用的模数转换器具有12~14位有效输出能力，由定时器来启动ADC转换，并在ADC转换完成后由相关软件对接收到的采样数据进行处理、存储和按需传输。

2.3系统的软件实现

由于硬件设计的高集成度，所以大部分工作都集中在软件设计中，下面将对无线网络连接以及数据的采集传输做相应的介绍。（1）无线网络连接。在本监控系统通过无线网络来收发信息数据，以完成监测终端与监测中心的通信。为了使用无线模块实现信息传输，需要对无线模块进行初始化，包括设定它的工作模式、外部接入点和使用的协议类型等。此外，还要经过一系列握手协议操作方可实现无线网络连接。（2）数据采集传送过程。数据采集主要是指工作在监测终端的各传感器采集各相应的数据，经变换所得的AD值。数据采集完毕后，要传送到监控中心。由于各项参量数据不是独立传送的，所以首先要采用TLV(标识、长度、数据)的格式对所有的数据按顺序进行编码打包。然后，再以固定的长度对打包好的数据进行分块，分块的目的是保证每次送入网络的数据长度适中，易于网络传输。之后再调用数据传输子程序把每块数据顺序发送出去。在数据传输子程序中，原始数据块依次由应用层数据传送命令报文、传输层UDP包、网络层IP包和链路层PPP帧报文进行封装，然后送入无线模块，发送到网络中。传输层采用了UDP(用户数据报协议)协议，该协议是一种面向无连接的传输协议，其本身没有应答机制和命令重发机制，属于小的、节约资源的传输层协议，传输速度快。而设计者在应用层采用了应答和重发机制，所以可以确保数据被收到。网络层则采用IP协议，IP头里包含了本机IP地址和监控中心IP地址，指出了数据的传送路径。

3结语

本文主要研究了基于无线网络的智能监控系统的实现，分析了其物理构成及相应的实现方法。该系统的应用可以节省大量的人力物力，将其与卫星通信网关联并实现信息交互，在安全性、实时性、可靠性等方面均有较为显著的优势。特别是针对人力不易监控的领域，如国防特殊地区、民用危险品仓库及电力传输枢纽等实现监控管理，具有一定的实用价值。

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作者:蔡青 周琳凯 李晴飞 单位:南京熊猫汉达科技有限公司