环境监控系统范文

导语：如何才能写好一篇环境监控系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：动力环境监控；通信电源

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1007—9599 （2012） 14—0000—02

动力环境监控系统已经在各通信运营商日常运营过程中发挥了重要了作用，同时在系统运行的过程中也出现了一些棘手的问题，比如现在现今硬件能够灵活配置以及软件功能日益完善的情况下，其故障诊断及分析、数据智能统计等智能化方面的性能没有得到进一步的发展，而常规的人员值守抄表方式在动环监控系统中仍普遍存在，另外，动环监控系统在可靠性方面仍然不尽如人意。

一、动环监控的发展

（一）初期动环监控系统

初期的动环监控，主要采用干接点的方式，动环设备的参数相关信息通过通信设备（如传输设备、交换设备等）的网管系统进行处理并传送。这种初期的动环监控系统，实现方式以及体现出来的功能模块都较为简单，仅提供少量开关量。正由于系统简单，使得维护人员共容易掌握并判断动环系统故障点，但往往由于在知道故障时，系统供电同时也出现了问题。这种监控方式的主要特点是被动的，无法减轻维护人员的工作量，也无法提供维护的工作效率。

（二）中期动环监控系统

中期动环监控系统具有较全面的三遥功能。可通过对数据的分析来了解动环设备的运行状况。20世纪八十年代，由原邮电部科技司牵头，在广州电信长途枢纽楼对动环集中监控管理进行了试点研究。并通过这次的试点研究，在动环监控方面积累了宝贵的经验，使得我国在动环监控方面取得了长足的进步。

（三）当前动力环境监控系统的情况

在较为发达的国家，其动环监控仍旧处于以干结点进行数据采集的方式进行。反观我国，由于存在市电供电质量较差，这就要求后备蓄电池、油机等能提供后备电源能够始终处于良好的工作状态，这使得干结点方式监控的实用性并不很强。另外，由于我国地域辽阔，动环设备厂家众多，使得在网设备种类多且杂，质量也参差不齐。这些情况对维护人员提出了更高的要求，维护力度加大。干接点的动环监控方式无法满足要求。因此，具有三遥功能、高质量、全面的动环监控系统才是符合我国国情实际情况的有效系统。

另外，随着通信技术以及计算机技术的快速发展；在监控系统开发、实施过程中积累了大量丰富的经验；新技术、新工艺在通信电源设备中的应用；国家及行业出台更加规范的标准及规范，使得动环系统能够得到进一步的完善；这些都为建立高水平的电源监控系统提供了有力保证，动力环境监控系统将进一步走向智能化。

二、动力监控系统的网络结构

（一）动力环境监控对象

通信电源集中监控系统的主要监控对象为：高压配电设备、低压配电设备、变压器、备用发电机组、UPS、逆变器、整流配电设备、蓄电池组、直流—直流变换器、太阳能供电设备、空调设备，以及电信机房和电源机房的防火、防盗、温湿度等环境参数。

（二）三层汇接网络结构

结合目前通信运营商运行维护管理的模式，目前较为实用的网络结构为三级汇接网络结构，即SU—SS—SC结构，其中SU为端局（基站）监控单元、SS为区域监控站、SC为监控中心。

三级汇接网络结构图

（三）远端监控设备的接入方法

监控参量的获取是通过数据/信号采集系统完成的，监控单元（SU）的采集系统结构设计应具有灵活、可靠、易于扩展的特点，因此比较理想的结构是一个分布式采集控制系统。其结构如下图。

在监控对象中，除了需监测的模拟量和开关量外，还有智能设备和非智能设备。对智能设备，可用串行通信总线连接在一起集中监控；对非智能设备，既可采用干节点的方式进行控制，也可和其他测量设备组合在一起，形成具有一定“智能”的智能设备。

（四）系统运行过程中存在的问题

以上提到的是目前较为常用的动环监控系统的网络组成，同时在系统运行的过程中也出现了一些棘手的问题，比如现在现今硬件能够灵活配置以及软件功能日益完善的情况下，其故障诊断及分析、数据智能统计等智能化方面的性能没有得到进一步的发展，而常规的人员值守抄表方式在动环监控系统中仍普遍存在，另外，动环监控系统在可靠性方面仍然不尽如人意。这就要求我们必须在借助目前快速发展的计算机技术、通信网络技术的基础上，采用更为科学的管理方法，对动力环境监控系统进行升级完善，从而使其在日常的运营过程中提供更为可靠、智能的决策。

三、动力环境监控的发展前景

通信网络技术的发展，促使动力环境监控系统也必然向着高效、规范与智能的方向发展。

（一）规范化建设

首先，动力环境集中监控系统作为电信管理网的一个子系统，其发展方向是和其它几个系统（如交换网络操作维护系统，传输监控系统，信令网管系统等）一起逐步向TMN（Telecom Management Network，电信管理网）过渡发展的。目前我国大多数动力环境监控系统都是从电源监控系统过渡而来的，与TMN规范的要求还有很大的举例，即便有一些基于TMN规范的设计，大多数只是在功能方面和概念上遵循TMN的原则。动力环境监控系统在未来的一段时间内，必然沿着TMN的规范进行建设。

其次，由于目前动环设备厂家众多，质量及技术力量参差不齐，硬件及软件都是厂家自行设计生产，缺乏统一的执行标准，导致系统及各种协议差异性很大。为了提高行业的整体水平，统一软硬件，并进行规范化管理，若采用统一的接口和协议，使其标准化，提高软硬件的通用性，对于第三方设备生产厂商也可以很容易接入现有的监控系统，提高系统的扩展性。

（二）智能化发展

动环监控系统发展至今，系统由小变大，从技术上来看，各种远程接入、远程通信、智能设备的接入等问题已经没有任何问题，另外比如遥控遥测、故障告警、数据存储等功能也相当完善，系统所具备的这些功能也都基本上能满足维护的需求。但如数据统计、数据分析、专家系统等相对高智能的性能还没有很好的使用并发展，这些高智能的功能对整个动环监控技术的发展具有更深远的意义。所有高智能性能有以下特征。

1.能进行故障诊断及对相关数据进行存储和分析，进而分析出故障原因。

2.进行故障情况的统计分析，提出预防事故的措施及方案。

3.通过数据统计分析，为供电系统管理维护提供依据。

4.能够进行供电调度，智能化管理负荷调配。

5.通过对蓄电池的电压、放电曲线监测，分析蓄电池组的性能。

6.集合专家技术力量，建立专家信息库，更好的进行故障诊断和分析。

7.动环监控系统的自我诊断功能。

（三）Web网管

现在，已经有越来越多的网络管理系统不是已经开始支持Web，就是正在计划支持，这意味着在网络上的任何人，只要拥有Web浏览器，并拥有适当的权限，都可以从网络管理系统中浏览数据并作适当的修改。

Web网管的优点在于，传统的网管只能在控制台访问数据，而Web浏览器则可以在任何地方访问数据。Web网管还有助于解决分布式网络管理的一些难题。

四、结束语

更规范化、更智能化、更大众化将是动力环境监控系统发展的主要方向，如何在现有监控系统的基础上，通过合理化配置，在运维工作中发挥更大的作用，将是各通信运营商需要重点考虑的问题。

参考文献：

[1]《电信工程设计手册（通信电源）》人民邮电出版社，邮电部设计院编，1991年3月第一版

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关键词：动力环境；监控；通信

中图分类号：TP315.1 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 12-0000-01

Power and Environment Monitoring System Application

Li Yuanda

(China Tietong Changchun Branch,Changchun130052,China)

Abstract:The power and environment monitoring system using advanced communications technology,the distribution in the territory or remote area of room of the communication power supply equipment and environmental monitoring,in order to realize the engine room environment,alarm,secu-

rity and so on emergency treatment,so as to achieve a regional or different area each room and real-time monitoring environment.

Keywords:Dynamic environment;Monitoring;Communication

一、建设方案

（一）规划原则

根据日常维护管理的需求，本着充分利用现有网络资源和节约建设投入，遵循总体规划、着眼未来的原则，在吉林省范围内搭建了动力及环境监控系统的结构框架，并顺利投入运营。此次工程在吉林地区建设79个局点，其中包括1个一级监控中心，9个区域监控中心，69个监控站/单元，监控中心设在省公司网管中心机房。

该动力环境集中监控系统建成以后，配合网管系统，具备了一个完善的通信网络维护支撑体系，为全面提供网络维护水平打下了坚实的基础。

（二）动力及环境监控系统具备的功能

1.监控功能

具有遥信、遥测、遥控功能；

对高低压配电、整流设备、空调、蓄电池的监控；

对机房环境的监控；

监控对象：

电源设备：高/低压配电设备、变压器、发电机组、UPS、逆变器、蓄电池组等；

空调设备：集中空调、基站空调；

机房环境：门磁、水浸、温度、湿度、红外、烟雾/火警等；

雷击：防雷系统；

2.告警处理功能

SC和SS都具有告警处理功能。告警分紧急告警、重要告警和一般告警，并对应产生不同的声光报警提示。

3.统计查询功能

SS根据辖内各SU的采样数据报表内容统计日、月、年告警信息，操作记录，监测数据，直流设备负载等，任何一天的设备运行参数。

二、吉林铁通动环境监控系统的实现方案

根据吉林地区维护管理模式，监控系统采用倒树型汇接结构，即由现场监控终端向上汇接到监控中心，整个系统由管理监控中心进行监控。监控系统的网络可利用既有的传输通道和资源建立起来。

吉林铁通采用分散的维护方式：即建立一级管理监控中心和多级区域监控中心。可利用单坐席和多坐席形式组成局域网进行监控，并预留与上一级监控中心的网络接口，利用这个接口，上级监控中心可以得到这一区域本地网监控数据和管理信息。

无论从长期的规划还是从目前的发展来看，该方案都比较适合铁通现有的网络架构。

三、动力及环境监控系统的网络结构和传输方式

（一）网络结构

采取逐级汇接的三级网络结构：地区监控中心-监控站-监控单元。即以地市分公司为单位设置本地网监控中心SC，以电信营业区中心端局为单位设置监控站SS，模块局机房设置监控单元SU。监控单元（SU）负责对各站点机房内各动力设备、机房环境进行数据采集，采集的监控数据送到监控中心（SC），在监控中心（SC）实现对本辖区通信机房内动力环境集中监控、集中管理、集中维护的目的。

（二）传输方式

地区监控中心与监控站之间的传输采用2M传输方式，监控站与监控单元之间的传输根据传输资源情况采取2M或PSTN拨号传输方式，监控单元SU与监控模块SM之间采取点到点通信方式：各种环境变量传感器与SU间采用数据线直接连接；动力电源设备与SU间采用RS232/RS485/RS442标准通信接口进行连接；智能空调与SU间采用采用RS232/RS485/RS442标准通信接口进行连接、非智能民用空调与SU间采用红外遥控方式进行连接。

四、动力及环境监控系统在吉林铁通应用效果

中国铁通吉林分公司的动力及环境监控系统工程自2007年5月份正式投入运行以来，基本上达到了预期的效果。

（1）监控系统的集中监控与控制功能，解决了对吉林省城域网上设备的实时监控，实现了人工维护所无法达到的24小时自动实时检查和例行巡检自动化，极大提高了维护的工作效率。

（2）通过实时告警可以将告警信号能直接而且直观地反映在监控中心，是值班人员能在第一时间发现故障，并对故障类型有一个准确地判断，可以尽可能地缩短故障延时，将随时控制在最小范围内。

（3）维护人员可以通过认真分析监控系统提供的动力设备运行数据，做好动力设备的质量管理工作。

（4）城域网机房的防火、防水、防盗的安全管理。

（5）配套设备的固定资产管理。

参考文献：

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1.1RS-485总线RS-485是串行数据接口标准，1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。杨卫中等（2006）[1]开发了基于现场总线的分布式温室自动控制系统，系统硬件由上位机、智能控制器和智能节点3层组成，采用RS-485总线作为层间通信网络。曹洪太等（2006）[2]提出了一种针对温室环境监测的基于WEB的数据采集和信息系统设计方案，从软、硬件的角度介绍了系统的实现方法。硬件系统通过RS-485总线与数字传感器连接，并与具有联网功能的监控计算机构成温室现场监控系统。韩慧（2012）[3]设计了一套能实时控制温室内温度、湿度以及CO2浓度等多参数的温室环境监测系统，由一台PC机与多个下位机组成主从式分布结构，采用RS-485总线通信网络进行数据传输，可实时采集各环境参数值进而进行远程控制。杨靖等（2013）[4]设计了一种基于RS-485总线和短距离无线通信方式相结合的温室环境监控系统；在每个温室内，由无线传感器网络构成一个测量单元（网关节点），各测量单位通过485总线与计算机连接。RS-485接口具有良好的抗干扰性，按其接口组成的半双工网络一般只需二根连线，长的传输距离和多站能力等优点使其成为首选的串行接口，但是RS-485总线的主从和半双工的工作方式难以实现各节点之间的数据交换，且存在效率低、实时性差等问题。

1.2CAN总线CAN总线（ControllerAreaNetwork）即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。胡真明等（2007）[5]设计了基于CAN总线的温室环境单片机测控系统，系统主要由上位机、CAN现场总线、智能测控节点组成，考虑到一般是几栋温室连成一片以及在大型温室里通常都有若干个测控点，基于CAN总线的优越特性、可以将若干个温室的测控点和具有CAN接口的PC机监控站通过CAN总线连在一起。张颖超等（2009）[6]利用CAN总线的特点和性能优势，提出基于CAN总线的温室监测系统的实施方案，采用主从方式，通过CAN总线将每一个独立的监测节点连接起来，实时采集数据传送到上位PC机进行处理；同时自定义了CAN总线通信协议，并给出数据通信流程。为了提高温室控制系统的效率、性能和智能化水平，李晓静等（2010）[7]基于CAN总线，设计了一种结构简单、实用性、可靠性相对较好的温室群控系统设计方案。张丽红等（2011）[8]基于CAN总线设计了温室节水灌溉控制系统，系统能够实现连栋温室内多小区的灌溉自动控制，可集中管理，也可独立控制。相对于RS-485总线，基于CAN总线的分布式控制系统具有以下优势：①工作于多主方式，无主从之分，数据通信实时性强；②节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，总线上其他节点的操作不受影响；③通信直接传输距离可达10km/5kbps，挂接设备数达110个；④报文为短帧格式，并具有硬件CRC校验，传输时间短，出错率极低。

2无线通信方式

与有线方式相比，无线通信网络是一种以数据为中心的自组织无线网络，具有可快速临时组网、拓扑结构可动态变化、抗毁性强、无需架设网络基础设施等优点。常用的无线通信方式有ZigBee、蓝牙、WIFI以及GSM/GPRS技术等。

2.1ZigBee技术ZigBee这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的无线网络技术，工作在2.4GHz的ISM频段上，符合802.15.4标准，主要用于近距离无线连接。运用这种技术将温室监测系统中的各种电子设备组成一个无线传感器网络，从而方便快捷地对温室环境参数自动监测，这将是温室环境控制的又一突破，具有重大意义。Zhou等（2007）[9]基于ZigBee技术，设计了一个温室监控系统，温室内传感器使用星形拓扑结构，而温室与管理系统之间使用网络拓扑结构。针对温室布线复杂、扩展性差、维护困难等缺点，江儒秀等（2008）[10]提出基于ZigBee无线通信技术的温室环境群控的解决方案，采用JN5121-DKl03模块设计了基于ZigBee树型网络拓扑结构的分布式温室群控系统，并介绍了整个系统的设计方法。Hwang等（2010）[11]利用无线传感器网络组建立了三层温室红辣椒管理系统，传感器、监控相机等数据采集为物理层，传感器管理、数据库服务等为中间层，WEB应用、PDA应用等为应用层。传感器包含环境传感器和生长传感器，环境传感器用于采集植物生长的环境信息，如照度、温度、湿度、风向、风速、CO2浓度、营养液EC、pH等；生长传感器用于测量叶温、茎秆直径、植株高度、体积等的变化。Park等（2011）[12]开发了基于ZigBee的温室测控系统，采集的环境参数包括作物叶片温湿度、环境温湿度和露点测控系统，所有测量数据存储于数据库服务器，并为远程用户提供查询服务。Fukatsu等（2011）[13]采用智能体（Agent）技术实现无线网络节点与Internet的连接，并开发了基于WEB的农田信息监控管理系统。陈勇等（2012）[14]提出了一种基于物联网的农业灌溉监控系统，采用ZigBee无线通信技术实现对地表下植物根部深度土壤含水率进行立体监测。应用ZigBee技术，可以通过无线传输方式实现每个节点温室环境控制器与管控计算机的组网和灵活的网络数据传输，提高了温室群控系统的可靠性和灵活性，并大幅度降低了成本。

2.2蓝牙通信技术蓝牙（Bluetooth）技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，使各种设备在无线连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHzISM频段，而且不容易受到外界干扰源的影响。杜辉等（2005）[15]将蓝牙无线通信技术和现场总线技术相结合用于温室群控，环境传感器与温室现场控制器之间通信采用蓝牙技术，而温室现场控制器与中央监控计算机的通信使用CAN总线的方式，以提高系统的可靠性、抗干扰性以及灵活性；并以蓝牙芯片EricssonROK101007和CAN总线为例，阐述了基于蓝牙技术的分布式温室气候监控系统的硬件与软件设计方法。Kim等（2008）[16]利用无线传感器技术设计了一个定点精准线性移动灌溉系统，该系统采用蓝牙技术实现无线传感器网络与基站的通信,并利用GPS技术定位灌溉点。黄晓鹏等（2008）[17]设计一种基于DSP和蓝牙无线传输技术的分布式沼气加热温室控制系统，环境传感器与现场控制器的通信采用了蓝牙技术，采用的DSP处理芯片具有CAN总线功能，克服了温室内部管道和线缆布置复杂以及线缆容易老化、损坏的缺点。贾海政等（2009）[18]基于蓝牙技术设计了一套温室温度自动检控系统，测温点与执行机构(加热器、通风窗)实现无线连接，系统根据作物不同时期对温度的需求，将温度控制在适合作物生长的最适宜温度区，使作物快速、高效生长，提高经济效益。

2.3无线WIFI技术/无线局域网WLANWIFI（WirelessFidelity）网络,符合IEEE/802.11b协议，是由AP（AccessPoint）和无线网卡组成的无线网络，组网方式较为简单，主要优点是无线接入、高速传输以及传输距离远。为管理一组温室，Serodio等（2001）[19]开发了一个分布式数据采集和控制系统，并将多种技术用于数据通信。在每个温室内，底层传感器与控制器的连接采用频率为433.92MHz的无线局域网（wirelesslocalareanetwork,WLAN）。Mizunuma等（2003）[20]开发了一个可以在大田和温室使用的基于WLAN技术的作物生长监测系统，并实现了远程控制，他们认为远程控制策略可以极大提高产量和降低劳动量。马增炜等（2011）[21]设计了一套以集成了WIFI功能和ARM内核的智能温室环境控制系统，实现了通过无线网络对智能温室内温湿度、光照和CO2浓度的采集、汇总、显示和记录。Otoniel等（2012）[22]提出了一种自动监测系统,基于一个低成本WIFI技术的图像传感器，周期性的捕捉和发送农田作物的病虫害信息到远程控制站。温室监控系统充分利用现有普及的WIFI网络资源，有效地提高了无线网络的通信距离和覆盖面积，具有成本低、普及性好、兼容性强、传输带宽、传输速度快、标准化等优点。

2.4GPRS/GSM通信技术GPRS（GeneralPacketRadioService,通用分组无线服务）是一种分组数据承载业务，具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输、无距离限制等优点，广泛应用在手持式仪器设备、农业物联网等领域。Mancuso等（2006）[23]在一个番茄温室中设计了一个监控系统，采用无线传感器网络对空气温度、相对湿度、土壤温度等进行测量；并开发了一个基于WEB技术的植物监控应用。当测量快速变化时，报警信息就会通过短消息服务（SMS）或GPRS方式发送到温室管理者手机中。孙忠富等（2006）[24]针对农业对象具有的多样性、多变性、以及偏僻分散等特点，提出了一种基于GPRS和WEB技术的远程数据采集和信息系统方案，将485总线与数字传感器连接，并与监控计算机构成温室现场监控系统，利用GPRS无线通信技术建立现场监控系统与互联网的连接，将实时采集信息发送到WEB数据服务器。李莉等（2009）[25]设计一种结合嵌入式技术、无线传感器网络技术的温室环境信息采集与监测的系统，系统控制终端基于ARM9和嵌入式Linux操作系统进行设计，用于温室环境数据的接收、实时显示和存储，通过GPRS方式实现与远程管理中心的通信。张西良等（2010）[26]构建了三层次无线传感器网络系统，将短距离无线传感器网络通信技术与远程GSM网络技术相结合,以实现无线传感器节点和远程管理计算机之间信息高效无线传输。Antonio等（2011）[27]提出了一个基于无线传感器网络技术的农田信息的数据采集系统，该检测系统由GPRS网络与集成检测电路构成，通过传感器和GPRS通信模块实现数据采集和传输，满足了作物信息实时获取的要求。GPRS通信方式适合远距离并且不具备有线网络的情况下的数据传输，采用包交换的优点是在有数据需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的数据量计价，这对用户来说是比较合理的计费方式。

3常用通信技术比较

上述6种作为温室监控系统常用的通信方式各有特点，在不同的应用场景下可以发挥各自优势，扬长避短，也可以将这6种通信方式进行组合，达到高效、远程传输的目的。常见的是适合近距离的通信方式和远距离传输的GSM/GPRS结合，刘士敏等（2013）[28]设计了针对温室大棚中温湿度、CO2浓度、光照强度和土壤温度等参数的无线实时监控系统，采用WIFI技术的无线传感器网络对环境参数进行采集，当超过预先设定的阈值时，可以通过蜂鸣器报警和GSM短信息报警。李颖慧等（2013）[29]设计了基于ZigBee的营养液电导率实时测量自组织网络，同时系统集成了GPRS模块，实现了营养液电导率与温度信息的远程传输与监控等功能。有线通信具有高可靠性、速度快、稳定等优点，但布线繁琐、成本较高。无线通信方式具有设备移动性好、不需或只需少量布线的优点，但存在易受环境影响和延迟较大的不足。从发展角度而言，WIFI网络因具有带宽较宽、传输速度快、兼容能力强、抗干扰能力强等优点[30]，将会成为设施农业温室监控系统重要的信息传输方式，也将是温室信息传输技术的重要研究方向。

4结语

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为提高温室大棚生产过程的自动化、信息化水平，设计一种基于ZigBee技术的日光温室环境监控系统。由监测和控制两部分组成。监测部分采用ArduinoMega2560板对传感器监测的环境参数进行实时采集、处理；控制部分采用ArduinoMega2560板，通过控制继电器来控制被控设备以改变环境因子。同时该系统采用ZigBee无线透传模块TB0106构建ZigBee通讯网络，各采集节点和控制节点采用星型组网方式。我们介绍了系统总体设计流程图，软件采用模块化设计，该该系统具有良好的稳定性和较高的通信效率，可以满足温室大棚环境监控对无线通信网络的传输和组网要求，具有较高的推广价值和应用前景。

关键词：

ZigBee；无线传感网络；温室环境监测系统

我国是一个农业大国，但是随着农村外出务工人员的增多以致务农人数的不断减少，原先的个体小规模种植模式也将会被大规模的现代化的种植业所替代。农业种植将向规模化发展。我国的农业主要面临下面两个方面的现状：农业的信息化低，智能化程度低。我国现在大部分的地方依然依靠传统的农业生产方式，先进的科学技术在农业生产方面的应用很少。因此急需科技人员在农业的信息化，智能化，规模化方面的研究；目前我国各地都拥有大量的农业大棚，如何对农业大棚中的作物生长环境进行监控将直接影响作物的生长及产量，而对作物来说，空气温度湿度，光照强度，二氧化碳浓度，土壤湿度和通风状况是影响作物生长的主要因素。本课题研究的是无线通讯在农业大棚的监控系统，采用Arduino作为主控制板ZigBee无线通讯模块组建通讯网络还有各种传感器（温度，湿度，光照强度，二氧化碳浓度等传感器）搭建整个系统以实现对农业大棚的智能化管理。

1该系统主要硬件的介绍

1.1arduino

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件烧录进微控制器[1]。

1.2zigBee模块

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗区域网络协议。根据这个协议规定ZigBee技术是一种短距离，低功耗的无线通信技术。其特点是近距离，低复杂度，自组织，低功耗，低数据速率，低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。ZigBee可以工作在2.4GHZ，868MHZ和915MHZ三个频段上，分别具有最高250kb/s，20kb/s和40kb/s的传输速率它的传输距离在10到75m的范围内。ZigBee节点所属类型主要有三种，分别是协调器，路由器，终端。同一个网络中至少有一个协调器负责各个节点地址分配理论上可以连65536个节点[2]。

2系统总体设计

无线传感器采集节点能够通过大量的传感器节点的相互协作，实时采集监测对象的信息，然后将采集到的信息用无线模块发送出去，并以自组多跳的网络形式传送到服务器，最后客户可以通过手机电脑等设备远程查看和控制。传感器采集节点主要是Arduino作为底板和ZigBee无线模还有各个传感器组成传感器采集节点。本系统采用ZigBee协议进行优化配置[3]:实现ZigBee网络中的四种节点（协调器节点，路由器节点，终端节点，控制节点）应用程序与ZigBee协议镶嵌，从而完成节点之间的成功组网和数据的无线传输，最终为设备实时监测与控制系统提供基础通讯平台。

3采集节点设计

采集节点可以采集空气湿度，土壤湿度，温室光照强度及二氧化碳浓度等环境因子。大气温湿度和光照强度以及二氧化碳浓度是影响作物生长的最主要因素，因此，将空气的温湿度，光照以及二氧化碳浓度传感器作为系统的基本装备元件，其余传感器可以根据不同的温室环境需求来进行扩展。采集节点选用Arduino作为微处理器，为了实现监测参数的扩展我们采用了Arduino和Arduino扩展板连用已达到增加I/O口，主板主要实现数据处理，无线传输等功能。大棚内的环境参数主要是通过无线传感器网络终端节点进行采集。由于系统采用模块化设计，各模块之间的设计基本相同，因此每个数据采集节点对环境信息的采集过程是相通的。

4控制节点设计

控制节点主要是用来接受上位机发来的控制命令并执行命令，以控制设备的启动与停止。控制节点通过控制固态继电器来控制交流接触器，最终控制设备的启动与停止。设备状态信息通过继电器的常开触点采集，触点闭合表明设备启动，触点断开表明设备停止。控制节点可以控制风机，遮阳帘，加湿器，加热器等被控设备。并采集设备状态信息。控制节点正常启动时，打开串口，设置好ZigBee协调器的信道和ID号，初始化协调器，节点加入网络成功后，当串口接收到来自处理器的相关命令时微处理器同样通过指令来控制该节点的被控设备。控制节点有5V和3.3V两个电压等级。节点的主要供电方式为5V，由太阳能供电系统提供。Arduino控制板和固态继电器需要5V电压，ZigBee模块需要3.3V电压。由于控制节点是强电与弱电的结合使用，为防止强电与弱电之间相互干扰，供电部分设计了稳压电路，此电路一方面将强电与弱电隔离，另一方面将弱电电压稳定在5V。

5太阳能供电设计

温室大棚要实现准确控制作物生长情况，就需要检测节点较多，如采用常规的的电源供电方式需要架设电线，由于温室内环境的影响，电缆在高温高湿度的环境中极其容易腐蚀因此使用周期短效果差。温室的结构特点决定了其内部光辐射量强，有利于采用太阳能供电方式来提供电力供给，从而避免大量电缆架设，采用该供电方式有利于能源节约[4]。太阳能供电系统，由太阳能电池板，太阳能控制器，蓄电池组成，太阳能电池板将光能转换成电能储存在蓄电池中以提供检测节点和控制节点的电力供给其结构框图。

6显示节点设计

为了更好的人机交流本系统设计了显示节点，该节点采用Arduino为底板即微处理系统，以协调器的身份加入网络，用户可以通过显示节点查询各个采集节点的实时参数即通过键盘输入命令经过微处理器处理后向各个采集节点发出请求命令在由无线模块将请求命令发送出去，这时各个采集节点收到请求命令后做出响应并将实时采集到的环境参数发送到显示节点，经过微处理器的分析处理后由液晶显示模块反应给用户。该显示节点具有最值分析功能，均值分析功能，不仅可以实现特定监测点的实时监测，还能对整个监测区域进行总体监测。对单个特定监测点的监控是指对这个特定监测点的所有监测参数进行分析处理然后通过函数图像的形式显示该节点的参数变化趋势使得用户可以更直观的了解温室的环境变化[5]。

7网关设计

由于用户不能随时的近距离观察温室的环境状况为了解决这一不便利因素该系统设计了网关就使得无论用户在哪里只要有网络的地方用户都可以通过移动通讯设备（手机，平板电脑和其他无线设备）登上网关所绑定的网页实时的对温室环境参数的监控和管理。网关通过ZigBee协议从传感器节点接收到数据，经过应用层与串口转以太网模块进行通信，次模块与PC机通过英特网口相连，PC机通过访问模块的网址来访问环境参数。从而实现了ZigBee信号向TCP/IP的转换。PC机通过模块IP地址，将数据发送给该模块，以太网模块与Arduino-uno进行串口通信，实现TCP/IP向ZigBee的转换。

8结论

温室环境监控系统能实现的基本功能：1）可24小时实时对温室的温度，湿度，光照强度，二氧化碳浓度进行检测并可以通过ZigBee无线模块实时传给主控。经过主控分析处理之后以数字和字母方式由液晶显示器显示监控信息；2）由于传统的供电方式采用连线方式由此造成了走线复杂维修困难，该系统采用太阳能电池板供电白天由于光照充足，由太阳能电池板发电一部分供给各采集节点一部分供给蓄电池充电以提供夜间工作做时供电。在此由于光照强度是变化的所以太阳能电池板提供的电压是不稳定的因此我们设计了自己的稳压器以提供稳定的工作电压；3）由于用户不能随时的近距离观察和监控温室的环境状况为了解决这一不便利因素该系统设计了网关，使得无论用户在哪里只要有网络的地方用户都可以通过移动通讯设备（手机，平板电脑和其他无线设备）登上网关所绑定的网页实时的对温室环境参数进行监控和管理。

作者：段鹏伟 王俊学 单位：天津农学院工程技术学院

参考文献：

[1]李海建.基于农田的无线传感器网络路由协议的研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2008.

[2]渠淼,牛国锋,冒张霄,等.基于Arduino的智能环境监控系统设计[J].微型机与应用,2014,(20):83-85.

[3]乐佳琪.基于ZigBee无线传感网络的分布式气象信息数据采集系统设计[D].上海:上海交通大学,2014.

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【关键词】机房；动力环境；监控系统；系统结构；系统功能

引言

计算机技术与通信技术在给人们生活带来诸多便利的同时，其配套设施的规模也在不断扩大，对设备的精密要求程度也越来越高，从而必然会导致机房数量的成倍增长。为使机房内的配套设施保持长期的正常运行状况，机房内应配备一套良好的动力环境监控系统，它既可大幅度地减少机电事故，又可避免人力资源的浪费，可谓“一举多得”。

一般而言，机房动力环境监控系统应包含以下组件：①动力系统，为机房内配套设施提供动力；②环境系统，主要用于检测机房内的温度、温度、风量、照明与漏水情况；③消防系统，用于预防机房内的火灾事故；④保安系统，用于门禁管理。这些组件可通过网络通信接口连接在一个共同的计算机支持平台上，从而实现了各组件的实时监控与集中管理，一旦有故障发生时，该系统能自动及时地发出警报，管理从员可根据此信号做出迅速的处理。

1、监控系统特点

1.1报警方式灵活 机房动力环境监控系统能根据实际需求灵活选择报警方式（如电话、短信、计算机窗口报警等），这些方式具有快速、便捷等特点，因而管理人员可依据警报信号快速定位故障源并做出迅速的反应。同时，该监控系统可根据故障的类型与严峻程度确定处理的优先级别。具体而言，对于级别较高的故障类型，可在计算机窗口显示报警信息，同时发出有声提示，必要时可结合电话报警和短信报警的方式共同来监控机房动力环境。

1.2支持多种智能设备 为提高系统的兼容性，机房动力环境监控系统在设计时考虑了通信信息在通信层、规约层、业务逻辑层之间的联系，因而能支持多厂家生产的智能产品，如UPS电源、空调等。

1.3数据管理功能强大 机房动力环境监控系统存储容量大，通常3～5年内的监控数据都可在数据库中查询到，并且以曲线图显示，因此，峰值、最小值等特定数据可一览无遗。

1.4可实现分布式监控 系统基于TCP/IP及SNMP，可以实现对多个机房、多个地点的设备进行集中或分散监控。计算机网络可以是局域网、广域网，传输协议为TCP/IP。

2、监控系统的结构

机房动力环境监控系统采用逐级汇接的结构，分别由监控站、监控中心、通信模块、监控模块组成。在设计中充分考虑了系统的稳定性、兼容性、系统所有设备的性价比、及其系统今后扩展、扩充需要。监控站用来实现各种上层应用以及系统配置，管理人员可以通过B/S、C/S两种方式进行数据管理、安全管理、配置管理、报表管理。监控中心安装前置通信服务器和数据库服务器。通信服务器通过通信模块采集监控模块采集的监控数据，并将采集数据存入数据库；同时，通信服务器响应监控站下发的命令，进行数据的立刻采集，并将数据返回到监控站进行显示。通信模块由多功能控制器组成，通过网络与监控主机进行通信，它是监控模块与监控主机的通信桥梁。多功能控制器完成将监控模块采集的各种数据传输到监控中心主机。一个多功能数据控制器提供多路RS232或RS485/RS422接口，其中一个RS485接口可以连接多个监控模块。监控模块与被检测设备通信，定时进行监控信息的采集，并执行相应的数据处理或控制操作，再把处理结果和告警信息传送到监控中心，由监控中心进行数据的处理和报警信息的。

3、监控系统的功能简介

机房动力环境监控系统具用五大功能，分别是安全管理、报警管理、数据管理、配置管理及报表管理。

3.1安全管理 监控系统分别对监控对象和运行参数设置了管理权限，对于前者，可将权限指定分配给某公司员工，或者是为某个用户帐号开通此类权限，对于后者，可将修改和查看权限赋予同一个员工，也可分别赋予不同员工。同时该系统能将用户操作信息（如登录用户名、登录时长、操作内容、登出时间等）以表格的形式记录在案，便于事后管理。此外，通过设置参数可使系统每间隔一断时间系自动进行数据备份，防范由于操作不当或系统本身故障导致的数据丢失的情况发生，在此情况下，系统可根据最近储存的数据自动恢复，以保证系统的安全。

3.2报警管理 出现故障时，该系统能将事件的发生时间、发生源、事故起因、优先级别等内容以日记的形式自动记录和存储在数据库中，并限制用户关于故障的任何修改权限，规定他们只能拥用查询和打印的权限。同时，系统可自动分析故障原因，并且能够屏蔽掉误报及其无需警惕的报警事件，以供管理人员参考。报警方式可分为如下几种：①屏幕报警，通过窗口闪烁、文字与声音提示的方式通告现场的工作人员；②电话报警，事故发生时，系统能根据存储的值班电话信息自动拨号，及时通知相关人员；③短信报警，同电话报警类似，不过不同之处在于报警信息是以短信的形式发送；④邮件报警，该方式适用于优先级别较低的情形。

3.3数据管理 包括历史数据管理和实时数据管理两种方式。前者是通信服务器将所有监控数据存储在数据库服务器中，以便管理人员随时进行各个监测项目的历史资料查询。后者是指监控站可根据实际需求向监控主机发送采集各种监控对象数据的采集指令，收集各监控单元上报的各种实时数据，将采集的数据进行分析、处理，生成实时动态曲线图，以供管理人员分析。

3.4配置管理 配置管理主要包括运行参数配置和监控对象参数配置。所有参数配置只能由具有权限的系统管理员才能进行配置和修改。如配置或修改不当、运行出现故障时，系统会自动将数据恢复到上一次正常状态。监控对象参数配置包括新增、删除、修改监控对象的监控参数。如果修改不当，系统会在下一次启动时自动恢复上一次正常状态。

3.5报表管理 系统将所保存的历史数据、操作记录、事件日志生成各种报表进行管理，可针对不同的监控对象形成独立的报表，亦可对所有的监控对象生成整体的统计报表，包括生成历史数据统计报表、报警统计报表、操作统计报表等。

4、结语

信息社会发展的结果必然会导致人们越来越依赖于先进的设备和技术，其结果是房内的高昂设备愈积愈多且趋于复杂化，为了减少设备故障引起的经济损失和人力投入成本，可采用机房动力环境监控系统弥补这方面的不足，少量的维护人员就可维持系统的稳定，同时系统发出警报后，管理人员可以在第一时间得到各项异常参数， 并根据实际情况进行处置。

参考文献

[1]伊益华.铁路通信机房动力环境监控系统分析科技创新与应用，2014（12）.

[2]张宁.无人通信站机房动力环境监控系统可靠性研究[J].中国新通信，2013（12）.

[3]黄庆.物联网技术在机房动力环境监控系统中的应用设想[J].科技创新与应用，2013（02）.

[4]李艳华.通讯机房动力环境监控技术分析[J].电子制作，2013（09）.

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（中铁建电气化局集团南方工程有限公司 湖北 武汉 430074）

摘 要：介绍了通信电源系统的重要性及组成和特点，详细了解了当前铁路通信电源及环境监控系统的组成及功能特点，重点以青荣城际铁路为例，介绍了当前高速铁路使用的通信电源及环境监控系统的具体解决方案。

关键词 ：通信电源监控系统；特点；应用

中图分类号：U238 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．08．030

0 引言

通信电源是通信系统的重要组成部分，是为通信设备提供安全、可靠、高效、稳定、不间断的能源，要适应通信技术的整体发展， 通信电源设备性能的要求也必须逐步提高。除必须满足基本的功能外，还要求具备交流配电、自动切换、直流配电、远程智能集中监控的需要。

1 通信电源系统的组成和特点

一套完整的通信电源系统应该包括5个部分：交流配电单元、整流模块、直流配电单元、蓄电池组、监控系统。通信电源具有如下特点。①设备及其种类多、分布广，而质量参差不齐；②设备缺少必要的监视控制手段， 通信控制接口标准各异；③需要定期检测维护；④设备要有备品备件，市电要有双路或多路输入，交流和直流互为备用；⑤设备允许的交流输入电压波动范围大。

2 铁路通信电源及环境监控系统的组成及功能特点

2．1 铁路通信电源监控系统的组成

铁路通信电源监控系统由监控中心与沿线站点的远端监控单元组成．监控中心是沿线各站点机房环境数据集中监控的维护、统计分析和管理的中心，主要包括业务主机，监控主机、打印机、服务器等。监控中心负责对现场监控设备传送的各类信息，进行数据分析处理、存储显示打印、并用多种方式示警，出现故障后随时进行相关处理工作，派班命令，记录处理结果。

现场监控设备RTU是整个监控系统最基本单元，监控终端、智能环境监测、智能空调监控、通信电源监测、视频编码等是一个集成的整体。

2．2 铁路通信电源监控系统的功能和特点

（1）系统具有联动操作性。即当监控系统中某一条件成立后，立即执行相应的动作。例如，当环境温度过高时，自动地使该处的空调工作于制冷状态；当环境温度过低时，自动地使空调工作于制热状态。联动的规则由管理员来定义，当一般操作员进行监控时，监控系统会使用已经定义好的联动规则，当条件成立后自动地进行某些动作。

（2）系统能够实现与第三方视频系统的关联互动。环境监控系统的告警能够自动触发视频系统的关联动作，视频系统有关机房部分的告警也能自动纳入环境监控系统进行统一管理。

（3）监控系统具有比被监控设备更高的安全可靠性，监控系统的设备和软件，在统一的系统时钟下同步实施监控工作，监控系统具有准确的时钟校准功能。在网络中断条件下，具有本地告警存储能力，支持扩展外部存储；自动记录网络中断期间发生的告警，设备预留的告警存储空间大于256M。

（4）监控系统的安全性。①监控系统中心及现场设备的安全性有保障；②系统有多重密码机制，密码可由系统维护人员维护；③监控系统有系统工作日志，详细记录所有的操作过程和报警事件；④监控系统数据处理主机具有良好的病毒防范能力；⑤系统具有故障降级运行模式，在系统中心故障状态下，用户可以直接通过浏览器等登录各前端RTU，查看实时数据和前端存储的告警记录。

（5）易用性。监控系统不论在中心还是小站，均具有良好的人机界面，每一步操作有交互式汉字提示。小站和中心的界面除可以显示前端监测到的实时数据和告警信息外，还显示实时数据曲线或历史数据曲线以及获取“瞬间突变数据”曲线，便于用户直观、形象的掌握被监控设备数据的变化状态。

（6）容错性。系统不因个别模块或部件的故障导致整个系统的故障。系统能在监控中心远程控制开启／关闭某个模块或传感器。系统有降级运行模式，在系统中心设备故障或部分网络中断情况下，与网络断开的前端监控站能自行完成监控数据的采集、处理和告警的存储，接受本地或能够与其连接的计算机终端的数据调阅，并在网络恢复后将告警数据自动上传。

（7）可维护性。系统提供手段使维护人员迅速了解和排除系统故障。当维护人员进入通信站时，系统不发出门禁告警或管理中心可知此门禁告警由维护人员引发。维护人员可根据需要进行管辖站点的增加和删除。

（8）数据的可恢复性。历史数据及统计数据进行定期备份，系统中可以使用两个库，一个为当前库，一个为备份库。如果设定备份周期为6个月，则当前库中保存最近6个月的实时数据与统计数据，6个月之前的数据转移到备份库，当备份库中的数据超时6个月时，可以通知维护人员将备份库中的数据备份到文件。当进行数据查询与统计时，要根据查询或统计的时间，在不同的库中获取数据。

（9）扩展性要求。监控系统具有良好的扩展性，可随着通信系统的扩展而扩展，如通信设备的增加、站房的变化等，并适应不同的传输接入方式，便于无限级网络延伸和图像系统的扩展。

（10）实时性要求。监控系统数据处理服务器设备采用实时多任务操作系统，以保证对数量众多的局站监控数据处理速度及响应时间。

（11）组态化要求。系统软件能够对任意监控量进行微调修正、告警门限、告警延迟设置，能够对不同的监控量的状态进行组合，产生告警事件。监控系统实现数据处理层与人机应用层的分离，监控主机与操作终端、后台数据库软件升级互不影响。

3 铁路通信电源监控系统的解决方案

以2014年底开通运营的青荣城际铁路工程为例，进一步探讨通信电源及环境监控系统的解决方案。

3．1 技术需求

本系统采用传感器技术以及自动控制和检测技术，实现对通信和信号机房环境、通信电源设备的监控以及空调的控制。机房通信电源及通信、信号机房环境监控系统可对机房动力设备、空调设备以及机房运行环境和安全等各类情况进行实时监控，为通信系统正常运行和提高服务质量（QoS）提供保障。

3．2 组网方案

全线新设通信电源及环境监控系统，实现对通信交、直流电源设备工作运行状况及通信机房、环境的监控。环境监控系统具备与综合视频监控系统、照明等系统联动功能。

本工程在济南通信站新设电源及环境监控中心设备，在青岛、烟台通信站、莱西北、烟台南、威海综合维修车间、青岛电务段设置复示终端。

沿线各通信、信号机房、信息机房设置监测分站RTU设备，对机房温度、湿度、烟雾、水浸、门磁进行监测所需的传感器和协议转换设备以及对照明、通信开关电源、UPS设备、蓄电池组、机房空调工况进行监测所需的采集模块和协议转换设备，从而实现对通信交、直流电源设备、通信、信号机房空调的工作运行状况、照明以及机房环境的监控。

3．3 与其它系统互联和联动方案

与视频监控系统互联，本系统需与综合视频监控系统互联，实现告警－视频联动功能。联动方式可采用前端联动和后端联动两种方式。①后端联动：当有（门磁、水浸、红外等）发生告警时，通过远程监控单元启动照明。同时，动环监控中心将告警信息传送给视频监控系统，触发视频联动；②前端联动：门磁、水浸、红外等数据采集单元干节点接口与综合视频监控系统本节点的编码器干节点接口互连，当动环系统前端环境量（如门磁、门窗破碎等）产生告警时，直接引发照明联动、摄像机预置位调用、中心画面弹出，实现系统间的联动。

本工程采用后端联动方式；与通信综合网管系统互联；监控中心通过以太网接口与综合网管系统进行互连。

4 结语

通信电源及环境监控系统在实际运行过程中，铁路通信电源监控起到了很好的作用，及时发现安全隐患，更换设备。为铁路运营维护提供了优良的保障，为铁路系统实现综合管理、无人值守、减员增效提供保证，具有显著的实用价值。

参考文献

1 贾继伟．通信电源的科学管理与集中监控［M］．北京：人民邮电出版社，2004

2 龚成．通信电源集中监控系统的设计与实现［D］．成都：西南石油大学，2006

3 曹岩，孙凤茹．铁路通信动力监控方案设计［J］.自动化与仪器仪表，2014（12）

4 郑晓安．关于动力环境监控系统在通信电源中的应用［J］．科技与企业，2011（12）

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【关键词】机房 环境监控 电力监测 安防监控 消防

1 概述

机房建立包括机房动力、环境及安防监控系统，主要监控对象包括：精密空调、UPS、电量检测、温湿度监测、漏水检测、门禁、消防监测等，实现7×24×365的全面集中监控和管理，保障机房环境及设备安全高效运行，以实现最高的机房可用率，并不断提高运营管理水平。

2 系统方案介绍

2.1 系统结构

整个系统主要由以下三部分组成：现场设备采集层、现场嵌入式监控主机、远程浏览端。各部分的主要作用如下：

2.1.1 现场设备采集层

由各种I/O采控模块组成，直接连接各种被监控设备，硬件采集模块采用8通道I/O模块化设计，输入输出点通过采控模块组合完成对监控系统中需要被监控设备和控制点的匹配，并采集UPS、空调、温湿度、漏水等现场信号。机房内的采集设备主要包括：温湿度探测器、漏水控制器及测漏配件等。

2.1.2 嵌入式服务器

用于对现场设备数据的采集，而且用于实时分析、处理现场设备采集层的各种信息，实现对监控数据的简单处理分析、存储，在本地实现手机短信，现场声光报警。

（1）嵌入式硬件结构：无风扇、无硬盘，低热量、低功耗、低噪音，减少机械故障。

（2）Windows XP Embedded嵌入式操作系统，系统稳定，免受病毒干扰。

（3）内置看门狗功能。

（4）远程管理：远程设置、远程监控、远程维护、远程报警。

（5）独立运行管理能力。

（6）支持IE远程浏览，采用B/S及C/S结构。

（7）灵活的组网方式：支持基于TCP/IP协议的各种网络环境。

2.1.3 远程WEB浏览端

远程WEB浏览的主要功能是通过网络在远程主机上以IE的方式进行浏览，便于管理人员随时随地了解机房内各设备及环境的实际状况，实现管控一体化，并可远程浏览监控画面，值班人员可方便在网络联通的企业内部网络中远程查看监控主机的监控画面和实时数据。

系统采用C/S、B/S分布模式的三层模块化结构，软件及硬件的安装与维护集中于监控服务器端，实现了零客户机管理，易于实施和维护，降低了系统的总拥有成本。同时，采用三层结构，客户端只负责用户界面，业务规则的处理放在应用服务器端；当业务处理需求增加时，只需要对应用服务器进行升级或扩展成多个应用服务器，系统的可伸缩性大大地加强了。

2.2 系统通讯方式

系统现场输入输出设备及通讯接口设备为星型模块化结构，输入输出点通过I/O模块，组合完成对监控系统中需要被监控设备和控制点的匹配。

系统现场控制总线网络的传输速率不低于1Mbps，无需任何转接设备，每条RS485总线长度最大为1200米。

（1）由现场传感器连接I/O模块采用现场总线方式，传输速率达到17.4Kbps。

（2）由I/O模块或智能通讯接口连接监控服务器采用RS485总线方式，传输速率达到2M。

（3）由监控服务器与网络交换机或通讯协议转换器连接通过TCP/IP网络，传输速率达到100Mbps。

（4）远程IE浏览端与系统的数据通讯通过TCP/IP网络，传输速率达到100Mbps。

2.3 监控系统的实现

UPS检测：提供RS232/RS485通讯接口进行连接，监控系统可以使用厂家提供的通讯协议实时地监视UPS整流器、逆变器、电池（电池健康检测，含电压电流等数值）、旁路、负载等各部分的运行状态与参数（监测内容由厂家的协议决定，不同品牌、型号的UPS可能所监控到的内容不同）。系统可全面诊断UPS运行状况，实时监视UPS的各种参数。一旦UPS报警，将自动切换到相应UPS监控子系统的运行画面。

市电监测：系统设计使用智能电量检测仪，全面检测市电进线配电柜的电源参数。实时检测市电供电的质量，当电源参数超过设备的安全电源要求时，系统即可提供及时的报警以便管理员及时地采取措施，同时通过供电参数的历史曲线可方便查看用户的实际供电的品质，为用户合理地管理机房供电提供科学的依据。

精密空调监控：监控系统通过空调自带智能通讯接口及通讯协议，系统可实时、全面诊断空调运行状况，监控空调各部件的运行状态与参数，并可通过软件在系统上或通过网络远程修改空调设置参数，实现空调的远程开关机。空调机组即使有微小的故障，也可以通过系统检测出来，及时采取步骤防止空调机组进一步损坏。对严重的故障，可按用户要求加设电话语音报警和短消息报警。

温湿度监测：在机房中有大量的精密设备，设备对温、湿度等运行环境的要求非常严格，所以加装温湿度传感器，以实时检测机房和重要设备区域内的温、湿度。温湿度传感器可与空调系统实现联动，当机房的温度越限时，系统可联动设定空调温度及启动空调进行工作等联动动作。

漏水检测：系统设计使用漏水检测系统，配置漏水感应绳用来监测机房内漏水事件的发生，确保设备不受水浸的危害。当检测到有漏水情况发生时，系统在第一时间报警，监控界面自动切换到漏水监测画面上，并且在画面上形象的显示出漏水的状态，同时发出声光或短信报警，及时通知有关人员排除漏水故障。

安全防范系统监控：鉴于机房设备的安全和重要性，在机房的重要区域和公共安装红外探测器用于防盗报警监测和摄像机。在数据中心机房主出入口设计门禁系统管理。如红外探测器、门磁检测到异常入侵，则立即通过数字开关量采集模块DS-7052D将报警信号发送到监控系统中，监控系统在第一时间通过预设方式（如声光、短信等）向管理人员发出报警。盗报警系统可与其它子系统进行联动，当红外探测器探测到有人员活动自动联动照明系统打开灯光、自动联动相应位置的摄像机进行录像等。

消防监测：限于消防法规，集成消防系统时只监测不控制。项目中使用的是烟感探测器，所使用的烟感探测器可以提供干接点信号给监控系统，以用于反应报警状态，我们设计采用开关量采集模块DS-7052D将烟感探测器的干接点变化信号送到监控服务器，实时监测机房的消防报警情况。同时系统支持与门禁系统的联动，可以实现在消防报警时相关位置的门自动开启等。

3 结论

由于机房的环境必须满足计算机等各种微机电子设备和工作人员对温度、湿度、洁净度、电磁场强度、噪音干扰、安全保安、防漏、电源质量、振动、防雷和接地等的要求。所以，一个合格的现代化计算机机房，应该是一个安全可靠、舒适实用、节能高效和具有可扩充性的机房。

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[关键词] 煤矿物联网； 煤矿安全监控； 体系构架

引言

煤炭行业中最值得人们关注的问题就是煤矿安全生产。我国煤炭生产技术相对落后、生产环境复杂、生产条件差使得煤炭企业安全生产成为一项严峻的挑战。在我国每年都会有一些煤矿事故发生，重、特大恶性事故屡禁不止，成为国家和民众关心关注的焦点。煤矿生产中一旦发生事故造成影响十分严重，不仅会造成各类财产的损失更为严重的是带来的人员伤亡，如果说财产损失可以进行弥补，那么给社会家庭造成的极大痛苦是无法进行弥补的。煤矿生产安全事故的发生还会造成极度恶劣的社会影响，所以煤炭生产中的安全问题必须要给予重视，它不只是影响煤炭的工业生产还有可能影响社会的稳定。据相关统计数据来看，我国从2006年1月份到2011年12月份煤矿事故共发生897起，造成5428人身亡，2006年一年煤矿事故发生326起，死亡人数高达1569人，随着国家、社会的重视事故发生次数逐年下降；到了2011年共发生85起煤矿事故，死亡543人。虽然事故发生率有了大幅度的下降，但情况还是不容乐观。煤矿事故的类型主要集中在瓦斯、水灾、火灾、顶板、运输等几个类型，其中由于瓦斯原因造成的事故最为常见。煤炭生产事故常见的主要原因在于：（1）煤矿管理人员对煤矿中的危险因素缺少必要的监控和把关，监测预警系统存在缺陷。（2）煤炭生产中各类型系统没有联系，信息不能相互传递过于独立。相关研究表明，对威胁煤矿安全生产的危险因素进行监控，建立相关预警机制是防止事故发生的重要途径。任何事物之间是存在联系的，事故发生之前也是有征兆的，因此在煤矿生产中要对这些信息进行监测，并及时进行各部分之间信息的交换，让安全信息在可控范围内。为了从根本上解决煤矿安全问题，需要采用高新技术手段对煤矿实施安全监控预警，随时发现隐患，随时进行排除，把事故消灭在萌芽状态。

1 煤矿危险有害因素分析与控制

煤炭企业与其他企业相比，它所处的生产环境、工作环境都十分的艰苦。所面对的内、外部环境在不断发生着变化。由于煤炭生产过程的特殊性，使得煤炭生产过程中虽面临的危险、有害因素都要比一般工业企业的多而且复杂；并且还有一些特殊性在其中，一旦煤矿发生事故同时也有可能引发其他事故。煤矿面临的危险因素是随时间地点的变化而变化的，有明显的动态性；有些危险、有害因素能够直接凭借感官和直觉发现，而有些危险因素则需要通过专用的仪器设备才能检测出来。煤矿所面对的危险、有害因素主要有：瓦斯爆炸、水灾、煤矿火灾、粉尘、中毒和窒息、高处坠落、物体打击、触电伤害、机械伤害、冒顶、淹溺、坍塌、爆破伤害、火药爆炸等等。

到目前为止，我国煤矿事故的发生率还是很高，经常会发生不同程度意外事故，每次意外事故的发生都会带来不小的经济损失以及造成不同程度的人员伤亡。这些事故发生的主要原因很多都是因为在生产过程中对一些列相关信息的忽视或是处理不及时，例如：没有及时检测出瓦斯涌出的信息；忽视煤尘指标超出限额；对水灾、火灾发生前的征兆未及时发现；对机械设备在运转过程中的不正常信息的忽略；对井下信号信息处理错误等等。

2 物联网环境下安全监控系统结构及架构

2.1 物联网技术的简介

物联网这一概念的提出以及将它应用到实际工作中，是一个整合的过程。物联网是将我们现实中的物质世界与计算机、互联网技术的相结合，它把实体物或是生产中的机器设备与计算机芯片、互联网整合成为一个新的、统一的基础设施。以这样的方式，我们的日常管理活动、生产运作、社会管理以至于我们个体的生活都与物联网息息相关、密不可分。物联网的运行、工作原理主要包括下面几个过程：

（1）对信息的传输、感知

物联网的主要内容就是进行信息传输。物联网信息的来源、对物体属性的感知过程是：首先进行的是对物体不同属性的识别、标识，主要的属性形式分为动态、静态两种，对于动态属性要经过传感器的实时探测，而静态属性会被直接标记和存储；之后进行的步骤是通过相应的识别设备对物体属性进行完整的读取，之后再将这些物体的信息转换成为适合网络传输的数据格式。

（2）进行信息传输

将物体信息利用感知器进行采集、转化之后，利用网络传输的形式将整理后的信息传送给相对应的信息处理中心，处理中心主要完成的工作就是对相关通信信息进行计算，之后再将获得的更为有信息集中进行处理。

（3）信息的最终应用

经过处理中心整合、处理后的物体有效信息之后将被利用，利用的方向主要分为两个方面：一个方向就是把经过相关处理后的信息展现到“人”的面前，之后经过“人”的更高层次的处理再根据需求对物体进行下一步的控制；而另一个方向则是不经过“人”得授权，直接对“物”进行智能控制。

2.2 煤矿安全监控系统原理及架构

煤矿安全监控系统在进行工作时，主要分为4个阶段：

1）系统中各个组件的发现阶段。监控系统中的传感器、执行器、控制器开始运行并完成自动链接到系统，之后向井上控制主站报告个设备器的入网情况，于此同时，将设备器的类型、ID、以及量程等相应信息传送给管理主机。

2）进行系统组建阶段。组建工作是由系统管理员负责的，组建时要根据具体情况进行，按照具体实际需要将分布不同的多个传感器、多个执行器以及一个控制器组合成逻辑分站。在系统中的传感器、执行器是可以有多个属性关系，能够同时隶属于多个分站。这样的形式就能够实现在煤矿安全监控系统中，由一个逻辑分站完成复杂的交叉控制工作。为了最大程度的发挥分站的自主性，减少过分对主站的依赖，可以对控制系统写入相关的自主控制脚本，最大程度的发挥自主功能。这样系统在控制时将大大缩短信息传递的距离，进而增加了系统的反应速度和控制速度。

3）系统工作阶段。由井上主站对各分站传送来的信息进行接收，并对信息进行统计、存储、显示，最重要的是通过对信息的处理进行预警预测。

4）系统修复、重建阶段。如果煤矿发生灾害，可能会造成煤矿安全监控系统中某些组件的破坏，物联网环境下的系统可以利用自组态技术迅速恢复系统功能，保证安全监测的连续性。

煤炭安全监控系统在架构时通常采用的是分层架构的方法。具体如图1所示。

感知层具体工作是进行实时数据采集和就地控制。网络层是为传感器、执行器和控制器提供信息传输服务。物联网环境下的煤矿安全监控系统需要建立一个统一的应用平台来满足系统中的动态部署和流动作业的需求。应用层实现各种用户应用。云计算层为用户应用提供强大的运算能力和预警决策功能支撑。

3 结论

总之，物联网环境下的煤矿安全监控系统的性能比传统煤矿安全监控系统有了很大提高，能够更好地完成对危险因素的实时监控，并对危险发出预警，促进煤矿的安全生产。

[参考文献]

[1] 鲁远祥，樊荣.煤矿安全监控系统体系架构技术的发展[J].矿业安全与环保，2009，36（增刊1）：177-179.

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[关键词]物联网；温室；cc2530；labview

中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0136-01

0 引言

随着近年来计算机技术、电子技术的发展，基于无线传感网络的农业物联网技术也获得了快速的发展。当前，物联网技术在温室大棚监控系统研究中取得了一定的成效，但是仍然存在很大的不足，第一，农业物联网的网络组网方式和稳定的数据传输技术还不够晚上；第二，由于农业物联网涉及的面比较广泛，当前系统涉及的多种协议并没有获得统一的标准。导致农业物联网的发展存在一定的局限性。

本文主要针对当前温室大棚物联网监控系统存在的特点，设计并且实现一N基于Zigbee技术的无线传感网络，实现实时对温室大棚环境的监控，通过labview构成上位机软件，实现远程对多个点的实时监控、数据处理，为温室大棚种植提供了一个良好的数据处理方案和数据分析基础。

1 系统设计

1.1 总体设计

系统通过分布在各个采集点的终端节点实时获取温室大棚的环境数据，如空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度和二氧化碳浓度等，

并且根据实际需求进行实时控制，调整环境参数信息。

1）农业环境信息采集。该数据采集部分主要包括土壤温度传感器、土壤水分传感器、二氧化碳传感器、空气温湿度传感器、光照传感器，用于实时对农作物的生长环境进行监控。

2）农作物信息监控。采用摄像头实现对农作物生长情况的监控。

3）农作物环境监控。通过监控数据，通过远程PC或手机终端控制实现控制，也可以通过设定超越界限控制。控制系统可以根据农作物的生长环境变化控制温度控制系统、光照度控制系统和灌溉控制系统，实现农业生长环境调控。

3）农作物环境远程监控。各协调器节点将终端节点采集的环境监控数据处理后发送给上位机，通过labview构成的软件界面实现对农作物生长环境的实时监控，并根据实际需求实现远程控制。

1.2 系统物联网架构设计

温室大棚系统依据物联网架构来进行设计，采用Zigbee无线传输技术构建无线传感网络，网络划分为感知层，网络层，信息处理，综合应用，在感知层由CC2530设计的节点终端和协调器实现无线网络，功能构成由5部分组成。

1）节点终端由2类传感器构成，一是数据采集类传感器，如温湿度传感器、光敏传感器，二氧化碳传感器等；二是设备执行类传感器，如水泵传感器，继电器传感器，排气扇传感器等；

2）协调器负责Zigbee网络构建和无线采集数据收发，并通过串口实现数据和STM32核心处理器之间的通信；

3）STM32核心处理器利用Socket通信将数据通过IP网络和手机用户的客户端进行通信；

4）云终端服务器利用IP网络完成数据的收发、处理和存储；

2 系统硬件设计

2.1 ZigBee无线通信电路设计

采集模块将采集到的温湿度、光照度和CO2浓度等参数通过cc2530构成的ZigBee无线网络实现数据传输。以美国TI公司生产的CC2530射频芯片作为控制核心。CC2530内部具有增强型8051微控制器内核，兼容2.4GHz、IEEE802.15.4协议和ZigBee技术的芯片，不用外接微处理器且只需少量的元器件配合就能实现数据的收发及处理。传感器单元直接与CC2530相接实现无线传感节点，当采集到信息后通过路由节点向协调器节点发送。协调器节点和路由节点的硬件电路在组成上是一致的，只是协调器节点没有传感器采集单元。

2.2 主控电路设计

系统核心处理器选取增强型高性能、低成本、低功耗的嵌入式芯片STM32F103ZET6构成嵌入式网关系统，该芯片拥有ARM Cortex-M3内核，2个12位us级的A/D转换器（16通道），12通道DMA控制器，2通道12位D/A转换器， 2个IIC接口，5个USART接口，3个SPI接口，2个与IIS复用。CAN接口（2.0B）。CC2530与STM32单片机相连也非常简单，仅将CC2530的TX和RX与USART的RXD和TXD两个引脚相接即可实现数据的收发。

2.3 其他电路设计

本系统中，通信方式采用RS-232方式，因此在设计电路时需要进行电平转换，通常采用的MAX3232芯片完成。在无线传感器节点供电方式上，可以采用USB和直流电源供电的方式，但是考虑系统的实际性，本系统采用2节1.5V干电池供电，由于干电池输出的电流比纽扣电池输出的电流大，提高了射频模块的射频功率，使通信传输更加稳定。

3 系统软件设计

系统软件设计包括上位机软件和下位机软件程序设计。监控中心的系统软件采用图形化语言Labview8.5进行编写，主要完成信息的查询、存储及数据的实时显示等。下位机程序采用模块化编程思想进行，包括主程序、协调器程序、终端节点程序等，本系统采用C语言来编写程序。

3.1 上位机软件程序

系统上位机软件采用美国NI公司的图形化语言Labview8.5开发的，由于该语言具有结构简单、可移植性好等优点，编写界面简洁，友好的人机界面便于工作人员操作，因此被广泛应用于上位机程序的开发。本系统上位机功能如图1所示。

3.2 主程序设计

系统通电后，首先进行初始化，包括传感器初始化、ZigBee模块初始化、单片机初始化、查询通讯设备和建立网络链路。

3.3 协调器节点程序设计

系统中协调器的作用是组建网络。当设备通电后，初始化并建立网络，为整个系统建立合法的传感器采集节点并接收和发送采集到的数据，在组网成功后，协调器起到数据转移的作用。为了减少功耗，ZigBee无线通信程序在空闲时处于睡眠状态，工作时通过中断的方式唤醒。

4 结语

本文提出了一种基于物联网的温室环境监控系统。利用ZigBee构成无线传感网络汇总传感器采集的温室大棚环境数据并传给上位机。当环境参数超过设定阈值时，可通过网络将预警信息发送到上位机，上位机根据相应的远程操作指令来调整当前的环境参数。结果表明，系统能够对农作物生长环境进行准确的实时监控，具有良好的应用前景。

参考文献

[1] 张紫谦，衷卫声，梁凯，王娜.基于物联网技术的温室集群环境监控系统设计[J]. 现代电子技术，2016，（14）：49-52.

[2] 廖建尚.基于物联网的温室大棚环境监控系统设计方法[J].农业工程学报，2016，（11）：233-243..

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【关键词】GPRS 温湿度监测 无线收发 远程控制

在工农业生产和日常生活中，为保证各项工作在某恒定的温度和湿度范围内安全进行，对温湿度的测量及控制具有极其重要的意义。比如电力、电信设备及各类运输工具组件的过热故障预知监控，化工、机械、温室、大棚等设备温湿度监控等，对这些场合的温湿度监控，如果采用人工方式，不仅耗费大量的人力、物力，而且实时性差，准确度低，特别在一些存在热源的生产基地，在短时间内温湿度可能发生剧烈的变化，无法采用人工进行准确测量和管理，否则可能造成重大事故。本系统采用无线方式可以实现对多点温湿度实时监控，具有可无人值守，节约资源，可靠性高，成本低，工作频率稳定可靠，功耗低，器件少，便于扩展节点数等优点。

一、系统总体设计方案

MSP430微控制器MCU（Micro Controller Unit）是TI公司推出的一款具有片上的超低功耗16位FLASH型混合信号处理器。该系统与传统的温湿度控制器相比，选择了MSP430微控制器，它充分运用各种低功耗设计手段，使芯片的电流极小，在超低功耗时可达0.1μA。整个系统在平时处于低功耗状态，每隔1 min自动从低功耗下唤醒，进行温度和湿度测量，数据发送。

本系统由监控主机和数据采集终端（从机）共同组成，结构框图如图 1 所示。监控主机由主控制器MSP430F149、无线通信模块NRF905、温湿度显示模块12864、数据存储模块EEPROM及输入输出设备构成，实现对各监控点数据的集中显示，并根据所设阈值判断监控点温湿度是否超限，超限则向数据采集终端（从机）发出控制信号，命令数据采集终端控制现场温湿控制装置，使得温湿度重新进入阈值范围之内，同时通过GPRS网络将报警信息发送给用户。

二、系统硬件设计

（一）温度传感器模块

该系统使用的温度传感器利用了美国DALLAS公司最新推出的DS18B20可编程单线数字式温度传感器，具有以下特点（1）单线接口，只有一根线与CPU连接，支持总线模式，通过一个IPO口，可以进行多点温度测量。（2）用户可以根据需要自己设定非易失的报警上下限值以及分辨率。（3）每一个数字温度传感器内均有唯一的64位地址序列号（最低8位是产品代码，其后48位是器件序列号，最后8位是前56位循环冗余校验码），用户可以对特定地址序列号的传感器进行操作，在多传感器系统中将它们一一识别，实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

（二）湿度传感器

HS1101湿度传感器采用专利设计的固态聚合物结构，具有响应时间快、高可靠性和长期稳定性特点，不需要校准的完全互换性。HS1101湿度传感器在电路中等效于一个电容器Cx，其电容随所测空气的湿度增大而增大，在相对湿度为0%-100%RH的范围内，电容的容量由160pF变化到200pF，其误差不大于±2%RH，响应时间小于5s，温度系数为0.04pF/℃。它需要接入555震荡电路，才能实现湿度测量的功能。随着环境湿度的改变，HS1101的电容值也会发生变化，从而555振荡电路输出的矩形波频率也会发生变化。通过单片机测出矩形波的频率，利用算式R=H（f）（R表示湿度值，f表示矩形波的频率），即可精确地测出当前湿度值。具体电路如图2所示。

（三）NRF905无线模块

NRF905是工作于433/868/915MHz三个ISM（工业、科学和医学）频道的单片射频收发器，它由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成， ShockBurstTM工作模式，自动处理字头和CRC（循环冗余码校验），使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，工作于接收模式时的电流为12.5mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。

（四）GPRS无线模块

GPRS无线模块采用华为公司的SIM900模块，SIM900是一款三频段GSM/GPRS模块，能够提供GPRS多信道类型多达10个。该模块内部还集成了TCP/IP协议，并且扩展了TCP/IPAT指令，便于用户开发数据传输设备。系统采用ZIP40连接器外接SIM卡，单片机通过串口发送AT指令与SIM900进行通信，实现连接网络、数据发送等功能。

三、系统软件设计

系统软件采用模块化设计，整个数据采集终端（从机）软件部分包括初始化程序、DS18B20采集程序、HS1101湿度传感器采集程序NRF905无线收发程序等若干部分。

监控主机软件部分包括初始化程序、串口程序、网络连接命令收发程序、NRF905无线收发程序、12864显示程序等若干部分。总体程序流程图如图3所示。

监控主机的程序采用事件触发结构，全部应用程序在中断中执行，所用处理与响应都在前台中断中执行。程序只有在有时间发生的时候才响应或处理，没有任何额外的CPU时间被浪费于等待、扫描、查询等过程，极大的发挥了MSP430单片机低功耗的性能。

MSP430单片机通过RS-232串口以AT指令形式与SIM900无线模块进行通信，若单片机发送指令正确，则SIM900模块将返回/OK0，错误则返回/ERROR0或者其他格式的指令，单片机通过判断无线模块返回的指令来决定下一步执行的程序，直到成功连接GPRS网络。网络连接程序流程图如图3所示。本系统采用TCP点对点连接方式进行GPRS连接。

本系统主要针对没有网络环境的监测中心，硬件接入简单。通过对软件的修改也可满足不同GPRS接入方式的应用，扩展性能较好，利用MSP430超低功耗的性能及软件设计，能够广泛应用于各种温湿度监测环境。

参考文献：

[1]顾简，施云波.基于GPRS的环境温温度监测系统设计[J].电子设计工程.2011，28（3）：35-37

[2]冯达，张震坤.实验室环境温湿度无线监测系统设计[J].实验室研究与探索.2012，10（2）：13-14

[3]王树刚，夏明娜.基于NRF905无线收发模块的温湿度监控系统设计[J].硅谷.2013，25（7）：42-45