基于物联网的压实机械远程监控系统

原永平

摘要：传统的压实机械依靠人工管理，效率低下。对此，一种基于物联网的压实机械远程监控系统应运而生。该系统将嵌入式技术、计算机技术、GPS卫星定位技术和GPRS通信技术等技术融合在一起，构建了车载控制终端与后台管理系统。车载控制终端对压实机械的关键参数进行实时采集、计算，并发送至后台管理系统。后台管理系统将数据的处理结果直观的显示在Internet网络上。用户根据权限进行Web访问，掌握压实机械工作状态的实时信息。并根据机器的工作情况，反向的向机器下发不同的指令，实现远程控制。

关键词：物联网 嵌入式技术 GPS卫星定位技术 GPRS通信技术

中图分类号：TP274 文献标识码：B 文章编号：1007-9416（2014）12-0001-02

1 引言

作为工程机械的典型产品压实机械，目前国内对于它的监控与管理大多仍是依靠现场人员，即使一些压实机械已经加装了监控装置，也存在监控功能单一，实时性不强等问题。

为了解决上述问题，结合物联网的普及与应用，在西咸北环线高速公路建设过程中应用了一种压实机械的远程监控系统，该系统能够将压实机械的实时状态展示在Internet网上，管理人员根据反馈情况向前端发送指令，实施远程控制。不但可以提高施工质量，缩短了施工周期，还优化了整个项目资源的配置，为承建单位带来良好的经济效益[1]。

2 系统架构流程

如图1所示，该系统主要由两部分组成：车载控制终端和后台管理系统。车载控制终端又包括数据采集模块、电源模块、微处理器和无线通信模块。电源模块与车载电瓶连接，为整个车载控制终端供电能；数据采集模块与压实机械的信号控制单元连接，采集压实机械的关键参数信号，并将信号数据传送到微处理器进行初步处理；无线通信模块把处理后的数据通过无线网络上传至后台管理系统的服务器。后台管理系统主要包括WEB服务器和数据服务器，采用B/S构架。后台管理系统对数据进行存储、整理和显示。管理人员根据不同的权限进行客户端或网页访问，实时监测压实机械的信息，了解其当前工作状态。

管理人员通过客户机查看机器的工作状态和运行轨迹，可以提前给操作人员发送相关指令，实现远程指挥；当操作人员违规操作时，后台会发出报警，管理人员会根据报警内容给现场人员发送信息，提示其修改操作；对多次违反规定的机器，可以远程锁机，使操作人员必须改正处理，管理人员才会解除锁车状态，使机器恢复正常工作。

3 车载控制终端

车载控制终端涉及了单片机、GPS卫星、嵌入式系统等多个的领域，结合了CAN总线和GPRS等通信技术，主要包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块、电源模块四个部分，如图2所示。

3.1 数据采集模块

数据采集模块包括CAN总线通讯模块与GPS定位模块，CAN总线通讯模块既与压实机械的CAN总线控制器、微处理器相连。该模块接收压实机械CAN总线上的压实机械的工作状态信息（如ACC点火信号，激振强弱信号，锁车控制信号等），并将接收到的信息传输给微处理器；同时微处理器可以反向把指令信息传送给压实机械CAN总线控制器，从而控制压实机械。GPS定位模块接收GPS卫星的定位数据，通过定位数据分析计算可以得出压实机械的工作位置和行驶速度。本系统综合考虑GPS定位模块的通信协议、技术参数等因素，采用MTK公司生产的MT3336 GPS片上系统芯片作为GPS定位模块。GPS定位模块通过UART接口与微处理器实现通信，为了获得更好的卫星信号接收效果，还可以加装外接天线。

3.2 数据处理模块

数据处理模块包括微处理器与外围电路，其中微处理器是核心关键部分，本系统采用的是MTK公司的MT6260D微处理器，这是一种ARM嵌入式处理器。MT6260D内部集成了的电源管理单元、模拟基带和无线电路，将GPS定位模块和GPRS通信模块集成在同一块板上。其内部使用的ARM7EJ-S内核，采用的是冯·诺依曼体系结构，数据与指令使用同一条总线。它有一条5级流水线，执行ARMv5TEJ指令，可以提供java加速和增强指令，广泛应用于嵌入式处理器。众所周知，一个嵌入式芯片想要实现自己的功能，还需要必要的外围电路给它提供基本的工作条件，其中包括供电系统、时钟系统、复位系统、存储芯片以及调试接口[2]。数据处理模块不仅要和数据采集模块之间进行通信，以便实时获取车辆的工作参数，而且还要与无线通信模块之间进行通信，将处理后的数据发送到无线通信模块或反向接受数据。此外，数据处理模块除了要对采集的数据进行分析处理以适应GPRS的传输要求，还要初始化无线通信模块、监测网络状态等。

3.3 无线通讯模块

无线通讯模块主要由GPRS无线网络通讯模块和GSM无线网络通讯模块组成。

GPRS是通用无线分组业务的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，具有通讯便宜，传输速率高，永远在线的优点。MT6260D微处理有Linux嵌入式操作系，该操作系统采用PPP协议控制GPRS无线网络通信模块与CPU的通信。在PPP协议的控制下，微处理器可以把初步处理过的压实机械的参数数据，以数据流的形式通过RS-232串口连接到GPRS模块上，再经过天线发送到GPRS网络上，然后根据TCP/IP协议转化为IP数据，最后发送到后台管理系统的数据服务器里。后台管理系统下达的指令以同样的路径，反方向传输到车载控制终端的GPRS无线网络通讯模块，进而通过串口使微处理器做出响应。

GSM无线网络通信模块与微处理器相连，并与GMS通讯网络相通。微处理器中存储各级管理人员的电话号码，当压实机械发生超速或断电停机等非正常状况时，GSM无线网络通信模块会通过GSM网络给相关管理人员的手机发送短信，通知其压实机械现在出现的问题，从而提醒相关人员去查询与解决问题。

4 后台管理系统

后台管理系统既有硬件设备又有软件设计，二者相互结合完成对压实机械的运行状态参数的实时监控。硬件设备主要包括WEB服务器和数据服务器；软件的设计采用目前流行的B/S结构，编程语言为Java语言。

B/S是随着互联网技术的兴起在C/S结构基础改进而来的，该软件体系主要依赖于浏览器和服务器[3]。后台管理系统对数据进行接收、存储、分类，将接收到的数据通过ODBC接口存入数据服务器中的SQL数据库。各个管理人员从客户机登录到WEB服务器相应的IP地址后，根据不同的权限访问操作页面上的数据、图像、视频点播等信息，这些信息都是由许许多多的WEB服务器产生的，而每一个WEB服务器又可以通过各种方式与数据服务器连接。客户端除了WWW浏览器，一般无须任何用户程序，只需从WEB服务器上下载程序到本地来执。在下载过程中若遇到与数据库有关的指令，由WEB服务器交给数据服务器来解释执行，并返回给WEB服务器，WEB服务器又返回给客户机。这样用户就可以在任何地方，通过客户机对压实机械的实时信息进行查询、监测、分析诊断各种情况，并进行远程指挥和控制。

5 结语

本文从高速公路施工中的具体需求出发，提出并设计了基于物联网的压实机械远程监控系统。该系统解决了嵌入式技术、GPS卫星定位技术和GPRS通信技术在具体运用中的关键难题，从而使管理人员通过后台管理系统直观的了解到压实机械的具体状态，做到了实时可靠的远程控制，提高了管理单位的科学化、规范化管理水平。

参考文献

[1]王吉平.基于GPRS的工程机械远程监控系统[D].西安：长安大学，2008.

[2]黄玉清.基于ARM9及GPRS的警用车载读写系统的设计[D].武汉：武汉理工大学，2010.

[3]黄志高.基于组态王的旋转机械远程监控系统研究[D].武汉：湖北工业大学，2009.