一种基于无线网络技术的智能监控系统设计

蔡 青，周琳凯，李晴飞

（南京熊猫汉达科技有限公司，江苏 南京 210014）

一种基于无线网络技术的智能监控系统设计

蔡 青，周琳凯，李晴飞

（南京熊猫汉达科技有限公司，江苏 南京 210014）

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。

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/ΙP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。

图1 无线监控系统的组成

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。

图1 无线监控系统的组成

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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Design of intelligent monitoring system based on wireless network technology

Cai Qing, Zhou Linkai, Li Qingfei
（Nanjing Panda Handa Technology Co., Ltd., Nanjing 210014, China）

This paper introduces a hardware and software design of the intelligent monitoring system based on network technology. This system sends the temperature, hum idity ,w ind power and other monitoring indexes of the monitoring point to the monitoring center via the w ireless transm ission of network technology. The monitoring center analyzes and transm its the returned data to the satellite communication network, makes the corresponding response according to the feedback information of satellite communication network, and thus better realizes w ireless monitoring of the distributed system. This system is suitable for the field which can’t be easily monitored and gather relevant information according to the demand. Ιn addition, the system also has certain advantages for its real-time performance, reliability, data transm ission capacity.

intelligent monitoring; w ireless transm ission; satellite communication network

蔡青（1973— ），女，江苏南京。