一.無線監(jiān)測與信息化融合概述

1.無線監(jiān)測信息化戰(zhàn)略的提出

當前，信息技術(shù)更新?lián)Q代、日新月異，信息技術(shù)長信和基于信息技術(shù)的商務(wù)運作創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，信息化對信息技術(shù)落后國家產(chǎn)生倒逼機制；信息融合型產(chǎn)業(yè)逐步壯大，信息產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中占據(jù)重要地位；全球經(jīng)濟趨于一體化，我國面臨著信息化挑戰(zhàn)。在此背景下，有必要實現(xiàn)無線監(jiān)測的信息化。

2.無線監(jiān)測信息化的研究意義

無線通信技術(shù)的發(fā)展使無線監(jiān)測系統(tǒng)成為可能。隨著射頻技術(shù)、微電子技術(shù)及集成電路技術(shù)的進步，無線通信技術(shù)取得了飛速發(fā)展，無線通信的實現(xiàn)越來越容易，傳輸速度越來越快，可靠性越來越高，并且逐漸達到可以和有線網(wǎng)絡(luò)相媲美的水平。無線監(jiān)測系統(tǒng)比有線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用靈活，可移動性強，無需布線、將是今后監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。在軍事偵察、環(huán)境信息檢測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療健康監(jiān)護、建筑與家居、工業(yè)生產(chǎn)控制以及商業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

3.無線監(jiān)測信息化的內(nèi)涵、特點

從發(fā)展過程來看，消防報警系統(tǒng)大體可分為多線型自動報警系統(tǒng)、總線型自動報警系統(tǒng)和智能型自動報警系統(tǒng)三個階段_。其技術(shù)發(fā)展的趨勢是實現(xiàn)火災(zāi)檢測智能化，信號傳輸網(wǎng)絡(luò)化，報警控制自動化，技術(shù)規(guī)范標準化。目前，國內(nèi)外有許多類型的智能化自動報警系統(tǒng)，其中大部分因造價高或安裝調(diào)試等因素限制只應(yīng)用到部分重點場所和建筑物。而無線報警系統(tǒng)具有隱蔽性好，安裝方便等優(yōu)點而備受青睞。以此，開發(fā)智能化無線火災(zāi)實時報警系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和實用價值。火災(zāi)的實時自動檢測是實現(xiàn)智能化自動報警系統(tǒng)的核心技術(shù)，主要將解決三個方面的問題：一是通過對環(huán)境的實時監(jiān)測判斷是否有火災(zāi)發(fā)生；二是檢測到的信號如何保證實時準確的進行無線傳輸；三是采集到的各監(jiān)測點的信息進行分析處理實施準確報警和起火點定位。

1火災(zāi)的實時監(jiān)測與傳感技術(shù)研究

針對火災(zāi)的實時自動檢測技術(shù)所要解決的三個問題，首要問題是如何通過對環(huán)境的實時監(jiān)測準確地判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。實質(zhì)是通過哪種傳感器采集什么物理量來反映火情?研究資料表明盡管火災(zāi)有多種多樣，但幾乎所有的火災(zāi)都會伴有大量的煙霧和溫度的升高。所以通常選擇煙霧和溫度作為被檢測參量實現(xiàn)火災(zāi)報警。煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可分為三大類：

1)利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。

2)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉?zhèn)鞲衅鳌⒓t外傳感器等。

3)利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢型氣體傳感器等。

摘要：此系統(tǒng)旨在降低歷年火災(zāi)發(fā)生率，避免有害氣體泄漏。系統(tǒng)使用STM32作為主控制模塊控制氣體探測電路。氣體探測電路可驅(qū)動氣體探測模塊，采集需要的氣體濃度數(shù)據(jù)，根據(jù)不同種類的氣體探測頭采集不同種類的氣體，如CO、CO2等?？赏ㄟ^A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并在LCD屏上顯示，以便于查看。將檢測數(shù)據(jù)通過LoRa無線模塊傳送至上機位，實現(xiàn)對有害氣體的遠程無線監(jiān)測。因災(zāi)情中氣體多以CO為主，故系統(tǒng)選用的氣體探測頭傳感器為CO-AX傳感器，可從源頭發(fā)出警示，有效避免氣體中毒事件的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；STM32；氣體探測；CO-AX傳感器；AD7790；LoRa

近年來，人們生活水平日益提高，人身保護和財產(chǎn)保護成為人們主要的關(guān)注點。在多種自然災(zāi)害中，火災(zāi)對于群眾的人身安全、財產(chǎn)安全最具殺傷力。火災(zāi)發(fā)生的過程中會產(chǎn)生許多有害氣體，這些有害氣體在空氣中的含量超出一定的標準時就會對人體健康造成傷害[1-2]。目前市面上大多為有線攜帶式氣體檢測儀，需要親臨現(xiàn)場進行氣體檢測，無法實現(xiàn)對空氣中氣體的遠程監(jiān)控。本系統(tǒng)具有無線氣體探測功能和便攜等優(yōu)點，將STM32、EVAL-CN0357氣體探測電路以及長距離無線傳輸技術(shù)（LongRange,LoRa）相結(jié)合，利用電化學(xué)傳感器單電源、低噪音、便攜等優(yōu)勢，將檢測電路檢測出的特定氣體信息通過無線通信LoRa模塊實現(xiàn)遠程發(fā)送。本系統(tǒng)使用Alphasense公司出品的CO-AX傳感器實現(xiàn)CO探測。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)包括氣體傳感器、無線發(fā)送LoRa模塊、前端放大電路、ADC讀取數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、MCU和LCD顯示屏。使用CO-AX傳感器測量CO氣體濃度，此傳感器最大響應(yīng)為100nA/ppm，最大輸入為2000ppm。所用AD7790芯片為16位，具有精度高、單電源、噪聲小等優(yōu)點。將CO-AX傳感器與MCU連接，可將CO濃度數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上，并通過LoRa模塊發(fā)送到上機位。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

1無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)脫軌監(jiān)測的難點和方案

在無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)運行過程中，梭車沿軌道運動，位置不斷變化，在軌道的任何位置都有可能出現(xiàn)脫軌的情況。因而脫軌監(jiān)測傳感器必須安裝在梭車上。脫軌監(jiān)測傳感器跟隨梭車沿軌道運動，監(jiān)測信號無法通過固定信號電纜傳輸至信號處理模塊；另外，監(jiān)測傳感器安裝在梭車上，無法通過電纜直接供電。基于以上兩方面的原因，經(jīng)過綜合分析，采用無線信號傳輸技術(shù)解決脫軌監(jiān)測傳感器信號的傳輸問題。

2無線信號傳輸技術(shù)分析

2.1目前工業(yè)領(lǐng)域的無線網(wǎng)絡(luò)標準。（1）Bluetooth（藍牙）：Bluetooth是一種近距離無線通訊的技術(shù)標準。藍牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點對點及點對多點通信。Bluetooth技術(shù)在煤礦井下瓦斯等安全監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛，但由于傳輸距離短，顯然不適合短則幾百米，長則上千米的軌道運輸。（2）Wi-Fi：Wi-Fi技術(shù)成熟、傳輸速率高、網(wǎng)組能力強、覆蓋范圍廣，但是功率高、技術(shù)復(fù)雜、實現(xiàn)的成本較高。Wi-Fi技術(shù)在煤礦井下人員定位系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。Wi-Fi工作在2.4GHz頻段內(nèi)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為11Mpbs，使用范圍在室外為300m，在辦公環(huán)境中為100m，且只允許一種標準的信號發(fā)送，顯然不滿足要求。（3）ZigBee：ZigBee是一種新興的低功率、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一個由多個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺，十分類似于移動通信的CDMA/GSM網(wǎng)。每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊類似于移動網(wǎng)路的一個基站，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，它們之間可以進行相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標準的75m，擴展到幾百米甚至幾千米。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括無線數(shù)據(jù)采集、無線工業(yè)控制、消費性電子設(shè)備、汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫(yī)用設(shè)備控制、遠程網(wǎng)路控制等場合。2.2ZigBee技術(shù)優(yōu)勢。（1）功率低：在低功率待機模式下，兩節(jié)普通五號電池可使用6~24個月。（2）成本低：ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，大大降低了成本。（3）網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)最多可容納65000個設(shè)備。（4）延時短：典型搜索設(shè)備時延為30ms，休眠激活時延為15ms，活動設(shè)備信道接入時延為15ms。（5）網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強，通信可靠。（6）數(shù)據(jù)安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和健全功能，采用AES-128加密算法，各個應(yīng)用可靈活確定其安全屬性?？梢?，ZigBee技術(shù)在低功率、低成本和組網(wǎng)能力上具有無可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢。通過綜合分析幾種工業(yè)無線通信技術(shù)，筆者認為ZigBee在低信噪比的環(huán)境下具有很強的抗干擾能力。在相同環(huán)境下，抗干擾能力遠遠好于Bluetooth和Wi-Fi。2.3標準選取。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，ZigBee無線通信技術(shù)特別適合煤礦井下無極繩連續(xù)牽引車脫軌監(jiān)測系統(tǒng)具有低功率、低成本、占有系統(tǒng)資源少、組網(wǎng)方便、傳輸距離遠等優(yōu)勢。因此，選用ZigBee無線通信技術(shù)開發(fā)無極繩連續(xù)牽引車脫軌監(jiān)測系統(tǒng)。

3基于ZigBee的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計的無極繩連續(xù)牽引車脫軌監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。該系統(tǒng)主要由檢測發(fā)射模塊、接收傳輸模塊和接收報警模塊組成。由安裝在無極繩連續(xù)牽引車梭車上的檢測發(fā)送模塊檢測到脫軌信號并通過ZigBee無線傳輸芯片發(fā)送給安置在牽引車所在巷道幫部的多個接收傳輸模塊中的一個或多個，接收傳輸模塊在收到脫軌報警信號后通過無線或有線通信方式把信號發(fā)送給接收報警顯示模塊，接收報警顯示模塊根據(jù)接收到的信號來進行報警顯示，提示操作人員停止牽引車的運行，同時自動切斷電源，停止牽引車運行并閉鎖。（1）檢測發(fā)射模塊：模塊由接近開關(guān)、無線發(fā)送裝置、電池組組成（圖3）。兩個接近開關(guān)分別安裝固定在梭車對角的兩個輪子附近，感應(yīng)面貼近軌道來感應(yīng)輪子是否脫軌。這樣不管出現(xiàn)什么樣的脫軌總有一個接近開關(guān)能夠感應(yīng)到并輸出信號。無線發(fā)送裝置固定在梭車上，當裝置接收到接近開關(guān)發(fā)送的脫軌信號并經(jīng)過處理后，驅(qū)動ZigBee模塊把報警信號通過無線方式發(fā)送給接收傳輸模塊。（2）接收傳輸模塊：模塊由無線接收裝置、電源模塊組成（圖4）。無線接收裝置按照一定距離依次安裝在無極繩連續(xù)牽引車軌道所在的巷道幫部，接收牽引車運行過程中可能出現(xiàn)的由檢測發(fā)射模塊發(fā)送的脫軌報警信號。裝置接收到信號后通過CAN總線方式或無線方式傳送給接收報警顯示模塊。（3）接收報警顯示模塊（圖5）：模塊通過ZigBee模塊或CAN總線接收由接收傳輸模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信號，通過解析后判斷脫軌情況，通過顯示模塊進行報警顯示處理，并作出停電、閉鎖反應(yīng)。

一、概述

自來水水壓流量監(jiān)控一直是城市供水部門的重點和難點，由于沒有進行有效監(jiān)控，水管爆裂，水源流失事故時有發(fā)生，自然資源遭受損失，為及時發(fā)現(xiàn)事故苗頭，防患于未來，我公司研制開發(fā)了經(jīng)濟實用、可靠的水壓流量無線監(jiān)測系統(tǒng)，本系統(tǒng)能對水壓力、流量進行實時無線監(jiān)測，數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計打印，從而提高了水壓流量管理水平。

二、系統(tǒng)組成和工作原理

系統(tǒng)主要由水壓力、流量RTU和監(jiān)測中心組成，如附圖所示；

水壓力、流量RTU主要完成對水管內(nèi)的水壓和流量數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送并接收監(jiān)測中心的指令，一旦壓力、流量不正常，RTU就會發(fā)出報警信息，請求監(jiān)測中心立即采取緊急措施。壓力、流量RTU可設(shè)置為自動定時向監(jiān)測中心發(fā)送信息，也可設(shè)置為平時處于待命狀態(tài)，在收到監(jiān)測中心的指令后才將信息發(fā)送給監(jiān)測中心。

監(jiān)測中心由臺式計算機、一臺監(jiān)測中心數(shù)傳電臺和監(jiān)測中心軟件組成，監(jiān)測中心可將巡檢指令發(fā)送各監(jiān)測RTU，該RTU收到指令后即向監(jiān)測中心發(fā)送信息，監(jiān)測中心一旦發(fā)現(xiàn)險情即可采取緊急措施。

1引言

隨著科技的進步與人力資源的限制，越來越多的變電站采用無人值守的運行管理模式。對于無人值守變電站所而言，變電站設(shè)備運行環(huán)境溫濕度、水位、設(shè)備漏油異響等異?，F(xiàn)象一直處于運行監(jiān)視盲區(qū)，相關(guān)信息無法實時傳遞到監(jiān)控后臺進行遠程監(jiān)視[1,2]。變電站防潮特巡、低溫特巡、高溫特巡等多項巡視作業(yè)需要檢查主控室、蓄電池室等設(shè)備室的溫濕度和空調(diào)風機運行狀態(tài)，繁重的工作量使人力短缺情況日趨緊張。變電站環(huán)境溫濕度等信號的在線監(jiān)控是無人值守變電站安全運行的基礎(chǔ)保障[3]。通過安裝溫濕度檢測模塊，記錄溫濕度曲線供管理人員查詢，積累歷史運行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計現(xiàn)場時空變化溫濕度變化規(guī)律與特點，不僅可為環(huán)控輔助系統(tǒng)運行參數(shù)的科學(xué)設(shè)置提供數(shù)據(jù)參考，更重要的是通過實時監(jiān)測，當發(fā)生溫濕度越限時啟動報警，提醒管理運行人員及時掌握并調(diào)整環(huán)控裝置的工作設(shè)置值，避免因溫濕度越限造成設(shè)備損壞，具有重要的工程價值。近年來，部分變電站/所雖安裝了溫濕度傳感器監(jiān)控系統(tǒng)，但一般采用現(xiàn)場總線控制技術(shù)的溫濕度傳感器監(jiān)控系統(tǒng)[4]，依賴有線或光纖通道，功耗大、費用高，構(gòu)成復(fù)雜，一旦遇到通道故障，修復(fù)難度大且時間較長。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，其高性能低成本使測量終端與后臺的信息可靠交互已成為現(xiàn)實，尤其是Zigbee無線通信技術(shù)具有低功耗、低成本、可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大、安全保密等一系列特征，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，為實現(xiàn)變電站環(huán)境溫濕度的無線分布式監(jiān)測、集中式評估提供了技術(shù)保障，特別是在變電站的應(yīng)用工程的可行性已得到了初步驗證[5,6]。鑒于此，本文設(shè)計了具有自我檢測功能的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化分布式結(jié)構(gòu)，利用無線溫濕度傳感節(jié)點測量設(shè)備控制柜、環(huán)境、控制室等區(qū)域溫濕度信號，采用ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)傳感器的即插即用。另外，設(shè)計開發(fā)了系統(tǒng)自檢診斷功能以提升系統(tǒng)的可靠性和易維護性。

2無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)拓撲

2.1變電站環(huán)境溫濕度監(jiān)測需求與特點分析。許多電力設(shè)備都需要在特定的環(huán)境下運行，例如開關(guān)柜、端子箱、計量柜和測控裝置等。因溫濕度過高造成設(shè)備運行故障的案例時有發(fā)生。當前，為保證電氣設(shè)備在合適的溫度和濕度環(huán)境下工作，在陰雨潮濕或酷暑高溫時，需要到變電站抄錄端子箱、開關(guān)柜、控制室、設(shè)備運行室等處的溫濕度表計讀數(shù)，不僅費時費力，容易發(fā)生抄錄錯誤和丟失，更主要的是不能在溫濕度超限的第一時間發(fā)現(xiàn)異常，造成設(shè)備運行的安全隱患。因此，為避免設(shè)備過熱或過濕發(fā)生安全事故，解放人力，開發(fā)設(shè)計一套性能穩(wěn)定先進的變電站環(huán)境溫濕度在線監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站設(shè)備內(nèi)部、控制室及周圍空氣溫濕度的遠程監(jiān)測具有重要的工程價值。變電站環(huán)境溫濕度監(jiān)測實施中需重點考慮以下幾點：1溫濕度測溫具有待測點多，且分布廣的特點；2對投運變電站現(xiàn)場布線改造困難，工作量巨大；3變電站現(xiàn)場電磁環(huán)境差，對電磁兼容要求高；4變電站取電有一定的要求。2.2監(jiān)測系統(tǒng)框架拓撲。研制開發(fā)的變電站環(huán)境溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。為降低現(xiàn)場布線的工作量和難度，保障系統(tǒng)工作的可靠性，系統(tǒng)采用無線通信和現(xiàn)場總線相結(jié)合的通信方式，分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分布式測量、集中式管控。研制的系統(tǒng)主要由3個部分組成：分布式傳感器節(jié)點、通信協(xié)調(diào)器和站級后臺。其中，傳感器節(jié)點用于實現(xiàn)待測對象的溫濕度測量和數(shù)字化，并基于ZigBee組網(wǎng)技術(shù)，組成以協(xié)調(diào)器單元為中心的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)無線傳輸給協(xié)調(diào)器單元，實現(xiàn)傳感器的即插即用。協(xié)調(diào)器節(jié)點管理著所有與之相連的傳感器，并且接收來自傳感器的溫濕度信息數(shù)據(jù)，然后將收集到的所有傳感器的溫濕度數(shù)據(jù)向上傳輸至監(jiān)測中心管理器。監(jiān)測中心管理、記錄、顯示所有的溫濕度數(shù)據(jù)，還可以針對不同的要求進行分析警報。比如，溫度超過限定值的時候，管理中心會發(fā)出警報；無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)帶有報表功能，可以根據(jù)傳感器或者用戶設(shè)定的設(shè)備名稱等查看歷史溫濕度數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的報表對溫濕度變化進行分析和處理；監(jiān)測中心還擁有特有的自我診斷功能，定期對整個系統(tǒng)的運行進行檢測。

3監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

3.1硬件設(shè)計。3.1.1傳感器節(jié)點。傳感器節(jié)點的功能是實現(xiàn)對溫濕度信息的采集、預(yù)處理和無線傳輸數(shù)據(jù)。包括微控制器模塊、傳感器功能模塊、無線通信模塊和電源功能模塊等。本裝置無線溫濕度傳感器基于CC2530模塊實現(xiàn)[7]，應(yīng)用SHT20傳感器實現(xiàn)溫濕度信息的傳感，應(yīng)用CC2530模塊自帶的A/D實現(xiàn)測量信號的數(shù)字化，無線溫濕度傳感器電源支持內(nèi)部高性能的鋰電池供電或外接電源兩種方式，以提高傳感器使用的便捷性。研制的無線溫濕度傳感器工作流程及傳感器實物如圖2所示。3.1.2協(xié)調(diào)器節(jié)點。協(xié)調(diào)器節(jié)點負責管理所屬區(qū)域傳感器節(jié)點，接收區(qū)域范圍內(nèi)傳感器傳輸?shù)臏貪穸葦?shù)據(jù)信息，并將接收到的信息及傳感器節(jié)點信息通過CAN總線傳輸給監(jiān)測中心。協(xié)調(diào)器節(jié)點基于CC2530設(shè)計[7]，根據(jù)功能可劃分為無線通信功能模塊、微控制器功能模塊、CAN通信功能模塊和電源功能模塊等。協(xié)調(diào)器節(jié)點的電源模塊采用市電220V供電，可以保證溫濕度數(shù)據(jù)的實時、全天候準確傳輸。協(xié)調(diào)器節(jié)點的工作流程如如圖3所示。3.1.3站級后臺。監(jiān)控中心的硬件采用Niagara工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器實現(xiàn)，通過CAN總線與協(xié)調(diào)器節(jié)點進行通信。同時，通過數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲以及顯示器進行人機交互。供電方式采用市電220V交流，保證系統(tǒng)的正常運行。3.2軟件設(shè)計。本文提出的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)采用C語言以及SQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。監(jiān)測系統(tǒng)軟件通過數(shù)據(jù)接口接收協(xié)調(diào)器節(jié)點傳輸?shù)膫鞲衅鳒貪穸葦?shù)據(jù)以及傳感器信息，并將各類信息結(jié)合用戶設(shè)定的溫濕度測點名稱存入到數(shù)據(jù)庫中。同時，軟件基于用戶定義的檢測點名稱實現(xiàn)檢測點的實時溫濕度數(shù)據(jù)的可視化。如果傳感器溫濕度數(shù)據(jù)超過對應(yīng)的用戶設(shè)定報警閾值，軟件會做出相應(yīng)的報警提示。監(jiān)測后臺工作流程圖如圖4所示。其中溫濕度信息診斷預(yù)警主要采用閾值法，依據(jù)相關(guān)運行規(guī)程制定，部分規(guī)則如下[8]：1主控制室和計算機室的溫度范圍為18～25℃，溫度變化率每小時不應(yīng)超過±5℃,相對濕度宜為45％～75％；2繼保室溫度變化范圍為5～30℃,溫度變化率每小時不超過±5℃,相對濕度宜為45％～75％,任何情況下無凝露。當然，通過預(yù)留閾值整定設(shè)置接口，系統(tǒng)同時支持閾值的差異化調(diào)整。

摘要：給出了用無線收發(fā)模塊nRF9E5設(shè)計的局域網(wǎng)系統(tǒng)，以實現(xiàn)對有毒氣體濃度進行無線監(jiān)測的系統(tǒng)設(shè)計方案。闡述了該系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計方法。文章通過構(gòu)建合理的通訊協(xié)議，有效地解決；了節(jié)點間的通訊尋址問題，保證了通訊的可靠性。

關(guān)鍵詞：nRF9E5；無線局域網(wǎng)絡(luò)；通訊協(xié)議；無線監(jiān)測

當今，無線技術(shù)正快速應(yīng)用于許多產(chǎn)品之中，與有線技術(shù)相比，無線技術(shù)主要具有成本低、攜帶方便、省去布線煩惱等優(yōu)點。特別適用于工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線RS485/232數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。本文給出了一種用于監(jiān)測有毒氣體的無線局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計方案。

1系統(tǒng)的功能及組成

在石華工業(yè)中，為了有效監(jiān)測空氣中H2S、CL2等有毒氣體的濃度，把隱患消滅于萌芽狀態(tài)，通常需要設(shè)計許多無線網(wǎng)絡(luò)檢測系統(tǒng)。圖1所示就是一種多任務(wù)無線通訊局域網(wǎng)示意圖。該系統(tǒng)是由一臺中央監(jiān)控設(shè)備CMS（centermoniteringsystem）和多臺遠程終端節(jié)點RTN（remoteterminalnodes）組成的多任務(wù)無線通信網(wǎng)絡(luò)。其中的中央監(jiān)控設(shè)備CMS主要由無線收發(fā)模塊Nrf9e5、報警裝置和上位機組成，能夠接收遠程各節(jié)點信息，監(jiān)控節(jié)點運行情況，并能根據(jù)上位機要求發(fā)送命令字到指定節(jié)點。各節(jié)點RTN主要由有毒氣體傳感部分和無線接收模塊Nrf9e5組成，能夠采樣并發(fā)送數(shù)據(jù)到CMS，接收并執(zhí)行CMS發(fā)送來的指令，并且可作為中轉(zhuǎn)站間接傳輸數(shù)據(jù)。

在CMS工作信號覆蓋范圍內(nèi)，各節(jié)點和CMS直接通訊，如圖中RTN100、RTN200和CMS之間可以直接通訊。在CMS工作信號覆蓋范圍外，各遠程終端節(jié)點其上級相應(yīng)節(jié)點和CMS間接通訊，如圖中RTN121、RTN122依次通過RTN120、RTN100和CMS來進行間接通訊。采用這種方法，可將系統(tǒng)擴展成一個非常大的無線居域網(wǎng)絡(luò)。

摘要：如今，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展速度很快，與信息技術(shù)進行了有機融合。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，廣播電視發(fā)射臺也做出了很大改變，經(jīng)過不斷努力，逐漸提升了系統(tǒng)的自動化水平。在這個系統(tǒng)中，主要將自動監(jiān)測、協(xié)調(diào)操控以及安全保護集中在了一起。本文闡述了廣播電視發(fā)射臺自動化信號監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及設(shè)計原則，對該系統(tǒng)的設(shè)計進行了研究，分析了該系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：廣播電視；發(fā)射臺；自動化信號；監(jiān)測系統(tǒng)

一直以來，在公共基礎(chǔ)設(shè)施中，人們對廣播電視發(fā)射臺給予了高度重視，發(fā)射臺占據(jù)著不可或缺的位置，需要對廣播、電視節(jié)目信號等進行有效的傳送，將相關(guān)信息等發(fā)送給廣大的受眾。就發(fā)射臺而言，在播出方面，要想具有較強的能力，能夠使工作過程具有較高的安全性，應(yīng)該加大系統(tǒng)的建設(shè)力度，尤其在各節(jié)點信號方面，都要進行全面監(jiān)測，并且使機房受到全面監(jiān)測，經(jīng)過這樣的方式，一些安全隱患可以盡早發(fā)現(xiàn)，進而采取有效的解決措施，使系統(tǒng)能夠高效運行，呈現(xiàn)出良好的工作狀態(tài)，保證系統(tǒng)的安全可靠性。

一、系統(tǒng)總的設(shè)計原則

對于廣播電視發(fā)射臺來說，建立健全的信號監(jiān)測系統(tǒng)是客觀要求，能夠?qū)ο嚓P(guān)的信號進行有效管理，實現(xiàn)遠程監(jiān)測，體現(xiàn)了較強的自動化水平，有助于及時識別相應(yīng)的信號故障，在根本上，為節(jié)目的順利播出打下了基礎(chǔ)，還可以提升安全水平。為了實現(xiàn)電視節(jié)目的安全播出，對自動化信號監(jiān)測進行實際設(shè)計時，應(yīng)該遵循下面幾個原則：（一）穩(wěn)定安全原則。不管是信號的監(jiān)測工作，還是設(shè)備的監(jiān)測工作，都采用了嵌入式，在全部的模塊中，對熱插拔方式進了積極應(yīng)用，在很大程度上，提升了監(jiān)測系統(tǒng)的安全性，這對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。（二）業(yè)務(wù)流程。在設(shè)計時，應(yīng)該從用戶模式出發(fā)，對部門職能也要進行全面關(guān)注，尤其在業(yè)務(wù)流程方面，需要采取有效的手段，對其進行簡化，明確簡化的目標，保證結(jié)果的順利輸出。不僅如此，在配置方面，也應(yīng)該合理簡化，這樣可以防止重復(fù)輸入。（三）維護簡便原則。針對子系統(tǒng)，應(yīng)該做好相關(guān)的維護工作，系統(tǒng)可以自我診斷，進行自動化報警，為維護人員提供了諸多便利，可以盡早發(fā)現(xiàn)故障，及時排除故障。在排除故障時，僅更換相應(yīng)的模塊就能夠完成故障排除工作，不需要對系統(tǒng)進行重新配置。

二、機房現(xiàn)狀概述

現(xiàn)對上半年的工作做出總結(jié)和下半年的工作打算。上半年，市無線電管理處在省信產(chǎn)廳、市委、市人大、市政府的領(lǐng)導(dǎo)下，認真貫徹執(zhí)行國家的有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章和市人民政府的文件規(guī)定，發(fā)揚艱苦創(chuàng)業(yè)、開拓奮進的精神，切實搞好無線電頻率和臺站管理，全面開展無線電管理監(jiān)督檢查、無線電監(jiān)聽、監(jiān)測和干擾查處工作，確保了各類無線電通信暢通，保障了重要通信和航空通信安全。

一、上半年工作總結(jié)

（一）認真做好無線電臺站年檢驗證工作，嚴格無線電頻率和臺站管理

今年我處與行政服務(wù)中心聯(lián)合發(fā)出無線電臺站年檢驗證通知共50余份，同時為提高工作效率，方便用戶辦理手續(xù)，所有的行政審批項目和年檢工作都在政務(wù)服務(wù)中心辦結(jié)。到6月底，全市年檢率達到80%以上。為一家新設(shè)臺單位辦理了設(shè)臺相關(guān)手續(xù)。

嚴格按照新版《無線電頻率劃分規(guī)定》和“無線電臺站審批程序”，對用戶報送的申請資料進行認真審核，積極指導(dǎo)和協(xié)助用戶填寫好“無線電臺站技術(shù)參數(shù)表”，并遵循科學(xué)、合理的原則規(guī)劃臺站地址和指配無線電頻率，做到建站合理，審批嚴格，辦證迅速，服務(wù)及時周到。為確保我國第三代移動通信和我市農(nóng)村的“村村通”工程建設(shè)的有序開展，我們開展了對第三代移動通信和農(nóng)村“村村通”工程所用頻率的清理工作，保證所用頻率的電磁環(huán)境干凈無干擾。

（二）、加強法律法規(guī)知識學(xué)習(xí)和宣傳，認真開展執(zhí)法檢查

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量分布廣泛的、能夠進行簡單計算的微小傳感器節(jié)點，以無線通訊的方式，同時能夠自行組織起網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，是能夠在不斷變化的環(huán)境中自主完成指定任務(wù)的智能系統(tǒng)。隨著無線通信、嵌入式計算技術(shù)、傳感器技術(shù)、微機電技術(shù)的不斷發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)改變了人類與自然界的交互方式，在軍事、環(huán)境監(jiān)測、空間探索、反恐防暴、災(zāi)難援救、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居等方面展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用價值。

1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

1.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由傳感器節(jié)點、匯集節(jié)點和管理節(jié)點組成。通過在需要監(jiān)測的區(qū)域內(nèi)散布大量傳感器來探測溫度、濕度、壓力、光照強度、介質(zhì)濃度等環(huán)境數(shù)據(jù)，并且每個傳感器之間以自組織的形式拓展成網(wǎng)絡(luò)。傳感器將探測到的環(huán)境數(shù)據(jù)以特定的方式匯集到某個節(jié)點或多個節(jié)點，最終所有數(shù)據(jù)都經(jīng)過衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)或者移動通信網(wǎng)絡(luò)傳送給管理節(jié)點。1.2節(jié)點結(jié)構(gòu)。傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成，如下圖所示。傳感器模塊的功能是監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的信息，將信息進行采集并轉(zhuǎn)換成特定格式的數(shù)據(jù)；處理器模塊的功能是處理好相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和存儲，包括自身采集的數(shù)據(jù)和其他節(jié)點傳來的數(shù)據(jù)；無線通信模塊的功能是與其他傳感器節(jié)點進行無線通信，交換信息和數(shù)據(jù)；能量供應(yīng)模塊的功能是為傳感器節(jié)點供能，而供能介質(zhì)通常采用微型電池。

2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點

2.1分布式和網(wǎng)絡(luò)自組。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中并沒有原先設(shè)置中心節(jié)點，所有的節(jié)點都擁有相同的權(quán)限，各節(jié)點之間都是通過分布式算法來協(xié)調(diào)，可以在無人操作的情況下自動將所有節(jié)點組織到一起，自動地進行網(wǎng)絡(luò)配置和管理，通過相應(yīng)的協(xié)議和算法自動形成一個具有收發(fā)大量環(huán)境數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡(luò)。為了應(yīng)對環(huán)境的復(fù)雜性，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以隨時加入或者切除一部分節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)不會因此而失效或者崩潰。2.2規(guī)模大密度高。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由成千上萬個傳感器節(jié)點組成，覆蓋區(qū)域大，節(jié)點密集，以盡可能獲得更為精確、完整的數(shù)據(jù)，如森林火災(zāi)監(jiān)護和環(huán)境監(jiān)測等。同時，也正因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模大，密度高，網(wǎng)絡(luò)中存在大量的冗余節(jié)點，從而使得能夠從不同的角度獲得盡可能多的數(shù)據(jù)，挺高了監(jiān)測的精度，也降低了對單個傳感器節(jié)點的精度要求，所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的造價相對便宜。2.3網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)通常是不斷變化的，節(jié)點的移動、故障，節(jié)點能源的耗盡，新節(jié)點的加入，無線信道的不穩(wěn)定等都有可能造成網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的變化，變化的時間點和方式都很難預(yù)測。這就要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織和動態(tài)調(diào)整的能力，可通過各種組網(wǎng)技術(shù)，對各節(jié)點進行動態(tài)的管理，最大程度的利用節(jié)點資源。2.4以數(shù)據(jù)為中心。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常是為了完成某些任務(wù)為創(chuàng)建的。用戶關(guān)心的是監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的信息，而不是某個傳感器節(jié)點上的數(shù)據(jù)。用戶在使用傳感器網(wǎng)絡(luò)時，是將需要查詢的信息發(fā)給網(wǎng)絡(luò)，而不是發(fā)給某個節(jié)點，然后傳感器網(wǎng)絡(luò)收集相關(guān)數(shù)據(jù)后整合成信息匯報給用戶。與以連接為中心的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的，各節(jié)點要有能聚合數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行緩存和壓縮的功能。2.5資源受限。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常用于一些特殊場所和領(lǐng)域，傳感器往往在價格、體積和功耗上受到限制，單個節(jié)點的計算能力、存儲空間、續(xù)航能力相對較弱，無法做大規(guī)模的存儲和計算。所以在網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建過程中，如何降低網(wǎng)絡(luò)的功耗，最大化網(wǎng)絡(luò)的生存周期是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要面臨的一大挑戰(zhàn)。

3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域