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物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點遠程休眠喚醒與安保監(jiān)控系統(tǒng)

1. 系統(tǒng)簡介
      物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點遠程休眠喚醒與安保監(jiān)控系統(tǒng)（SeaIOT-NMCS）是針對物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用的需求，綜合運用傳感器采集、智能控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Web服務(wù)器、嵌入式中間件等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合，提出的傳感數(shù)據(jù)與視頻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)控的解決方案，該方案可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)溫室大棚、工業(yè)監(jiān)控、智能家居等多個實際生活環(huán)境。
2. 系統(tǒng)構(gòu)成
       系統(tǒng)利用傳感器測量環(huán)境參數(shù)，結(jié)合嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲測量數(shù)據(jù)；利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理各個傳感節(jié)點；利用嵌入式Linux系統(tǒng)實現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)；利用Web服務(wù)器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化遠程測量、控制，促使學(xué)生了解各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。
2.1 系統(tǒng)總拓撲

  
 系統(tǒng)總拓撲圖

2.2 復(fù)合節(jié)點拓撲

單復(fù)合節(jié)點“智能Web監(jiān)控系統(tǒng)”拓撲圖

3. 硬件資源
本系統(tǒng)主要由感知設(shè)備、控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、測控服務(wù)器等組成。用戶可根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境，選擇合適的硬件設(shè)備。
1） 感知設(shè)備：
       主要由傳感器調(diào)理板、ZigBee通信模塊以及接口底板組成。系統(tǒng)支持的傳感器有空氣溫濕度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器、加速度傳感器、光敏傳感器、燃氣探測器、煙霧探測器、以及紅外探測器等，可根據(jù)客戶需求定制不同類型的傳感器節(jié)點。
2） 控制設(shè)備：
       主要由執(zhí)行設(shè)備、ZigBee通信模塊以及接口底板組成。因被控對象不同，主要分為直流供電型控制設(shè)備、交流供電型控制設(shè)備、紅外控制設(shè)備。
       直流供電型控制設(shè)備，主要包括執(zhí)行器、ZigBee通信模塊和底板組成，底板由直流電源供電。執(zhí)行器支持諸如點陣LCD液晶顯示屏、數(shù)碼管顯示屏、蜂鳴器、LED指示燈、語音播放器等。
       交流供電型控制設(shè)備，主要包括控制器和交流電器，控制器封裝在標(biāo)準(zhǔn)的86盒內(nèi)，交流電器只需插入86盒的兩相或三相插座即可實現(xiàn)電器的開關(guān)控制。交流電器支持諸如照明燈、警笛、窗簾、電視、音響、空調(diào)、滴灌、卷簾、通風(fēng)扇、加濕器等。
紅外控制設(shè)備主要是學(xué)習(xí)遙控器的編碼，用一個紅外控制設(shè)備代替多個遙控器實現(xiàn)紅外設(shè)備的統(tǒng)一管理。紅外設(shè)備支持諸如電視、音響、空調(diào)等。
3） 監(jiān)控設(shè)備：
       它是一種視頻服務(wù)器，具有MAC地址和IP地址，用于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控。通常與測控服務(wù)器處于同一級路由下使用。此處，監(jiān)控攝像機位于測控服務(wù)器形成的路由器之下，通過WIFI與測控服務(wù)器通信，由測控服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)視頻數(shù)據(jù)。
4） 測控服務(wù)器：
       它是復(fù)合節(jié)點的核心控制主機，主要由嵌入式主板組成，封裝在模具內(nèi)，安裝在本地，通過以太網(wǎng)與路由器連接，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入。
       測控服務(wù)器內(nèi)部集成ZigBee無線通信模塊，可設(shè)計為ZigBee協(xié)調(diào)器或路由器，ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲模式靈活多變。
       其內(nèi)部也集成了WiFi模塊，可以設(shè)置為AP模式或者STA模式，上行通過以太網(wǎng)連接路由器，下行支持WiFi設(shè)備通過AP接入點連接互聯(lián)網(wǎng)。這樣復(fù)合節(jié)點只需使用一根以太網(wǎng)線纜、一個IP地址就可以實現(xiàn)ZigBee傳感數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中的通信。在實際工程中，這種設(shè)計方式既保證了有線連接的可靠性和數(shù)據(jù)遠傳，又節(jié)約了硬件成本和IP資源。
同時，服務(wù)器內(nèi)部留有GPRS、3G模塊的接口，可根據(jù)客戶需求集成移動通信模塊。
4. 軟件資源
系統(tǒng)軟件默認(rèn)采用B/S結(jié)構(gòu)，主要包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明傳輸軟件、基于Web的傳感節(jié)點網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控軟件、無線AP到以太網(wǎng)橋接的軟件，軟件結(jié)構(gòu)如圖所示。

軟件結(jié)構(gòu)圖

1） 無線網(wǎng)絡(luò)傳感器數(shù)據(jù)透明傳輸軟件：
主要實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點的自動入網(wǎng)、節(jié)點休眠與喚醒、節(jié)點之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點的采樣與傳輸、以及執(zhí)行節(jié)點的設(shè)備控制功能。
2） 基于Web的傳感節(jié)點網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控軟件：
該軟件以智能網(wǎng)關(guān)作為Web測控服務(wù)器，結(jié)合CGI應(yīng)用程序接口、檢測與控制應(yīng)用程序、以及HTML網(wǎng)頁，為用戶提供B/S方式的訪問與控制傳感層節(jié)點的平臺。
5. 功能特點
5.1 系統(tǒng)功能
1. 環(huán)境實時監(jiān)測功能
通過溫濕度傳感器、光線傳感器對環(huán)境狀態(tài)進行實時監(jiān)測，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)可以實時顯示在客戶端瀏覽器的頁面上。

2. 休眠喚醒控制
在節(jié)點監(jiān)測的頁面下，選中某一個傳感節(jié)點，點擊“休眠”或“開啟”按鈕，實現(xiàn)節(jié)點遠程“休眠”和“喚醒”控制。休眠中的節(jié)點不再驅(qū)動傳感器采樣數(shù)據(jù)，直到被重新復(fù)位或者被遠程“喚醒”才繼續(xù)采集信息、傳輸信息。

2. 歷史數(shù)據(jù)存儲功能
在測控服務(wù)器中構(gòu)建Sqlite數(shù)據(jù)庫以及節(jié)點信息表，實時保存溫濕度傳感器、光線傳感器的采樣值，所有監(jiān)測的歷史數(shù)據(jù)都可以顯示在客戶端瀏覽器的頁面上。

3. 遠程控制功能
遠程控制主要用來顯示當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的所有繼電器控制節(jié)點，可以選中某個節(jié)點，實現(xiàn)遠程控制現(xiàn)場設(shè)備的開、關(guān)。

 網(wǎng)頁控制LED燈關(guān)閉或點亮

網(wǎng)頁控制風(fēng)扇打開或關(guān)閉

4. 局域網(wǎng)視頻監(jiān)控
用戶可以在網(wǎng)頁瀏覽器中輸入IP地址“192.168.1.10:81”，通過視頻查看現(xiàn)場的狀況。

5. 外網(wǎng)訪問
系統(tǒng)既支持局域網(wǎng)客戶端訪問，也支持外網(wǎng)客戶端訪問。外網(wǎng)用戶只需在瀏覽器中輸入測控服務(wù)器的域名地址“http://fttech.eicp.net:81”即可實現(xiàn)遠程訪問現(xiàn)場，查看節(jié)點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、存儲的歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備控制、以及視頻監(jiān)控等。

5.2 系統(tǒng)特點
  WiFi到以太網(wǎng)的無線橋接：復(fù)合節(jié)點除了實現(xiàn)測控服務(wù)器的功能外，還形成了無線AP接入點，網(wǎng)絡(luò)攝像機通過WiFi接入AP形成的網(wǎng)絡(luò)中。這種設(shè)計方式使得復(fù)合節(jié)點只需使用一根以太網(wǎng)線纜、一個IP地址就可以實現(xiàn)ZigBee傳感節(jié)點和視頻節(jié)點兩種數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)客戶端的通信。在實際工程中，既保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院瓦h傳性，又節(jié)約了視頻監(jiān)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接的硬件成本和IP資源。
  內(nèi)外網(wǎng)Web遠程訪問：支持局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)兩種方式的遠程監(jiān)控。
6. 教學(xué)資源
本系統(tǒng)提供了豐富的實驗，包括ZigBee采集傳輸實驗，Linux系統(tǒng)搭建實驗、Web服務(wù)器搭建實驗、網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)控實驗等，縱深貫穿，讓學(xué)生在實驗中逐步領(lǐng)悟物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方式，培養(yǎng)學(xué)生動手解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。

7. 成功案例

內(nèi)蒙古大學(xué)采用該系統(tǒng)