一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變工業(yè)
以感知和智能為特征的新技術(shù)的出現(xiàn)和相互融合，使得未來信息技術(shù)的發(fā)展由人類信息主導(dǎo)的互聯(lián)網(wǎng)向物與物互聯(lián)信息主導(dǎo)的物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用無線通信、傳感器、RFID等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬事萬物的"Internet of things" ,“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)可以提高經(jīng)濟(jì)效益，大大節(jié)約成木，為全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇提供技術(shù)動(dòng)力。目前，美國、歐盟等都在投入巨資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)。我國也正在高度關(guān)注和重視物聯(lián)網(wǎng)的研究。
物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展離不開應(yīng)用，未來一定是結(jié)合各個(gè)行業(yè)應(yīng)用來發(fā)展。而向工業(yè)自動(dòng)化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分。物聯(lián)網(wǎng)將大大加快了工業(yè)化進(jìn)程，顯著提高了人類的物質(zhì)生活水平，促進(jìn)了企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營管理模式的改變。
而向工業(yè)自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以泛在網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以泛在感知為核心、以泛在服務(wù)為目的、以泛在智能拓展和提升為目標(biāo)的綜合性一體化信息處理技術(shù)。所謂泛在網(wǎng)絡(luò)，主要是指工廠范圍內(nèi)泛在的物物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)的時(shí)間和空間維度管理的拓展，顯著提高了物流管理的實(shí)時(shí)性和可追溯性，對(duì)生產(chǎn)管理產(chǎn)生的影響將是巨大的。。
二、基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度檢測系統(tǒng)整體介紹
基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度檢測系統(tǒng)，包括由若干個(gè)測量節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測裝置包括基站節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控終端設(shè)備，所述每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)包括溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器和ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器分別與微處理器相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測到的溫度、濕度信息發(fā)送給微處理器進(jìn)行處理后通ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn)，所述基站節(jié)點(diǎn)接收并存儲(chǔ)無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的溫度、濕度信息同時(shí)將信息發(fā)送到監(jiān)控終端設(shè)備上。
三、基于物聯(lián)網(wǎng)礦井溫、濕度的檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測系統(tǒng)，如圖1 所示，包括由若干個(gè)測量節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測裝置包括基站節(jié)點(diǎn)11 和監(jiān)控終端設(shè)備12， 所述每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)包括溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器和ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器分別與微處理器相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測到的溫度、濕度信息發(fā)送給微處理器進(jìn)行處理后通過ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn)11， 所述基站節(jié)點(diǎn)11 接收并存儲(chǔ)無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的溫度、濕度信息同時(shí)將信息發(fā)送到監(jiān)控終端設(shè)備12 上。所述測量節(jié)點(diǎn)11 還包括顯示設(shè)備， 所述顯示設(shè)備與微處理器相連，用于顯示處理后的溫度、濕度數(shù)據(jù)。所述基站節(jié)點(diǎn)11 包括ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器、微控制器和串口電路，所述串口電路用于與監(jiān)控終端設(shè)備12 相連。所述ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器采用CC2530 射頻芯片收發(fā)電路。
3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)步驟
1）在礦井內(nèi)不同位置設(shè)置測量節(jié)點(diǎn)，所述每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器、顯示模塊和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器、顯示模塊分別與微處理器相連；
2）布設(shè)好測量節(jié)點(diǎn)后選擇無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測裝置之間的工作模式；
①本地顯示模式
測量節(jié)點(diǎn)中的溫度傳感器、濕度傳感器將采集到的溫濕度信息發(fā)送到微處理器處理后通過顯示模塊顯示此刻的溫濕度數(shù)據(jù)；測量節(jié)點(diǎn)中的ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器不工作；
②遠(yuǎn)程監(jiān)控工作模式
測量節(jié)點(diǎn)中的溫度傳感器、濕度傳感器將采集到的溫濕度信息發(fā)送到微處理器處理，同時(shí)ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器對(duì)相鄰測量節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包進(jìn)行偵聽，通過記錄相鄰測量節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)示號(hào)碼來建立靜態(tài)路由表；根據(jù)靜態(tài)路由表中的
數(shù)據(jù)，指定傳感網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)與基站節(jié)點(diǎn)的通信路徑， 根據(jù)指定的路徑通過多跳方式把數(shù)據(jù)包發(fā)送到基站節(jié)點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)再將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端設(shè)備；同時(shí)斷開測量節(jié)點(diǎn)中微處理器與顯示模塊之間的連接；③本地顯示模式與遠(yuǎn)程監(jiān)控工作模式共同工作。
3.2 系統(tǒng)應(yīng)用
如圖1 所示，本新型基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度檢測系統(tǒng)[6]，包括由分布在礦井中的測量節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，由基站節(jié)點(diǎn)11 和監(jiān)控終端設(shè)備12 相連接形成的監(jiān)控裝置，所述基站節(jié)點(diǎn)11 與所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行無線通信。測量節(jié)點(diǎn)的數(shù)目為A、B、C、D、E、F 6 個(gè)， 所述6 個(gè)測量節(jié)點(diǎn)之間通過無線通信方式構(gòu)成無線傳感器自組網(wǎng)，基站節(jié)點(diǎn)11 只與所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的測量節(jié)點(diǎn)D 進(jìn)行無線通信，而自組網(wǎng)中的其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都通過該測量節(jié)點(diǎn)D 傳輸?shù)?/div>
基站節(jié)點(diǎn)11。如圖2 所示，測量節(jié)點(diǎn)是由用于測量礦井周圍環(huán)境的溫濕度的傳感器20、用于與相鄰測量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信的CC2530 射頻芯片收發(fā)電路22、用于顯示測量結(jié)果的顯示模塊23 分別與微處理器21 相連接組成，每個(gè)所述測量節(jié)點(diǎn)具, 有一個(gè)電源為測量節(jié)點(diǎn)的各器件供電，電源為鋰電池，具有體積小、低功耗的優(yōu)點(diǎn)。顯示模塊23 可以采用一液晶顯示。CC2530 射頻芯片收發(fā)電路22 負(fù)責(zé)與相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，建立路由，從而實(shí)現(xiàn)無線發(fā)送、接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；微處理器21 為MSP430 低功耗單片機(jī)，負(fù)責(zé)采集溫、濕度傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行校正； 并將溫濕度信息發(fā)送給顯示模塊23 和CC2530 射頻芯片收發(fā)電路22， 或?qū)C2530 射頻芯片收發(fā)電路22 收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，發(fā)出相關(guān)響應(yīng)。
如圖3 所示， 基站節(jié)點(diǎn)11 包括微控制器31、基站節(jié)點(diǎn)CC2530 射頻芯片收發(fā)電路32， 還要增加一個(gè)用于與監(jiān)控終端設(shè)備13 相連接的串口電路33。當(dāng)然，基站節(jié)點(diǎn)11 也可以采用具有相同功能的其他電路結(jié)構(gòu)。
監(jiān)控終端設(shè)備13 為一個(gè)計(jì)算機(jī)， 負(fù)責(zé)接收所有測量節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，并根據(jù)用戶要求向測量節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)發(fā)出命令。因?yàn)闇y量節(jié)點(diǎn)部署在礦井的不同位置，測量獲得的信號(hào)輸出就很重要。采取有線方式輸出非常麻煩，施工成本高，節(jié)點(diǎn)放置位置也受諸多限制。本實(shí)用新型采用了無線自組網(wǎng)的方法將采集到的數(shù)據(jù)輸出。每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)上的MSP430 單片機(jī)將采集獲得的數(shù)據(jù)送給CC2530 射頻芯片收發(fā)電路，CC2530射頻芯片收發(fā)電路通過偵聽鄰居節(jié)點(diǎn)來建立路由。CC2530射頻芯片收發(fā)電路工作在915 MHz 的頻率上，寬帶為38.4 kHz。測量節(jié)點(diǎn)之間通過無線方式形成多跳自組網(wǎng)，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，由于采用無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)，測量節(jié)點(diǎn)也沒有電源線，所以測量節(jié)點(diǎn)采用電池供電。為了節(jié)省電能，測量節(jié)是低功耗設(shè)計(jì)。測量節(jié)點(diǎn)使用低功耗的MSP430 單片極， 并進(jìn)行嚴(yán)格的電源管理控制， 具體方法為： 暫時(shí)不工作的器件全部斷電，MSP430 和CC2530 射頻芯片收發(fā)電路在不工作時(shí)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。整個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的礦井溫濕度采集通信
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在工業(yè)設(shè)備檢測中, 是將傳感器節(jié)點(diǎn)安裝在機(jī)器難以觸及的位置, 節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)信號(hào)如探測振動(dòng)模式, 借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過多跳技術(shù)將信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心, 數(shù)據(jù)中心對(duì)采集的信號(hào)分析判斷是否需要進(jìn)行維護(hù)和對(duì)出現(xiàn)的故障及時(shí)地做出判斷。因處于無線操作狀態(tài)下, 從而避免了本身的檢修問題, 而且允許對(duì)傳感器進(jìn)行低成本的改進(jìn)安裝。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。
圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
四、結(jié)束語
物聯(lián)網(wǎng)檢測系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：1）本系統(tǒng)不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠使用戶在任何時(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下，獲取礦井下大量詳實(shí)而可靠的溫、濕度信息；2）具有體積小、功耗少、快速組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，并通過監(jiān)控終端進(jìn)行接收數(shù)據(jù)、發(fā)送命令、具有部署方便，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
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