物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)從架構(gòu)上面可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如下圖所示。

1.感知層：負(fù)責(zé)信息采集和物物之間的信息傳輸，信息采集的技術(shù)包括傳感器、條碼和二維碼、 RFID射頻技術(shù)、音視頻等多媒體信息，信息傳輸包括遠(yuǎn)近距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、自組織組網(wǎng)技術(shù)、協(xié)同信息處理技術(shù)、信息采集中間件技術(shù)等傳感器網(wǎng)絡(luò)。感知層是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力，是物聯(lián)網(wǎng)中包括關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化方面、產(chǎn)業(yè)化方面亟待突破的部分，關(guān)鍵在于具備更精確、更全面的感知能力，并解決低功耗、小型化和低成本的問(wèn)題。

2.網(wǎng)絡(luò)層：是利用無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、認(rèn)證和傳輸，廣泛覆蓋的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，是物聯(lián)網(wǎng)三層中標(biāo)準(zhǔn)化程度昀高、產(chǎn)業(yè)化能力昀強(qiáng)、昀成熟的部分，關(guān)鍵在于為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特征進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，形成協(xié)同感知的網(wǎng)絡(luò)。

3.應(yīng)用層：提供豐富的基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本目標(biāo)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)信息化需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案集，關(guān)鍵在于行業(yè)融合、信息資源的開(kāi)發(fā)利用、低成本高質(zhì)量的解決方案、信息安全的保障以及有效的商業(yè)模式的開(kāi)發(fā)。


 

系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)通用分層結(jié)構(gòu)，結(jié)合熱力小室監(jiān)測(cè)需要實(shí)現(xiàn)的功能：

1.感知層

感知層由各種傳感器、攝像設(shè)備組成，如溫濕度傳感器、液位傳感器、沉降監(jiān)測(cè)傳感器、圖像采集器等組成。傳感器之間采用RS485方式連接。RS485作為一種串行通信的接口，具有傳輸距離長(zhǎng)、速度較高、電平兼容性好、使用靈活方便、成本低廉和可靠度高等優(yōu)點(diǎn)，在智能管理、在線控制、地質(zhì)勘探等等許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

溫濕度傳感器、液位傳感器為必選傳感器，實(shí)現(xiàn)熱力小室溫濕度、液位監(jiān)測(cè)的基本功能。沉降監(jiān)測(cè)傳感器和圖像采集為可選，在需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)沉降（如隧道、管溝附近）和重點(diǎn)采集圖像的熱力小室內(nèi)采用。

由于RS485兼容性好的特點(diǎn)，在需要監(jiān)測(cè)其他參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更多功能時(shí)，可添加相應(yīng)功能的傳感器。

2.網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的硬件設(shè)備由數(shù)據(jù)采集器和手持巡檢機(jī)組成。數(shù)據(jù)采集器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)感知層中各種模塊的控制，并記錄感知層中的監(jiān)測(cè)信息，向上發(fā)送至信息處理中心或手持機(jī)。

數(shù)據(jù)采集器由單片機(jī)（MCU）、存儲(chǔ)、傳輸、電源模塊組成，數(shù)據(jù)采集器通過(guò)RS485的方式與各傳感器進(jìn)行連接。

對(duì)MCU進(jìn)行編程，控制其他各部分的行為，包括采集器的采集頻率和采集精度、對(duì)采集信息的存儲(chǔ)和傳輸、電源管理等。

數(shù)據(jù)采集器對(duì)傳感器模塊進(jìn)行采集控制。數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集數(shù)據(jù)時(shí)，為了節(jié)點(diǎn)及提高傳感器的壽命，采集設(shè)備對(duì)傳感器的電源進(jìn)行控制。當(dāng)采集傳感器數(shù)據(jù)時(shí)，采集設(shè)備控制傳感器電源接通，傳感器開(kāi)始工作。讀完數(shù)據(jù)后，則控制傳感器電源關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)間歇性協(xié)同工作，節(jié)約電力，增加傳感器使用壽命。

數(shù)據(jù)采集器對(duì)存儲(chǔ)和傳輸模塊進(jìn)行控制。存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)為大容量SD卡存儲(chǔ)。采集器采集到的溫濕度、液位、沉降等信息存儲(chǔ)在SD卡內(nèi)。傳輸模塊可以實(shí)現(xiàn)手持機(jī)巡檢模式和遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)模式傳輸信息。

信息的傳輸設(shè)計(jì)手持機(jī)接收的短距離無(wú)線傳輸和發(fā)送到遠(yuǎn)程信息處理中心的長(zhǎng)距離無(wú)線傳輸。信息短距離無(wú)線傳輸采用Zigbee通訊方式。Zigbee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離和低速率下的無(wú)線通信技術(shù)，Zigbee過(guò)去又稱為“HomeRF Lite”和“FireFly”技術(shù), 統(tǒng)一稱為Zigbee技術(shù)。 主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。在手持機(jī)巡檢模式下，存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的信息通過(guò)Zigbee通訊方式發(fā)送至手持機(jī)，實(shí)現(xiàn)巡檢功能。信息長(zhǎng)距離無(wú)線傳輸采用GPRS通訊方式。GPRS通訊方式是一種成熟的通訊方式，具有費(fèi)用低廉，傳輸速率高，有移動(dòng)或聯(lián)通等現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)商支持的特點(diǎn)。在長(zhǎng)距離無(wú)線傳輸模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)SIM卡模塊，使用移動(dòng)或聯(lián)通公用通信網(wǎng)絡(luò)。在遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)模式下，信息通過(guò)GPRS通訊方式發(fā)送至應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能；還可通過(guò)公用通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)短信至相關(guān)責(zé)任人手機(jī)上。

電源模塊內(nèi)置可充電、可更換電池，并設(shè)置移動(dòng)充電接口。數(shù)據(jù)采集部分對(duì)電池模塊進(jìn)行控制。當(dāng)各部分不工作時(shí)，電池處于休眠模式節(jié)省電力。設(shè)計(jì)電量檢測(cè)電路，當(dāng)電池的電量減少到設(shè)定值，熱力小室數(shù)據(jù)采集部分會(huì)自動(dòng)向總部或相關(guān)負(fù)責(zé)人報(bào)警。

3.應(yīng)用層

應(yīng)用層由數(shù)據(jù)處理部分和顯示交互部分組成。

數(shù)據(jù)處理部分即遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中立，是安裝了熱力小室數(shù)據(jù)處理軟件的計(jì)算機(jī)。該軟件可對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)接入的熱力小室的溫度、濕度、沉降、液位信息進(jìn)行處理分析，實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)報(bào)警，統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)狀態(tài)分析、故障診斷等功能。

顯示交互部分有顯示屏、交互終端等組成。顯示屏作用是實(shí)時(shí)顯示熱力小室的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)供相關(guān)人員查閱，顯示報(bào)警信息。交互終端是安裝了專門(mén)開(kāi)發(fā)的客戶端的智能手機(jī)，相關(guān)人員可以通過(guò)客戶端實(shí)時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)處理中心查閱一切相關(guān)信息，同時(shí)，手機(jī)還能接受來(lái)自數(shù)據(jù)采集部分通過(guò)GPRS方式發(fā)送的信息短信及報(bào)警短信。

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