物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)遠程休眠喚醒與安保監控系統

1. 系統簡(jiǎn)介
      物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)遠程休眠喚醒與安保監控系統（SeaIOT-NMCS）是針對物聯(lián)網(wǎng)工程應用的需求，綜合運用傳感器采集、智能控制、無(wú)線(xiàn)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，提出的傳感數據與視頻數據網(wǎng)絡(luò )化遠程監控的解決方案，該方案可廣泛應用于農業(yè)溫室大棚、工業(yè)監控、智能家居等多個(gè)實(shí)際生活環(huán)境。
2. 系統構成
       系統利用傳感器測量環(huán)境參數，結合嵌入式數據庫存儲測量數據；利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )統一管理各個(gè)傳感節點(diǎn)；利用嵌入式Linux系統實(shí)現智能網(wǎng)關(guān)；利用Web服務(wù)器實(shí)現網(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 )化監控系統中的應用。
2.1 系統總拓撲

  
 系統總拓撲圖

2.2 復合節點(diǎn)拓撲

單復合節點(diǎn)“智能Web監控系統”拓撲圖

3. 硬件資源
本系統主要由感知設備、控制設備、監控設備、測控服務(wù)器等組成。用戶(hù)可根據具體應用環(huán)境，選擇合適的硬件設備。
1） 感知設備：
       主要由傳感器調理板、ZigBee通信模塊以及接口底板組成。系統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，可根據客戶(hù)需求定制不同類(lèi)型的傳感器節點(diǎn)。
2） 控制設備：
       主要由執行設備、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備、交流供電型控制設備、紅外控制設備。
       直流供電型控制設備，主要包括執行器、ZigBee通信模塊和底板組成，底板由直流電源供電。執行器支持諸如點(diǎn)陣LCD液晶顯示屏、數碼管顯示屏、蜂鳴器、LED指示燈、語(yǔ)音播放器等。
       交流供電型控制設備，主要包括控制器和交流電器，控制器封裝在標準的86盒內，交流電器只需插入86盒的兩相或三相插座即可實(shí)現電器的開(kāi)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、滴灌、卷簾、通風(fēng)扇、加濕器等。
紅外控制設備主要是學(xué)習遙控器的編碼，用一個(gè)紅外控制設備代替多個(gè)遙控器實(shí)現紅外設備的統一管理。紅外設備支持諸如電視、音響、空調等。
3） 監控設備：
       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 )視頻監控。通常與測控服務(wù)器處于同一級路由下使用。此處，監控攝像機位于測控服務(wù)器形成的路由器之下，通過(guò)WIFI與測控服務(wù)器通信，由測控服務(wù)器轉發(fā)視頻數據。
4） 測控服務(wù)器：
       它是復合節點(diǎn)的核心控制主機，主要由嵌入式主板組成，封裝在模具內，安裝在本地，通過(guò)以太網(wǎng)與路由器連接，實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)接入。
       測控服務(wù)器內部集成ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊，可設計為ZigBee協(xié)調器或路由器，ZigBee網(wǎng)絡(luò )拓撲模式靈活多變。
       其內部也集成了WiFi模塊，可以設置為AP模式或者STA模式，上行通過(guò)以太網(wǎng)連接路由器，下行支持WiFi設備通過(guò)AP接入點(diǎn)連接互聯(lián)網(wǎng)。這樣復合節點(diǎn)只需使用一根以太網(wǎng)線(xiàn)纜、一個(gè)IP地址就可以實(shí)現ZigBee傳感數據和視頻數據在互聯(lián)網(wǎng)中的通信。在實(shí)際工程中，這種設計方式既保證了有線(xiàn)連接的可靠性和數據遠傳，又節約了硬件成本和IP資源。
同時(shí)，服務(wù)器內部留有GPRS、3G模塊的接口，可根據客戶(hù)需求集成移動(dòng)通信模塊。
4. 軟件資源
系統軟件默認采用B/S結構，主要包括無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據透明傳輸軟件、基于Web的傳感節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )化監控軟件、無(wú)線(xiàn)AP到以太網(wǎng)橋接的軟件，軟件結構如圖所示。

軟件結構圖

1） 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳感器數據透明傳輸軟件：
主要實(shí)現ZigBee網(wǎng)絡(luò )的建立、節點(diǎn)的自動(dòng)入網(wǎng)、節點(diǎn)休眠與喚醒、節點(diǎn)之間數據的透明傳輸、傳感器節點(diǎn)的采樣與傳輸、以及執行節點(diǎn)的設備控制功能。
2） 基于Web的傳感節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )化監控軟件：
該軟件以智能網(wǎng)關(guān)作為Web測控服務(wù)器，結合CGI應用程序接口、檢測與控制應用程序、以及HTML網(wǎng)頁(yè)，為用戶(hù)提供B/S方式的訪(fǎng)問(wèn)與控制傳感層節點(diǎn)的平臺。
5. 功能特點(diǎn)
5.1 系統功能
1. 環(huán)境實(shí)時(shí)監測功能
通過(guò)溫濕度傳感器、光線(xiàn)傳感器對環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，所有監測數據可以實(shí)時(shí)顯示在客戶(hù)端瀏覽器的頁(yè)面上。

2. 休眠喚醒控制
在節點(diǎn)監測的頁(yè)面下，選中某一個(gè)傳感節點(diǎn)，點(diǎn)擊“休眠”或“開(kāi)啟”按鈕，實(shí)現節點(diǎn)遠程“休眠”和“喚醒”控制。休眠中的節點(diǎn)不再驅動(dòng)傳感器采樣數據，直到被重新復位或者被遠程“喚醒”才繼續采集信息、傳輸信息。

2. 歷史數據存儲功能
在測控服務(wù)器中構建Sqlite數據庫以及節點(diǎn)信息表，實(shí)時(shí)保存溫濕度傳感器、光線(xiàn)傳感器的采樣值，所有監測的歷史數據都可以顯示在客戶(hù)端瀏覽器的頁(yè)面上。

3. 遠程控制功能
遠程控制主要用來(lái)顯示當前ZigBee網(wǎng)絡(luò )中的所有繼電器控制節點(diǎn)，可以選中某個(gè)節點(diǎn)，實(shí)現遠程控制現場(chǎng)設備的開(kāi)、關(guān)。

 網(wǎng)頁(yè)控制LED燈關(guān)閉或點(diǎn)亮

網(wǎng)頁(yè)控制風(fēng)扇打開(kāi)或關(guān)閉

4. 局域網(wǎng)視頻監控
用戶(hù)可以在網(wǎng)頁(yè)瀏覽器中輸入IP地址“192.168.1.10:81”，通過(guò)視頻查看現場(chǎng)的狀況。

5. 外網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)
系統既支持局域網(wǎng)客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)，也支持外網(wǎng)客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)。外網(wǎng)用戶(hù)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(shí)現遠程訪(fǎng)問(wèn)現場(chǎng)，查看節點(diǎn)的實(shí)時(shí)監測數據、存儲的歷史數據、設備控制、以及視頻監控等。

5.2 系統特點(diǎn)
  WiFi到以太網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)橋接：復合節點(diǎn)除了實(shí)現測控服務(wù)器的功能外，還形成了無(wú)線(xiàn)AP接入點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )攝像機通過(guò)WiFi接入AP形成的網(wǎng)絡(luò )中。這種設計方式使得復合節點(diǎn)只需使用一根以太網(wǎng)線(xiàn)纜、一個(gè)IP地址就可以實(shí)現ZigBee傳感節點(diǎn)和視頻節點(diǎn)兩種數據與互聯(lián)網(wǎng)客戶(hù)端的通信。在實(shí)際工程中，既保證了數據傳輸的可靠性和遠傳性，又節約了視頻監控設備網(wǎng)絡(luò )連接的硬件成本和IP資源。
  內外網(wǎng)Web遠程訪(fǎng)問(wèn)：支持局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)兩種方式的遠程監控。
6. 教學(xué)資源
本系統提供了豐富的實(shí)驗，包括ZigBee采集傳輸實(shí)驗，Linux系統搭建實(shí)驗、Web服務(wù)器搭建實(shí)驗、網(wǎng)絡(luò )化遠程監控實(shí)驗等，縱深貫穿，讓學(xué)生在實(shí)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 )監控方式，培養學(xué)生動(dòng)手解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新潛力。

7. 成功案例

內蒙古大學(xué)采用該系統