一、物聯(lián)網技術改變工業(yè)
以感知和智能為特征的新技術的出現(xiàn)和相互融合，使得未來信息技術的發(fā)展由人類信息主導的互聯(lián)網向物與物互聯(lián)信息主導的物聯(lián)網轉變。物聯(lián)網是在計算機互聯(lián)網的基礎上，利用無線通信、傳感器、RFID等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的"Internet of things" ,“物聯(lián)網”被稱為繼計算機、互聯(lián)網之后，世界信息產業(yè)的第三次浪潮。業(yè)內專家認為，物聯(lián)網可以提高經濟效益，大大節(jié)約成木，為全球經濟的復蘇提供技術動力。目前，美國、歐盟等都在投入巨資深入研究探索物聯(lián)網。我國也正在高度關注和重視物聯(lián)網的研究。
物聯(lián)網發(fā)展離不開應用，未來一定是結合各個行業(yè)應用來發(fā)展。而向工業(yè)自動化的工業(yè)互聯(lián)網技術是物聯(lián)網的關鍵組成部分。物聯(lián)網將大大加快了工業(yè)化進程，顯著提高了人類的物質生活水平，促進了企業(yè)生產和經營管理模式的改變。
而向工業(yè)自動化的物聯(lián)網技術是以泛在網絡為基礎、以泛在感知為核心、以泛在服務為目的、以泛在智能拓展和提升為目標的綜合性一體化信息處理技術。所謂泛在網絡，主要是指工廠范圍內泛在的物物互聯(lián)網絡，實現(xiàn)對生產活動的時間和空間維度管理的拓展，顯著提高了物流管理的實時性和可追溯性，對生產管理產生的影響將是巨大的。。
二、基于物聯(lián)網的礦井溫、濕度檢測系統(tǒng)整體介紹
基于物聯(lián)網的礦井溫、濕度檢測系統(tǒng)，包括由若干個測量節(jié)點組成的無線傳感網絡和監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測裝置包括基站節(jié)點和監(jiān)控終端設備，所述每個測量節(jié)點包括溫度傳感器、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)送給微處理器進行處理后通ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器發(fā)送給基站節(jié)點，所述基站節(jié)點接收并存儲無線傳感網絡發(fā)送的溫度、濕度信息同時將信息發(fā)送到監(jiān)控終端設備上。
三、基于物聯(lián)網礦井溫、濕度的檢測系統(tǒng)設計
基于物聯(lián)網的檢測系統(tǒng)，如圖1 所示，包括由若干個測量節(jié)點組成的無線傳感網絡和監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測裝置包括基站節(jié)點11 和監(jiān)控終端設備12， 所述每個測量節(jié)點包括溫度傳感器、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11， 所述基站節(jié)點11 接收并存儲無線傳感網絡發(fā)送的溫度、濕度信息同時將信息發(fā)送到監(jiān)控終端設備12 上。所述測量節(jié)點11 還包括顯示設備， 所述顯示設備與微處理器相連，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)實現(xiàn)步驟
1）在礦井內不同位置設置測量節(jié)點，所述每個測量節(jié)點設有溫度傳感器、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）布設好測量節(jié)點后選擇無線傳感網絡和監(jiān)測裝置之間的工作模式；
�、俦镜仫@示模式
測量節(jié)點中的溫度傳感器、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)點中的ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器不工作；
②遠程監(jiān)控工作模式
測量節(jié)點中的溫度傳感器、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ZigBee 協(xié)議射頻收發(fā)器對相鄰測量節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)包進行偵聽，通過記錄相鄰測量節(jié)點的身份標示號碼來建立靜態(tài)路由表；根據(jù)靜態(tài)路由表中的
數(shù)據(jù)，指定傳感網絡中的一個測量節(jié)點與基站節(jié)點的通信路徑， 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，基站節(jié)點再將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端設備；同時斷開測量節(jié)點中微處理器與顯示模塊之間的連接；③本地顯示模式與遠程監(jiān)控工作模式共同工作。
3.2 系統(tǒng)應用
如圖1 所示，本新型基于物聯(lián)網的礦井溫、濕度檢測系統(tǒng)[6]，包括由分布在礦井中的測量節(jié)點組成的無線傳感網絡，由基站節(jié)點11 和監(jiān)控終端設備12 相連接形成的監(jiān)控裝置，所述基站節(jié)點11 與所述無線傳感網絡之間進行無線通信。測量節(jié)點的數(shù)目為A、B、C、D、E、F 6 個， 所述6 個測量節(jié)點之間通過無線通信方式構成無線傳感器自組網，基站節(jié)點11 只與所述無線傳感器網絡的測量節(jié)點D 進行無線通信，而自組網中的其他節(jié)點的數(shù)據(jù)都通過該測量節(jié)點D 傳輸?shù)?/div>
基站節(jié)點11。如圖2 所示，測量節(jié)點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)點進行無線通信的CC2530 射頻芯片收發(fā)電路22、用于顯示測量結果的顯示模塊23 分別與微處理器21 相連接組成，每個所述測量節(jié)點具, 有一個電源為測量節(jié)點的各器件供電，電源為鋰電池，具有體積小、低功耗的優(yōu)點。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 負責與相鄰節(jié)點進行無線通信，建立路由，從而實現(xiàn)無線發(fā)送、接收和轉發(fā)數(shù)據(jù)包；微處理器21 為MSP430 低功耗單片機，負責采集溫、濕度傳感器的數(shù)據(jù)并進行校正； 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， 或對CC2530 射頻芯片收發(fā)電路22 收到的數(shù)據(jù)包進行分析，發(fā)出相關響應。
如圖3 所示， 基站節(jié)點11 包括微控制器31、基站節(jié)點CC2530 射頻芯片收發(fā)電路32， 還要增加一個用于與監(jiān)控終端設備13 相連接的串口電路33。當然，基站節(jié)點11 也可以采用具有相同功能的其他電路結構。
監(jiān)控終端設備13 為一個計算機， 負責接收所有測量節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)進行分析和管理，并根據(jù)用戶要求向測量節(jié)點構成的網絡發(fā)出命令。因為測量節(jié)點部署在礦井的不同位置，測量獲得的信號輸出就很重要。采取有線方式輸出非常麻煩，施工成本高，節(jié)點放置位置也受諸多限制。本實用新型采用了無線自組網的方法將采集到的數(shù)據(jù)輸出。每個測量節(jié)點上的MSP430 單片機將采集獲得的數(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)點之間通過無線方式形成多跳自組網，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端進行存儲和處理，由于采用無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)，測量節(jié)點也沒有電源線，所以測量節(jié)點采用電池供電。為了節(jié)省電能，測量節(jié)是低功耗設計。測量節(jié)點使用低功耗的MSP430 單片極， 并進行嚴格的電源管理控制， 具體方法為： 暫時不工作的器件全部斷電，MSP430 和CC2530 射頻芯片收發(fā)電路在不工作時自動進入休眠狀態(tài)。整個基于物聯(lián)網無線傳感網絡的礦井溫濕度采集通信
物聯(lián)網應用在工業(yè)設備檢測中, 是將傳感器節(jié)點安裝在機器難以觸及的位置, 節(jié)點采集數(shù)據(jù)信號如探測振動模式, 借助于物聯(lián)網技術通過多跳技術將信號發(fā)送至數(shù)據(jù)中心, 數(shù)據(jù)中心對采集的信號分析判斷是否需要進行維護和對出現(xiàn)的故障及時地做出判斷。因處于無線操作狀態(tài)下, 從而避免了本身的檢修問題, 而且允許對傳感器進行低成本的改進安裝。系統(tǒng)的結構示意圖見圖4。
圖4 系統(tǒng)結構示意圖
四、結束語
物聯(lián)網檢測系統(tǒng)與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點為：1）本系統(tǒng)不需要任何固定網絡的支持，具有快速展開、抗毀性強等特點，能夠使用戶在任何時間、地點和任何環(huán)境條件下，獲取礦井下大量詳實而可靠的溫、濕度信息；2）具有體積小、功耗少、快速組網等優(yōu)點，并通過監(jiān)控終端進行接收數(shù)據(jù)、發(fā)送命令、具有部署方便，成本低廉等優(yōu)點。
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