基于無線傳感網(wǎng)的嵌入式遠程測控系統(tǒng)研究

摘要：物聯(lián)網(wǎng)被視為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡之后的第三次信息產業(yè)浪潮，其中集傳感器技術、嵌入式技術、網(wǎng)絡通信技術以及數(shù)據(jù)處理技術于一體的傳感網(wǎng)已成為構建“智慧地球”的核心技術之一。為了順應未來測控技術的發(fā)展趨勢且?guī)Ыo人們一種更智能的生活模式，該文旨在提出一種基于無線傳感網(wǎng)的嵌入式遠程測控系統(tǒng)的整體架構與技術解決方案，并成功利用此方案實現(xiàn)了一智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的實時控制特性、寬廣的監(jiān)測范圍與廣泛的可適應性等優(yōu)點。
關鍵詞：傳感網(wǎng)；遠程測控；嵌入式系統(tǒng)；微處理器

0 引言
近年來，一種被稱為無線傳感器網(wǎng)絡的新型網(wǎng)絡出現(xiàn)了。這種由多個具有計算處理、無線通信、傳感或控制能力的單節(jié)點構成的無限傳感器網(wǎng)絡是當前國際上倍受關注的、多學科前沿熱點研究領域，它具有信號采集、實時監(jiān)測、信息傳輸、協(xié)同處理、信息服務等功能，使網(wǎng)絡技術得到了極大的拓展，并使通過網(wǎng)絡實時監(jiān)控各種環(huán)境和設施成為可能。傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心，主要應用于物聯(lián)網(wǎng)中的信息感知層，用于跟蹤、監(jiān)測和決策支持，實現(xiàn)智能感知和管理。
嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對可靠性、成本、體積、功耗等功能有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由硬件和軟件組成。其中，硬件包括嵌入式微處理器和外圍設備；軟件包括嵌入式操作系統(tǒng)與特定的應用程序。嵌入式技術可廣泛用于對其他設備的控制、監(jiān)視或管理功能。
測控技術指對某一特性的監(jiān)測與控制。遠程測控指管理人員在異地通過計算機網(wǎng)絡聯(lián)通需被控制的設備，通過本地計算機對遠方設備進行查詢、配置、修改等工作。遠程測控技術能夠實現(xiàn)辦公自動化與工業(yè)自動化的無縫連接，且已成為新興的研究熱點。隨著網(wǎng)絡的需求與發(fā)展，B／S模式迅速發(fā)展。利用此模式，客戶端只需安裝Web瀏覽器即可簡單通過瀏覽器從Web服務器上下載程序到本地來執(zhí)行，由此實現(xiàn)遠程測控。
計算機技術、通信技術和微電子技術的飛速發(fā)展，讓測控系統(tǒng)領域也正在進行著一場巨大的變革，網(wǎng)絡化和信息化已經(jīng)成為了測控系統(tǒng)的發(fā)展方向。綜合傳感網(wǎng)技術、嵌入式技術與工業(yè)測控技術，構建一個基于Web方式的遠程測控系統(tǒng)可使測控產品的實時性、安全性、可維護性等方面得到大幅度的提高，同時也更利于實現(xiàn)集中監(jiān)視、統(tǒng)一調度與優(yōu)化管理。本文結合各項技術介紹了一個基于Web方式的嵌入式遠程測控系統(tǒng)，并利用該方案成功實現(xiàn)了一智能家居系統(tǒng)。

1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構設計
基于Web方式的嵌人式遠程測控系統(tǒng)的基本架構如圖1所示。該遠程測控系統(tǒng)主要由嵌入式測控單元、本地服務器與遠端管理主機這三部分組成。

位于最底層的嵌入式測控單元主要分布在各個測控節(jié)點上，由中央處理器、傳感器、執(zhí)行器、網(wǎng)絡接口、GPS模塊、GPRS模塊等組成，負責采集現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)，并將各參數(shù)與設定值比較，若超出規(guī)定范圍，則會利用報警器報警，并讓各執(zhí)行器工作，以獲得正常參數(shù)范圍，且將測試數(shù)據(jù)通過訂制協(xié)議傳送到本地服務器，從而到達遠端管理器顯示。GPS模塊可清楚定位發(fā)生故障的設備，GPRS模塊作為無線收發(fā)模塊可在有線網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時實現(xiàn)高質量的數(shù)據(jù)傳送，為把嵌入式系統(tǒng)應用到遠程測控系統(tǒng)中提供了非常現(xiàn)實可行的意義。
位于中間作為橋梁的是本地服務器，主要接收各測控單元上傳的監(jiān)測參數(shù)，并保存到數(shù)據(jù)庫中，定時查詢與分析測控單元的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)它出現(xiàn)錯誤，則立即短信通知用戶。同時，服務器也需定時將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)及時反饋給遠端管理器，使用戶在第一時間監(jiān)測到各測控設備的情況，并實現(xiàn)管理器對各測控單元的操作。