现场终端（精选4篇）
现场终端 篇1
1、引言
现有的用电现场管理终端, 主要包括自动抄表、预付费管理、计量设备在线监测、开关量监测、用电异常报警等功能[1]。然而, 在发生用电异常或线损偏大的场合, 由于终端存在着误判、漏判等因素, 电力公司的远程管理人员仍然无法判断现场是否确实发生了用电异常或窃电行为[2]。
随着电子技术、通讯技术和计算机技术的迅速发展, 采用摄像装置进行视频监控的用电现场管理终端已经渐现雏形。具备视频监控功能的用电现场终端, 把防窃电实现和各种通信技术有机结合在一起, 可以更有效的保护电网设备, 遏止和打击窃电行为, 创造巨大的社会效益和经济效益。
2、视频监控技术
视频监控是一门集电子技术、计算机技术、通讯技术于一体的综合技术。视频监控, 因其直观、方便、信息内容丰富, 广泛应用于电力、交通、银行、安防、智能家居等领域。
目前, 业界流行的是基于模拟视频监控的工业电视监控、基于数字技术的多媒体监控和基于嵌入式技术的视频监控三类产品。模拟视频监控技术和数字视频监控技术的发展己经非常成熟, 并在实际工程应用中得到广泛应用。与传统的视频监控系统相比, 嵌入式视频监控系统具有体积小、携带方便、布控区域广阔、性能稳定可靠等特点, 有良好的应用和发展前景, 必将成为今后视频监控领域的主流[3]。
2.1 模拟视频监控技术
基于模拟视频监控技术的工业电视监控系统主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成, 由视频线、控制线缆等连接。传统的模拟视频监控系统多采用视频电缆或者微波进行传递, 传输距离近, 容易受到地形和线路的限制, 主要应用于小范围内的监控。模拟视频监控系统具有布线复杂、设备庞杂、智能化低、监控质量不高、监控的范围有限等致命缺陷, 造价极高且浪费资源, 已经远远不能满足日益提高的生产和管理监控需求。
2.2 数字视频监控技术
基于数字视频监控技术的多媒体监控系统主要由摄像机、各种检测探头、数据设备、多媒体监控终端等组成。多媒体监控终端除了处理各种信息和完成本地所要求的各种功能外, 还通过数字网络, 将这些信息传到远方的监控中心。与模拟视频监控系统相比, 基于数字技术的多媒体监控系统传输距离远、图像质量好、数据保存成本低, 占据了监控系统的主要市场。
数字视频监控技术的缺陷是:结构复杂, 可靠性、稳定性不高, 价格昂贵, 操作繁琐。特别是在需要在一个监控现场安装多个摄像头的场合, 如果仍然采用基于数字技术的多媒体监控系统, 利用专用的压缩卡和解压卡对视频数据进行压缩和解压, 就需要大量的压缩解压卡, 使整个系统更加复杂, 稳定性和可靠性更低, 整个系统的成本也更高[4]。
2.3 嵌入式视频监控技术
基于嵌入式技术的视频监控系统有效的将嵌入式技术和视频监控技术结合在一起, 可以很好的解决模拟视频监控技术和数字视频监控技术存在的问题。它的主要工作原理, 是采用嵌入式实时多任务操作系统、高效压缩芯片压缩和功能强大的CPU, 将视频压缩与传输处理全部内置到芯片上, 摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩, 通过内部处理后转送到网络或服务器上。用户可以直接用浏览器观看W E B服务器上的视频, 也可以通过GPRS/CDMA/3G网络定时接收视频信息[5]。
嵌入式视频监控技术采用专用的嵌入式芯片和实时操作系统, 有效的提高了系统的实时性和稳定性, 而且把视频压缩和网络传输功能集中到一个很小体积的设备内, 可以直接接入以太网, 达到即插即看, 省掉了各种复杂的电缆, 且安装方便, 无需专人职守。
3、使用嵌入式视频监控技术的用电现场管理终端
3.1 智能电网下的用电现场管理终端
计算机技术、信息处理技术和通信技术的飞速发展, 催生了“智能电网”这一万众瞩目的新概念。智能电网即电网的“智能化”, 它将通信技术、计算机技术、传感测量技术、控制技术等诸多先进技术和原有的电网设施进行高度融合与集成, 形成新型电网, 代表了未来电网的发展趋势。随着智能电网概念在全世界范围内的升温, 国家电网公司也在2009年5月提出了中国式坚强智能电网的概念和发展思路。作为建设统一坚强智能电网的重要组成部分, 用电信息采集系统的建设将实现发、输、变、配、用各个环节用电信息的实时采集与监控, 是实现电能信息“全采集、全覆盖、全预付费”的基础。
作为用电信息采集系统的重要组成部分, 用电现场管理终端是对各信息采集点用电信息采集的设备, 它可以实现电能表数据的采集、电能计量设备工况和供电电能质量监测, 以及客户用电负荷和电能量的监控, 并对采集数据进行管理和双向传输。用电现场管理主站、用电现场管理终端、电能表等信息采集点, 构成了用电信息采集系统的主要框架。
3.2 用电现场终端的视频监控用于智能防窃电
由于受计划经济思维的影响, 一些电力用户缺乏电力是商品的意识, 认为“窃电不算偷”。另外, 一些不法之徒以窃电为生, 专门研究窃电方法, 制作各种“窃电器”进行职业窃电, 造成了电力公司电费收入的巨额流失, 特别是一些小砖厂、轧钢厂窃电尤为严重。据不完全统计, 全国每年因窃电而减少的电费收入不少于10亿元, 且有愈演愈烈之势。虽然现有的用电现场终端已经实现了实时监测用电情况, 并对窃电行为导致的异常情况进行报警的功能, 却不能提供有力的证据协助电力客户挽回电费损失。
如果我们在计量柜中安装带摄像头的装置, 并将摄像头与终端相连, 就可以实现摄像装置摄像、用电现场终端远程传输视频的防窃电系统。这种具有先进水平的用电现场管理终端, 通过图像采集的方式进行防窃电监控, 利用GPRS/CDMA/3G/以太网/光纤上传记录窃电过程信息的视频, 在很大程度上可以填补当前防窃电领域的空白。
如图1所示, 带视频监控的用电现场管理系统由终端、通信组网和主站组成。终端安装在计量柜的内部, 实时监测计量门的开关量变位。一旦监测到计量门打开的信号, 终端将启动图像拍摄和存储功能, 同时, 产生计量门打开的告警, 并通过网络上报给远方主站。终端存储的视频信息, 可随时接受主站的查询。
这种智能防窃电监控方案具有实时性强、操作方便、投入成本低、性价比高等特点, 有利于电力公司快速发现窃电行为、提供窃电证据, 可以最大限度地减少电能损失。
3.3 带视频监控的用电现场终端的主要功能
(1) 高压计量用户和低压计量用户时可以和相应计量箱配套使用, 实现远程抄表功能。
(2) 具有遥测功能, 可实现电压合格率统计, 提供本月低电压累计时间、高电压累计时间、总运行时间。
(3) 具有控制输出接口, 如果与具有电动执行机构的高压开关或低压开关相连接, 即可实现负荷控制功能。
(4) 与配网柱上开关配套使用时, 可实现三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、三相功率因数的测量计算, 提供两路控制输出两路开关量输入, 可实现遥测、遥信、遥控功能。
(5) 与远方主站通信采用GPRS/CDMA/3G/以太网/光纤模式, 通信状态高效、可靠。
(6) 智能防窃电, 自动摄像上传。
用电现场终端可以根据计量门开闭情况自动摄像:计量门箱打开后, 主动触发终端控制摄像模块, 进行现场摄像, 图片压缩后存储在终端内, 并支持FTP主动上传到主站;同时, 终端可执行主站下发的遥控摄像命令, 通过主站下发的摄像参数进行遥控摄像, 并利用GPRS/CDMA/3G/以太网/光纤等通信通道实现视频文件的自动上传, 以方便主站操作人员实时监控现场用电情况。
3.4 视频监控终端的设计
如图2所示, 视频监控用电现场管理终端由图像采集与处理、核心处理、存储管理、远程通信四大模块组成。图像采集与处理模块采用的是自带S D卡的U S B摄像头, 核心处理模块采用的是A T M E L公司的高性能ARM9主控芯片AT91SAM9260, 存储管理采用64MB的Nand FLASH和SDRAM, 远程通信模块可根据实际需要选择GPRS、C D M A、3 G、光纤、以太网等模块。
终端的核心处理模块实时监测计量门打开信号, 一旦监测到计量门打开, 终端立即给图像采集模块上电, 启动图像自动拍摄功能, 并将实时视频流存储在图像采集模块内置的SD卡上, 同时向主站发送告警。视频数据文件还可以存储在终端内部的Nand FLASH上。当主站需要查询监控视频文件时, 可以通过终端的远程通信模块, 使用FTP远程获取并查看。
4、结语
本文结合多年来对用电现场终端的开发经验, 研究了视频监控技术的分类和发展趋势, 并针对智能防窃电的需求, 提出了一种带视频监控的用电现场管理终端设计方案。因此, 本文对基于嵌入式视频监控技术的用电现场管理终端的研究和开发具有一定的借鉴和指导意义。
参考文献
[1]周卫玉等.基于ARM和μClinux的嵌入式远程数据采集终端[J].计算机工程, 2004, 30 (23) :156-158.
[2]赵生岗, 鲍慧, 赵建立.网络视频监控系统及其在电力系统中的应用[D].华北电力大学, 2007.
[3]徐力, 孔岩.视频监控系统的现状和发展趋势[J].软件开发与应用, 2005, 4:60-62.
[4]刘富强.数字视频监控系统开发及应用[M].机械工业出版社, 2003.
[5]刘永峰.基于远程视频监控的嵌入式系统的研究与设计[D].国防科技大学, 2005.
现场终端 篇2
随着粮食问题在世界多个国家的突出显现, 粮食安全问题受到了各国政府的高度重视。安全可靠和管理高效的现代化大型粮库设施是保证各国及各地区粮食安全的重要基础。我国是人口大国, 政府一直非常重视粮食储备, 在多个地区扩建、新建了大型的粮食储备基地。以往采取的措施是用人工对粮食进行晾晒、通风和喷洒药剂, 防止因存储不当引起的虫害, 消耗了大量的人力和财力, 然而效果不佳, 发霉变质等现象仍然存在。随着电子技术和计算机技术的发展, 目前粮库的粮食存储环境的检测主要有两种方式:一是手持式检测仪表, 采取人工定期检测的方法, 将传感器探头插入粮仓内部, 即可显示被测点的温度和湿度等参数。这种方式难以实现大型粮仓深入内部的多点全面检测, 工作量大, 效率较低, 使检测难以实时与彻底地进行, 不能实现智能化检测与报警。二是长距离、多探头检测仪, 采用有线的方式, 将探头固定在粮仓内部, 利用单片机多机通讯的方式实现有限的集中监测。这种方式存在的主要问题是施工成本高、不易扩展且维修困难等。现在也有采用基于ZigBee技术的粮库监测系统[1], 其各有优缺点, 但是仍然有很多不尽人意的问题, 如抗干扰性能差、传输数据丢失及上位机界面 (又称管理中心计算机) 不生动形象等。为此, 笔者提出一种基于现场总线分布式粮情管控系统的设计方案[2]。
管理中心计算机系统主要由PCI总线工业控制、打印机和RS-232转换CAN总线模块组成。在上位机上, 利用组态王6.53设计开发了主界面[3]、各个分界面、互联网通讯和下位机通讯程序。主界面是针对每个粮库的具体情况而设计的粮仓分布示意图, 分界面由某一个粮仓的温度和粮仓内外湿度、某一个粮仓的温度和粮仓内外湿度历史曲线、互联网通讯界面以及某一个粮仓的温度和粮仓内外湿度数据打印界面等组成。下位机 (又称智能测控终端) 采用带CAN总线的单片机测控粮仓, 管理中心计算机和下位机智能测控终端通讯采用CAN总线, 也可以通过互联网把本粮库的信息传输到上一级粮食管理部门。CAN总线具有通用性优良[4]、适宜于远距离通讯、线路少、维修方便、精度高、抗干扰能力强、价格低廉以及应用范围广泛等特点。CAN的直接通信距离最远可达10km (速率5kbps以下) , 通信速率最高可达1Mbps (此时通信距离最长为40m) [5]。由于每个粮库粮仓的数目不一样, 粮仓的规格不一样, 所以需要的智能测控终端数目也不同, 可以灵活使用智能测控终端数量, 但是按照CAN总线规范, 在没有CAN总线网桥、中继器或集线器情况下, 智能测控终端数量总数不能超过110个, 这对于一般粮库而言已经足够了。由于上位机系统相对比较简单, 下位机是粮情管控系统最重要的部分, 因此本文着重下位机的研究与设计。
1 智能测控终端的硬件设计
智能测控终端的硬件及外部接线 (如图1所示) 主要由AT89C51CC01单片机、CAN总线电路、单总线电路端子、湿度信号调理电路、驱动电路以及电源电路等组成。该智能测控终端可以完成测控128点温度、2点湿度、2路继电接触器及其信息的传输。
1.1 MCU控制器晶振及看门狗电路
智能测控终端采用AT89C51CC01单片机。AT89C51CC0x系列单片机是MCS-51微控制器家族的成员, 在与MCS-51系列完全兼容的基础上增加了许多专用的部件, 其中包括CAN控制器, 它的CAN功能是在SJA1000的基础上有所增强, 全静态内核提供了扩展的节电方式, 振荡器可停止和恢复而不丢失数据, 改进的1:1内部时分频器在12MHz外部时钟频率时实现500ns指令周期;它还有诸如A/D转换、脉宽调制输出 (PWM) 、看门狗及I2C等其他功能[6]。为了极大地提高抗干扰能力, 采用第2级硬件看门狗芯片X25045, 电路如图2所示。
电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多个5V隔离输出的开关电源模块实现。
1.2 CAN总线电路
AT89C51CC01单片机虽然包括CAN控制器, 但是没有CAN总线收发器和高速光电耦合器等, 这里由CAN总线收发器TJA1050和高速光电耦合器6N137等组成CAN总线电路。CAN总线收发器TJA1050是目前先进的CAN总线收发器, 为了增强CAN总线节点的抗干扰能力, CAN控制器的TXDC和RXDC并不是直接与TJA1050的TXD和RXD相连, 而是通过高速光耦6N137后与TJA1050的TXD和RXD相连, 从而很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。不过, 应该特别说明的一点是光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须是完全隔离的, 否则采用光耦也就失去了意义。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多5V隔离输出的开关电源模块实现。这些部分虽然增加了接口电路的复杂性, 但是也提高了节点的稳定性和安全性。CAN总线硬件电路图如图3所示, TJA1050与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施。TJA1050的CANH和CANL引脚各自通过一个5Ω的电阻与CAN 总线相连, 电阻可起到一定的限流作用, 保护TJA1050免受过流的冲击。CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容, 可以起到清除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射能力。另外, 在两根CAN总线输入端与地之间分别接了一个防雷击管, 当两输入端与地之间出现瞬变干扰时, 通过防雷击管的放电起到一定的保护作用[7]。瞬变干扰 (Transient Interference) 是电磁兼容领域中主要的一种干扰方式, 特别是雷击浪涌波, 由于持续时间短、脉冲幅值高、能量大, 给电子电气设备的正常运行带来极大的威胁。
1.3 温度测量电路
单总线电路端子是用来接温度传感器, 在此设计128个温度测量点。粮仓监控系统中, 温度测量是关键环节, 而且温度测量点非常多。温度传感器种类很多, 主要分为模拟温度传感器和数字温度传感器。最新数字式温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司生产的新型单总线数字温度传感器芯片[8], 其特点是:结构简单, 不需外接元件, 采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据, 并可由用户设置温度报警界限。在此由P0口和P2口完成。DS18B20在食品库、冷库、粮库和温室等需要控制温度的温控系统中得到广泛的应用, 因此采用DS18B20。它有两种供电方式, 即直接供电和寄生供电。在此采用直接供电方式, 由于篇幅有限图略, 设计128个温度测量点电路, 如图4所示。
1.4 湿度测量电路
湿度信号点有2个, 可以测量粮仓内外湿度, 利用AT89C51CC01单片机P1.0口和P1.1口。 湿度传感器选用美国霍尼韦尔 (Honeywell) 公司生产的HIH-4000-1芯片, 这是一型具有激光调整互换型的容性变化的单片集成电路, 其输出电压与RH值呈线性关系, 精度高, 响应时间快, 漂移小。在标准工作电压 (DC5V ) 和标准室温 ( 25℃) 下, 随着RH值从0～100% , 对应的输出电压从0.196～3.190V。测量湿度范围为0～100%RH, 精度为±3.5%RH, 工作温度范围为-40～+85℃。由于AT89C51CC01单片机带有8路输入10位精度的A/D转换器, 和湿度传感器输出电压不匹配, 因此设计了湿度测量调整电路[9], 如图5所示。驱动电路接通和关断粮仓轴流风机的接触器线圈, 在此设计中可以驱动2个接触器线圈, 由于原理比较简单, 本文从略。
2 智能测控终端的软件设计
由于智能测控终端的软件比较多, 现仅介绍2个具有代表性的软件, 其它的从略。
2.1 智能测控终端的软件
CAN总线智能测控终端的软件设计主要包括3大部分, 即CAN节点的初始化、报文发送和报文接收。熟悉这3部分的设计, 就能编写出利用CAN总线进行通信的一般应用程序[10]。当然, 如果要将CAN总线应用于通信任务比较复杂的系统中, 还需详细地了解有关CAN总线的错误处理、总线关闭处理、验收滤波处理、波特率参数设置和自动检测、CAN总线通信距离和节点数的计算等方面的内容[11]。CAN总线智能测控终端工作流程图如图6所示。
2.2 DS18B20软件
本设计采用AT89C51CC01单片机的128点温度采集电路, 单片机的每个I/O口可驱动8条单总线上的8路温度传感器, 即I/O口的每一位连接1条单总线, 每条单总线的8路温度传感器由8个DS18B20 组成, 总共16个I/O口, 共128个温度点。本系统可以定时循环检测。DS18B20温度读写程序流程图如图7所示。
3 结束语
下位机采用带CAN控制器的AT89C51CC01单片机作为控制器的智能测控终端测控粮仓, 温度测量点数目为128个。DS18B20型数字式温度传感器作为温度采集单元, 测量精度高, 不需A / D 转换, 离散性小。粮仓温度测量用先进的“一线总线”技术, 具有速度快、性能稳定以及使电路和控制更加简单等特点。湿度传感器选用美国霍尼韦尔公司生产的HIH-4000-1芯片, 测量粮仓内外2个湿度点, 驱动电路2个端口接通或者断开粮仓风机接触器线圈。研究设计表明, 该智能测控终端具有通用性好、适宜于远距离通讯、线路少、维修方便、精度高、抗干扰能力强, 价格低廉及应用范围广泛等特点, 能满足实时测控的要求。
参考文献
[1]包长春, 李志红, 张立山, 等.基于ZigBee技术的粮库监测系统设计[J].农业工程学报, 2009, 25 (9) :197-201.
[2]陈文平, 姜重然, 徐斌山.基于CAN总线粮仓测控系统的研究与设计[J].农机化研究, 2009, 31 (7) :146-149.
[3]姜重然, 霍艳忠, 白金泉.工控软件组态王简明教程[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2007.
[4]饶运涛, 邹继军, 王进宏.现场总线CAN原理与应用技术 (2版) [M].北京:北京航空航天大学出版, 2007.
[5]姜重然, 陈文平, 单琳娜.基于现场总线一种报文优先级产生与检测方法[J].测控技术, 2008, 27 (9) :54-56.
[6]ATMEL Semiconductors.AT89C51CC03 Data sheet[EB/OL].[2010-07-20].http://pdffilestore.com/idx/33/32024.shtml, 2009.
[7]PHILIPS Semiconductors.TJA1050 high speed CAN trans-ceiver data sheet[EB/OL].[2010-07-20].http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TJA1050.pdf, 2003.
[8]姜重然, 史庆军, 陈文平, 等.一种智能多点测温传输器:中国, ZL 2009 2 0104878.4[P].2009-10-21.
[9]丛红, 仪垂杰, 程道来.一种微型多路智能温湿度测控系统设计[J].机床与液压, 2008, 36 (2) :110-112.
[10]姜重然, 陈文平, 单琳娜.单片机以太网节点及TCP/IP协议栈设计[J].单片机与嵌入式系统应用, 2008 (8) :73-75.
现场终端 篇3
随着智能电网建设的渐渐扩展, PLC技术已成为智能电网信息传输的基础和实现手段。但由于PLC有其传输上的先天弊端——即受到电力线本底噪声、用电环境影响很大, 使得PLC的发展受到了限制。从上世纪末开始, 西方国家就已经尝试将PLC技术应用于电网通信中, 我国的电力线载波技术起步较晚, 该技术在国内最早应用于1996年, 但由于工业技术和信息技术相对薄弱, 兼之缺乏可靠的外部支撑, 该项技术发展缓慢。近些年, 随着国家对智能电网建设投入的增加, PLC技术也随之发展壮大。以吉林省为例, 截止到2015年11月, 全省累计完成1100万块载波智能电表的安装工作, 而吉林市也已经完成了206万户的载波表计安装工作, 使用的采集终端供应商近50家, 图1列举了吉林市目前供货量最大的几个厂家。
吉林市截止到2015年11月采集终端安装总量为18451台, 由19家供应商提供, 图1中显示了其中供应量最大的7家, 他们提供了15901台采集终端, 占总安装量的86.2%。
1现场调试终端功能分析
由上文可见, 吉林省的载波方案、采集终端厂家较多。尽管采用不同厂家的产品, 能加强厂家间竞争、有利于产品质量的改善和提升, 但对于国家电网的基层工作人员而言, 无形中加大了工作量, 他们要掌握所负责区域内全部载波厂家、电能表厂家、集中器厂家的调试方法, 只有这样才能保证采集系统的安全稳定运行。但想要全部掌握这些技巧和方法, 不仅对现场调试人员素质提出了较高要求, 同时也要求现场工作人员要不断学习以掌握各种新技能。而未来可能会有更多厂家进入吉林市, 这就导致了现场调试工作难度倍增。因此, 如能研制出一种调试各厂家设备、台区的智能工具, 则会大幅度提升基层人员效率, 对实际工作极有益处。
针对以上需求, 将在现场遇见的问题以及处理方法总结成表格, 研发的调试终端需要能解决表格中所遇见的问题, 而在硬件层则可根据不同厂家进行功能扩展。现场问题汇总如表1。
表1中汇总了吉林市及其下属各地市常出现的台区故障、包括公变台区和专变台区, 针对以上故障, 可有针对性的进行研究。
2硬件设计
现场调试终端由于其应用场合的特殊性, 对功耗和性能要求较高。另外, 便携性也决定了产品体积不能过大。本设计采用Microchip公司最新的PIC32MZ系列处理器, 该处理器共有144引脚, 可重映射引脚多达53个, 6路UART端口, 6路SPI/I2S端口, 5路中断源, 支持48路ADC采样, 2路模拟比较器, USB2.0高速OTG, PMP/EBI/Ethernet接口, 该处理器可通过EBI接口实现LCD液晶屏显示。现场调试终端电气特性如图2所示。
图2中, 围绕PIC32MZ主芯片构建了整个系统, 系统外接2.8寸液晶屏, 红外、GPS、GPRS和载波模块。在系统供电方面, 当接入电能表表尾的AC220V交流电时, 系统自动切换到交流电供电;当无交流电接入时, 系统又转换成内置锂电池供电。锂电池可使用mini-USB接口进行充电, 同时该接口的USB线也用于系统升级等数据交互。
PIC32MZ1024EFG144芯片最多配备6路UART接口, 在系统设计中使用了其中5路端口, 这5路端口的功能分别是:
(1) 使用DB9转换PS/2串口与集中器连接, 进行集中器内部参数检测与设置。现场调试人员可对集中器内部的相关参数进行检测, 若发现差异, 则重新设置。
(2) 与蓝牙芯片通信。本系统配备蓝牙芯片, 用于连接蓝牙载波模块和配备蓝牙模块的集中器主机。
(3) 与GPRS芯片通信。本系统配备GPRS芯片, 用于通过无线网络连接省级主站。
(4) 与GPS芯片通信。本系统配备GPS芯片, 用于采集表计的地理坐标。
(5) 与PLC载波模块通信。本系统配备PLC载波模块, 通过UART口进行信息通信。
3软件设计
本系统的软件采用Microchip公司最新推出的32位单片机固件开发框架—MPLABBHarmony, 该框架是第一款把许可、转售及支持Microchip和第三方中间件、驱动程序、函数库和实时操作系统集成于一体的产品。通过Harmony进行系统整合, 可以节省产品的上市时间、同时也使Microchip所有32位单片机之间的代码迁移更为简单;使用Microchip已经测试通过的代码源, 能有效减少系统内BUG, 进一步降低成本。
本文采用task轮询机制, 在系统初始化阶段开启系统任务轮询, 随后在APP_TASK中进入显示任务, 之后的所有任务均在显示任务中触发, 任务对象总体分布如图3所示。
图3中, 最底层为操作系统, 在操作系统上层设置系统服务层, 暂时该服务层只加载了USB协议栈任务, 后期会增加SD卡协议栈任务, 本设备的应用全部由系统应用层完成, 并通过task轮询机制, 以按键触发方式开启相应任务。
4结论
现场调试设备受工作条件限制、环境影响较大, 很难设计一款能够兼容所有现场问题的设备。本文采用Microchip固件搭建平台完成系统构建, 能最大程度上兼容所有供应商的应用, 在硬件层上采用运行稳定的PIC32MZ芯片作为主控芯片, 外部搭载GPRS、蓝牙、GPS芯片, 丰富应用功能, 同时, 在处理器程序设计时关闭了不活动进程, 启用休眠模式, 使得设备整体待机时间增长。由于本设备进行台区调试时需要接入220V交流电, 因此系统在设计时, 增加了设备自动切换功能, 此方案使锂电池供电延长。但因为不同表计所处环境的差异性, 现场调试终端要根据实际应用不断调整, 以便能为工作人员提供更加简便易行的操作体验和测试手段。
本设备在现场实际测试, 能够完成基本台区故障判断, 表计故障判断, 设备显示主界面如图4所示。
参考文献
[1]鲍琳.低压电力线载波通信模拟实验系统设计[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学, 2007.
现场终端 篇4
4G网络具有传输速度快、网络频谱宽、信号兼容性好、通信质量高等优势,这使得4G网络的应用范围不断拓展和延伸。另外,随着我国信息化进程的不断推进,各行各业都在向信息化发展,从之前的单纯走数字化道路,转向走数字化、网络化和无线化三位一体的立体化道路,4G网络在其中充当了举足轻重的地位。
建筑业在我国属于劳动密集型产业,还处于依赖大量低成本工人施工的状况,整个建筑施工过程自动化、信息化水平都很低。随着现在建筑工程的日益庞大,建筑环境的日益复杂,新的工艺、新的材料和新的设备不断涌现,对建筑工程现场的数据采集显得越来越重要,数据是优化管理和实现自动化、信息化的基础。在建筑施工现场采集数据,需要考虑的问题很多,由于建筑业生产活动所固有的分散、地点频繁变动等特点,特别是在施工现场通常没有网络基础设施,使得施工现场的各种数据不能及时、有效地传入现有的各种管理信息系统,因此如果充分利用4G网络,开发多终端的移动数据采集系统,将会大大提高建筑施工的信息化水平,也将极大地提高建筑工地施工的管理水平。
1 4G移动通信网络
1.1 4G网络结构
4G即第四代移动通信技术,是把3G宽带数字系统与WLAN集合于一体,能够快速地传输数据以及高质量的音频、视频、图片等。
4G移动系统的网络结构可以分为物理网络层、中间环境层和应用网络层等三层,其中,物理网络层由无线网和核心网结合,主要提供应用网络的外部接入和不同路由的选择;中间环境层主要提供Qo S映射、地址变换和完全性管理等功能。物理网络层与中间环境层之间的接口是开放的,它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易,提供无缝高数据率的无线服务,并运行多个频带。
1.2 4G优势对系统开发的益处
4G网络的主要优势可以用“更快、更便捷、更智能、更兼容”来概括。
(1)更快。根据专业测评公司公布的数据,4G网络传输数据的最大传输速度可以高达100 Mb/s,在日常使用情况下,4G网络的传输速度也可以达到10~20 Mb/s,这个传输速度远远高出2G和3G网络的数据传输速度。4G网络在数据传输方面之所以有这么好的表现,主要是因为4G网络在接入无线网时的速度非常快。基于这一点,在建筑工程现场进行现场数据采集,然后上传数据时,速度就会大大提高。因为在进行移动数据采集时,常常要利用网络进行数据的收集、传输,这个时候工作人员就特别在意网络的速度,如果网络传输的速度快,那么现场数据采集人员在进行数据的收集和传输的速度就会加快,进而节省了工作时间,4G网络能够高速传输数据很好的满足了这一工作需求。
(2)更便捷。4G网络可以像计算机一样传输、共享视频资料或图片资料等,甚至它还可以满足一部分人进行网络的需求,可以帮助用户实现游戏对打。在进行建筑工程现场的数据采集时,随着新材料、新工艺、新设备的引进,好多数据不再是单纯的数字或文本,图片、视频数据也随之增加,这样,利用4G网络同样可以很好地完成传输任务。
(3)更智能。4G网络的智能化体现在两个方面:一方面是4G网络满足了人们现场观看的需求;另一方面是4G网络能够提醒4G网络用户身边的环境,如时间、天气等。在建筑施工现场,多终端间的交互可以利用4G网络的智能化进行观看,对于数据采集人员也可以提醒其工作的现场环境。
(4)更兼容。4G网络具有特别好的兼容性,首先,4G网络能够支持种类多变的终端设备,现在经常使用的计算机、笔记本、手机或Pad等终端设备都可以使用4G网络;其次,4G网络还可以与其他多种网络进行连接;再者,与2G和3G的网络接口相比,4G网络要更加开放,开放性的网络接口可以支持多种接口的接入。这样的兼容性,让开发多终端的建筑施工现场移动数据采集系统成为可能,“多终端”必须有4G兼容性的支持,只有实现“多终端”才能体现建筑施工现场移动数据采集的便捷和可靠,多网络的连接使得采集的数据可以更加有效地被利用,可以大大提高数据的传输性和有效性。
2 多终端移动数据采集系统
如今,我国建筑工程的规模日益扩大,建筑施工环境也变得日益复杂,为了应对新工艺、新材料和新设备不断涌现,加强建筑工程现场的数据采集显得越来越重要。然而,由于建筑施工现场十分分散,而且施工地点也存在频繁变动的情况,特别是在施工现场通常没有网络基础设施,使得施工现场各种数据的及时、有效地采集、传输存在极大困难,在建筑施工现场采集数据,如果能充分利用4G网络,开发多终端的移动数据采集系统,以上问题将迎刃而解。因此,研究、设计、开发4G网络下的多终端建筑工程现场移动数据采集系统就显得十分迫切。
2.1 需求分析
通过调查,对于多终端建筑工程现场移动数据采集系统需要解决八个主要问题:施工现场分散、经常变动,采集人员需要在施工现场内不断移动,如何在较低的经济和时间成本下快速搭建系统是首先需要解决的问题;多个不同数据采集点同时进行数据采集任务的需求问题;计算机、笔记本、手机或Pad等不同终端设备平台之间的兼容问题;保证图片数据、视频数据的实时性问题;网络带宽对实时影像信息传输的限制与影响问题;为现场数据采集人员提供远程技术支持问题;满足建筑工程多方提出的对施工现场数据信息共享的问题;所有数据的保存和检索问题。
通过对比和分析目前建筑工程施工现场数据采集的方式和系统的不足和主要需求,可以将上述八个问题归纳分为4类:系统的便捷式移动;系统的多终端实时采集、传输;影像数据的二次处理;工程数据的共享。
2.2 系统层次结构
整个建筑工程现场移动数据采集系统是由移动终端设备、JMF API、数据库及应用程序组成;数据分析处理子系统由Web服务器、Struts架构、数据库组成。在系统的底层,影响传输接口采用的是JMF API,影响数据采集设备可以采用Pad、计算机、智能手机以及无线摄像头等多种无线设备,实现整个系统的运行。图1对系统的层次结构作了比较详细的介绍。
2.3 系统总体设计
为了实现上述功能,多终端建筑工程现场移动数据采集系统的用户除了常见的个人计算机用户外,重要的用户对象是智能手机、Pad等智能移动终端设备,所以整个系统的Web应用以及流媒体技术必须支持不同平台之间的使用,而系统资源的管理采用Windows系统平台。系统在4G网络技术的基础上,应用Android,IOS等终端平台都支持的协议,这样就可以保证不同的移动终端可以完美对接。在数据上传管理方面,采用高效符合4G网络的软件分发系统,使每一个终端用户在不同的建筑施工现场都能快速高效地完成数据的采集和传输。在基础数据的储存和管理方面,系统又由专门的储存设备和管理设备组成,储存设备是整个移动数据采集系统的硬件基础,而数据管理设备系统是实现数据存储辑化、冗余化的必要前提。另外,该系统的核心部分是根据实际多个现场采集的不同数据,开发不同的应用服务接口,提供不同的应用服务,使得整个系统可以远程对采集过程进行指导和管理,对采集人员的数量和采集资源进行分配,并且对数据实时进行分析、存储,更重要的是保持数据和系统的安全性。4G网络下多终端建筑工程现场移动数据采集系统架构示意图如图2所示。
3 实验验证
根据本课题的目标,设计了4G网络下多终端建筑工程现场移动数据采集系统,根据系统框架搭建了试验测试系统,试验了多终端移动数据采集情况,并且实时检测和控制了系统通信的全过程,在整个实验过程中,计算机、智能手机、Pad等不同的移动终端设备与系统之间建立了明确、透明的数据传输通信链。
在实施多现场、多终端远程移动数据采集和控制时,数据上传成功后,通过特定的程序将数据缓存区中欲发进的数据进行发送,这些数据格式是多样的,包括文本、图片和视频等。发送数据的原理与建立连接时的基本相同,均是通过4G网络实现连接,但数据的接收是通过申口中断接收完成的,同时将接收到的数据必须先放人接收缓存区以便做校验。通过示波器对传输数据电路的输入端口以及系统输出端口进行监视,可以判断数据发送的快速和有效性。
通过实验证明本文设计的4G网络下多终端建筑工程现场移动数据采集系统是可行有效的,可以在施工现场没有网络基础设施的情况下,使得施工现场的各种数据及时、有效地采集、传输,使采集的数据可以更加有效地被利用,提高了数据的传输性和有效性。
4 结语
随着4G网络在全国范围内实现全覆盖,4G网络的优势也越发凸显,其“更快、更便捷、更智能、更兼容”的特点对开发多终端建筑工程现场移动数据采集起到了举足轻重的作用。利用4G网络开发多终端的移动数据采集系统,可以有效加强建筑工程现场的数据采集,可以在施工现场没有网络基础设施的情况下,使得施工现场的各种数据及时、有效地采集、传输,使采集的数据可以更加有效地被利用,大大提高数据的传输性和有效性,这也将大大提高我国建筑施工的信息化水平和建筑工地施工的管理水平。本文设计的4G网络下多终端建筑工程现场移动数据采集系统具有很强的现实指导意义,值得相关领域借鉴。
摘要：随着我国建筑工程规模的日益扩大,建筑施工环境日益复杂,为了应对新工艺、新材料和新设备的不断涌现,利用4G网络开发多终端的移动数据采集系统可以有效加强建筑工程现场的数据采集,可以在施工现场没有网络基础设施的情况下,使得施工现场的各种数据及时、有效地采集、传输,使采集的数据可以更加有效的被利用,可以大大提高数据的传输性和有效性,也将提高我国建筑施工的信息化水平和建筑工地施工的管理水平。
关键词：4G网络,建筑工程,移动数据采集,测试系统
参考文献
[1]陈海龙.4G网络技术及应用研究[J].计算机光盘软件与应用,2014(9):283-285.
[2]赵凯丽.4G通信技术的网络安全问题及对策探讨[J].数字技术与应用,2015(5):41.
[3]崔盛文.4G网络技术及应用分析[J].电脑编程技巧与维护,2015(21):42-43.
[4]李孟庭.4G环境下移动大学外语学习平台构建的探究[J].电子测试,2014(9):77-79.
[5]昌雪.基于网络多媒体的流媒体技术[J].武汉理工大学学报,2005,27(12):121-122.
[6]谭宝成,曹国浩.4G网络在无人驾驶智能车远程监控系统上的应用[J].电子设计工程,2015(15):30-32.
[7]邓远宁.基于无线传感网络的独立电网远程监控系统的设计[D].长沙:湖南大学,2013.
[8]陈梅.基于GPRS的工业企业移动商务的应用研究[J].科技广场,2004(8):12-13.
[9]付强松.基于无线移动网络的远程数据采集系统的设计[J].信息与电子工程,2007(5):352-355.