监控节点（精选7篇）
监控节点 篇1
卫生执法是国家行政执法的一个组成部分, 掌有一定的公信力。根据党中央“标本兼治、综合治理、惩罚并举、注重预防”的要求, 各地在卫生执法中对监督的程序、批准的权限、处罚的标准都作了明确规定, 取得了明显成效。但在不正当利益驱动下, 各种影响卫生执法的严肃性和公信力的问题仍然时有发生。
一、卫生执法存在的问题
1. 幕后交易难以发现。
被执法者“嗅觉”很灵敏, 可以从不同渠道获得相关信息, 从而采取一些“公关”手段, 而此类“公关”多采取“一对一”的方式进行, 且“公关”双方形成了利益共同体, 往往会共同隐瞒相关情况。
2. 违规操作难以监管。
主要表现为:一是卫生监督不按规定程序办事, 有些时候个别领导一人说了算;二是调查取证时避重就轻, 袒护被执法者;三是该行政处罚的不处罚或处罚显失公正。
3. 处罚后落实不到位。
行政处罚做出后, 没有按法律程序强制执行, 而是一拖再拖。而被处罚者不惜采取吃请、赌博、行贿等违法手段进行“公关”, 以小钱换回大钱, 将会造成人为变更或无法执行的后果。
二、卫生执法存在问题的主要原因
1. 体制有弊端。
卫生执法虽然有完善的规章制度, 但在具体执法过程中, 往往是1-2个执法人员分片负责, 在分片范围内, 还是个别人说了算。
2. 内部监督有漏洞。
由于卫生执法有很强的专业性, 在执法队伍内部的互相监督是非常重要的。但由于人少事多, 卫生执法人员互相之间通气少, 同时顾于情面, 不愿介入别人的工作, 更谈不上互相监督。卫生执法队伍的领导往往也忙于事务, 没有举报反映, 也很少过问执法细节。
3. 个人自律性差。
极少数的卫生执法人员不能正确的树立世界观、人生观和价值观, 贪图享受, 追求不健康的生活方式。
三、完善卫生执法制度的对策建议
1. 要进一步完善卫生执法制度建设。
从现场监督、监测、调查、取证、处罚、申请强制执行等一系列执法过程中制定完善的规章制度。对执法活动形成的法律文书, 要有审核制度;对行政处罚逾期不履行的, 要有申请强制执行制度。
2. 要建立实时监控和决策执行机制。
凡属较大卫生执法行为, 特别是涉及有一定随意性和自由裁量权的卫生执法工作, 由分片执法人员提出初步建议, 领导派员复核, 经集体合议、领导审批等程序, 再形成处理意见, 坚持民主集中制原则, 形成对权力运行的有效防控和监督。
3. 要建立权力制约和公开透明机制。
在落实领导监督、民主监督、专项监督三类监督的同时, 要建立权力制约机制, 加强对权力各个环节的监督检查, 发现问题要及时纠正。要在卫生执法项目的各个环节, 加强监察监督, 必要时进行公示。同时, 建立分片执法人员轮岗机制, 形成定期和不定期轮岗, 防止权力失控, 杜绝以权谋私和权钱交易的行为。
4. 要形成卫生执法人员个人自律机制。
认真学习相关法律法规, 提高道德修养, 树立正确的人生观、道德观、荣辱观、养成良好的、健康向上的个人生活习性和爱好。
5. 要明确责任追究制。
对各责任单位及其执法人员在卫生执法权力关键节点监控过程中, 不依照规定程序、规定权限和规定时限履行职责, 造成不良影响和后果的, 根据相关规定, 对负有责任的主要领导, 直接责任人进行责任追究, 涉嫌犯罪的移送司法机关依法处理。
地铁隧道无线监控节点布置及优化 篇2
本文主要研究最优监测点感知最有价值结构信息, 用最少的传感器节点获取最大信息, 基于有效独立法法进进行行节节点点布布置置。。通通过过有有限限元ANSYS构建地铁隧道模型和对模型进进行行模模态态分分析析获获取取较较优优的的节节点布置方案;对已得到的节点布置方案进进行行优优化化分分析析。。
1 隧道运动模型和有效独立法节点布布置置
建立地铁隧道运动方程:
B是输入为传感器位置矩阵。ωi频率, φi为振型向量, 方程解的矩阵形式由特征频率和固有频率组成:
为广义模态位移表模态坐标, q的模态坐标公式:
M与K对称正定, M与K及特征频率是正交的。考虑阻尼的模态坐标为:, 解得方程:
由模态叠加原理, n自由度的传感器识别m目标振型的响应:
噪声信号{N}服从高斯分布, 期望为0, 方差为。对模态坐标解做最小协方差估计, 协方差矩阵P:
其中Q为Fisher信息矩阵, 当Q取最大用时, 模态坐标的解的协方差最小。设模态Ф各列线性无关, Q是对称正定矩阵, 则Q的特征值{λ}是正定、实数, 特征向量{φ}是归一化的。构造矩阵E:
E是幂等矩阵, 特征值为1或0, E的秩等于E的迹, 对角线元素表示节点对Ф的贡献。当表示第i个节点无法识别响应模态, 为无效节点。反之是有效节点。迭代计算移除对角元素最小的测点, 再迭代计算节点位置排序, 直到节点布置最优, 最大程度保证了模态矩阵Φ的线性无关性。流程图如图1:
2 地铁隧道监测节点优化布置模型
2.1 构建地铁隧道衬砌结构模型
上海多处于软土地层, 地铁隧道采用盾构隧道结构。管片的拼接采用通缝拼装形式, 材料为C55预制钢筋混凝土、抗渗等级S10。衬砌结构模型厚度为0.35m, 外径6.2m, 内径5.5m, 隧道顶部埋深6.89~26.8m, 最小曲率半径349.851m, 本文取其长约160m部分构建模型。
2.2 地铁隧道衬砌结构模型有限元分析
模型采用整体建模, 不考虑管片通缝拼接。设土体正常固结, 平均有效自重应20k N/m3;混凝土浮容重力16k N/m3, 列车对轨道施加力15k N。对隧道进行块分析, 划分网格, 计算隧道各阶振型, 本文仅考虑模型的前4阶振型如图2:
表2给出前4阶振型的固有频率。
3 节点布置方案及优化分析
3.1 节点布置方案
经有限元软件模态分析计算得各阶振型下的位移数据和频率, 将数据代入matlab的有效独立法搜索程序, 经搜索计算后得到各阶振型下的节点布置方案如表3。
3.2 节点布置方案优化
上文针对隧道结构特性布置节点, 分析其结构特性能较好的获取观测点, 是一种白盒监测方法。在网络无法负载过多节点以及考虑网络能耗的情况下, 要对节点进行优化。
将节点si在p感知精度定义为si在点p所感知的事件。距离si为0处, si始终可检测发生事件, 随距离增加, 感知精度随之减小, 当采样距离小于感知有效距离R, 节点对测点采样失效。
根据24个节点二维坐标位置画维诺图, 黑圆圈表节点有效监测区, 图3红色圆圈表示节点使冗余的, 显然红色节点监测区域被其他节点监测区完全覆盖。
4 实验与总结
地铁隧道监控系统由四倍分组成:监控采样系统、数据传输系统和数据处理系统, 整体系统图如图4。利用监测对象的结构特性布置节点有利于监测的有效性, 利用监测型号的概率分布及节点的有效监测范围去除冗余节点能较好的提高效率。
摘要：节点布置对隧道结构健康监测十分重要, 直接影响监控系统的有效性。节点过密集, 将产生冗余信息;节点过稀疏, 不保证监测信息的完整性, 即最优节点布置是通过最少的节点获取最大的感知信息。本文利用有限元软件ANSYS构建地铁隧道模型, 划分网格进行模态分析, 基于有效独立法算法计算节点布置位置;对已得节点布置方案进行空间概率相关性分析, 画节点维诺图 (Voronoi Diagrams) 判断节点是否冗余。
关键词：地铁隧道,结构健康监测,传感器布置,有效独立法,空间相关性,维诺图
参考文献
[1]Bogdan Carbunar, Ananth Grama, Jan Vitek overage Preserving Redundancy Elimination in Sensor Networks.
[2]Jun Lu Tatsuya Suda overage-aware Self-scheduling in Sensor Networks.
[3]J.O.Berger, V.de Oliviera, B.Sanso, Objective Bayesian analysis of spatially correlated data, J.Am.Statist.Assoc, 96 (2001) 1361-1374.
[4]Kammer D C.Sensor placement for on orbit modal identification of large space structures[J].Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1991, 14 (2) :252-259.
[5]王山山, 任青文.结构模态参数测试的传感器优化布置研究[J].动力学与控制学报, 2005, 3 (1) :67-71.
[6]黄宏伟, 徐凌, 严佳梁, 余占奎.盾构隧道横向刚度有效率研究[J].2006, 28 (1) :11-18.
[7]陈基炜, 詹龙喜.上海地铁一号线隧道变形测量及规律[J].上海地质, 2000 (2) , P:51-56.
监控节点 篇3
1 系统总体结构
仓库安全监控报警系统的设计既对硬件技术有较高的要求, 对软件设计也有较高的要求。该系统各模块协同工作原理如下图1所示。
此次设计以单片机为核心展开的, AT89C52单片机好比一个桥梁, 联系着传感器和报警电路设备。传感器把被测的物理量作为输入参数, 转换为电量 (电流、电压、电阻等等) 输出。这些模拟量经过A/D转换变为数字信号, 单片机接收A/D芯片转换的结果数据当被测的参数达到预先设定的临界值后, 单片机就发出指令控制报警电路进行报警, 并通知相关人员对仓库进行检查。
2 系统硬件设计
本次硬件设计采用温度传感器为DS18B20, 湿度传感器采用直插式湿度变送器JCJ100D, 烟雾传感器选择NIS-09, 无线通信模块使用TC35I。
本硬件系统采用的单片机是Atmel公司的AT89C52, 该单片机具有高的灵敏性、使用方便、价格低廉等优点, 首先, 传感器将外部参数转换为模拟电压信号, 并接着将信号放大和线性化使得信号在A/D转换芯片的量程范围内, 在单片机的控制下, A/D转换芯片完成信号的转换, 然后将转换后的数字信号送入该微处理器内进行数据的比较和BCD码转换, 最后利用数码管对当前参数进行显示, 当参数超过其要求值时便报警。
系统上电复位后开始直接运行, 在运行过程中, 系统每隔3秒检测一次仓库内设定的参数, 同时将参数送往数码管进行显示。在检测过程中, 当各个参数超过上限值时系统会自动报警, 指示当前的某些参数过高, 此时通过无线通信模块通知管理员。同时将显示清零, 以准备进行下一次的数据采集、检测及显示。
该系统硬件电路主要有各个参数检测电路、报警电路及报警电路。
3 系统软件设计
单片机程序主要实现数据的采集、处理, LED显示, GSM短信息发送和报警, 本系统节点的设计程序选用C语言作为开发语言。与之对应, 选用Keil C51作为软件开发平台。
主程序是单片机程序的入口, 需要合理地设置单片机的特殊功能寄存器, 合理地初始化外围芯片以实现正确的数据采集、传输。同时, 由于本系统的单片机处理部分相对简单, 所以数据的采集、处理、显示以及发送均在主程序中调用子程序完成。主程序部分源码如下:
4 结语
经过系统的硬件与软件设计的研究与验证, 本次设计仓库安全监控报警系统可以很好地实现温度、湿度、烟雾浓度的检测, 并且能及时地报警, 能有效地消除仓库内的不安全因素。当然, 本系统也有一些缺点, 比如影响仓库安全的因素很多, 不只有温度、湿度、烟雾等。其次, 如果要精确监控仓库内的安全参数, 只有一个检测节点是不可靠的。但是, 总的来说, 本系统能实现基本的监控报警, 并且硬件上易于实现, 软件设计也相对简单。
参考文献
[1]谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2005.
[2]杨将新, 李华军.单片机程序设计及应用 (从基础到实践) [M].北京:电子工业出版社, 2006.
监控节点 篇4
ZigBee是一种低功耗、低成本、可靠性高的无线技术, 笔者将其与传感探测技术相结合, 设计一种烟温一体监控节点, 可组成无线监控传感网络, 并在该硬件平台的基础上, 提出依据检测监控节点电池电压改善网络稳定性的工作机制。
1 监控节点设计方案
1.1 监控节点功能
监控节点是组成ZigBee无线监控网络的基本单元, 它主要完成对环境数据的采集、处理及转发等功能, 设计时应从低功耗、低成本, 同时兼顾软硬件的简易实用性等方面来综合考虑, 监控节点的功能如图1所示。
1.2 监控节点工作原理
监控节点的传感器每隔一定的时间采集监控区域内环境因子参数, 经过A/D模数转换后, 发送至处理器处理, 处理器一方面把数据打包通过无线网络发送到网络中心 (协调器) 供其处理, 另一方面与其本身设置的参考阈值做比较, 一旦监测值大于阈值, 则发出声光报警信息。同时, 处理器定时采集监控节点的电池电压值, 当电压值趋近于节点正常工作电压的下限时, 节点会发出报警声, 并把电池电压值发送到网络中心, 提醒网络监控中心人员及时更换电池, 防止监控节点因缺电而“死亡”。监控节点还能够点对点接收网络中心的控制命令, 启动或关闭节点的声光报警。
2 监控节点硬件设计
由监控节点的工作原理可知, 节点主要由处理器单元、烟雾传感检测电路、温度/电池电压采集电路、声光报警/测试控制电路、电源及调试模块等部分组成, 其结构如图2所示。
监控节点的处理器主要负责处理各个传感器发送过来的数据信息等, 与网络中心或其他监控节点进行无线通信。本设计采用TI公司推出的ZigBee新一代Soc芯片CC2530F256, 它支持IEEE802.15.4/ZigBee/ZigBee RF4CE标准, 拥有多达256kB的闪存空间、更大的RAM, 允许芯片无线下载/空中升级。同时, CC2530结合了一个完全集成的、高性能的RF收发器与一个增强型8051MCU内核以及其他强大的支持功能和外设。此外, RF高频天线设置了“板载PCB天线+外置天线”组合设计, 可根据安装场合对距离的要求选择其中一种天线。
烟雾传感检测电路主要由光电式传感器和烟雾报警集成IC芯片MC145010组成, 其中MC145010包含功率极低的数模电路, 它与红外光电腔体同时使用, 通过接收微小的烟雾颗粒所散射的光束达到检测烟雾的目的。温度采集电路由DS18B20传感器组成, 其具有低功耗、抗干扰能力强、易配微处理器等优点, 可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。电压采集电路采用电阻分压, 基准电压比较的方法实现, CC2530内部集成了可支持14位分辨率的A/D转换电路, 多达8个配置通道, 根据实际应用由寄存器配置使用, 因此无须外置模数转换电路, 有效避免了硬件电路的复杂度及成本的提高。声光报警/测试控制电路集成于MC145010电路中, 当检测到烟雾时, MC145010中的推挽式输出电路会驱动外围的蜂鸣器发出报警声, 同时LED二极管一直闪烁。
3 监控节点软件设计
3.1 监控节点工作流程
软件设计平台采用IAR EW8051集成开发环境, IAR是一款集编写、编译、调试、下载于一体的集成开发环境, 它为应用系统的软件开发设计提供了方便快捷的开发界面, 使ZigBee协议栈的移植成为可能, 并且对应用层程序的编译调试与下载以及ZigBee通信方式的设置提供了现实可行的操作。
监控节点的工作状态有两种:正常工作状态和报警状态。处于正常工作状态时, 监控节点又分为监视状态 (数据采集处理等工作) 和休眠状态, 当有火情出现后, 无论节点是否处于休眠状态都要立即中断进入报警状态。具体工作流程如图3、图4所示。
3.2 监控节点的稳定性工作机制
ZigBee网络是一种自适应无线传感网络, 其网络拓扑可根据实际应用构成星形、树形和网状网结构3种类型。监控节点在ZigBee网络拓扑中的定位为终端节点, 考虑到实际安装时节点与网络中心的通信距离相对较近的弊端, 本监控节点在设计中增加了路由功能, 即监控节点既是一个普通的终端节点, 同时又可在网络中行使路由器的职能, 在一定程度上减少了网络对路由器的开发投入。在无线传感网络中, 节点的能量是网络正常运行时长的决定性因素, 其寿命影响着网络的稳定性。而在整个网络中终端节点的功耗相对于其他网络节点 (如路由器) 是比较小的, 若监控节点被赋予路由功能后, 功耗将进一步增大。加上受到安装区域地形复杂度不一、节点安装数量呈现出无规则性等因素的影响, 造成其中具有路由功能的节点的通信业务量不同, 而某些业务量大的监控节点的能量容易消耗过快而“死亡”, 从而使整个网络处于不健康甚至瘫痪的状态。
监控节点的电池电压是反映该节点能量多少的标志, 网络中不同的监控节点由于通信业务量的不同, 电池电压也会不同。笔者提出一种根据节点电池电压大小选择路径传输的工作机制, 节点通过采集自身以及通信链路上路由节点的电池电压信息, 针对网络整体稳定性能综合考量后进行路由的选择, 从而决定其通信路径。首先监控节点预先设定电池电压的阈值大小, 其次通过路由发现汇总出所有源节点至目的节点的通信路径, 并判断该路径上的路由监控节点的电池电压是否大于阈值, 经过比较处理选择最佳路径作为通信传输链路。
其具体工作流程如下:
(1) 终端节点发送路由请求包。请求数据帧中除了包括路由请求标识符外, 还应增加各节点的实时电压值UF与阈值电压UG比值的标志位。
(2) 接收到请求数据包的路由监控节点查询自身的电池电压值UF和UG, 判断UF和UG的大小关系。若UF>UG, 则在应答反馈数据包中标识位置1, 反之置0。
(3) 终端节点收到路由节点的反馈数据包, 判断该路径中路由节点的电池电压值是否大于阈值电压, 一旦出现UF
(4) 所有路由监控节点电压值均低于UG时, 则对比与其能够通信的所有路由节点的电压大小, 通过比较处理以确定最大值, 选择该路由节点作为传输路径节点。
(5) 每个监控节点定时向监控网络中心发送自己的状态信息, 在发送的信息数据包中应包含该节点的实时电池电压值, 当电池电压较低时会通过网络中心发送至上位机处理, 上位机控制平台会提醒操作人员及时更换电池, 进而保证网络中节点能够均衡稳定地工作。
4 实验测试
为验证监控节点在整个系统的稳定性, 在一特定区域内架设一个ZigBee网络, 将20个监控节点随机放置在区域内, 通过RS 232串口使网络协调器与监控主机进行通信, 从而可直观地了解网络中所有监控节点的状态信息, 如图6所示。节点的电池电压初始值均为9V, 为加快网络运行速度以便于观察结果, 将监控节点发送数据的频率增大, 每隔一定时间记录网络中监控节点的死亡个数, 同时在相同条件下记录监控节点在普通工作机制下的运行状况, 两者之间的实验对比结果, 如图7所示。
从图6可以看到, 监控节点在网络系统中运行良好, 能够实时准确记录现场环境及其自身的参数, 无漏报、误报现象发生, 整个系统比较稳定。从图7看出, 在相同的时间范围内, 采用本设计提出的网络工作机制后, 网络中节点的死亡数量及速率都有了较大的改善, 监控节点的寿命明显高于普通工作机制的节点, 从而可有效延长整个网络的生命周期, 保证无线网络稳定可靠运行。
5 结束语
ZigBee技术以其独特的优越性在无线传感网络领域愈来愈受到广泛的重视, 其在工业控制、数字家庭、智能楼宇监控、环境监测等领域的应用日趋广泛。笔者将其与传感探测技术结合, 研究设计了一款可对火灾进行实时监控的节点, 具有成本低廉、功能强大、安装方便、应用场合广等优点。
摘要：根据目前火灾预警机制的缺陷以及报警节点功能单一的情况, 研发一种基于ZigBee的无线烟温一体监控节点, 该节点具有同时监控两种环境因子、路由中继、缺电报警等功能。同时提出了一种依据检测监控节点电池电压大小改善网络稳定性的工作机制, 可有效提高网络资源的利用率, 延长网络工作寿命。
关键词：ZigBee,无线报警系统,烟温一体监控节点
参考文献
[1]张伯虎, 陈建莉.基于人工智能技术和ZigBee火灾探测系统的设计[J].消防科学与技术, 2008, 27 (1) :49-51.
[2]沈晓波, 廖晓纬, 陈帅.基于ZigBee技术的无线自适应火灾监测系统研究[J].数字技术与应用, 2011, 28 (8) :73-74.
[3]刘庆, 张认成, 刘二丽.基于ZigBee无线网络的楼宇火灾探测系统研究[J].消防科学与技术, 2010, 29 (12) :1092-1094.
[4]张攀, 刘淑美, 柴乔林.能量高效的ZigBee网络改进路由策略[J].计算机工程, 2010, 36 (7) :108-111.
[5]李文仲, 段朝玉.ZigBee无线网络技术与入门实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.
[6]孙国栋, 廖明宏.能量均衡的无线传感器网络短路径路由算法[J].自动化学报, 2008, 34 (12) :1540-1543.
[7]雷纯, 何小阳, 苏生辉.基于ZigBee的多点温度采集系统设计与实现[J].自动化技术与应用, 2010, (2) :43-46.
监控节点 篇5
目前校园安防监控系统大多是基于有线通信,这就使得一些不便于布线的区域成为了安防监控的盲区,而且采用的是有线方式连接,可扩展性较差,维护起来也比较困难,因为相对成本较高。
基于上述原因,结合校园防火报警需要,该文提出了基于意法半导体公司推出的STM32系列ARM控制器、TI公司的CC2420无线射频芯片以及Zigbee无线通信技术为技术核心的无线智能型校园火灾监控系统硬件节点设计方案。利用zigbee无线传感器网络,配合各种传感器的使用,可以对校园实行全方位、多角度实时监控。当校园内有火灾等安全事故发生时,便可以快速通知管理人员及时进行处理,从而极大地保证了学校师生的生命财产安全。
1 系统总体架构设计
本文设计的火灾监控系统采用树形网络拓扑结构,整个网络由三种硬件节点模块组成,包括ZigBee终端节点、路由器节点、网络协调器节点,ZigBee终端设备节点负责收集探测器探测到的报警信息,并把报警信息利用ZigBee无线通讯方式发送到终端设备的路由器节点(即父设备),再由路由器节点转发到网络协调器节点。基于ZigBee技术的智能火灾监控报警系统提高了管理系统中数据的可靠性,对每个终端节点所监控的区域内发生的火灾险情能够及时判断并通过无线网络通知管理人员。系统的整体结构如图1所示。
2 系统硬件节点模块设计
2.1 微处理器(MCU)控制模块
在本系统中,采用意法半导体公司(ST)推出的STM32系列微控制芯片STM32F103R8为主控制器。STM32系列32位闪存微控制器使用来自于ARM公司专为嵌入式领域开发的具有突破性的Cortex—M3内核,该内核是专门设计于满足集高性能、低功耗、实时应用于一体的嵌入式领域的要求,具有高性能、低功耗、实时性等特点。STM32提供3种睡眠、停机和待机模式三种低功耗省电模式和灵活的时钟控制机制,用户可根据自己的需求合理的优化耗电和性能要求。STM32F103R8属于增强型系列芯片,主频率为72MHz,高达90DMips,1.25DMips/MHz,内置128K字节高速闪存程序存储器和20K字节的SRAM,通过APB总线连接的丰富和增强的外设以及多达80个的高速I/0口。
2.2 Zigbee无线射频传输模块
CC2420是Chipcon公司推出的第一款真正意义上符合2.4GHz IEEE802.15.4协议规范,广泛应用于无线网络中的低功耗、低电压的射频收发芯片,只需极少外部元器件,性能稳定且功耗极低。CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求,可确保短距离通信的有效性和可靠性。CC2420为工作于2.4GHz免授权频段的无线通信提供了一个低成本的完整解决方案。
无线射频模块的功能是以射频模式接收和发送数据。CC2420通过SPI接口与主微控制器(MCU)交换数据、发送命令等通信,由于STM32F103系列芯片一般都集成了SPI控制器,因此CC2420射频模块可以很方便地通过SPI总线接口与处理器STM32直接连接并进行数据通信。
CC2420与微处理器STM32F103R8的接口如图2所示,CC2420通过SPI四条线接口(CSn,SI,SO,SCK)直接连接到的STM32F103R8的4个SPI通信接口,负责数据通信;另外,还有SFD,FIFO,FIFOP和CCA 4个引脚与微处理器STM32F103R8连接,负责表示收发数据的状态。在这种连接方式中,STM32工作在SPI主模式下;而CC2420射频模块工作在子模式下,由处理器STM32控制进行有效的数据收发工作。
2.3 传感器模块
随着微处理器技术、传感器技术和信号处理技术的快速发展,火灾自动探测技术已从单一传感器探测向着多传感器融合的方向发展,火灾探测预警的可靠性也随之大幅度提高。目前多传感器融合火灾探测技术主要选用光电感烟、感温和感CO传感器组合形式。采用多传感器的优点在于使探测器能够提高对火灾特征信号响应的灵敏度和均衡度,进而提高探测的质量和可靠性。
在本系统设计中,也采用了三层多传感器复合探测方案,选用烟雾传感器、CO浓度传感器和温度传感器,将烟雾浓度、CO浓度和温度作为火灾探测信号。选用了红外发光二极管OP231和红外接收二极管OP801SL构成光电烟雾传感器、Maxim公司的DS18B20传感器、TGS的TGS2442 CO气体传感器。
考虑到一般得烟雾传感器价格相对较高,这里我们使用的烟雾传感器由价格低廉的OP231,OP801SL红外发射、接收光电二极管组成,按照75℃安装在内壁为黑色粗糙面的迷宫型集烟盒内,利用火灾发生时产生的烟雾微粒对光的散射作用,在一定的烟雾浓度范围内,散射光的强度与烟雾的浓度成比例,而这种漫散射的光将使光电二极管的阻抗发生变化,这样便可以将烟雾信号转变为电信号,以供传感器节点采集。DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式,在-55~+125℃的测量精度为±0.5℃,,测量结果可选用11位串行数据输出。而CO传感器选择的是TGS系列半导体式气体传感器TGS2442,其特点是低功耗、对CO的灵敏度高、寿命长、成本低,对湿度的依赖性低,工作于极短的脉冲加热方式。
2.4 Zigbee节点硬件总体结构设计
结合本火灾报警系统中数据融合技术zigbee节点数据处理能力和内存的要求,本设计采用基于意法半导体公司(ST)推出的STM32系列微控制芯片STM32F103+CC2420的方案。
系统中有三种节点:zigbee终端设备节点、zigbee路由器节点和zigbee网络协调器节点,从硬件角度看,二者的核心部件都是STM32F103+CC2420、天线、电源,这也是ZigBee设备可以工作的最简系统。基于其硬件结构上的异同点,在设计和组装时根据不同的节点用途对部分单元电路作相应取舍。例如路由器节点和终端节点采用的是电池供电方式,并且不必有串口扩展电路;而协调器采用交流电源供电方式,不必有传感器单片机(无需采集数据),但必须有串口扩展电路以实现与上位机通信。
除此以外,协调器还有与火灾报警控制器通信用的串口及作实时显示之用的LCD;路由器还有显示状态用的指示灯;终端传感器节点有显示节点状态用的状态指示灯以及温度传感器。二者电路均不复杂,都是基本系统加上少量外围扩展电路。为了节约成本,只制作一种集成所有的外围电路电路板,留出所需外扩电路接口,这样便可在制作正式产品时外接使用所需的不同外围电路即可。本系统所设计的Zigbee节点硬件总体架构如图3所示:
3 结论
综上所述,本系统采用ST公司推出的新一代基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列处理器作为主控制器(MCU),同时在原有有线监控报警系统的基础上,引入了Zigbee无线传感组网技术,实现了校园火灾事故的无线实时监控。相比传统的有
线传感器火灾报警系统,该文设计的基于Zigbee技术的无线传感器网络克服了有线传感器网络的局限性,既避免了其他无线通信技术的高功耗的缺点,同时也降低系统布线成本、安装和维护难度,具有广泛的前景和推广价值,可广泛在校园、医院等场所的火灾监控报警中。
点,同时也降低系统布线成本、安装和维护难度,具有广泛的前景和推广价值,可广泛在校园、医院等场所的火灾监控报警中。
本文作者创新点:
1)采用的是ST公司推出的基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列处理器,具有高性能、低成本、低功耗、实时性强、易开发等特点,后期维护和升级简单。
2)引入了先进的Zigbee无线传感组网技术,实现了校园火灾事故的无线实时监控;克服了有线传感器网络的局限性,避免了其他无线通信技术的高功耗的缺点,和现有的无线传感器网络相比,它具有节点成本低、网络容量大、生存周期长等诸多优点,同时降低系统布线成本、安装和维护难度。
摘要：在校园安全监控中,对火灾险情的监控至关重要。该文以意法半导体公司推出的STM32系列ARM控制器、TI公司的CC2420无线射频芯片为技术核心,设计出了基于ZigBee技术的无线校园火灾监控、报警系统的硬件节点模块。实践表明,以该模块构成的火灾监控系统,能够有效地对校园火灾进行无线网络化监控。
关键词：STM32,zigbee,无线,火灾监控,硬件节点
参考文献
[1]张帅华.基于AT91SAM9260的ZigBee工业以太网网关设计[J].微计算机信息,2011(8):113-114.
[2]Yunzhou ZHANG,Dingyu XUE,Chengdong WU,Hao CHU.Design and Implementation of A Wireless Sensor Network Node[C].Proceed ings of 2008 IEEE International Conference onWiCOM.pp:1-4.doi:1109/WiCom.2008:906.
[3]杨荣,杨涛.基于ZigBee的无线传感器网络及其在智能大厦中的应用[J].中国农机化,2005(5):76-79.
监控节点 篇6
随着信息技术的发展和网络规模的扩大, 企业内部的网络结构也日益复杂, 电力企业也不例外, 各类网络监控设备种类繁多, 这些设备品牌、性能、操作系统各不相同, 日志和告警格式也各式各样。对这些设备的网络监控难度也越来越大, 网络监控已经成为现代企业信息化建设的难点。近年来, 网络监控技术也从传统的集中式转变为分布式、单点代理转向多层次。这些新型监控技术的产生, 为解决电力企业的网络监管问题, 提供了很好的技术手段[1,2]。
本文设计基于主动节点的跨平台网络监控系统, 对电力企业不同平台的网络设备进行监控, 方便电力企业实现网络维护和监控。系统采用主动节点和监控平台为基础, 采集各类数据。通过主动报文的形式发送给监控平台服务端, 并进行展示, 实现对电力企业网络设备的集中监控, 提高运维效率。
2 系统的总体设计 (General design)
网络监控是指对网络运行状态数据进行实时采集、分析、预测, 并对网络运行状态实施控制。由于电力企业的网络系统涉及到许多不同平台基础的网络设备, 为此在系统的设计过程中采用跨平台设计。根据电力企业内部的网络设备监控的具体需求, 基于主动节点的跨平台网络监控系统的系统总体架构设计如图1所示。
由图1可以看出, 基于主动节点的跨平台网络监控系统主要由网络资源设备、主动节点、监控系统和系统使用用户四部分构成。网络资源设备包括交换机、路由器、终端监测设备、各类服务器, 以及其他的软硬件设备等。主动节点是各类监控服务的载体, 为SNMP、WMI、Syslog等服务提供运行基础。主动节点采用主动报文的形式与监控系统进行通信, 将各类消息传送至监控系统。主动节点上的主动服务对本地的各类对象和其他节点的网络资源进行管理。监控系统根据主动节点采集的数据为用户提供网络运行状态信息、服务器运行状态信息、集群状态信息等, 实现各类告警信息的提示, 并为用户提供权限管理和任务分析等功能, 同时将各类信息存入监控系统数据库[3]。
3 主动节点设计 (Design of active nodes)
3.1 主动节点功能
主动节点是指被安装监控代理的网络设备, 是网络监控系统的核心部件, 具有管理非主动节点和被监控系统管理的双重身份。主动节点的所有功能都是通过节点上运行的主动代理服务实现的, 包括命令的获取、数据的采集和告警的处理等[4,5,6]。主动代理的具体功能结构如图2所示, 其包含的功能如下:
(1) 获取和接收网络监控中心的各类指令, 执行对网络节点的监控、异常数据采集和数据回传。
(2) 根据网络监控中心的指令, 实现对本地服务库的管理、配置等。
(3) 接收主动报文, 并对主动报文进行解析, 并执行主动报文中的主动代码。
(4) 依据SNMP协议, 调用本地SNMP服务和WMI服务, 实现对周围非主动节点和网络设备的管理。
(5) 对采集的数据, 根据一定的策略进行分析、过滤和压缩, 消除冗余数据, 降低会出数据的流量, 减少监控系统的计算任务量。
3.2 主动报文处理
当主动节点受到一个主动报文后, 主动报文处理器首先对报文的类型进行判断。如果报文的类型不在主动节点处理的范围内, 则这个报文就会被丢弃。如果报文能够被节点识别, 则节点会根据报文类型进行相应的处理。如果接收到的是普通数据采集报文。则主动节点接收到此报文后, 首先对主动报文进行安全认证, 认证通过后, 主动报文处理器将其发送到相应的数据采集主动环境中。主动环境依据主动报文的主动代码, 完成相应主动服务的启动工作, 并进行数据采集。如果接受到的报文是主动服务库管理数据报文, 则主动报文处理器会将此报文发送给主动服务管理进程。主动服务管理进程根据主动报文中的主动代码管理主动服务库, 实现对主动节点各类服务的动态增加、删除和修改等功能[7]。
4 主动报文的设计 (Design of active packet)
在基于主动节点的跨平台网络监控系统中, 主动报文负责传输节点间的主动程序和相关数据, 是监控系统中数据传输的重要载体。与传统的网络数据报文相比, 主动报文的特点在于主动报文中含有可以执行的主动代码。主动IP信包是主动报文的一种。本文采用主动IP信包的方式来构造主动报文。主动IP信包, 在传统IP数据报文的基础上, 增加了一种携带主动代码的机制, 具体方法是在IP数据报文的选项域中插入主动代码。从而将传统的IP网络升级为主动网络。主动IP信包由IP头、专用头和载荷三部分组成, 报文的具体结构如图3所示。
在主动IP信报中, IP头由源地址、目的地址和IP选项三部分内容构成, IP头的内容与TCP/IP协议中的内容是一致的, 从而实现与IP数据包的兼容。主动报文的核心组成部分为专用头, 它由版本号、报文类型、前地址和类型等部分构成。版本号代表着IP信包的版本, 类型对转发程序和相关的代码、协议等内容进行标识。报文的类型直接影响着报文其他内容的容量。前地址用于传递主动代码, 为主动报文经过的上一跳的网络节点地址。报文中的载荷部分对传输层是透明的, 包括着网络应用层的各类信息。主动IP信包的最大特点在于它能够对传统的IP数据包进行兼容, 能够在传统的IP数据包中嵌入主动代码, 这位主动网络与传统网络的兼容提供了基础。
5 数据采集方法 (Data collection method)
获取网络运行状态监控的基础数据的关键就是网络运行状态数据的采集。只有获取了足够的数据, 网络监控人员才能在这些基础之上对网络运行的状态进行分析、预警和进一步的控制[8]。为了实现更好的采集和传送网络监控数据, 本文设计了基于主动网络的数据采集和传送方法。
5.1 基于主动网络的数据采集算法
针对网络监控系统的数据采集问题, 本文设计了基于主动网络的动态数据数据采集算法, 算法的流程如图4所示, 算法描述如下:
第1步:假设t为主动节点的采样周期, 则每间隔t秒, 主动节点就会对网络设备的各种状态进行一次重新采样。
第2步:对监控系统中的每一个监控设备都设定一个固定的数据采集周期, 用T表示, 设备的采集周期T应不小于主动节点的采样周期t。T的值要等于节点采用周期t的平均值。主动节点每间隔T秒向监控中心上报一次网络的运行状态数据。
第3步:对有特殊性能要求的指标, 设定数据监控的规则和阀值。主动节点每间隔t秒就会按照性能指标规则重新计算一次性能状态数据, 如果指标数值超过阀值, 则将性能数据上报至网络监控中的监控系统中。
第4步:若网络运行状态的特定指标性能产生异常, 则该指标性能数据的采集方式由周期性采样变为主动数据采集方式进行, 并实时将性能及状态数据传送至网络监控中心。
第5步:若网络监控人员要对某一项特定的性能指标进行监控, 则向节点发送主动报文, 将此项指标的采集方式由周期性采集转变为主动式实时采集方式。观察完毕后, 则再次发送主动报文, 将数据采集方式有主动采集转变为周期性采集。
5.2 算法对比分析
本文提出的数据采集算法与传统的数据采集算法相比较, 具有较强的优势。对比过程如图5所示。其中开始时间用T0表示, 结束时间用T1表示。将两种算法在T1—T0的时间间隔内分别从网络流量和网络数据有效率两方面进行比较。
在数据传输过程中, 数据包包括IP头、UDP头和状态数据等部分。假定每个数据包中IP头、UDP头、运行状态数据和请求数据各算一个单位的数据, 则进行如图5所示对比。
(1) 网络流量分析。在T1至T0内, 采用传统采集算法所消耗的网络流量为3*2*6/ (T1-T0) =36/ (T1-T0) , 采用本文数据采集算法所消耗的网络流量为3*3/ (T1-T0) =9/ (T1-T0) , 由此可见本文设计算法的消耗的网络流量小。
(2) 网络数据有效率分析。在T1至T0内, 采用传统采集算法传输的数据有效率为1*6/ (3*2*6) =1/6, 采用本文数据采集算法传输的数据有效率为2/ (3*3) =2/9, 由此可见本文设计算法在数据传输过程中, 数据有效率更高。
6 结论 (Conclusion)
本文以跨平台技术为基础, 设计了由网络资源设备、主动节点、监控信息库构成的跨平台网络监控系统。设计了基于主动网络的周期性数据采集算法, 采用主动报文的形式将信息发送给监控平台服务端, 通过构造主动节点实现数据的采集和传送控制。实践证明, 该系统能成功的不同平台的网络设备进行监控, 提高电力系统的运维效率。
参考文献
[1]Thomas R, Christel B, Martin R.Wireless Security Situation Awareness with Attack Identification Decision Support[C].2011IEEE Symposium on Computational Intelligence in Cyber Security (CICS) .Paris:IEEE, 2011:144-151.
[2]XIE Li-Xia, Wang Ya-chao, YU Jin-bo.Network Security Situation Awareness Based on Neural Networks[J].Journal Tsinghua University:Science&Technology, 2013, 23 (12) :1750-1760.
[3]HANG Tong-qing, ZHUANG Yi.An Approach to Real-Time Network Security Situation Prediction[J].Journal of Chinese Computer System, 2014, 35 (2) :303-306.
[4]崔杰, 李陶深, 兰红星.基于Hadoop的海量数据存储平台设计与开发[J].计算机研究与发展, 2012, 49 (l) :12-18.
[5]丁琳琳, 等.基于Map-Reduce的海量数据高效Skyline查询处理[J].计算机学报, 2011, 34 (10) :1786-1796.
[6]丁治明, 高需.面向物联网海量传感器采样数据管理的数据库集群系统框架[J].计算机学报, 2012, 35 (6) :1175-1190.
[7]刘靖龙, 刘颖, 张思东.基于RTL8169网卡的零拷贝技术研究与实现[J].计算机技术与发展, 2011, 35 (1) :67-69.
监控节点 篇7
1 系统结构框架
本文采用如图1所示的控制结构。其突出的优点是根据用户实际应用选择不同的控制方案, 对于企业机房这样的集中而复制的监控场所可采用WEB服务器、GSM、环境监控机等模块的结合控制方案;对于家居类小规模环境监控仅需选择GSM+环境监控机单独远程监控方案;而对于节点多, 分布较散的监控场所还可通过扩展单元模块实现环境与设备的远程监控。
2 硬件电路设计
环境监控主机是该系统的核心, 其主要由:主控模块, 模拟量采集模块, 开光量采集模块, 控制驱动模块, 人机交互模块, 通讯模块, 5部分组成, 其结构图如图2所示。实现对监控场所环境数据的实时采集、处理与显示;当出现异常时, 控制模块会触发声光告警并联动设备保护现场, 通过GSM模块拨打电话, 发送短息实现自动远程报警;对于配置WEB服务器的监控场所, 还可以通过远程移动智能终端的实时监控与控制。从而对各种无人值守环境实现方便、安全、可靠的监控管理。
2.1 主控模块
主控模块是监控系统的核心, 要完成数据处理, 存储, 传输, 人机界面显示等功能。结合工业现场的需求终端处理器选用Philips公司的LPC2132芯片, 它是一款32/16位ARM7TDMI-S TM CPU微控制器, 内部集成64k B高速Flash、1个10位8路ADC转换器和47个GPIO, 具有缓冲区空间及采集精度精确可扩展性强、性价比高的特点[5]。
2.2 数据采集模块
监控场所采集的信号主要可分为模拟量和开关量:模拟量如温湿度、亮度、二氧化碳浓度等信号;开关量如红外、烟雾、市电检测、门窗磁等信号。因此数据采集模块分为模拟量采集和开关量采集两个模块, 主要用于完成对底层数据的采集。
(1) 开关量采集模块:开关量一般为0V或者5V的高低电平, 设计采用4个8位移位寄存器74LS165对32个输入开关量进行采集, 模块与CPU通过SPI总线进行通信, 有效的节省了I/0端口资源。
(2) 模拟量采集模块:模拟信号经过现场仪表测量后一般输出为0~5V电压信号, 通过模拟量采集模块将这些模拟量转换为数字量。LPC2132电压基准为3.3V, 要将0~5V范围的电压信号经分压才能进入CPU完成的模拟量到数字量的转换。系统采用8个8选1数字控制模拟电子开关CD4051将8路A/D转换器扩展到64路, 以最大限度满足模拟量监控数据的需求。
2.3 人机交互模块
选用OCMJ8X15B中文触摸液晶图文显示器实现对环境参数的显示, 告警日志显示, 系统状态显示, 控制量的驱动控制等功能。它为240X128全点阵液晶显示屏, 自带字库, 可显示8 X 15个16x16点阵汉字或者8X30个字符, 可以实现汉字、ASCII码、点阵图形和变化曲线同屏显示, 具有信息显示丰富、低功耗、体积小、质量轻、操作驱动简单等优点被广泛的应用与测量和控制领域[6]。
2.4 控制量驱动模块
开关控制量驱动模块需要控制发电机、风机、水泵等大功率设备工作, 需要使用承压大于220V的继电器, 其驱动电路由8位输出锁存移位寄存器74LS595、光耦和12V继电器组成, 模块与CPU通过SPI总线进行通信, 实现了弱电对强电的控制。
2.5 通讯模块
通讯模块可分为智能设备驱动模块、GSM通讯模块、TCPIP通讯模块、扩展板通讯模块。按控制关系可分成两类:一类是监控主机作为被控端与PC上位机服务器之间的通讯;另一类是监控主机作为主控端与外围设备之间的通讯。
系统通过2个UART来分别实现上述两类通讯:
(1) UART0通过TCPIP通讯模块, 来完成监控主机作为被控端与PC上位机服务器之间的通讯, 实现PC机对监控机的配置、监控量采集数据的查询、开关控制量的控制等操作。TCPIP模块选用致远ZNE-100TL以太网转串口模块, 它内部集成了TCP/IP协议栈, 串口通信波特率在300bps~1.152Mbps之间可任意设定, 具有TCP Server, TCP Client, UDP和Real COM driver等多种工作模式, 支持最多四个连接, 可以轻松完成嵌入式设备的网络功能。
(2) UART1为了实现与多个外设之间的通讯, 通过双4选一的多路模拟选择开关CD4052将串口1扩展为4个RS232/485接口:1个RS485用于与多个扩展板之间的通讯, 1个RS232用于与GSM模块通讯, 剩余2个RS232/485接口用于与UPS、智能空调或者其他智能设备之间的通讯。GSM模块选用傲屹AYG-59C模块, 它接口简单、使用方便且功能强大, 通过标准的AT命令和RS232接口可以方便地集成该模块, 使设备具有无线通讯功能。
3 系统软件设计
软件平台采用μC/OS-II实时操作系统, μC/OS-II是一个可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核, 具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点, 它适用于多种微处理器, 非常适合在嵌入式领域中应用[7]。
系统任务采用模块化设计, 可灵活装配、设置, 无需变换程序, 易于功能扩充与裁剪, 主要包括以下系统任务。 (1) 初始化任务:完成对IO端口、中断、系统变量、数据结构、外设的初始化, 以及系统配置数据的自检; (2) 模拟量采集任务:30ms开启一次AD转换中断, 采样结束驱动CD4051切换到下个检测通道, 2秒钟左右完成对所有64个通道的采集任务; (3) 开关量采集任务:通过SPI接口每1秒钟完成一次对32个通道开关量的数据采集; (4) 液晶屏显示任务:响应因触摸键、系统参数变化、等事件触发的页面刷新消息; (5) 触摸屏处理任务:0.5秒完成一次按键扫描, 并发送按键事件; (6) 上位机通讯处理任务:对接收到的PC机读写系统控制指令进行处理; (7) 控制量输出任务:响应设备联动、触摸键、上位机对控制量的操作事件; (8) 下位机通讯处理任务:响应系统对指定外设控制指令的发送及接收数据处理, 由于系统需要接入多外设, 不同外设的通讯参数各不相同, 所以为任务设计了一个指令发送循环队列, 每个指令发送消息需要将:通道号、波特率、发送处理函数、发送标志等信息写入队列, 由处理任务检测消息, 取出发送参数, 完成指令的发送和接收; (9) 系统告警处理任务:2秒检测一次告警标志, 对异常情况进行短信、电话、网络报警处理, 并驱动告警联动外设工作。
除此之外, 作为一个监控产品, 还必须监测外设的在线状态, 和具备系统数据的自我保护功能, 因此系统还应实现如下两个功能: (1) 外设在线检测功能, 通过定时发送在线查询指令、检测设备在线状态, 如通过下发”AT”检测GSM模块的在线状态, 3次无响应则判断为离线。 (2) 数据保护处理功能:定时将重要数据备份在FLASH中, 防止因电源线路或其他故障, 导致系统断电重要数据丢失, 对系统安全产生的影响。
4 测试结果
结合上述设计, 对公司办公大楼进行了监控测试。监控主机放置于公司中心机房, 1~6楼各层配电室通过6个扩展监控器实现环境监控, 2个仓库接各接1个扩展监控器, 通过PC机设备联动配置将8个扩展监控器各配置一个声光告警器, 并设置告警门限和4个告警通知责任人手机号码。分别触发各节点水浸或烟雾传感器, 系统自动触发相应声光告警, 并对4个责任人循环发送告警短息并拨打告警电话, 声光告警响应时间<10秒, GSM模块对单个手机的告警时间<30秒。
经过半个月模拟实验, 监控主机与GSM模块, 扩展监控器的通讯状态良好, 未出现异常离线情况, 环境采集数据未出现误报情况, 较好的达到了设计要求。
5 结束语
本文用GSM无线网络与Internet网络相结合作为远程数字监控系统的传输网络, 取代了传统的有线传输网络;分布式多节点的设计方案, 解决了监控点多分部范围广的监控难点;系统各模块的独立设计, 使应用具有较大的灵活性和扩展性, 能很好的适应各种复杂场所的环境和设备监控需求, 可根据应用场景可自行增减监控单元, 在节省成本的同时, 减轻了管理人员负担, 应用前景十分广阔。
摘要：为了满足客户对不同应用场景进行环境监控的需要, 文章设计了一种低成本, 高可靠性, 可扩展的分布式多节点远程数字监控系统。系统可根据需求增减环境监控节点, 可通过TCP/IP网络和GSM网络远程实时监控, 实现方便、安全、可靠的无人值守环境监控管理。该远程数字监控设备经过长时间的测试和应用, 运行稳定。本系统极大地减轻了维护人员负担, 满足了设计需求。
关键词：环境监控,GSM,LPC2132
参考文献
[1]刘士敏, 杨顺.基于无线传感器网络的农村温室大棚监控系统[J].单片机与嵌入式系统应用, 2013, 14 (8) :48-51.
[2]郑娟, 王建华.基于ARM的智能家居安防监控系统的设计与实现[J].电子设计工程, 2014, 22 (5) :183-186.
[3]何中胜, 赵红玉, 庄燕滨.基于单片机的通信机房环境监控系统的开发研究[J].微型机与应用, 2013, 32 (17) :60-62, 68.
[4]戴林.基于Zig Bee的楼宇安全监测系统设计[J].电子设计工程, 2014, 22 (5) :30-32, 37.
[5]周立功.深入浅出ARM7-LPC213x/214x[M].北京:北京航天航空大学出版社, 2005.
[6]金鹏电子有限公司.B (改造型) 系列中文液晶显示模块使用说明书[G].