基于無線傳感網(wǎng)的嵌入式遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)研究

摘要：物聯(lián)網(wǎng)被視為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之后的第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，其中集傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)于一體的傳感網(wǎng)已成為構(gòu)建“智慧地球”的核心技術(shù)之一。為了順應(yīng)未來測控技術(shù)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(yuǎn)程測控系統(tǒng)的整體架構(gòu)與技術(shù)解決方案，并成功利用此方案實(shí)現(xiàn)了一智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)控制特性、寬廣的監(jiān)測范圍與廣泛的可適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：傳感網(wǎng)；遠(yuǎn)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(luò)的新型網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了。這種由多個(gè)具有計(jì)算處理、無線通信、傳感或控制能力的單節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無限傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上倍受關(guān)注的、多學(xué)科前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域，它具有信號(hào)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測、信息傳輸、協(xié)同處理、信息服務(wù)等功能，使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了極大的拓展，并使通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控各種環(huán)境和設(shè)施成為可能。傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心，主要應(yīng)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(shí)現(xiàn)智能感知和管理。
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)可靠性、成本、體積、功耗等功能有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)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(shè)備；軟件包括嵌入式操作系統(tǒng)與特定的應(yīng)用程序。嵌入式技術(shù)可廣泛用于對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理功能。
測控技術(shù)指對(duì)某一特性的監(jiān)測與控制。遠(yuǎn)程測控指管理人員在異地通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通需被控制的設(shè)備，通過本地計(jì)算機(jī)對(duì)遠(yuǎn)方設(shè)備進(jìn)行查詢、配置、修改等工作。遠(yuǎn)程測控技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)辦公自動(dòng)化與工業(yè)自動(dòng)化的無縫連接，且已成為新興的研究熱點(diǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)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(wù)器上下載程序到本地來執(zhí)行，由此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測控。
計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，讓測控系統(tǒng)領(lǐng)域也正在進(jìn)行著一場巨大的變革，網(wǎng)絡(luò)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(shù)、嵌入式技術(shù)與工業(yè)測控技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)基于Web方式的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)可使測控產(chǎn)品的實(shí)時(shí)性、安全性、可維護(hù)性等方面得到大幅度的提高，同時(shí)也更利于實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、統(tǒng)一調(diào)度與優(yōu)化管理。本文結(jié)合各項(xiàng)技術(shù)介紹了一個(gè)基于Web方式的嵌入式遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)，并利用該方案成功實(shí)現(xiàn)了一智能家居系統(tǒng)。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
基于Web方式的嵌人式遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖1所示。該遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)主要由嵌入式測控單元、本地服務(wù)器與遠(yuǎn)端管理主機(jī)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(gè)測控節(jié)點(diǎn)上，由中央處理器、傳感器、執(zhí)行器、網(wǎng)絡(luò)接口、GPS模塊、GPRS模塊等組成，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)，并將各參數(shù)與設(shè)定值比較，若超出規(guī)定范圍，則會(huì)利用報(bào)警器報(bào)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(wù)器，從而到達(dá)遠(yuǎn)端管理器顯示。GPS模塊可清楚定位發(fā)生故障的設(shè)備，GPRS模塊作為無線收發(fā)模塊可在有線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳送，為把嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)中提供了非常現(xiàn)實(shí)可行的意義。
位于中間作為橋梁的是本地服務(wù)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(shí)查詢與分析測控單元的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)它出現(xiàn)錯(cuò)誤，則立即短信通知用戶。同時(shí)，服務(wù)器也需定時(shí)將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給遠(yuǎn)端管理器，使用戶在第一時(shí)間監(jiān)測到各測控設(shè)備的情況，并實(shí)現(xiàn)管理器對(duì)各測控單元的操作。