第一篇：路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 需求設(shè)計說明書

附件22 華明鎮(zhèn)路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)概述

1.1項目背景

隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，城鎮(zhèn)照明建設(shè)越來越注重于城鎮(zhèn)的形象，道路照明和景觀照明的需求和數(shù)量不斷增加，今后照明管理部門除了管理城鎮(zhèn)道路的照明外，還將參與城鎮(zhèn)景觀燈的管理。因此各街道辦事處和市民對城鎮(zhèn)的建設(shè)、道路照明和景觀照明提出了更高的要求，希望實現(xiàn)城鎮(zhèn)照明管理的現(xiàn)代化，使城鎮(zhèn)管理水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

城鎮(zhèn)路燈的耗電量是非常驚人的，巨大的電能消耗不僅增加了當(dāng)?shù)氐呢斦?fù)擔(dān)，同時由于發(fā)電而消耗的煤、石油的能源，對環(huán)境造成污染，同時由于照明帶來的光污染導(dǎo)致生態(tài)不平衡等諸多問題。因此中央發(fā)出了建設(shè)“節(jié)約型社會”的號召，建設(shè)部下發(fā)了“關(guān)于進(jìn)一步加強城市照明節(jié)電工作的通知”。

1.2現(xiàn)行的控制方法及缺陷

絕大多數(shù)城鎮(zhèn)現(xiàn)在多采用分散時控方式對路燈進(jìn)行控制，也就是在路燈配電箱中安裝定時器，按預(yù)定的時間自行開、關(guān)燈，有些景觀燈通常是采用人工手動控制的方法。這種控制方法不能及時根據(jù)需要調(diào)整開關(guān)燈時間，也無法及時反應(yīng)照明設(shè)施的運行情況，故障率高，維修困難。隨著城鎮(zhèn)的不斷發(fā)展，控制范圍也越來越大，現(xiàn)行的方案無法及時反應(yīng)照明設(shè)施的運行情況，使得維修工作十分被動。1.3 項目目標(biāo)

建設(shè)華明鎮(zhèn)路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)，目的是利用現(xiàn)代化計算機技術(shù)、通訊技術(shù)對日益快速發(fā)展的城鎮(zhèn)路燈實現(xiàn)自動化監(jiān)控和智能化的科學(xué)管理，做到集中管理，智能控制。部門內(nèi)部及時掌握系統(tǒng)運行狀況，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工巡檢，提高工作效率。合理利用電能資源，杜絕浪費。具有對路燈實現(xiàn)遙測、遙控、遙信、GPS校時、故障分析報警等功能。除具備上述功能外，還應(yīng)具備設(shè)施被盜報警功能及路燈節(jié)能控制功能。建立路燈系統(tǒng)的長效管理機制，進(jìn)一步提高道路照明質(zhì)量，提高服務(wù)質(zhì)量，從而提高系統(tǒng)的整體社會效益、管理效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

完成華明鎮(zhèn)路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)定的自動化控制管理的同時，系統(tǒng)的擴展又兼顧考慮長遠(yuǎn)的發(fā)展目標(biāo)，如路燈節(jié)能設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)管和路燈電纜防盜等系統(tǒng)功能。充分考慮各項關(guān)鍵指標(biāo)，建成目前國內(nèi)先進(jìn)、功能齊全，同時又具有高度的可靠性、經(jīng)濟實用性的項目，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

根據(jù)華明鎮(zhèn)路燈管理部門的意見，本著總體設(shè)計、分步實施的原則。針對用戶實際需求，設(shè)計簡易的且經(jīng)濟的運行方案。

華明鎮(zhèn)路燈監(jiān)控系統(tǒng)要突出系統(tǒng)的智能化特點，使路燈監(jiān)控管理智能化、人性化。結(jié)合路燈照明，組成該城鎮(zhèn)燈自動監(jiān)控系統(tǒng)，通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)、計算機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)遙控、遙測、遙信功能，建立起國內(nèi)具有先進(jìn)水平的路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)。2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)利用無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)現(xiàn)場終端和中控室的通信，采用既有的公網(wǎng)方式（GPRS或者CDMA）完成信息的交互。路燈監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺處理終端上報的數(shù)據(jù)并保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并留下日志記錄。

采用局域網(wǎng)方式，將各計算機聯(lián)網(wǎng)。采用客戶機/服務(wù)器相結(jié)合的組網(wǎng)方案，支持遠(yuǎn)程查詢和訪問。

路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下所示：

2.2 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)分為中控室和現(xiàn)場監(jiān)控、采集設(shè)備兩個部分。

中控室通過無線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場設(shè)備完成信息交互。中控室硬件主要由控制服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、無線接入設(shè)備、GPS校時設(shè)備等組成。軟件由監(jiān)控軟件、前置機軟件、報警軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件、安全管理軟件等組成。

中控室軟件具備對所有現(xiàn)場設(shè)備的自動和手動控制、現(xiàn)場設(shè)備采集數(shù)據(jù)的接收、報警、軟件使用人員的分級管理、安全管理等功能。

現(xiàn)場設(shè)備由控制模塊、采集模塊、通信模塊、節(jié)能和防盜模塊等子模塊構(gòu)成。通信模塊負(fù)責(zé)接收中控室下發(fā)的數(shù)據(jù)同時把現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到中控室。控制模塊完成對路燈開、關(guān)的控制。采集模塊完成對現(xiàn)場電壓、電流等數(shù)據(jù)的采集，完成對控制命令下發(fā)執(zhí)行情況的反饋。防盜模塊完成對供電線路電纜情況的檢測，在電纜被盜時，發(fā)出報警信號通知中控室及相關(guān)管理人員。

根據(jù)現(xiàn)場有無電流互感器，可能需要增加電流采集模塊。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計思路

1.控制終端部分：

1)采用以無線公網(wǎng)GPRS為通訊主通道。

2)具備遙控、遙測、遙信功能，并能做出故障分析，數(shù)據(jù)查詢等功能。3)具有自動報警功能，能做到主動報警，各類故障報警、盜竊報警做到及時有效。

4)具有系統(tǒng)停電送電后自動復(fù)位功能，信息保存滿后，新信息自動覆蓋舊信息。

5)具備防盜節(jié)能和電纜防盜報警擴展功能。2.后臺服務(wù)器部分：

采用一臺服務(wù)器，監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器使用同一服務(wù)器。具備如下功能： 1)GPS自動校時功能，保證開關(guān)燈時間的一致性。

2)光敏感應(yīng)控制功能。自動判別光的強弱，從而自動控制開、關(guān)燈。3)手動、自動遙控功能。4)手動、自動遙信功能。

5)報警處理功能，自動判別線路運行情況，異常情況報警。6)查詢打印功能。

2.4 系統(tǒng)設(shè)計原則

2.4.1可靠性

可靠性是本系統(tǒng)的根本。應(yīng)具備多渠道、多方式、多系統(tǒng)的監(jiān)控手段，確保系統(tǒng)的可靠。

路燈照明與市民日常生活息息相關(guān)，系統(tǒng)中的任何差錯都會產(chǎn)生嚴(yán)重的社會影響；無線照明監(jiān)控系統(tǒng)必須保證24小時×365天穩(wěn)定可靠運行。

本系統(tǒng)由路燈現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備和中央控制室兩個子系統(tǒng)構(gòu)成；在設(shè)計時，必須根據(jù)兩子系統(tǒng)各自的特點，采用適當(dāng)?shù)娜哂嗫煽吭O(shè)計，保證在個別設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下仍能穩(wěn)定運行，不影響或者少影響路燈的按時開啟和關(guān)閉。

成熟技術(shù)原則。必須提供成熟的系統(tǒng)方案和技術(shù)、設(shè)備。應(yīng)重點考慮當(dāng)今主流技術(shù)和設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、合理性。

安全性原則。系統(tǒng)傳輸部分應(yīng)具有良好的抗干擾、抗騷擾和抗攻擊的功能。

2.4.2適應(yīng)性

通過設(shè)置不同的工作參數(shù)可以實現(xiàn)不同的功能。

2.4.3可擴展性和兼容性

全部采用標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議，兼容異種機型；監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備采用單元模塊化設(shè)計；軟件系統(tǒng)采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的軟件設(shè)計。這些設(shè)計保證系統(tǒng)后續(xù)擴展或升級均不必改變現(xiàn)有設(shè)備的狀態(tài)。能夠方便地調(diào)整系統(tǒng)各節(jié)點，并預(yù)留可擴充的空間，視需要逐步擴充和搭建其他平臺。

2.4.4可維護(hù)性

整個監(jiān)控系統(tǒng)，無論是監(jiān)控軟件還是硬件監(jiān)控設(shè)備均采用模塊化、單元化設(shè)計，可快速定位故障單元或故障部位以便于設(shè)備維修。

2.4.5先進(jìn)性和實用性

采用的多項成熟的先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)均通過實際使用的檢驗。保證整個系統(tǒng)長期處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。同時，應(yīng)以實用為原則，不可脫離實用性而盲目追求先進(jìn)性。華明鎮(zhèn)路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件

3.1軟件系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)軟件應(yīng)該能夠提供一系列應(yīng)用功能模塊、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)模塊和服務(wù)模塊，完成路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)的各項功能，這些軟件模塊可以運行在一臺或多臺主機設(shè)備上，并能根據(jù)管理規(guī)模靈活配置。

本系統(tǒng)可針對不同的用戶需求，標(biāo)準(zhǔn)配置采用兩臺服務(wù)器工作，一臺專門負(fù)責(zé)通信管理，一臺負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫管理和Web服務(wù)。普通配置將兩臺服務(wù)器的功能合二為一。

應(yīng)用軟件能夠提供多種用戶接入管理模式，包括本地圖形終端接入方式、遠(yuǎn)端圖形接入方式和Web接入方式。

系統(tǒng)工作時將所巡測到的數(shù)據(jù)分別存儲到對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。操作人員可以根據(jù)不同的需要，對各監(jiān)控終端任意定時數(shù)據(jù)和年、月、日統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，顯示的表格、曲線圖、直方圖。也可以對任意一天的實際開關(guān)燈時間、日出日落時間等記錄進(jìn)行查詢。還可以對歷史故障進(jìn)行查詢和打印。后臺系統(tǒng)采用開放操作系統(tǒng)平臺Windows2000Sever，配合各個監(jiān)控測試終端完成控制、檢測功能，同時還能運行軟件分析測試結(jié)果。

3.2系統(tǒng)功能

計算機監(jiān)控平臺是一個客戶機/服務(wù)器（Client/Server）體系結(jié)構(gòu)的開放式計算機局域網(wǎng)絡(luò)，采用Windows2000Sever 作為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能是：終端數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)和管理、系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、報警處理、事件處理、故障的管理、統(tǒng)計報表生成、事故追憶記錄、數(shù)據(jù)顯示、終端監(jiān)控、系統(tǒng)管理等各項管理功能。計算機監(jiān)控平臺主要由通訊/數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控工作站等組成。

本系統(tǒng)軟件的功能有： 1)自動和手動遙控

本系統(tǒng)可以根據(jù)不同類型的路燈控制要求，把全城鎮(zhèn)路燈和飾燈分成若干個組，分別采用時控方案或時控和光控相結(jié)合的控制方案，自動遙控開／關(guān)全夜燈、半夜燈和飾燈；也可以手動對全夜燈、半夜燈和飾燈進(jìn)行遙控開／關(guān)操作；在特殊情況下，可實現(xiàn)白天亮燈。

2)自動巡測、手動巡測和選測

調(diào)度端能按設(shè)定的時間周期（可以根據(jù)開／關(guān)前后任意選取不同的周期）自動進(jìn)行定時巡測。操作者也可隨時手動巡測和選測各監(jiān)控終端乃至單燈的運行及節(jié)能情況。

3)報警處理

當(dāng)監(jiān)控終端主動報警或調(diào)度端在遙測時發(fā)現(xiàn)有情況時，調(diào)度端微機自動用語音報出故障的有關(guān)參數(shù)。報警內(nèi)容包括：白天亮燈、晚上熄燈、配電箱漏電，配電箱門開關(guān)不正常打開，電壓、電流越限和供電線路停電、電氣回路端口斷線、電纜被盜等故障。

4)自動計算亮燈率

能根據(jù)電壓、電流、有功功率和功率因數(shù)的變化自動進(jìn)行亮燈率估算。為了保證亮燈率的統(tǒng)計，數(shù)據(jù)采集精度應(yīng)優(yōu)于１％。所以，終端采用16位以上的采集模塊，使數(shù)據(jù)采集精度為0.5％，并且采用交流采樣，以保證計算的亮燈率準(zhǔn)確。

5)存儲查詢打印功能

中心軟件可以對各監(jiān)控終端任意定時數(shù)據(jù)和年、月、日統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲查詢，顯示的數(shù)據(jù)均可打印?？梢詫θ我庖惶斓膶嶋H開關(guān)燈時間、日出日落時間等記錄進(jìn)行查詢。可以對歷史故障進(jìn)行查詢和打印。

6)安全管理

出于通信安全性考慮，必須在系統(tǒng)安全上采用嚴(yán)格安全措施，在中心實施操作口令和密碼保護(hù)，特別在白天需要開燈時要發(fā)指令。

7)衛(wèi)星自動校時系統(tǒng)（GPS）。

運用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)與計算機技術(shù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的準(zhǔn)確校時，保證前置機和局域網(wǎng)內(nèi)所有微機時鐘的準(zhǔn)確性與一致性。

8)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有可靠的防范和安全措施。

9)系統(tǒng)有故障時可自動按預(yù)定順序向管理人員的手機發(fā)短消息報警。10)系統(tǒng)可分批擴容，最大容量對終端數(shù)目不受限制。系統(tǒng)擴容時，同原設(shè)備分開進(jìn)行，原設(shè)備的運行不受影響。3.3管理功能

管理人員可以隨時通過WEB服務(wù)器登錄到后臺服務(wù)器，查詢、監(jiān)控線路的運行狀態(tài)，下發(fā)命令，提高路燈監(jiān)控的的工作效率，降低響應(yīng)用戶要求的時間，提高服務(wù)質(zhì)量同時也降低了管理成本。

監(jiān)控控制軟件也可以根據(jù)實際情況，發(fā)送報警信息到相關(guān)人員的手機，便于快速處理現(xiàn)場狀況。系統(tǒng)的硬件設(shè)備

4.1計算機設(shè)備部分

1)針對路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)的情況，可以采用經(jīng)濟的配置模式，即由一臺服務(wù)器（應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器合一）架構(gòu)，通過GPRS公網(wǎng)方式配合監(jiān)控測試終端和防盜終端的應(yīng)用，可以滿足需求。2)3)服務(wù)器采用P4以上CPU。

服務(wù)器（包括應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）是配線資源動態(tài)管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵資源，需7X24小時連續(xù)運行，服務(wù)器都采用UPS電源保護(hù)供電。數(shù)據(jù)庫自動備份。4)計算機設(shè)備具有較強的擴充能力，包括系統(tǒng)處理能力的擴充、存儲容量的擴充及I/O能力的擴充等等；并支持CPU版本升級。4.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部分

1)本系統(tǒng)內(nèi)部通過以太網(wǎng)相連，如需要可以配置太網(wǎng)交換機一臺，8端口。

2)系統(tǒng)和監(jiān)控測試終端通過Internet和GPRS無線公網(wǎng)互連，因而需要GPRS接入設(shè)備一套。另外需要監(jiān)控中心配置一路申請靜態(tài)IP的寬帶專線。

4.3終端設(shè)備部分

監(jiān)控終端是一種遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)執(zhí)行、檢測、反饋終端設(shè)備。主要負(fù)責(zé)本地各類數(shù)據(jù)（如終端運行狀態(tài)信息、開關(guān)量狀態(tài)、各類世間、故障信息等）的采集和控制指令的執(zhí)行。其中，通訊服務(wù)器是監(jiān)控終端的管理調(diào)度者。監(jiān)控中心通過無線數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換。

采用的路燈監(jiān)控終端，在反復(fù)分析用戶需求的基礎(chǔ)上，積累多年的運行經(jīng)驗后，經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)而推出的新一代路燈監(jiān)控需求側(cè)管理終端設(shè)備。

在結(jié)構(gòu)上采用國際流行的結(jié)構(gòu)，具備優(yōu)良的電磁兼容性能，將一切干擾拒之門外，確?，F(xiàn)場的可靠運行。在用戶界面上，采用菜單驅(qū)動，操作簡單直觀，方便為路燈用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。在接口上，配置了4路遙信狀態(tài)量輸入、4路控制輸出（常開與常閉）、無線信道、RS232口、專用于抄表的RS485接口，實現(xiàn)了路燈監(jiān)控需求側(cè)管理終端要求的所有功能。

主要功能如下：

? 自動測量3個單相路燈供電回路的電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等；

?（可擴展）光電隔離繼電器輸出； ?（可擴展）光電隔離開關(guān)量輸入； ? 箱門打開報警檢測功能； ? 擴展的電纜防盜檢測報警功能； ? 擴展的節(jié)能控制功能；

? 具有智能計量電表接口，用于讀取該路段路燈的用電量； ? 具有現(xiàn)場顯示和現(xiàn)場控制功能； ? 電壓、電流等參數(shù)越限報警功能； ? 白天亮燈、晚上滅燈報警；

? 在通信系統(tǒng)故障的情況下，按最后設(shè)定測參數(shù)獨立工作； ? 終端內(nèi)存儲當(dāng)?shù)厝照涨€數(shù)據(jù)，可根據(jù)日照時間自動控制亮燈； ? 便攜式、小型化，安裝維護(hù)更為便捷

? 寬電壓范圍設(shè)計，更加適應(yīng)現(xiàn)場工作電源環(huán)境

? 超大容量內(nèi)存，“記憶力”更強，大大提高數(shù)據(jù)存儲密度

? 具有終端維護(hù)接口，用于對該終端進(jìn)行顯示和參數(shù)設(shè)置，以及現(xiàn)場安裝與維護(hù)；

系統(tǒng)集成

5.1集成方案

路燈監(jiān)控管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)集成是由以下部分組成:主控平臺、前置機管理平臺、數(shù)據(jù)庫管理平臺、WEB服務(wù)平臺、控制測試終端、防盜電源模塊、防盜末端模塊。管理維護(hù)終端根據(jù)用方要求配置。

標(biāo)準(zhǔn)配置框圖是：

該配置采用GPRS公網(wǎng)的通信方式，中心配置一臺服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，兩臺工控機為監(jiān)控主備機，實現(xiàn)雙機熱備，一臺UPS電源保證在停電情況下系統(tǒng)正常運行，一臺打印機打印各類報表。中心設(shè)備可以根據(jù)需求進(jìn)行擴展，增加一臺備用服務(wù)器，建立雙機雙網(wǎng)熱備，增加一套視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行有效的視頻監(jiān)控。

1)計算機監(jiān)控平臺

計算機監(jiān)控平臺是一個客戶機/服務(wù)器（Client/Server）體系結(jié)構(gòu)的開放式計算機局域網(wǎng)絡(luò)，采用Windows2000Sever 作為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能是：終端數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)和管理、系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、報警處理、事件處理、故障的管理、統(tǒng)計報表生成、事故追憶記錄、數(shù)據(jù)顯示、終端監(jiān)控、系統(tǒng)管理等各項管理功能。計算機監(jiān)控平臺主要由通訊/數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控工作站等組成。

2)監(jiān)控工作站

主要負(fù)責(zé)終端采集數(shù)據(jù)的收集及監(jiān)控命令的執(zhí)行，同時具有安全管理，權(quán)限管理，數(shù)據(jù)管理，遠(yuǎn)程登錄管理，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等功能，對系統(tǒng)的設(shè)置、運行狀態(tài)進(jìn)行時實修改，同時提供實時數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。

它可以接收人工指令，通過通訊服務(wù)器，監(jiān)控主要通訊機，將監(jiān)控命令發(fā)送至相應(yīng)的監(jiān)控終端。操作結(jié)果以及監(jiān)控終端所采集到的運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)通過上述通道反方向傳回監(jiān)控工作站，并在界面上實時顯示、報警。同時通過局域網(wǎng)將上述數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)庫。主要控制包括燈光啟閉執(zhí)行狀態(tài)的開關(guān)量檢測、燈具亮度的開關(guān)量檢測、監(jiān)控終端后端線路工作電流開關(guān)量檢測、總電源斷電的報警與故障判斷功能、終端開門報警與判斷功能、終端被盜竊案報警與判斷功能、通訊系統(tǒng)故障報警與判斷功能等事件采集、故障判斷與查詢信息。

3)通訊/數(shù)據(jù)服務(wù)器

主要負(fù)責(zé)對系統(tǒng)采集的各類信息進(jìn)行分類、保存，用于提供客戶訪問、查詢、更新和管理相關(guān)信息用于地理信息數(shù)據(jù)的生成、管理、修改以及顯示、查詢、統(tǒng)計等，可以方便的將各類數(shù)據(jù)和地理信息的關(guān)系直觀的展現(xiàn)，提供數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)展現(xiàn)、輸出和可視化、可用性等方面的功能；負(fù)責(zé)整個無線網(wǎng)絡(luò)的管理和對遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的管理調(diào)度，實現(xiàn)無線協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)信息的無差錯傳輸。系統(tǒng)的通訊協(xié)議采用國際通用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約IEC870-5-1,并結(jié)合公司多年在電力系統(tǒng)通信組網(wǎng)設(shè)計和開發(fā)的經(jīng)驗，結(jié)合dl535-1993電力負(fù)荷控制系統(tǒng)傳輸協(xié)議，采用“信令監(jiān)控”和“差錯臨近”技術(shù)，以保證無線通訊的可靠性和有效性。

4)GPS校時

計算機監(jiān)控平臺具有GPS自動校時功能。采用專業(yè)GPS授時芯片構(gòu)成的GPS接收模塊，由GPS時鐘、GPS天線、GPS饋線、串口線外加服務(wù)器軟件+客戶端軟件組成，時間精度高，信號捕獲能力強，經(jīng)過特定處理的準(zhǔn)確的時鐘數(shù)據(jù)通過串口對計算機進(jìn)行時鐘修正，利用相應(yīng)開發(fā)的校時軟件，再通過上位機對下位機發(fā)送校時命令并校時的方式來統(tǒng)一監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的時鐘。技術(shù)特點

6.1軟件可靠性

1）監(jiān)控中心處理系統(tǒng)具有以7×24×52的方式連續(xù)不間斷工作的能力，整個系統(tǒng)的可用性應(yīng)達(dá)到99％以上。

2）系統(tǒng)不存在因為單點故障而導(dǎo)致系統(tǒng)全面癱瘓的可能性。

6.2安全性

1）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是企業(yè)的商業(yè)秘密，必須保證數(shù)據(jù)安全。系統(tǒng)定位于管理層面，數(shù)據(jù)通過無線公網(wǎng)傳輸，必須和外部互聯(lián)網(wǎng)隔離。

2）對不同的用戶提供完善的用戶權(quán)限管理和用戶認(rèn)證機制。6.3擴展性

應(yīng)用系統(tǒng)具有可擴展性，能滿足不同層次用戶的應(yīng)用需要。在對系統(tǒng)最終的可能用戶情況進(jìn)行分析后，用戶可分成兩類：一般性瀏覽用戶、多維分析用戶。

1）2）對于一般性瀏覽用戶，系統(tǒng)能夠提供簡單、友好的操作界面。對于多維分析的用戶，能迅速地響應(yīng)用戶新的分析主題的需求，并允許用戶根據(jù)需要自主定義分析模型。

6.4準(zhǔn)確性

應(yīng)用系統(tǒng)能準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理，各類數(shù)據(jù)的匯總加工處理過程經(jīng)過嚴(yán)格的測試。

6.5可操作性

1）2）用戶界面支持并發(fā)性，即支持多窗口和多任務(wù)。

管理系統(tǒng)具有友好、實用、直觀的中文圖形用戶界面，方便易學(xué)、易于操作。

3）用戶界面是中文方式的,支持常用中文輸入方式。

6.6數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

1）數(shù)據(jù)格式的一致性

將各個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中的同一主題的數(shù)據(jù)集成在一起的時候按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。

2）測量單位的一致性

在將各個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中的同一主題的數(shù)據(jù)集成在一起的時候使用統(tǒng)一測量單位。

3）數(shù)據(jù)名稱的一致性

在將各個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中的同一主題的數(shù)據(jù)集成在一起的時候使用統(tǒng)一數(shù)據(jù)名稱。

4）數(shù)據(jù)代碼含義一致性

在將各個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中的同一主題的數(shù)據(jù)集成在一起的時候使用統(tǒng)一數(shù)據(jù)代碼含義。

6.7數(shù)據(jù)存放

系統(tǒng)在各分階段建設(shè)時能夠滿足當(dāng)前可預(yù)見的數(shù)據(jù)量的需求，主存儲系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可擴展性，滿足系統(tǒng)投入運作后的數(shù)據(jù)不斷增長的需要。

系統(tǒng)主要的外存儲系統(tǒng)應(yīng)采用磁盤陣列技術(shù)，并滿足下列技術(shù)要求：

1）廣泛的連接性：可以連接當(dāng)今商業(yè)企業(yè)的主要計算環(huán)境，包括異構(gòu)主機平臺、網(wǎng)絡(luò)、文件服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和管理平臺；

2）3）4）5）多層次信息保護(hù)：提供磁盤RAID0-RAID5的數(shù)據(jù)保護(hù)； 系統(tǒng)易于級聯(lián)和擴充； 使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的接口。

系統(tǒng)的備份存儲系統(tǒng)應(yīng)采用磁帶庫或光盤庫系統(tǒng)，其在線的存儲能力不少于一年的數(shù)據(jù)（包括原始數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)、報表和圖表等）。

6.8開放性

1）管理系統(tǒng)應(yīng)運用開放結(jié)構(gòu)，能夠與其它管理支持系統(tǒng)建立無縫隙的聯(lián)網(wǎng)。

2）管理系統(tǒng)應(yīng)能提供與上級網(wǎng)管的向上聯(lián)網(wǎng)接口。

6.9適應(yīng)性

應(yīng)用軟件能夠支持sql數(shù)據(jù)庫。

6.10網(wǎng)絡(luò)要求

1）網(wǎng)絡(luò)連接方式

系統(tǒng)各硬件設(shè)備之間或系統(tǒng)與被管交換機之間采用計算機局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)方式連接。

交換機設(shè)備與本系統(tǒng)處于同一建筑物之內(nèi)，二者之間的連接采用局域網(wǎng)互連。局域網(wǎng)采用10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)。

2）網(wǎng)絡(luò)安全

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備一定的安全機制（加防火墻）對外部用戶的的訪問、數(shù)據(jù)包、用戶身份、用戶權(quán)限和連接方式進(jìn)行控制，防止對管理系統(tǒng)的非法訪問、攻擊和破壞。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備病毒檢測和病毒清除的手段。6.11其它

1）環(huán)境指標(biāo)

硬件設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)如下環(huán)境要求： ? 溫度：-30℃～+65℃

? 濕度：相對濕度5%～100%（包括凝露），絕對濕度小于28g/m3 ? 大氣壓：BB2級，66~108kPa 2）供電和接地指標(biāo)

硬件設(shè)備所需供電要求應(yīng)滿足用戶規(guī)定。

采用UPS電源對重要硬件設(shè)備進(jìn)行輔助供電保證。

UPS電源的可靠性應(yīng)與所支持的計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和其它通信設(shè)備的可靠性在同一數(shù)量級上。

在市電停電后，UPS應(yīng)該能給系統(tǒng)提供至少30分鐘的供電。各硬件設(shè)備具有接地保護(hù)。

6.12系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

1）2）3）終端最大容量設(shè)計為65535個，可擴充。

輸入量：4路遙信量，4路脈沖量，1路門接點，1路RS485。輸出量：4路開關(guān)量，用于控制全夜燈、半夜燈、景觀燈、廣告燈等，可設(shè)定時段。

4）5）工作頻段： 標(biāo)準(zhǔn)GPRS工作頻段。單處終端平均檢測任務(wù)完成時間<1S。6）供電電源電壓：交流180V～260V。

第二篇：水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)需求分析

太原市杏花嶺區(qū)水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)

水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)

二零一六年十二月

I 太原理工大學(xué) 天地方圓公司 太原市杏花嶺區(qū)水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)

目 錄

1.概述.............................................................................................................................................1 2.系統(tǒng)建設(shè)必要性.........................................................................................................................1 2.1 現(xiàn)狀與問題.......................................................................................................................1 2.2 系統(tǒng)建設(shè)意義...................................................................................................................3 3.系統(tǒng)設(shè)計.....................................................................................................................................4 3.1水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu).................................................................................................4 3.2 實時監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)要求............................................................................................6 3.3硬件設(shè)計和軟件配置........................................................................................................7 4.建設(shè)效果展望.............................................................................................................................8 5.項目建設(shè)概算.............................................................................................................................8

太原理工大學(xué) 天地方圓公司

II 太原市杏花嶺區(qū)水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)

1.概述

屬于典型的資源型缺水區(qū)，水資源短缺、水污染形勢嚴(yán)峻、水生態(tài)環(huán)境安全面臨嚴(yán)重威脅3個方面的主要問題已成為制約該區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。建立覆蓋整個的水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，對水資源的開發(fā)、利用、節(jié)約、保護(hù)、管理、配置實施實時動態(tài)監(jiān)控管理，是解決該地區(qū)水資源問題的主要手段。

近年來，將水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)提上了工作計劃，科學(xué)合理地管理與利用有限的水資源是有效解決水資源問題的重要途徑。加強水資源的科學(xué)管理，通過水資源的合理開發(fā)、高效利用、綜合治理、優(yōu)化配置、全面節(jié)約、有效保護(hù)，不斷提高水資源利用效率和效益等措施，建設(shè)節(jié)水型社會，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，為經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展提供支撐，是一項具有重大意義的工程。的水資源計量設(shè)施的安裝工作一直處于落后的狀態(tài)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺乏使得水資源管理工作一直處于粗放被動的情形，不能滿足現(xiàn)階段水資源管理的要求，安裝水資源計量設(shè)施迫在眉睫。

為了加強水資源統(tǒng)一管理，實現(xiàn)轄區(qū)內(nèi)地下水水井用水取水統(tǒng)一調(diào)度，保證供水安全，科學(xué)調(diào)配水量，從2006年開始研制開發(fā)水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在各地下水取水井監(jiān)測點安裝水位、流量、電壓、電流等傳感器及安全視頻監(jiān)控設(shè)施，基于地理信息系統(tǒng)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)對地下水取水井監(jiān)測點水位、流量及安全視頻監(jiān)控。

2.系統(tǒng)建設(shè)必要性

2.1 現(xiàn)狀與問題

水資源的調(diào)度監(jiān)控在水資源管理過程中有著舉足輕重的作用,隨著社會的發(fā)展對水資源調(diào)度監(jiān)控提出了新的要求。水資源調(diào)度監(jiān)控的項目和內(nèi)容不斷增加,對調(diào)度監(jiān)控手段和方法以及水資源監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用也提出了越來越高的要求。對水資源實時、動態(tài)、優(yōu)化的配置是水資源管理的重點,進(jìn)行這一切工作的基礎(chǔ)是實時獲取動態(tài)的水資源及相關(guān)信息。隨著網(wǎng)絡(luò)通信、移動通信技術(shù)的發(fā)太原理工大學(xué) 天地方圓公司 太原市杏花嶺區(qū)水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)

展,特別是信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,實時對水資源進(jìn)行監(jiān)控管理己經(jīng)成為可能。

當(dāng)前在國際上,水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng),代表了水資源管理的現(xiàn)代方向。實時監(jiān)控和傳輸?shù)幕A(chǔ)就是信息技術(shù),利用通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化技術(shù)、遙感、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、計算機輔助決策支持系統(tǒng)、人工智能、遠(yuǎn)程控制等先進(jìn)技術(shù)。對流域或地區(qū)的水資源及相關(guān)的大量信息進(jìn)行實時釆集、傳輸及管理；以現(xiàn)代水資源管理理論為基礎(chǔ)，以計算機技術(shù)為依托對流域或地區(qū)的水資源進(jìn)行實時、優(yōu)化配置和調(diào)度；以遠(yuǎn)程控制及自動化技術(shù)為依托對流域或地區(qū)的工程設(shè)施進(jìn)行控制操作。

在我國隨著數(shù)據(jù)釆集技術(shù)、傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,也促進(jìn)了國內(nèi)水資源調(diào)度監(jiān)控技術(shù)自動化的發(fā)展,監(jiān)控技術(shù)要適應(yīng)新情況新變化,實現(xiàn)從傳統(tǒng)水文向現(xiàn)代水文轉(zhuǎn)變,從而為我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。在水資源調(diào)度監(jiān)控過程中,常常需要對眾多的水資源數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測,大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的水資源信息(如水位、流量、降雨量、泥沙含量等)的傳輸,多釆用有線或無線電臺等方式進(jìn)行。

目前，水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)仍存在很多問題，主要表現(xiàn)為：

一、供水系統(tǒng)監(jiān)管水平低下

目前，大多數(shù)農(nóng)村供水系統(tǒng)是否能夠正常運轉(zhuǎn)，主要依賴于村管水員專業(yè)知識水平與素質(zhì)的高低。水泵的不及時啟停使得居民的用水得不到滿足、設(shè)備故障后無法第一時間掌握與維修等問題是現(xiàn)階段面臨的供水、用水難題。

二、水資源污染嚴(yán)重

城市中大部分飲用水安全受到威脅。據(jù)統(tǒng)計，在46個重點城市中，僅有28.3%的城市飲用水源地水質(zhì)良好，26.1%的城市水質(zhì)較好，45.6%的城市水質(zhì)較差。飲用水源地水質(zhì)差不但增加了自來水處理成本，而且有一些難以處理的有毒有害污染物將直接危及人體健康。農(nóng)村飲用水安全更令人擔(dān)憂，其衛(wèi)生合格率僅為62.1%。水污染問題不僅是杏花嶺區(qū)的一大難題，其已經(jīng)成為國家水資源領(lǐng)域內(nèi)迫切需要解決的重要問題。

三、洪澇災(zāi)害嚴(yán)重

水資源分布不均，水旱災(zāi)害頻繁，這是水資源開發(fā)利用的最大弱點，也是經(jīng)太原理工大學(xué) 天地方圓公司 太原市杏花嶺區(qū)水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)

濟發(fā)展的一個制約因素。水資源分布不勻，造成不少地方嚴(yán)重缺水，影響這些地方的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生話。而水資源時空分布的過分集中，造成汛期大量棄水，非汛期缺水，有限的水量不能充分利用。集中程度越高，棄水越多，可用水量占水資源總量的比例越小，并使水旱災(zāi)害頻繁發(fā)生。

四、信息孤島嚴(yán)重，缺乏統(tǒng)一管理手段

相關(guān)水利部門在供水工程建設(shè)后，無法掌控工程后續(xù)使用、問題反饋情況。無法為新工程的規(guī)劃、設(shè)計提供經(jīng)驗參考。此外，各供水系統(tǒng)獨立建設(shè)、管理“自成體系”、信息孤島嚴(yán)重。無法從全局宏觀角度進(jìn)行供水、用水統(tǒng)一監(jiān)管。

五、缺失有效的設(shè)備巡檢機制

農(nóng)村供水站對工作思想不重視，只注重供水工程的建設(shè)，不講究社會效益。同時由于自身條件的限制，缺少相應(yīng)的巡檢人員，不能滿足對廣大農(nóng)村供水站進(jìn)行日常設(shè)備巡檢工作的基本要求。

2.2 系統(tǒng)建設(shè)意義

水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)適用于水務(wù)部門對地下水、地表水的水量、水位和水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，有助于水務(wù)局掌握本區(qū)域水資源現(xiàn)狀、水資源使用情況、加強水資源費回收力度、實現(xiàn)對水資源正確評價、合理調(diào)度及有效控制的目的。

通過對區(qū)域經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查，特別是對水利發(fā)展?fàn)顩r、水資源開發(fā)利用狀況、水環(huán)境狀況的分析研究，診斷目前存在的主要問題及其對經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的影響。以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基礎(chǔ)進(jìn)一步細(xì)分水資源分區(qū)，建立相應(yīng)的基本資料數(shù)據(jù)庫。建設(shè)完善水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)，并運用遙感（RS）、網(wǎng)絡(luò) GIS、全球定位系統(tǒng)（GPS）、虛擬仿真及信息集成技術(shù)，以 SPOT5 遙感數(shù)據(jù)、1：50000 DEM 及 GIS 基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建設(shè)數(shù)字流域平臺。

以水資源 B 級區(qū)套鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)為單元，按照嚴(yán)重不安全、不安全和基本安全 3 種安全類型，進(jìn)行水資源安全評價，并做出相應(yīng)的水資源安全風(fēng)險評估與預(yù)警，編制應(yīng)急預(yù)案。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)區(qū)域未來經(jīng)濟社會發(fā)展目標(biāo)，結(jié)合節(jié)水型社會建設(shè)要求，設(shè)計水權(quán)制度與入河排污許可制度，擬定水量水質(zhì)雙總量控制方案，建立水資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，擬訂生態(tài)與環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略，提出未來水利建設(shè)總體布局方案和水資源動態(tài)管理模式。

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系統(tǒng)功能包括 4 個主要層次，即水資源數(shù)據(jù)庫及管理平臺、應(yīng)用支撐平臺、應(yīng)用系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)。

水資源數(shù)據(jù)庫及管理平臺：包括在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫布置及現(xiàn)有數(shù)據(jù)集成整合；

應(yīng)用支撐平臺：包括系統(tǒng)資源服務(wù)層（統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換）、公共數(shù)據(jù)服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層（GIS 服務(wù)、報表工具、圖表工具、流量控制）、平臺接口；

應(yīng)用系統(tǒng)：包括水資源實時信息服務(wù)系統(tǒng)、水資源動態(tài)管理系統(tǒng)，預(yù)留水資源業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)（取水許可管理、地下水管理、節(jié)水管理、水資源費征收管理、入河排污口管理、水源地管理、水功能區(qū)管理、水務(wù)管理）、水資源動態(tài)評價系統(tǒng)、水資源系統(tǒng)運行調(diào)度系統(tǒng)、水資源安全風(fēng)險評估與預(yù)警系統(tǒng)、水資源綜合統(tǒng)計系統(tǒng)、水資源輔助決策支持系統(tǒng)（包括預(yù)警與應(yīng)急服務(wù)、水資源評價、水資源配置）、水資源信息發(fā)布平臺等功能模塊的接口。

計算機網(wǎng)絡(luò)：通過 GPRS 專線，實現(xiàn)水利專網(wǎng)與移動通信 APN 網(wǎng)絡(luò)的連接；通過路由器，實時透明轉(zhuǎn)發(fā)各相關(guān)業(yè)務(wù)部門所轄測站實時采集信息；提供完善的內(nèi)外網(wǎng)隔離方案，確保內(nèi)部數(shù)據(jù)安全；為市級用戶通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)虛擬專線連接，可以通過 VPN 接入訪問內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)；實現(xiàn)對調(diào)度中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用支撐平臺、業(yè)務(wù)系統(tǒng)及版本控制系統(tǒng)等軟件的硬件及網(wǎng)絡(luò)支撐。

3.系統(tǒng)設(shè)計

3.1水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)覆蓋整個杏花嶺區(qū)，采用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由3級構(gòu)成，包括,區(qū)（縣）級監(jiān)控分中心和大量的監(jiān)測點，實時監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

太原理工大學(xué) 天地方圓公司 太原市杏花嶺區(qū)水資源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)

圖1 水資源監(jiān)控管理信息系統(tǒng)拓?fù)鋱D

區(qū)（縣）級監(jiān)控分中心負(fù)責(zé)該轄區(qū)各監(jiān)測站點的實時監(jiān)控與信息管理，設(shè)置在縣水資辦。包括建立通訊聯(lián)系、站點呼叫、站點身份驗證、指令發(fā)布、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)校驗、數(shù)據(jù)存儲，以及在線監(jiān)測、掉線掛接等運行管理。

監(jiān)測站點為系統(tǒng)的最原始點分為4類：

（1）地下水位觀測站點。采用投入式液位傳感器進(jìn)行計量，及時掌握地下水的變化動態(tài)。

（2）用水量監(jiān)測站點。通過安裝在用水輸水管線關(guān)鍵點上的儀表對用水量進(jìn)行不間斷計量監(jiān)測，準(zhǔn)確、及時計量用水戶的用水量。

（3）降雨量觀測站點。采用翻斗式自記雨量計計量，可從市防辦共享。（4）污水排放量監(jiān)測點。采用多普勒超聲波流量儀測量，為正確評價水資源利用率提供依據(jù)。（二期實現(xiàn)）

其中，測控終端原理示意圖如圖2所示。

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3.2 實時監(jiān)控系統(tǒng)主要技術(shù)要求

（1）對用水量、水位、降雨量、污水排放量（二期實現(xiàn)）等指標(biāo)的實時自動檢測；自動定時記錄（固態(tài)存儲）；通訊自動保持在線，斷線自動掛接；自動對呼叫應(yīng)答，自動接收中心控制指令；自動完成數(shù)據(jù)檢索與數(shù)據(jù)傳送；自動時鐘走時；自動上電復(fù)位；出錯自動報警和預(yù)警功能。

圖2 測控終端原理示意圖

（2）設(shè)備環(huán)境溫度適應(yīng)性。監(jiān)測站設(shè)備工作環(huán)境溫度為-20℃～-40℃,相對濕度RH≤90％，采取防盜防破壞措施。

（3）采樣間隔。水位、流量的采樣間隔不大于1h（可根據(jù)用戶需要設(shè)定）； 雨量，在雨季的采樣間隔不大于5min。各種傳感器的精度：水量測量精度：±1%～2%m3；地下水位測量精度±0.05%； 雨量監(jiān)測精度：0.1mm； 排污量測量精度±4%。

（4）遠(yuǎn)程通訊儀采用GPRS無線通訊方式。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要確保安全、高效、穩(wěn)定運行，并具備備用電源供電。

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3.3硬件設(shè)計和軟件配置

3.3.1 主要設(shè)備

（1）服務(wù)器： 區(qū)（縣）級服務(wù)器CPU：PⅣ 3.0G以上，雙CPU；內(nèi)存10G以上；硬盤，500G以上；千兆網(wǎng)卡。

（2）電源設(shè)備： 山特UPS。

（3）磁盤陣列： 每個控制器 1GB緩存；每個控制器有2個4GB Fibre Channel端口；最大支持64個主機。

（4）機械遠(yuǎn)傳水表、超聲波流量計、電磁流量計：用于自備井用水量計量，滿足不同用戶需求，測量精度±2%-±1%。

（5）水位壓力傳感器：用于測量地下水位，選用進(jìn)口的（德魯克水位壓力傳感器）測量精度≤±0.05%。

（6）多普勒超聲波流量計：用于測量污水排放量，選AVFM型，精度等級2.5 級。（7）數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測儀：用于水資源的監(jiān)測并通過GPRS數(shù)傳模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。3.3.2 軟件環(huán)境

（1）采用地理信息系統(tǒng)（GIS,包括WEBGIS)為表現(xiàn)平臺,以電子地圖為基本圖形,根據(jù)需要,實現(xiàn)以電子地圖為基礎(chǔ)的查詢、檢索、分析功能。如圖4所示。

圖4 電子地圖

（2）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)選用Windows Server2005中文版?？蛻舳?操 作 系 統(tǒng) 選 用 Windows XP Professional、Windows7等版本。

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（3）數(shù)據(jù)庫建議采用SQL Server2005。

（4）網(wǎng)絡(luò)安全主要包括安全防護(hù)工具（防火墻、防病毒、加密系統(tǒng)等）和檢測手段（身份認(rèn)證、入侵檢測、漏洞掃描等系統(tǒng)）。

（5）選用 Microsoft 公司的system Management Server和Cisco Works2000進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。配備數(shù)據(jù)備份軟件使數(shù)據(jù)備份到存儲設(shè)備。

4.建設(shè)效果展望

水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)建成后，水利部門的工作人員通過互聯(lián)網(wǎng)或移動APP登錄指定網(wǎng)站，即可遠(yuǎn)程監(jiān)控泵房的整體運行狀況，如監(jiān)測液位、壓力、電壓、電流、水量等數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場紅外照相機定時抓拍并回傳的實時照片，遠(yuǎn)程控制水泵啟停、閘閥開閉以及隨時獲取監(jiān)控點現(xiàn)場實時照片等。

系統(tǒng)自動對采集到的數(shù)據(jù)存儲、加工、分析、形成曲線、報表等，這樣，水利工作人員就可以縱觀全局、統(tǒng)籌規(guī)劃、合理安排、科學(xué)決策。

如果監(jiān)測到數(shù)據(jù)異常，監(jiān)控中心會發(fā)出聲光報警、同時向管理人員的手機發(fā)送報警短信，從而保證問題能夠“強預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、明原因、快解決”，將損失降低到最小，有效保護(hù)國家財產(chǎn)的安全。

水資源監(jiān)控終端配有紅外傳感器和紅外照相機，當(dāng)有人非法闖入監(jiān)控現(xiàn)場時會觸發(fā)紅外照相機，及時抓拍入侵照片并回傳到監(jiān)控中心，讓惡意破壞的人無所遁形，承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。

5.項目建設(shè)概算

在傳統(tǒng)的信息化方案里，監(jiān)控中心的建設(shè)任務(wù)主要是私有數(shù)據(jù)平臺的搭建，并加以定期維護(hù)，從而才能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定有序地運行，成本較高，一次性投資較大，專業(yè)性強、維護(hù)費用高

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第三篇：路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)方案

路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)方案

一、系統(tǒng)簡介

路燈智能監(jiān)控系統(tǒng)采用了先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)、電源管理技術(shù)、無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)等，實現(xiàn)城市路燈照明系統(tǒng)的遙測遙控和路燈節(jié)能功能，是現(xiàn)代意義的城市路燈綜合管理系統(tǒng)。在通信和軟件處理方式上，系統(tǒng)通過GPRS無線通訊技術(shù)完成數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理的功能。通過對道路照明設(shè)備的分布式控制和數(shù)字化管理，可以實時監(jiān)控路燈照明設(shè)備實時在線控制，降低管理成本，做到無人值守。

二、系統(tǒng)功能

? 監(jiān)控中心集中數(shù)據(jù)管理和監(jiān)控，實現(xiàn)目標(biāo)鎖定、快速查找等操作，支持中心監(jiān)控分級管理，可設(shè)立多個分控中心，網(wǎng)絡(luò)可分區(qū)分片管理，組建大型路燈控制系統(tǒng)；

? 自定義控制策略，分時間段控制道路兩側(cè)路燈全亮、全關(guān)、隔桿亮燈，用戶能夠根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r靈活調(diào)整時間控制路燈，全亮、全關(guān)、隔桿亮燈； ? 采用Internet技術(shù)和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程分布式遠(yuǎn)程控制； ? 采用高性能DCSK調(diào)制的電力線載波通信技術(shù)，實現(xiàn)同一電力網(wǎng)絡(luò)下路燈的獨立控制，自動中繼功能保證通信距離全路段覆蓋； ? 路燈故障檢測功能，主動上報故障路燈位置；

? 服務(wù)器離線狀態(tài)下，系統(tǒng)可以按照指定時間自動控制路燈開關(guān)。

三、系統(tǒng)原理

系統(tǒng)構(gòu)架框如圖所示。

系統(tǒng)中各線路集中器利用電力線載波通訊與各路燈控制器進(jìn)行通訊，發(fā)送和收集各種線路數(shù)據(jù)，集中器同時通過GPRS將數(shù)據(jù)發(fā)送到Internet上，mServer位于GPRS MODEM可以直接訪問的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，中控軟件運行于用戶機上，從mServer定期獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中控制。

四、監(jiān)控中心軟件

五、硬件實物

方案分析：

目前市場上路燈監(jiān)控系統(tǒng)廠家很多，通過對各個廠家的系統(tǒng)功能和方案進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)： 系統(tǒng)組成通常為：

? 路燈控制器（大多分單燈和雙燈）——具備路燈的狀態(tài)監(jiān)測、開

關(guān)控制以及新興LED燈的亮度控制等功能；為了避免重新布線節(jié)

省工程費用，單燈控制器的通信方式多為：電力線載波或zigbee?？蛻艨梢酝ㄟ^系統(tǒng)對各燈進(jìn)行智能控制已達(dá)到節(jié)能的目的，參照某廠家的計算結(jié)果節(jié)省的電費開支2-3年即可抵消系統(tǒng)建設(shè)費用。?

線路集中器——負(fù)責(zé)收集上報路燈控制器的狀態(tài)信息或下發(fā)系統(tǒng)控制指令至各路燈控制器。線路集中器和路燈控制器之間的通信方式為電力線載波或zigbee，和系統(tǒng)服務(wù)器的之間的通信多采用? ?

GPRS通信。

系統(tǒng)服務(wù)器——負(fù)責(zé)通過GPRS接收存儲來自各線路集中器上報的路燈狀態(tài)或下發(fā)系統(tǒng)指令到各集中器。

上位機及監(jiān)控軟件——負(fù)責(zé)顯示告警各路燈的狀態(tài)（可顯示在GIS地圖上），可通過監(jiān)控軟件設(shè)定各路燈的開關(guān)狀態(tài)（例如根據(jù)地域分片控制開關(guān)，根據(jù)時間調(diào)整開關(guān)狀態(tài)或亮度等）。

第四篇：煤礦主排水泵計算機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

煤礦主排水泵計算機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘 要: 針對煤礦主排水泵的特點和當(dāng)前測控技術(shù)發(fā)展,本文介紹了一種基于模塊化的煤礦井下

主排水系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實時采集水泵系統(tǒng)的運行參數(shù)自動控制水泵的啟、停和切換

故障機組,具有語音報警、報表輸出及水泵性能測試等功能,對實現(xiàn)煤礦主排水泵的自動化管理具

有參考價值。

關(guān)鍵詞: 煤礦;主排水泵;計算機監(jiān)控

針對煤礦主排水泵的特點和當(dāng)前測控技術(shù)發(fā)展,本文介紹了一種基于模塊化的煤礦井下主排水系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實時采集水泵系統(tǒng)的運行參數(shù)自動控制水泵的啟、停和切換故障機組,具有語音報警、報表輸出及水泵性能測試等功能,對實現(xiàn)煤礦主排水泵的自動化管理具有參考價值。

煤礦井下排水系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)中的主要工作系統(tǒng)之一,它承擔(dān)排出井下全部涌水的重要任務(wù),是保證煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。排水系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的耗電大戶,占全部生產(chǎn)用電的13 %～18 %。因此有效地控制排水系統(tǒng),使其高效低耗、經(jīng)濟可靠地運行對煤礦安全生產(chǎn)意義重大,也是降低煤炭生產(chǎn)成本的有效途徑。本文設(shè)計了一套主排水泵計算機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),采用先進(jìn)的測控技術(shù)和設(shè)備,實時監(jiān)測排水系統(tǒng)各項運行參數(shù),計算排水系統(tǒng)的運行效率是否達(dá)要求,判斷設(shè)備檢修質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)用電的波峰時段自動控制排水泵的運行。對保證設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行有重大意義。1 監(jiān)控系統(tǒng)對象和主要功能

(1)監(jiān)控對象: 本系統(tǒng)的監(jiān)控對象為5臺HDM420X8分段式多級離心泵, 其中1#、2#、3#泵安裝在外倉，4#、5#泵安裝在中倉。拖動電機功率為1400kW、電壓為10KV,型號為YB 710M2的隔爆型三相異步電動機，啟動時由井下中央變電所高壓柜直接起動。各水泵吸水管獨立,離心泵的出口設(shè)有4趟管路，每臺泵具體使用哪趟管路由設(shè)在4趟管

路上的20個液壓閥控制，液壓系統(tǒng)由1個液壓站（液壓站設(shè)有2臺油泵，油泵所配電機為YBX160M1-4 11KW 660V）和20個液壓閥組成。除此之外泵房還安裝了兩臺型號為2BE1-103水環(huán)式真空泵（一用一備，拖動電機型號為YB2-160M-4）為離心泵抽真空。排水系統(tǒng)的效率是由水泵、電動機、管路傳動效率綜合決定的,實際運行中電動機、傳動效率比較穩(wěn)定,而水泵、管路效率則是影響排水系統(tǒng)工作效率的主要因素。因此,本系統(tǒng)需要監(jiān)測的主排水泵和電機的主要工作參數(shù)為:水泵的流量、出口壓力、入口真空度,電機的電壓、電流和功率等。(2)主要功能

1)實時檢測各水泵的入口流量qv(m3/ s),入口真空度P1(KPa),出水口壓力P0(MPa)。

2)實時檢測各水倉水位hc(m),在水位高、低限及增長速度過快時報警。

3)實時檢測各電機的電壓、電流、有功功率Pdr(kW)、電動機軸承溫度和定子溫度。

4)根據(jù)各檢測參數(shù)和輸入?yún)?shù),計算出排水系統(tǒng)的管路效率ηg、水泵效率η和排水系統(tǒng)效率ηx及噸水百米電耗Wt.100等數(shù)據(jù)。5)定時記錄各項數(shù)據(jù),能自動生成日報表、月報表和年報表。6)滿足離心式水泵性能測定要求,自動生成水泵性能測試報告和有關(guān)性能曲線。

7)根據(jù)定時設(shè)置自動啟動/ 停止水泵,自動切除故障機組;實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能,調(diào)度人員在地面上可以遠(yuǎn)程控制各水泵的運行,實現(xiàn)無人值守,達(dá)到管控一體化。2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)由現(xiàn)場檢測儀表和遠(yuǎn)程監(jiān)控單元組成。由于煤礦井下情況復(fù)雜,條件惡劣,要求系統(tǒng)可靠性高、抗干擾能力強及維護(hù)簡單,故現(xiàn)場測控單元專門選擇了西門子公司的S7-300系列PLC,采用遠(yuǎn)程I/O擴展模塊方式;遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機可以根據(jù)需要安裝在井下中央變電

所、地面運轉(zhuǎn)工區(qū)或調(diào)度室,由工業(yè)控制計算機和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組成。整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 1)PLC監(jiān)控模塊

a.CPU為性價比較高的CPU313C-2DP，本CPU帶有一個MPI接口和一個Profibus－DP接口，128KB RAM存儲器；DI/DO為16384，集中配置為1024；AI/AO為1024。b.模擬量輸入模塊AI：選用6ES7331-7KF02-0AB0模塊，其技術(shù)參數(shù)為：

8點（4～20mA）／4點（熱電阻）／可組態(tài)／最大輸入電流40 mA／可對二線制變送器供電／分辨率14位＋符號位。2)信號采集傳感器

a.智能電量采集模塊本系統(tǒng)對各電動機的三相電壓、電流和有功功率等電量參數(shù)的檢測選用長江斯菲爾公司的JDS194-BS4P/Q4T型智能電量變送器。該變送器輸出4-20mA模擬量信號,實現(xiàn)對電壓、電流、功率、及功率因數(shù)等電量進(jìn)行高精度的測量;能有效克服共模干擾,不受諧波成分的影響,適于復(fù)雜環(huán)境電量測量。

b.超聲波流量計: 外夾式超聲波流量計系列測量滿管的液體流量

計，選擇隔爆兼本質(zhì)安全型，隔爆等級Exd[ib]ⅡBT6，并可選擇本質(zhì)安全型遙控器，防爆等級ExibⅡBT6，能夠完成固定和移動測量。采用專用耦合劑（室溫固化的硅橡膠或高溫長鏈聚合油脂）安裝，安裝時不損壞管路。c.超聲波液位計

防爆超聲波液位計內(nèi)置溫度補償，功率自適應(yīng)，可擁有信號處理技術(shù)等，提高了儀表的測量精度。對干擾回波有明顯得抑制功能。爆超聲波液位計采用金屬鋁合金壓鑄外殼，外觀漂亮，并有很好的防護(hù)能力。儀表采用工業(yè)隔離電源，所有的輸入、輸出線上都有防雷、過壓、過流保護(hù)電路。爆超聲波液位計是一種非接觸式儀表，不跟液體直接接觸，故障率較低。同時儀表安裝時，不需要清罐、不影響生產(chǎn)的正常運行。儀表提供多種安裝方式，用戶完全可以通過本手冊進(jìn)行儀表的標(biāo)定。所有的輸入、輸出線均具有防雷、過流、過壓的保護(hù)功能。d.壓力傳感器

CYT-102防爆壓力傳感器選用高精度、高穩(wěn)定性的并集成數(shù)字化調(diào)理芯片，對傳感器的偏移、靈敏度、溫漂進(jìn)行數(shù)字補償，將被測介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號。高質(zhì)量傳感器芯體、精湛的封裝技術(shù)、成熟完善的裝配工藝確保了壓力變送器的高質(zhì)量和優(yōu)異性能本產(chǎn)品提供多種螺紋接口形式和引線方法，能夠最大限度的滿足客戶的需求。擴散硅充油芯體，帶隔離膜片它采用了本公司的電子束焊接技術(shù)，將O E M硅壓阻式充油芯體與不銹鋼外殼焊接為一體。3)觸摸屏單元

選用西門子MP-277觸摸屏作為顯示終端，安裝在本質(zhì)安全型電源控制箱的門上。其技術(shù)參數(shù)為：

顯示：彩色液晶顯示

尺寸（寬x高）：12.1/246 x 185 分辨率[像素]/顏色：800 x 600/256色

背光管無故障工作時間：60,000小時

操作系統(tǒng)：Microsoft Windows

接口：RS232、RS485 CF卡存儲卡（用于存檔、配方、備份/恢復(fù)）USB，串口（RS 232），網(wǎng)絡(luò)（Ethernet）

連接至控制器的接口：SIMATIC S7（MPI），通過PROFIBUS-DP（集成）連接至SIMATIC S7 電源：24VDC 組態(tài)軟件：SIMATIC ProTool或SIMATIC ProTool/Pro 4)遠(yuǎn)程監(jiān)控單元

遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機選擇研華公司的IPC610 工業(yè)控制計算機,配置為PCA-6010VG /CORE 雙核2.8/2GDDR/160GHDD/DVD,聯(lián)網(wǎng)設(shè)備為光纖收發(fā)器,通過光纖和現(xiàn)場測控單元通訊。監(jiān)控軟件選用西門子公司的WINCC6.0 ,實時處理、顯示并定時記錄現(xiàn)場測控單元轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)；定時記錄各項數(shù)據(jù),并能夠自動生成日報表、月報表和年報表;滿足離心式水泵性能測定要求,自動生成水泵性能測試報告和有關(guān)性能曲線;當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)故障時能夠自動彈出報警畫面并語音提示;實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能,調(diào)度人員在緊急情況下可以用自己的操作密碼遠(yuǎn)程控制各水泵的運行。監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件包括遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計和現(xiàn)場PLC控制模塊的軟件設(shè)計。程序框圖如圖2 所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要以WINCC6.0 組態(tài)軟件為平臺編制監(jiān)控軟件。編寫監(jiān)控軟件的主要工作是對采集的數(shù)據(jù)處理方法,并將這些數(shù)據(jù)以各種需要的形式(如表格、曲線)顯示并打印出來。本系統(tǒng)主要完成水泵的自動控制功能.圖2 測控單元程序流程

對于水泵的輪值,為了延長水泵的使用壽命,在多臺水泵控制系統(tǒng)中一般要求,當(dāng)一臺水泵工作一段時間后能自動被另一臺工作時間相對短的水泵所取代或者當(dāng)滿足一定啟泵條件時要起動累計運行時間最短的水泵。本系統(tǒng)中五臺水泵最多啟動三臺,一臺備用,一臺檢修。也就是說當(dāng)水位達(dá)到某一值時啟動水泵工作。這樣就有三個啟動水位,一個是啟動一臺泵水位, 一個是啟動二臺泵水位, 一個是啟動三臺泵水位。同樣停泵也有三個水位點。為了防止啟停泵時的沖擊,要求啟動或者停止時必須有一定的間隔,不能同時起或者同時停。同時還要求起動當(dāng)前不在工作的余下的泵中運行時間最短的一臺,停止要求先停運行時間最長的一臺。同時檢測井下供電電流值，計算用電負(fù)荷率；根據(jù)礦井涌水量和用電負(fù)荷率，將水泵控制在用電低峰和一天中電價最低時開啟運行，而在用電高峰和電價高時停止運行，以達(dá)

到避峰填谷和節(jié)能的目的。譬如：在用電低谷時，當(dāng)水位達(dá)到高位1值時，便立即起動1臺泵；當(dāng)水位繼續(xù)上升至高位2值時，起動第2臺泵，若水位繼續(xù)上升到高位3值時，則起動第3臺泵，同時，發(fā)出報警信號。但在用電高峰時，當(dāng)水位上升至高位2值時，才起動1臺泵。即當(dāng)水位升至高位2值時，則不論電網(wǎng)負(fù)荷如何，必須起動水泵。

要實現(xiàn)以上流程,首先判斷當(dāng)前要不要啟停泵,如果達(dá)到了啟停泵的條件,再把各臺泵當(dāng)前運行的時間進(jìn)行排序,得到泵的運行時間排序后就可以控制泵的啟動和停止,即啟動時運行時間短的泵先啟動,停止時運行時間長的泵先停止。同時需要注意的是,為了避免對電網(wǎng)的沖擊,在需要啟動或停止多臺水泵時,每啟動或停止兩臺水泵必須要有一定的時間間隔。4 結(jié)束語

煤礦主排水泵計算機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)實踐證明設(shè)計合理,軟硬件選型正確,設(shè)備運行穩(wěn)定可靠,其模塊化設(shè)計易于擴展、維護(hù)簡單方便;系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,輸出報表完整,符合主排水泵性能測試要求,為排水系統(tǒng)的及時檢修提供了數(shù)據(jù)依據(jù),提高了排水系統(tǒng)的運行效率和自動化管理水平。

第五篇：基于ARM嵌入式的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

基于ARM嵌入式的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘要：基于ARM 內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)在遠(yuǎn)程監(jiān)控報警系統(tǒng)中的設(shè)計實現(xiàn)與應(yīng)用。核心部分主要包 括 ARM 嵌入式平臺設(shè)計及 μC-OS 嵌入式實時操作系統(tǒng)移植；人機交互界面 μCGUI 的設(shè)計與實現(xiàn)；遠(yuǎn)程通訊及自動報警等；系統(tǒng)的設(shè)計還考慮到了擴展性和通用性以及與其他監(jiān)控設(shè)備無縫連接等問題。

關(guān)鍵詞： ARM；μC/OS-II；μCGUI；遠(yuǎn)程監(jiān)控 引言

監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)已成為現(xiàn)代化生產(chǎn)、生活中不可缺少的重要組成部分。目前，監(jiān)控系列產(chǎn)品 種類繁多，大部分廣泛應(yīng)用于交通、醫(yī)院、銀行、家居、學(xué)校等安防領(lǐng)域。

隨著嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)，尤其是基于 ARM 內(nèi)核芯片的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。本文設(shè)計的遠(yuǎn)程監(jiān)控報警系統(tǒng)除了作為安防功能外，還可以應(yīng)用于以下領(lǐng)域：通訊領(lǐng)域：遠(yuǎn)程通訊、視頻會議和視頻點播、證券、遠(yuǎn)程教育等。醫(yī)療領(lǐng)域：病房監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程診斷等。工業(yè)領(lǐng)域：遠(yuǎn)程設(shè)備診斷、維護(hù)、維修，遠(yuǎn)程生產(chǎn)監(jiān)控等。家用領(lǐng)域：家用電器遠(yuǎn)程維護(hù)；電、氣、火等重大事故自動報警等。

系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)組成

本文設(shè)計的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由中心控制器、數(shù)據(jù)終端、傳感器模塊、通訊模塊、接口模塊等幾部分組成。系統(tǒng)組成圖（如圖 1）。

2.2中心控制器 系統(tǒng)核心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集判斷處理。為了提高系統(tǒng)工作效率，這里使用的是三星公司的 S3C2410芯片作為處理器。S3C2410 芯片是一款高性價比的 ARM 芯片，非常適合作手機、PDA 等手持設(shè)備。主要特性包括： ARM920T 內(nèi)核，最高工作頻率 203MHz，LCD 控制器：可直接驅(qū)動真彩液晶屏，最高支持 2048×1024 真彩液晶屏，2 個 USB Host端口，1 個USB Device端口，支持 Nand flash 啟動模式，SD 卡接口，UART、IIC、SPI、IIS 等多種類 型串行接口，4 通道DMA。

本文的監(jiān)控系統(tǒng)的 CPU 核心部分使用的是標(biāo)準(zhǔn)的 SO-DIMM200 金手指接口，便于后期維護(hù)和升級。如果該監(jiān)控系統(tǒng)的使用環(huán)境較為苛刻，可以將 CPU替換為S3C2440芯片。S3C2440完全兼容S3C2410全部特性（注意：芯片引腳不完全兼容）。與S3C2410芯片相比，S3C2440的性能更為優(yōu)越：最高工作頻率可達(dá)500MHz，內(nèi)部集成CMOS攝像頭接口，但價格較昂貴。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖

2.3數(shù)據(jù)終端 數(shù)據(jù)終端的主要功能是對監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，及時將數(shù)據(jù)匯報給監(jiān)控人員。同時，監(jiān)控人員可以根據(jù)現(xiàn)場情況，使用數(shù)據(jù)終端對監(jiān)控的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。數(shù)據(jù)終端最大優(yōu)勢 就是安全、可靠、便于攜帶。一般情況下為了節(jié)約成本，可以將手機、PDA 等移動通訊設(shè)備作為數(shù)據(jù)終端使用。但是如果作為對高危環(huán)境或精密儀器的監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)終端需要專業(yè)定制。這里使用的是中心控制器的作為數(shù)據(jù)終端，即中心控制器既作為數(shù)據(jù)采集發(fā)送中心，也可數(shù)據(jù)接收處理中心使用。

2.4通訊模塊

通訊模塊主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊。帶有 RS232/485、GPRS、CDMA 等一種或多種通訊 方式。需要根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和用戶需要進(jìn)行定制。通訊模塊與控制器通過接口總線連接，連接 方式為 TTL/RS232/RS485 等。

2.5傳感器模塊

傳感器模塊的主要功能是感知外部環(huán)境，對外部環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測。由人體紅外傳感器、振動傳感器、超聲波傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等一種或多種傳感 器組成。可根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測環(huán)境不同進(jìn)行定制。

2.6接口模塊

接口模塊主要作為系統(tǒng)擴展功能使用，將控制器的 A/D 轉(zhuǎn)換、I2C、SPI 等多種接口進(jìn)行 外部擴展。接口模塊沒有特定的功能，但可以根據(jù)需要與其他設(shè)備連接，例如可以與工業(yè)儀 器儀表或設(shè)備連接，實時對儀器或設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

接口模塊雖然不是監(jiān)控系統(tǒng)的主要部分，但是對于整個系統(tǒng)來說卻是不可缺少。因為本文的監(jiān)控系統(tǒng)主要考慮到了系統(tǒng)的可擴展性和與其它系統(tǒng)無縫連接。通過接口模塊可以很方 便的對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級，并且可以實現(xiàn)與其他系統(tǒng)或設(shè)備的無縫連接。這也是本系統(tǒng)區(qū)優(yōu) 于其他監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能。軟件設(shè)計

3.1工作軟件

系統(tǒng)的軟件設(shè)計較為復(fù)雜，這里只給出了整個工作軟件流程（如圖 2）。

圖2 軟件流程圖

3.2操作系統(tǒng)移植

S3C2410 芯片支持多種嵌入式操作系統(tǒng)，如 WINCE、uCLinux 等。但考慮到監(jiān)控系統(tǒng) 的實時性要求，這里使用的是 μC/OS-II 嵌入式實時操作系統(tǒng)。μC/OS-II 是一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼是用 ANSI C 寫的。整個嵌入式系統(tǒng)分為兩大層：硬件層和軟件層。這里主要研究軟件層的架構(gòu)。軟件層主要分為四個部分：實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，與處理器相關(guān)部分，與應(yīng)用程序相關(guān)部分，用戶的應(yīng)用程序。移植 μC/OS-II 系統(tǒng)需要修改的文件有：應(yīng)用程序相關(guān)文件： OS_CFG.H INCLUDE.H； 處理器相關(guān)文件： OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C。

3.2.1 與處理器相關(guān)的代碼

這是移植中最關(guān)鍵的部分。內(nèi)核將應(yīng)用系統(tǒng)和底層硬件有機的結(jié)合成一個實時系統(tǒng)，要 使同一個內(nèi)核能適用于不同的硬件體系，就需要在內(nèi)核和硬件之間有一個中間層，這就是與 處理器相關(guān)的代碼。處理器不同。這部分代碼也不同。我們在移植時需要自己移植這部分代 碼。

a）OS_CPU.H

包括了用#define 定義的與處理器相關(guān)的常量，宏和類型定義，有系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型定義,棧 增長方向定義，關(guān)中斷和開中斷定義，系統(tǒng)軟中斷的定義等等。

b)OS_CPU_A.ASM

這部分需要對處理器的寄存器進(jìn)行操作，所以必須用匯編語言來編寫。包括四個子函數(shù)： OSStartHighRdy()，OSCtxSw()，OSIntCtxSw()，OSTickISR()。OSStartHighRdy()在多任務(wù)系統(tǒng)啟動函數(shù) OSStart()中調(diào)用。完成的功能是:設(shè)置系統(tǒng)運行標(biāo)志位 OSRunning = TRUE；將就緒表中最高優(yōu)先級任務(wù)的棧指針 Load 到 SP 中，并強制中斷返回。這樣就緒的最高優(yōu)先級任務(wù)就如同從中斷里返回到運行態(tài)一樣，使得整個系統(tǒng)得以運轉(zhuǎn)。OSCtxSw()在任務(wù)級任 務(wù)切換函數(shù)中調(diào)用的。任務(wù)級切換是通過 SWI 或者 TRAP 人為制造的中斷來實現(xiàn)的。ISR 的向 量地址必須指向 OSCtxSw()。這一中斷完成的功能：保存任務(wù)的環(huán)境變量(主要是寄存器的值, 通過入棧來實現(xiàn)),將當(dāng)前 SP 存入任務(wù) TCB 中，載入就緒最高優(yōu)先級任務(wù)的 SP,恢復(fù)就緒最高優(yōu)先級任務(wù)的環(huán)境變量，中斷返回。這樣就完成了任務(wù)級的切換。OSIntCtxSw()在退出中斷 服務(wù)函數(shù) OSIntExit()中調(diào)用,實現(xiàn)中斷級任務(wù)切換.由于是在中斷里調(diào)用，所以處理器的寄存器入棧工作已經(jīng)做完，就不用作這部分工作了。具體完成的任務(wù)；調(diào)整棧指針(因為調(diào)用函數(shù)會使任務(wù)棧結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)任務(wù)切換時堆棧標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)不一致)，保存當(dāng)前任務(wù) SP，載入就緒 最高優(yōu)先級任務(wù)的 SP，恢復(fù)就緒最高優(yōu)先級任務(wù)的環(huán)境變量，中斷返回。這樣就完成了中斷級任務(wù)切換。OSTickISR()系統(tǒng)時鐘節(jié)拍中斷服務(wù)函數(shù)，這是一個周期性中斷，為內(nèi)核提供

時鐘節(jié)拍。頻率越高系統(tǒng)負(fù)荷越重。其周期的大小決定了內(nèi)核所能給應(yīng)用系統(tǒng)提供的最小時 間間隔服務(wù)。一般只限于 ms 級(跟 MCU 有關(guān)),對于要求更加苛刻的任務(wù)需要用戶自己建立中斷來解決.該函數(shù)具體內(nèi)容：保存寄存器(如果硬件自動完成就可以省略)，調(diào) OSIntEnter()，調(diào)用 OSTimeTick()，調(diào)用 OSIntExit()，恢復(fù)寄存器，中斷返回。

c)OS_CPU_C.C

該文件中共定義了 6 個函數(shù)，但是最重要的是 OSTaskStkInit().其他都是對系統(tǒng)內(nèi)核的擴展 時用的.OSTaskStkInit()是在用戶建立任務(wù)時系統(tǒng)內(nèi)部自己調(diào)用的，對用戶任務(wù)的堆棧進(jìn)行初始化。使建立好的進(jìn)入就緒態(tài)任務(wù)的堆棧與系統(tǒng)發(fā)生中斷并且將環(huán)境變量保存完畢時 的棧結(jié)構(gòu)一致。這樣就可以用中斷返回指令使就緒的任務(wù)運行起來。

3.2.2與應(yīng)用相關(guān)的代碼

這部分包括兩個文件：OS_CFG.H, INCLUDES.H。用戶根據(jù)自己的應(yīng)用系統(tǒng)來定制合適 的內(nèi)核服務(wù)功能。OS_CFG.H 來配置內(nèi)核，用戶根據(jù)需要對內(nèi)核進(jìn)行定制，留下需要的部分,去掉不需要的部分，設(shè)置系統(tǒng)的基本情況。比如系統(tǒng)可提供的最大任務(wù)數(shù)量，是否定制郵箱服務(wù)，是否需要系統(tǒng)提供任務(wù)掛起功能，是否提供任務(wù)優(yōu)先級動態(tài)改變功能等等。INCLUDES.H 系統(tǒng)頭文件，整個實時系統(tǒng)程序所需要的文件，包括了內(nèi)核和用戶的頭文件。

3.3用戶圖形接口

雖然 μC/OS-II 操作系統(tǒng)具有很高的實時性，但不像 WINCE、uCLinux 等操作系統(tǒng)那樣 有良好的圖形界面支持。所以，在使用液晶和觸摸屏的情況下需要移植用戶圖形接口程序。這里使用的是 μC/GUI。μC/GUI 是一個軟件模塊集合，通過該模塊可以在我們的嵌入式產(chǎn)品 中加入用戶圖形接口（GUI）。μC/GUI 具有很高的執(zhí)行效率，并且與處理器和 LCD 控制器相 獨立。該模塊可以工作在單任務(wù)或者多任務(wù)環(huán)境，可以支持不同大小的顯示方式。

通過 μC/GUI 我們可以很方便的在液晶屏繪制圖形和界面。如果需要多種字體支持，必 須自己將相應(yīng)的字體字庫加入到 μC/GUI 中。為了避免出現(xiàn)亂碼，盡量使用 GB2312 國標(biāo)字庫。

3.4關(guān)于字庫的兼容性問題

我們國內(nèi)通常使用的漢字字庫是 GB 碼，但國際上使用的是 UNICODE 碼，所以如果數(shù)據(jù)終端使用的是手機、PDA 等移動通信設(shè)備，那么在數(shù)據(jù)發(fā)送前必須進(jìn)行字碼轉(zhuǎn)換，即 GB 碼 轉(zhuǎn)換為 UNICODE 碼或者 UNICODE 碼轉(zhuǎn)換為 GB 碼。由于 GB 碼與 UNICODE 碼在排列組合上沒有任何規(guī)律，所以通常字碼轉(zhuǎn)換的方法就是 查表法。

4結(jié)束語

基于 ARM9 嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與以往的監(jiān)控系統(tǒng)不同，高性能的處理器芯片大大提高了系統(tǒng)的性能。使監(jiān)控系統(tǒng)能夠工作在比較惡劣的環(huán)境中。并且在設(shè)計上充分考慮到了系統(tǒng)的可擴展性和兼容性問題，實現(xiàn)了本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的無縫連接。以滿足不同工作環(huán) 境的需要。

作者創(chuàng)新觀點：本文設(shè)計的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用范圍更廣，更靈活、方便。通過各個功能模塊 的不同組合，可以十分方便快速的應(yīng)用于各個領(lǐng)系域，真正實現(xiàn)智能化、自動化且具有較高 的性價比。