《物联网技术》2016年第6卷第3期_26-28

引 言

物联网网关技术在监测系统方面的发展，使得物体与互联网等各类通信网络相连，获取无处不在的现实世界的信息， 实现物与物、物与人之间的信息交互。物联网网关位于无线传感器网络和互联网/电信网络之间，主要完成数据转发、协议转换和管理控制等功能，也可以集成安全和计费等功能。网关支持无线传感器网络内部数据协同和汇聚，支持以TCP/IP 接入、2G/3G接入、DSＬ接入、光接入或者其他接入方式， 从而桥接传感器网络与互联网。现在，国内外已经在开展物联网网关标准化工作，如 3GPP、传感器工作组等以实现各种通信技术标准的互联互通。物联网网关设备是最适合将多种接入手段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备，网关可满足局部区域短距离通信的接入需求，实现与公共网络的连接， 同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能则保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色。

随着地下街道、地下商场、地下车库等地下建筑物的逐渐增多，地下室环境信息管理面临着越来越艰巨的任务。许多地下室环境监控采用定时人员巡查设备的方式，这样不仅不能及时了解重要环境指数，而且在没有专业技术人员的情况下，许多地方不得不安排几乎不懂得相关技术的人员值班，这使得对上述场所的环境监测变得异常困难。本文基于物联网网关技术设计构建了地下室环境监控系统。整个系统的数据传输是双向的。一方面，系统由网关控制设备控制前端传感器， 将传感器采集到的环境数据或者一些设备自身的状态数据通过传输协议进行打包处理，传输进入数据库。然后用户通过Web客户端对数据库的数据进行操作和分析，实现监测功能。另一方面，用户通过客户端向数据库写入数据，网关控制设备提取数据进行处理，然后控制前端运行的设备，实现控制管理的功能。

1 监控系统设计

基于物联网网关的地下室环境监控系统，对相关地下室空间环境监测点的各种设备实现全方位的集中监控管理。一旦发现并掌握环境运行过程中发生的各类异常情况，便发出报警以避免造成危害。系统提供美观友好的监控界面，发现异常情况即可实现自动报警，这不仅减轻了维护人员的工作负担， 同时也减小了人员检查的盲目性，提高了内部环境、设备状况、性能评价的精准性，在一定程度上消除了系统故障带来的安全隐患，提高了系统的可靠性，保证了系统安全、稳定的运行， 真正实现了人防工程的科学管理。同时在一定程度上减少了人力、物力和财力的消耗，真正做到了实时化、智能化、网络化， 使用户实现方便、安全、可靠、准确、无人值守的集中监控管理。监控系统的架构模型如图 1 所示。

1.1 监控中心软件

监控中心软件是整个系统的集中管理平台。主要负责对各现场监控单元所有的监控设备进行集中监控、集中管理。可对不同管理员进行权限设置和管理、故障等级定义及对每一个监控设备进行远程监测和控制，本级监控系统主要由数据库、Web 客户端等软件系统组成。

1.2 监控单元

监控单元是整个系统的基本组成部分，对上要向监控软件发送数据信息，对下直接与监控设备相连，其运行情况关系到整个系统的可靠性、准确性和安全性。监控设备将本站点内的供电状态、环境状态、安全状态等相关数据上传到监控主机，再由监控主机上传到集中监控中心，进行统一监控和管理，提高整个监测系统的安全性和可靠性，本级监测系统由多种扩展模块及测量传感模块组成。

2 监控系统功能

现场监控单元负责前端数据的采集，是集中监控管理系统的具体测控部分，主要由网关监控主机、多种监测扩展模块和传感器组成。系统的拓扑图如图 2 所示。

基于物联网网关的人防工事环境监控软件系统功能主要包括以下几点：

(1) 实时数据监控 ：可以看到所有连接到物联网网关上的环境传感器如温湿度、烟雾检测的实时情况及采集到的数据，并以图或列表的形式在显示屏中呈现。

(2) 监控点的管理：可以对当前系统内所有的监控设备（ 环境状态传感器）进行管理，准确掌握在线监测仪器是否正常工作，从而清楚设备的运行状况及运行进度。

(3) 超标报警 ：当发生检测项当前值超标时触发超标报警信息，并提供报警点的详细信息。

(4) 日志管理 ：日志管理可以查询到系统运行日志，包括日常运行的详细信息，各种异常情况和报警信息等。

(5) 断电数据保护 ：在通讯线路中断时，可将所采集的数据保存，对异常、故障、掉电等情况写入日志，并形成报警信息上传。

(6) 系统自检及自修复 ：系统具有自检和故障自动恢复功能，故障发生时自动从备份数据中恢复系统软件及配置，自动修复受损模块，有效降低现场维护量和故障率。

(7) 提供解决方法 ：当发生异常时，系统自动判断异常信息种类，调用数据库信息，提供处理方案，如出现新的处理方案，将自动保存异常信息种类及处理方案于数据库中。

3 系统具体实现

本系统的协议是在物理结构的基础上，分模块实现各种功能，物理结构之间通过指定的通信协议相互传达信息。

3.1 系统部署

本设计的系统采用“集中管理、分散控制”的模式。各监控点现场的监控设备将数据送至本地监控主机，同时监控主机通过数据网络将数据传输至总部监控管理中心，由监控中心管理服务器实现对分布在不同区域网络监控点的集中管理。“集中管理、分散控制”实现方式不但满足了对分散监控点集中统一管理的需要，更满足了对现场数据安全性、实时性、完整性和控制要求较高的领域。

网关设备能智能控制传感器的数据采集，并根据传输协议的设定向数据库传送数据。网关的智能处理使传感器实现环境数据的自动采集、设备工作的状态切换功能，用户使用监测系统实现自动报警、查询设备状况和监测环境参数的功能。 

3.2.2 传感器 

传感器设备主要用于环境数据采集，将其提供给系统进 行分析处理，用以及时发现和处理危险源。系统主要采用无 线传感器和有线传感器来采集环境温湿度和一些设备自身的 情况。

 3.2.3 协调器 

通过传感器采集收集数据，并通过串口通信传给装有 单机程序的 PC 终端，再将数据传入链接着服务器的 SQL Server 数据库，监控人员通过终端可直接通过服务器查询所 需数据及相关资料。协调器是控制中心和节点的信使，它通 过无线接收得到各个节点采集的数据，他们之间的通讯遵循 ZigBee 协议。 

3.3 软件实现 

集中监控管理真正实现了监控数据实时同步上传到监控 中心的功能，并保证了数据的实时性和准确性。 

3.3.1 数据库 

本系统采用 Microsoft SQL Server 2008 作为数据库操作 平台。数据记录了经网关处理过的由传感器采集的数据。数据 库连接网关和 Web 客户端。用户直观看到的关于环境或者设 备状态的数据都是从数据库中提取出来的。同样，用户对前 端设备（诸如空调）等的控制，也是先将设定值写入数据库， 然后由网关提取出数据对设备进行控制。 

3.3.2 Web 客户端

 Web 应用系统设计具有实时性、可靠性、稳定性及界面 设计简单、易于操作等特点。本系统的 Web 应用是一种动态 网页技术，能实现人机交流。本系统的 Web 客户端是系统直 接与用户进行人机交互的部分。整个系统的实现都由 Web 应 用展现。用户通过客户端直接查看环境和设备的具体信息。 同时也通过客户端对前端设备进行控制。

系统运行效果界面如图 4 所示。 

系统配电设备管理界面如图 5 所示。