基于云平臺的分布式無線測溫系統(tǒng)設(shè)計

范瓊英

摘要：基于云平臺的分布式無線測溫系統(tǒng)是通過GPRS無線通信終端進行數(shù)據(jù)傳遞，自動完成監(jiān)測點溫度數(shù)據(jù)采集，通過云端中心系統(tǒng)查詢分析監(jiān)視監(jiān)測點溫度數(shù)據(jù)變化情況，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)和事件實時推送到客戶端及移動APP，方便管理部門對監(jiān)測點的進行實時監(jiān)控及管理。該系統(tǒng)基于云平臺，易于集成、配置，可用在生產(chǎn)、化工、生活、電力等多個方面，同時可在系統(tǒng)中加入其它類型測量數(shù)據(jù)，擴展系統(tǒng)監(jiān)控能力。

關(guān)鍵詞：云平臺；GPRS；分布式；無線測溫

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.11.092

1概述

基于云平臺的分布式無線測溫系統(tǒng)是將多個溫度采集器，通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)與云端服務中心管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，自動完成監(jiān)測點溫度數(shù)據(jù)采集，并將采集數(shù)據(jù)上傳到云服務中心。用戶通過PC客戶端或移動App在線查詢、分析、監(jiān)視采集點溫度變化情況，方便管理部門對監(jiān)測點的管理及使用情況的實時監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該分布式無線測溫系統(tǒng)對比傳統(tǒng)的測溫系統(tǒng)，解決了地域覆蓋范圍小，監(jiān)測點分散，難統(tǒng)一部署等困難，該系統(tǒng)基于云平臺，采用標準協(xié)議接入，易于集成、配置，可用在生產(chǎn)、化工、生活、電力等方面，諸如大氣環(huán)境溫度監(jiān)測、箱式變壓器溫度監(jiān)測、集中供暖系統(tǒng)水溫監(jiān)測等等。同時可在系統(tǒng)中加入其它類型檢測數(shù)據(jù)，諸如門禁、煙感、水侵、有害氣體濃度、PM2.5等傳感器數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)由以下六部分組成：

（1）溫度傳感器；（2）采集器；（3）中繼器；（4）集中器；（5）管理中心平臺；（6）移動端APP。

2主要功能

2.1采集器

采集溫度傳感器信號（或采用溫度開關(guān)），當溫度高于設(shè)定溫度時，發(fā)出報警信號。通訊方式采用近距離無線傳輸，解決樓宇內(nèi)無法布線的問題。

采集器采用電池供電，工作頻段2.4G，理論距離大于500米，發(fā)射周期1小時，測溫范圍0～80℃，測量精度±1℃。

2.2中繼器（如采集器與集中器距離遠無法通信時采用）

各監(jiān)測點與集中器距離較遠時，需要增加中繼器，將測點的數(shù)據(jù)集中后上傳到集中器。中繼器的通訊方式采用近距離無線，將2.4G信號轉(zhuǎn)換為433M信號，有效傳送距離達到3km。

2.3集中器

集中器內(nèi)置GPRS模塊，統(tǒng)一將本單元內(nèi)測點的數(shù)據(jù)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)上傳到管理中心平臺。

2.4管理中心

管理中心的硬件設(shè)備主要由通訊接收服務器、路由器、硬件防火墻、操作終端（工控機/計算機）、打印機、UPS電源等組成。

采集器輸出的數(shù)據(jù)實時上傳到云服務中心，經(jīng)過應用服務器、數(shù)據(jù)庫程序處理后，通過PC客戶端或移動App就可直接瀏覽、查詢各測站的監(jiān)控對象和狀態(tài)。

3系統(tǒng)原理

3.1溫度傳感器

本系統(tǒng)溫度傳感器采用TI公司生產(chǎn)的TMP101溫度傳感器，該溫度傳感器是基于I2C串行總線接口的低功耗、高精度智能溫度傳感器，其片內(nèi)集成度高，包含A/D轉(zhuǎn)換器、I2C串行總線等接口。TMP101是兩線串行輸出溫度傳感器，有SOT23-6封裝形式，不需要外加器件，其讀出溫度的分辨率可高達0.0625℃。TMP101配備串行總線和I2C兼容接口，一條總線上最多允許搭載八個TMP101溫度傳感器，在每總線上最多搭載三個器件。TMP101工作在-55℃到125℃的工作范圍，其寬泛的溫度測量范圍和較高的分辨率使其廣泛應用于生產(chǎn)、化工、生活、電力等溫度測量系統(tǒng)、多路溫度測控系統(tǒng)以及其他恒溫控制裝置中。

TMP101工作原理：首先通過主控制器對TMP101引腳進行初始化，包括傳感器地址、輸出結(jié)果精度、轉(zhuǎn)換時間＼報警輸出的上、下限溫度值以及工作方式等，使其能在I2C總線上工作。其次采用定時中斷，通過I2C總線讀取溫度傳感器采樣數(shù)據(jù)。最后處理讀取的原始數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為無符號短整形數(shù)。

讀取溫度值代碼如下：

3.2采集器

采集器使用MSP430F2132芯片作為主控，該芯片是TI公司生產(chǎn)的一種16位超低功耗混合信號處理器，由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上以提供“單片”解決方案，因此選用該芯片作為主控芯片，以降低功耗，同時配備太陽能蓄電池，持續(xù)為長期工作在外的采集器持續(xù)供電，保證其正常運行。

采集器工作原理：采集器將溫度傳感器采樣值模擬信號通過AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由CPU通過I2C讀取到單片機CPU內(nèi)存中，然后通過2.4G發(fā)送到集中器。

采集器使用方法：

（1）連接前復位探頭：用鑷子短接圖上所畫復位焊盤，短接4秒即可。

（2）串口配置接口：探頭支持TTL串口，需使用TTL轉(zhuǎn)RS232串口模塊連接到計算機。連接時請注意GND，RX，TX，的順序。探頭的RX對應串口模塊的TX，探頭的TX對應串口模塊的RX。

（3）連接后復位探頭：用鑷子短接圖上所畫復位焊盤，短接4秒即可。

3.3集中器

集中器通過國家標準GB/T19582-2008的MODBUS協(xié)議與采集器進行通信，收集采集器的溫度數(shù)據(jù)。一個集中器包含一個或多個無線485接口，可根據(jù)溫度采集點的多少確定。

集中器通過MODBUSTCP協(xié)議將數(shù)據(jù)通過GPRS移動網(wǎng)絡(luò)，上傳到管理中心系統(tǒng)，由管理中心系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析處理。

3.4管理中心系統(tǒng)

管理中心配置多個集中器，通過集中器地址進行區(qū)分，將集中器上送的數(shù)據(jù)通進行處理和數(shù)據(jù)分析，設(shè)定告警值，對超過臨界溫度的采集點進行語音告警，并推送到客戶端和移動端APP，讓用戶在第一時間掌握系統(tǒng)運行情況。

3.5移動端APP

移動端APP采用H5通過Websocket與管理中心進行數(shù)據(jù)交換，請求監(jiān)測點數(shù)據(jù)。

4結(jié)束語

基于云平臺的分布式無線測溫系統(tǒng)采用GPRS移動網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，可以多地域，跨區(qū)域采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，具有極大的實用功能。經(jīng)過系統(tǒng)測試，采集器具有低功耗、小體積、使用簡單、靈敏度高、轉(zhuǎn)化速率快及抗干擾能力強等優(yōu)點。通過管理中心監(jiān)控軟件，能夠顯示各個節(jié)點的實時溫度，在實時性數(shù)據(jù)采集場合有著廣泛的應用。