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物联网在工业现场检测中的应用

发布时间：2013-09-28 22:38:16 来源：文档文库

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物联网在工业现场检测中的应用

摘要：物联网技术作为最新的信息化技术，在城市建设与工业发展中发挥着重要的作用，因此受到人们的广泛关注。本论文首先介绍了物联网的概念；其次介绍国内与国际物联网研究的现况与发展；然后介绍物联网技术在工业现场检测中几种具体运用；最后介绍物联网检测技术存在的相关问题。

关键词：物联网, 检测

Abstract： As the latest information technology, Internet of things plays an important role in urban construction and industrial development , So it is Attracting widespread concern. First, this paper introduces the concept of Internet of things; second, it introduces the current situation of research and development in domestic and international; then introduces several concrete application of Internet of things in the industrial field testing; finally, this paper introduces related issues about detection technology of Internet of things.

Keyword: Internet of things, Detection technology

正文

一、物联网的概念

物联网(Internet of things)最初的概念源于美国麻省理工学院在1999年建立的Auto—ID Labs提出的射频识别(RFID)系统。2005年国际电信联盟(rITU)在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上正式确定了“物联网”的概念，并发布了报告。

所谓物联网，就是将各种信息传感设备，如射频识别(RnD)、感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

二、国内外研究现状

随着各国对物联网发展的越发重视，对物联网的研究也逐渐明朗起来。最新的物联网检测基本构架是基于由美国麻省理工学院的自动识别研究中心开发的EPC(Electronic Product Code)技术。EPC技术是由EPC编码、RFID空中接口协议以及利用网络传递编码及存储和检索相关产品信息的一项现代技术，旨在通过互联网平台、利用射频识别(RVID)、无线数据通信等技术，构造—个实现物品信息实时共享的网络平台。其中编码体系是新一代的编码标准，它是全球统一标识系统的延伸和拓展，是全球统一标识系统的重要组成部分。

在全球互联网的基础上，EPC通过管理软件系统、ONS和PML实现全球“实物互联”。Savant服务器的主要任务是数据校对、识读器微调、数据传输、数据存储和任务管理，它是EPC工作系统的中枢神经，起着管理系统平台的作用。ONS是给Savant系统指明存储产品有关信息的服务器，它发挥了关键的作用。PML则是描述产品信息的计算机语言。

三、物联网技术的发展

物联网的问世被看作是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。从国际上看，欧盟、美国、日韩等多国都十分重视物联网的发展应用，已将其提升到了国家战略层面。以美国为例，其政府在经济刺激计划中提出数百亿美元支持IBM在2009年率先提出的“智慧地球、物联网和云计算”，其核心是把信息通信技术(ICT)充分应用到各行业，把感应器嵌入到全球每个角落，例如电网、交通(铁路、公路、市内交通、相关设备、工具)等物体上。以改变美国未来产业发展模式和结构(金融、制造、消费和服务等)，改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。目前美国在RFID、EPCglobal已取得主导地位，而国防部开展的“智能微尘”更是在军事、民用两大方面对物联网进行全面控制。

欧盟“物联网行动计划”、日本“U—Japan”、韩国“U—Korea”计划等也都是利用各种信息技术来突破互联网的物理限制，以实现无处不在的物联网；新加坡、中国台湾等在内的国家和地区也已制定了“U”社会发展计划。我国在这次信息化浪潮中与世界保持了同步发展，并将物联网建设提升到国家战略地位，列入了新时期国家五大战略性新兴产业的重要地位。

四、物联网在工业检测中几种具体运用

1、物联网在城市热力管道检测系统中的应用

热力管道检测系统主要完成管道内流体的实时信息检测、故障报警等任务，防止意外事故的发生，保障居民的生活和生产安全，同时也避免热力资源的浪费。基于物联网技术、ZigBee协议构建城市热力管道检测系统，在热力管道的关键部位部署传感器节点，并通过无线信号传输所采集的信息，对城市、大型工业公司或居民小区的主供热管道及其重要分支进行实时监控，以达到检测热力管道的目的。

本系统设计的检测系统主要包括传感器节点、无线传感器网络和检测平台三部分。本系统所研发的传感器节点就是一种可以实现自动组网、自动通讯的智能物联网ZigBee无线数传模块，它们能够耐高温、高压，实时采集数据。传感器节点在管道接口处置放于管道内，热力管道一般长度在6m，每隔5根热力管道布置一个传感器节点，传感器节点间距离为30m左右。传感器采集的数据由采用ZigBee技术的无线通信芯片发送出去。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，它们的通信效率非常高。数据最后由ZigBee路由节点融合汇聚、通过ZigBee协调器收集到上位机。

在ZigBee网络中，根据距离的远近和障碍物情况布设ZigBee主协调器和路由器。整个ZigBee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如可以通过互联网监控某个ZigBee网络。

检测平台接收、显示、存储传感器网络送来的温度、流量、压力等数据；然后进行数据分析，防止意外事故的出现。

2、物联网在焊机监测系统中的应用

基于物联网的焊机监测系统采用基于感知层、网络层和应用层的三层架构，主要由无线数据采集模块、服务器／客户端模块、车间焊接过程远程监控软件和可视化显示四个模块组成。其中：感知层负责采集焊机的工作电压、工作电流等物理量，并将其转换为数字信息；网络层主要实现信息的传送和通信以及相关部分的处理，采用基于ZigBee的无线通信；应用层实现数据处理、管理和人机交互等功能。

1)无线数据采集模块主要实现两个功能，即采集焊机的电流、电压信号，并以无线的方式把数据发送到无线网关，应用软件使用API通过无线网关实现对所有数据采集模块数据的轮询。无线数据采集模块内置ZigBee无线通信模块，综合运用信号转换和光电隔离技术，具有高可靠性、高精度、结构紧凑、安装使用方便等特点。根据设备状况和实际使用情况，数据采集模块安装于设备内部，天线置于设备外表面，提高系统的可靠性和美观度，能适应较大的信号输入范围，可以接收4路模拟信号(2路DC 0～100 V和2路DC 0—100 MV)，并对输入信号进行了转换和处理，确保信息不发生畸变、失真、延迟现象，具有较高的可靠性和良好的线性度。此外，系统还可以采用数据定时主动上报模式，定时时间的设置可以自由设定。主动上报模式下，数据采集设备可以进入低功耗休眠模式。由于数据采集设备有开关信号输入和高低电平输入接口。当检测到电平变化，立即结束休眠，上报数据。服务器端则负责数据的接收，不需要发送查询命令。

2)服务器／客户端模块中，服务器运行数据采集模块软件，负责实时采集焊机焊接数据，并将数据保存到数据库中；客户端运行车间焊接过程远程监控软件客户端，支持多个用户同时实时访问焊接检测数据库。

3)车间焊接过程远程监控软件提供数据采集、处理、焊机监测、统计分析的功能，并具有开放的数据库，提供给其他管理软件使用。软件实时采集各台焊机的工作电压和电流，通过电压和电流的变化得到焊机的工作状态，包括工作、报警、待机、关机四种不同状态，并按区域对焊机进行单机和总体监测。软件将采集到的数据存人数据库，用于后续的分析处理，提供单多机焊机状态、负荷率、开杌／待机时间、班组工作分析、区域分析等统计分析功能。

4)可视化显示模块可以实现点、线、面三个层次的显示：

a）基于节点标志的显示，将所有节点按网络内的标志符大小进行实时数据和状态显示，以便监测者抽取和导出监测数据，同时观察节点异常状态，对整个网络系统进行及时有效的维护；

b)基于时间曲线的显示，将一个或多个传感器节点的历史或实时数据显示在以时间为横轴的曲线图上，以便于监测者分析一段时间内焊机焊接数据的变化规律，结合环境因素分析原因，完善预警机制；

c)基于地理信息的显示，结合地理信息系统，将所有焊机的位置及其实时数据显示在地图上，以便于监测者把握全局监测结果。此外，焊机运行状况监测数据和处理结果还可以通过IP骨干网、焊机监测现场的本地中继网传送到现场工作人员随身携带的便携式监视终端，以便及时通报故障。

3、物联网在矿井氧气浓度监测系统中的应用

在矿井氧气浓度监测系统中所要解决的技术问题是提供一种能够使用户在任

何时间、地点和任何环境条件下．获取大量详实而可靠的氧气浓度信息，有效的避免矿井有毒气体泄漏的发生。

为解决上述技术问题采用以下技术方案：设计了一种基于物联网的矿井氧气浓度监测系统．包括传感器检测模块、路由器传输模块、数据汇集模块和上位机模块，其中：所述传感器检测模块检测矿井内的氧气浓度信息，并将所述信息传输至路由器传输模块；所述路由传输模块将接收到的信息传输至数据汇集模块处理；所述数据汇集模块将处理后的信息传输至上位机模块，所述上位机模块对接收到的信息进行处理并作出判断、显示及报警。本氧气浓度监测系统能够使用户在任何时间、地点和任何环境条件下，获取大量详实而可靠的氧气浓度信息，有效避免矿井有毒气体泄漏的发生。

1）传感器检测模块

所述传感器检测模块包括氧气浓度传感器、末级微控制器及末级ZigBee收发器，所述氧气浓度传感器采集氧气浓度信息，并将氧气浓度信息进行A／D转换后传输至末级微控制器，所述末级微控制器对接收到的信息进行判断处理，并通

过末级ZigBee收发器传输至路由器传输模块。

2）路由器传输模块

路由器传输模块包括始发位置路由器节点、中继位置路由器节点、设置于始发位置路由器节点的第1、2级微控制器和第l、3级zigBee收发器、设置于中继位置路由器节点的第2、2级微控制器和第2、3级zigBee收发器。

始发位置路由器节点通过第1、3级zigbee收发器接收传感器检测模块传输的信息，并传输至第1、2级微控制器进行处理，并将处理后的信息通过第1、3级zigbee收发器传输至中继位置路由器节点，中继位置路由器节点通过第2、3级zigbee收发器接收始发位置路由器节点的信息，并传输至第2、2级微控制器进

行处理，并将处理后的信息通过第2、3级zigbee收发器传输至数据汇集模块。

3）数据汇集模块

数据汇集模块包括1级微控制器与2级zigbee收发器；2级zigbee收发器接收路由器传输模块传输的信息，并将信息传输至l级微控制器进行处理，筛除无用数据信息，同时对保留数据信息进行功率放大；1级微控制器控制2级zigbee收发器将处理后的信息传输至上位机模块。

4）上位机模块

上位机模块包含1级zigbee收发器；所述1级zigbee收发器接收数据汇集模块传输的信息。

结束语

在未来的发展中，将物联网实现于智能交通、智能安防、智能监控、智能物流以及家庭电器的智能化控制是必然趋势，可以说无线传感网络技术是关系国民经济发展和国家安全的重要技术。物联网的重点是网，而不是物。传感容易做到，但是感知到的信息，如果没有一个庞大的网络体系，不能进行有效地检测和管理，以确保其安全性和可靠性，那这个网络就没有意义。因此，建立一个庞大的、综合的计量检测管理平台，对各种信息进行有效感应、探测、识别、定位、跟踪和检控等真正实现对世界万物的智能化控制。

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