時間：2023-04-10 15:22:37
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系統(tǒng)由分布在育苗架中的多個傳感器節(jié)點、數(shù)據采集單元、設備控制單元和存放在嵌入式ARM設備中的監(jiān)控軟件4部分組成，如圖1所示。育苗架由鋼制材料構成，共有4層。每一層上面都布有4個溫度傳感器和加熱、加濕裝置，苗架內布有1個濕度傳感器。苗架工作時處于完全密封狀態(tài)，苗體生長所需的溫濕度環(huán)境均由外部智能控制。數(shù)據采集單元負責向傳感器節(jié)點發(fā)送指令，進行溫濕度數(shù)據采集，并通過處理、打包過程，將數(shù)據通過RS－485總線接口發(fā)送到嵌入式設備上的智能監(jiān)控軟件中，數(shù)據傳輸所使用的協(xié)議為Modbus［3］。智能監(jiān)控軟件收到采集單元發(fā)來的數(shù)據之后，進行解包、分析、處理等過程，然后顯示到用戶界面上，同時軟件具有記錄歷史數(shù)據的功能。用戶在監(jiān)控軟件上可以設定期望達到的溫度、濕度值，軟件會發(fā)送包含這些期望值的指令給數(shù)據采集單元。數(shù)據采集單元收到這些指令之后，會判斷當前是否符合條件。當條件符合后，數(shù)據處理單元會自動調用設備控制單元對育苗架進行相應的加熱、加濕操作［4］。
2系統(tǒng)硬件設計
2．1嵌入式平臺
嵌入式平臺CPU型號為博通公司的BCM2835，采用ARM11微架構，主頻為700MHz，同時平臺配有512MBDDRRAM和8GBNandFlash，提供高效、穩(wěn)定的運行和存儲環(huán)境。平臺配有HDMI高清視頻接口，用來外接顯示器，可以直觀地顯示系統(tǒng)操作界面。配有RJ－45網絡接口和多個USB接口，用來連接網絡、鍵盤鼠標和USB轉RS－285數(shù)據線。平臺搭載開源的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)穩(wěn)定性好并且具有豐富的擴展功能，適合作為嵌入式監(jiān)控平臺［5］。
2．2傳感器節(jié)點和設備控制單元
溫度傳感器采用Pt100。Pt100溫度傳感器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號(4～20mA)的儀表，其本質是鉑熱電阻，阻值會隨著溫度的變化而改變，主要用于溫度參數(shù)的測量和控制，測量量程為－200℃～+200℃，精度為0．1℃。濕度傳感器采用NWSF－1AT，它是一種集傳感、變送為一體的濕度傳感器，適于室內環(huán)境的濕度測量。其測量量程為0～100%RH，精度為±5%RH，響應時間小于15s，是一種兩線制的標準化輸出信號(4～20mA)傳感器。設備控制單元采用繼電器控制。加熱裝置分布在育苗架的每一層，且可以獨立工作，加熱裝置的核心是碳纖維加熱毯，它使用碳纖維作為加熱介質。碳纖維(carbonfiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的導熱性能好，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性。因此，碳纖維加熱毯的功耗低、加熱速度快，適合在農業(yè)上使用。加濕裝置分布在育苗架的每一層，核心是雙向高壓噴頭，可以均勻覆蓋待加濕區(qū)域。本單元既可以接收由數(shù)據采集單元發(fā)來的指令，打開或者關閉加熱、加濕裝置;也可以設定一個閾值，自動地打開或者關閉加熱、加濕裝置。
3系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件設計由通信協(xié)議和上位機程序兩部分組成。其中，通信協(xié)議采用Modbus、上位機程序使用Qt開發(fā)。
3．1通信協(xié)議
Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業(yè)標準。此協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了一種控制器請求訪問其它設備的過程，制定了消息域格局和內容的公共格式。Modbus協(xié)議規(guī)定，在進行通信時，每個控制器需要設定唯一的設備地址，交換消息時根據設備地址進行響應，確保一條指令對應的設備是唯一的。Modbus協(xié)議查詢指令數(shù)據示例如表1所示。其中，數(shù)據均為16進制，CRC錯誤校驗位高位在前、低位在后。
3．2上位機程序
本系統(tǒng)上位機程序采用Qt開發(fā)，它是一款開源的界面設計庫，使用C++類編寫。其最大特點是跨平臺，支持市面上所有主流平臺，如Windows、桌面Linux、嵌入式Linux、MacOS、Android等。用戶只需要編寫一次代碼，就可以在不同平臺上進行編譯、運行，可移植性較好。在正式編寫Qt代碼之前，需要在目標平臺上搭建相應的開發(fā)環(huán)境，即本系統(tǒng)需要搭建適用于嵌入式Linux的Qt開發(fā)環(huán)境，Qt版本為4．8．5。首先將Qt源代碼解壓，在其根目錄下執(zhí)行．/configure命令，對源碼進行配置;然后執(zhí)行make和makeinstall命令編譯源碼，并安裝編譯好的庫文件到lib文件夾下;最后將這些庫文件拷貝到嵌入式平臺根目錄下的lib文件夾中，并為其增加export變量路徑:exportQTDIR=/usr/local/Trolltech/Qt－4．8．2exportPATH=/usr/local/Trolltech/Qt－4．8．2/bin:$PATHexportMANPATH=$QTDIR/man:$MANPATHexportLD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:$LD_LIBRARY_PATH至此，Qt環(huán)境搭建完畢。嵌入式平臺用戶界面如圖2所示。上位機程序由查詢指令發(fā)送模塊、查詢指令接受模塊、控制指令發(fā)送模塊、歷史記錄生成模塊和通信控制模塊組成。對各模塊進行獨立開發(fā)，最后在主界面中采用多線程機制進行結合，將各模塊分別放置在單獨線程中執(zhí)行，既確保了各模塊的獨立性，又提高了程序的安全性和總體的運行效率。系統(tǒng)總體的軟件流程如圖3所示。系統(tǒng)啟動后，會首先初始化硬件(內部寄存器、串口等)和傳感器節(jié)點［6］。采集單元通過RS－485串行通信口與嵌入式設備進行通信。本系統(tǒng)可以選擇手動查詢模式或自動查詢模式。安裝在ARM設備上的上位機程序能夠給數(shù)據采集單元發(fā)送查詢或控制指令。當發(fā)送查詢指令之后，采集單元會根據指令中包含的設備地址信息，匹配相應的傳感器節(jié)點，并采集數(shù)據;將采集到的數(shù)據進行壓縮、打包，然后傳回上位機程序;上位機程序接收到數(shù)據之后，進行分析、解包、處理，最終顯示到用戶界面上，同時自動存儲歷史數(shù)據。當上位機發(fā)送控制指令之后，采集單元會把待設定的參數(shù)傳遞給控制單元，使其可以根據需求對加熱、加濕裝置進行控制［7］。
4實驗及結果
為了驗證系統(tǒng)的性能，將育苗架放置在室內環(huán)境中，分多個時間點記錄育苗架周邊環(huán)境的溫度、濕度數(shù)據。給育苗架分別設定一個溫度目標值和濕度目標值，每10min記錄一次育苗架內的溫濕度情況。為保證精度，周邊環(huán)境的溫濕度數(shù)據由小型氣象站采集。育苗架內部的傳感器放置如下:每層分成4個區(qū)域，每個區(qū)域的中心放置1個溫度傳感器，傳感器距離每層頂部距離為20cm，用來采集溫度數(shù)據;在育苗架內同時放置1個濕度傳感器，用來采集濕度數(shù)據。育苗架內部的加熱、加濕裝置放置如下:加熱裝置鋪在每層底部，使該層各部分可以均勻受熱，且加熱裝置下再鋪一層隔熱層，避免每層熱量相互串擾;加濕裝置安裝在每層的頂部，距離頂部5cm，采用360°雙向設計，保證可以對該層各部分進行加濕。數(shù)據采集單元放置在苗架的外面，并且對苗架內的連線進行密封處理［8］。
4．1溫度控制實驗
將苗架溫度目標值設定為25℃，濕度不設定，連續(xù)采集6h并記錄數(shù)據，作出變化曲線圖。圖4為育苗架內溫度曲線圖，圖中虛線為苗架外環(huán)境溫度變化曲線。
4．2濕度控制實驗
將苗架濕度目標值設定為40%Rh，溫度不設定，連續(xù)采集6h并記錄數(shù)據，做出變化曲線圖。圖5為濕度曲線圖，圖中虛線為苗架外濕度變化曲線。由兩次實驗可知，在系統(tǒng)剛開始工作的時候，不論苗架內外的溫度還是濕度情況基本一致，各點的溫度情況處于混沌狀態(tài)，苗架內的溫度和濕度都不等于設定值。隨著時間的推移，苗架內各點的溫度均趨向于設定值(25℃)，濕度能維持在設定值(40%Rh)左右，且可以穩(wěn)定保持。
5結論
1.1遠程監(jiān)控需求分析
1）具有遠程控制休眠、喚醒地震儀功能。地震儀在放炮之前喚醒，在停止施工期間休眠，地震儀可有選擇的進行采集工作，這樣大大節(jié)省了數(shù)據存儲空間，降低了采集系統(tǒng)的功耗，延長了儀器的待機時間。
2）可查詢如CF卡剩余空間，內置電池電量，位置經緯度，采集站狀態(tài)等信息。對剩余空間、電池電量不足，采集站狀態(tài)錯誤且不能遠程修復的采集站及時安排工作人員更換。提高野外勘探作業(yè)的工作效率和靈活性，增強采集系統(tǒng)數(shù)據的可靠性。對讀取回來的地震儀經緯度信息在上位機端進一步處理，可用于研發(fā)地震儀排列位置監(jiān)測及遠程防盜系統(tǒng)，保障野外勘探儀器的安全性。
3）遠程控制地震儀自檢功能，并能回收自檢數(shù)據。地震儀系統(tǒng)自檢內容包括檢波器內阻、噪聲、隔離度測試等，一次完整的自檢過程通常需要2-5分鐘，因此無纜存儲式地震數(shù)據采集系統(tǒng)一般只在開機時自檢一次，之后則無自檢過程，因此采集站的部分工作狀態(tài)，如檢波器連接狀態(tài)等僅僅反映了系統(tǒng)開機時的狀態(tài)，不能作為現(xiàn)場質量監(jiān)控的標準。法國UNITE系統(tǒng)由于沒有遠程監(jiān)控功能，在自存儲模式下通常是定時自檢，自檢時間為5分鐘，在系統(tǒng)自檢期間，地震儀停止其它一切工作，這樣就減弱了地震儀野外勘探作業(yè)工作的靈活性。
4）有一定的遠程修復及設置功能。如配置系統(tǒng)采樣率、增益，系統(tǒng)復位等，出工前對地震儀的工作參數(shù)進行統(tǒng)一配置，布設到野外后，根據自檢結果對有問題的地震儀進行參數(shù)設置和系統(tǒng)復位等操作，遠程修復和解決問題，節(jié)省人力物力，提高無纜地震儀智能化控制程度。
1.2無線通信技術的選擇
目前成熟的無線通信技術較多，如Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth、GPRS、3G等，這些通信技術被廣泛應用到生活及工業(yè)生產中，北斗短報文是近幾年才發(fā)展起來的一種遠距離通信技術，表1列出了應用以上幾種通信技術典型模塊的最大數(shù)據傳輸速率、傳輸距離、通信頻帶的參數(shù)值。
1.2.1Wi-Fi
Wi-Fi是IEEE802.11系列標準的統(tǒng)稱，其傳輸速率快、安全性高，可集成到已有的寬帶網絡中，配合路由器組建有線、無線混合網絡快捷方便。地震勘探儀器中Wi-Fi常用的組網模式有兩種，即AP（無線訪問接入點）模式和AdHoc（點對點）模式，在野外我們可以用架設AP基站的方式來拓撲無線局域網絡的覆蓋面積[3]，而AP之間可以通過網橋設備連接，從而完成更大面積的網絡覆蓋范圍，然而在實際勘探應用中AP基站和網橋設備架設困難，尤其應用于大道距的二維或者三維勘探工作中，需要更多的基站與網橋，較大的影響了施工進度。AdHoc是一種無中心、自組織、多跳移動通信網絡，結點間通過分層的網絡協(xié)議和分布式算法相互協(xié)調，實現(xiàn)了網絡的自動組織和數(shù)據的相互交換，這種模式下地震儀可將其采集數(shù)據及工作狀態(tài)信息接力式的傳輸回控制中心，美國WirelessSeismic公司的RT2無線遙測系統(tǒng)就是應用了這種多跳的數(shù)據傳輸方式，兩個節(jié)點間通信距離的范圍約為25~70m，然而這種工作模式會導致越靠近中央記錄系統(tǒng)的節(jié)點積累的數(shù)據量越大，且在線性的網絡拓撲結構中，數(shù)據傳輸?shù)姆€(wěn)定性受通信距離與地形環(huán)境影響較大，數(shù)據通信的質量和速率難以得到有效的保證。
1.2.2GPRS、3G移動網絡通信技術
移動網絡通信技術已經成為人們工作生活中不可或缺的重要組成部分。該技術具有抗干擾能力強、傳輸速率高、網絡覆蓋面廣、接入時間短、建設成本低等特點[10]，在地震勘探中可被應用于移動網絡信號覆蓋范圍內的地震臺網遠程監(jiān)控，它提高了遠程儀器維護的工作效率[11]。然而在地震勘探大道距（道距大于1km）地震深反射、折射探測作業(yè)中，由于其基站的信號覆蓋范圍有限，對于遠程監(jiān)控地震采集站工作存在一定的局限性。
1.2.3北斗短報文通信技術
北斗衛(wèi)星作為北斗通信技術的中繼，轉發(fā)來自地面用戶端的定位及通信請求，地面中心站控制端接收到請求后，解析消息后將解算出的位置信息傳回用戶端或將接收到的接收信息通過北斗衛(wèi)星轉發(fā)至另一地面用戶端，達到衛(wèi)星定位及通信的目的。北斗短報文通信技術在應用時具有信號覆蓋范圍廣、安全、可靠性高和控制簡單等特點，用戶一次最大可以傳送120個漢字的報文信息，而民用信息發(fā)送的頻度通常為30-60s，接收信息則沒有頻度的要求，對于地震儀基本的控制命令收發(fā)及狀態(tài)信息的傳送，北斗短報文通信技術可以滿足無纜地震儀基本狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據傳送的要求。
1.3系統(tǒng)結構設計
基于北斗的無纜存儲式地震儀遠程監(jiān)控系統(tǒng)工作，系統(tǒng)由主控中心、北斗衛(wèi)星、采集單元三部分組成，主控中心通過北斗指揮機完成對采集單元遠程的控制及狀態(tài)數(shù)據的回收工作，并對接收到的數(shù)據進行管理和存儲。采集單元完成地震數(shù)據采集的同時，通過北斗通信模塊可接收來自主控中心端的控制命令，并反饋執(zhí)行結果信息。北斗衛(wèi)星是控制命令及反饋信息傳遞的媒介。
2采集站單元設計
2.1硬件設計
地震檢波器將地面振動信號轉化為模擬電信號傳輸?shù)紽PGA數(shù)據采集單元，由FPGA完成數(shù)據的采集、緩存，并提供必要的測試、控制功能。AT91RM9200作為中央處理器，讀取FPGA中存儲的數(shù)據，并轉存到CF存儲卡中；通過SPI接口與Wi-Fi模塊連接，實現(xiàn)近距離的無線數(shù)據傳輸功能；通過UART與GPS、北斗模塊連接，為采集站提供高精度的授時、定位、遠程通信功能，完成數(shù)據同步采集、位置信息獲取、工作質量遠程監(jiān)控。采集站也可通過以太網接口與電腦終端連接，完成數(shù)據的回收及參數(shù)設置、檢查工作。采集站在野外應用時采用太陽能和內置鋰電池兩種供電模式，電源智能管理系統(tǒng)會根據采集站當前工作的天氣條件轉換供電模式，保證儀器可靠、穩(wěn)定的工作[12]。
2.2軟件設計
采集單元的主控制器ARM9運行嵌入式Linux內核版本為2.6.31的操作系統(tǒng)，北斗通信進程完成對北斗模塊接收信息的解析與執(zhí)行，及執(zhí)行結果的反饋。北斗短報文通信系統(tǒng)包括指揮機與用戶機，指揮機是北斗短報文通信系統(tǒng)的中央控制器，它相當于一個服務器，負責接收來自多個用戶機的報文，并可以控制多臺用戶機來完成相應的指令。用戶機是北斗短報文通信系統(tǒng)的子節(jié)點，相當于一個客戶端，負責將節(jié)點工作信息上傳到指揮機，和接收來自指揮機的命令。北斗用戶機在接收到指揮機傳來的信息時，用戶機會通過UART將信息內容上傳給下位機系統(tǒng)，下位機會根據其數(shù)據傳輸?shù)母袷綄⑿畔⑦M行解析，并根據信息包含的指令內容來執(zhí)行相應的任務。
3上位機服務器軟件設計及測試
主控中心由上位機、打印機、存儲器、發(fā)電設備、北斗指揮機組成。上位機與北斗指揮機完成命令的選擇與打包發(fā)送，及對采集站反饋信息的接收、顯示、存儲和打印處理。發(fā)電設備輸出220V的交流電壓，為上位機及其外設供電。此外上位機服務器軟件通過對GoogleEarthAPI接口的調用，實現(xiàn)了對野外采集站排列位置的遠程監(jiān)測，為微動勘探實驗中按兩個嵌套式三角形方式排列的采集站傳回的GPS位置信息在GoogleEarth中的顯示。操作人員可根據地圖顯示軟件中采集站的排列位置了解施工進度，獲取采集站排列班報，完成布站人員調度等工作。為了了解遠程監(jiān)控系統(tǒng)的性能及數(shù)據傳輸丟包、誤碼情況，設計如下測試實驗：將7臺內置有北斗通信模塊的采集站接好檢波器放置在室外采集，由主控中心完成與各個采集站間的數(shù)據包收發(fā)，采用60s一次通訊頻度，數(shù)據包長度為200字節(jié)，從500個樣本數(shù)據中任選7個，分別用于七個站的通訊測試，主控中心將樣本數(shù)據依次發(fā)給各個子站，并重復500次，子站收到數(shù)據包后向主控中心返回相同的樣本數(shù)據。主控中心計算從開始發(fā)包到收包完成的時間間隔作為通信的延時，主控中心與采集站分別記錄通信時丟包數(shù)，并根據與標準樣本數(shù)據對比的結果記錄錯包數(shù)。
4結論
系統(tǒng)的主控電路如圖2所示，由單片機學習開發(fā)板中的最小系統(tǒng)電路來完成。
2電路
本系統(tǒng)的電路基于主控電路的配置，包括溫度傳感器DS18B20、nokia5110液晶顯示屏、風扇(電動機驅動)、鍵盤、蜂鳴器、濕度傳感器濕度傳感器DHT11、可燃性氣體濃度傳感器MQ－2、加熱器YF3030012160J等。其中風扇(電動機驅動)、鍵盤、蜂鳴器等器件開發(fā)板上自帶，只需要配置剩余的器件即可。圖3溫度傳感器模塊原理圖溫度傳感器模塊原理圖如圖3所示，溫度傳感器的測溫范圍為－55℃－125℃，當室內溫度高于設置值30℃時，系統(tǒng)將報警，同時單片機通過達林頓管，啟動風扇，進行換氣，降低室內溫度，直到達到預期要求;當室內溫度低于設置值(20℃)時，系統(tǒng)將報警，同時單片機通過繼電器，控制12V直流電源，啟動加熱器加熱，直到達到預期要求。加熱器工作時的表面溫度為160±10℃;加熱器模塊原理圖如圖4所示。濕度傳感器模塊原理圖如圖5所示，濕度傳感器的測量范圍20－90%，當室內氣體濕度高于設置值(60%)時，單片機控制風扇的開啟，進行換氣，降低濕度，直到達到預期要求。可燃性氣體濃度傳感器模塊原理圖如圖6所示，當室內可燃性氣體濃度高于設置值(25%)時，系統(tǒng)將報警，同時，單片機將驅動風扇，進行換氣，降低可燃性氣體濃度。
3系統(tǒng)的實現(xiàn)
杏鮑菇在食用菌中屬于環(huán)境敏感型菌類，由于中國南北方氣候的差異，不同地區(qū)栽培杏鮑菇所采取的調控策略也不相同［9］。因此，在以前學者對杏鮑菇栽培環(huán)境的研究基礎之上，結合寧夏彭陽當?shù)氐臍夂驐l件，探尋到杏鮑菇子實體生長發(fā)育期環(huán)境因子調控的最佳范圍:溫度最佳點16℃，調節(jié)范圍15～17℃;濕度的調節(jié)點90%，調節(jié)范圍75%～95%;CO2濃度的最佳調節(jié)范圍1200×10－6～2500×10－6;光照度的最佳理論值為100lux。群落式杏鮑菇生長環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要是在單個菇棚環(huán)境監(jiān)控的基礎之上實現(xiàn)四區(qū)域環(huán)境監(jiān)控，再以四區(qū)域監(jiān)控為一個控制單元，逐漸拓展單元數(shù)量;由上位機接收匯總各個控制單元發(fā)送的數(shù)據，然后根據調控策略進行調控，達到寧夏彭陽食用菌標準化示范基地出菇區(qū)112間杏鮑菇菇棚群落式監(jiān)控的目的。群落式和單棟溫室監(jiān)控系統(tǒng)構架如圖1所示。系統(tǒng)底層利用溫濕度傳感器、CO2濃度傳感器、光照度傳感器，將杏鮑菇菇棚內的溫度、濕度、CO2濃度、光照度等模擬量環(huán)境因子轉變?yōu)?～5V的標準電壓信號;通過AL－4AI4DO數(shù)據采集模塊將電壓信號轉變?yōu)閿?shù)字量，由RS485串口傳送到GPRS無線傳輸模塊(DTU);再通過GPRS網絡將實時采集到的現(xiàn)場數(shù)據傳遞給上位機，在上位機自主開發(fā)的組態(tài)監(jiān)控界面中完成數(shù)據的動態(tài)顯示、歷史數(shù)據存儲、超限報警等功能。根據杏鮑菇子實體生長期間環(huán)境因子調控的上、下限值，由上位機經過DTU無線發(fā)送開關量信號給采集模塊的繼電器輸出接口，從而控制現(xiàn)場的S7－200PLC，使其繼電器線圈輸出狀態(tài)改變來控制執(zhí)行器工作，調控各個環(huán)境因子在需求范圍內。
2系統(tǒng)硬件組成
2．1傳感器模塊
系統(tǒng)需要采集菇棚內的溫度、濕度、CO2濃度、光照度這4個環(huán)境因子，所以選擇JWSL－3VB型溫濕度傳感器工作量程分別為0～50℃、0～100%RH，精度為±0．5℃、3%RH;LCO2－V1型CO2濃度傳感器工作量程為0～5000×10－6，精度為±30℃、10－6±5%;GZD－V1型光照度傳感器工作量程為0～1000lux;傳感器的輸出均為0～5V電壓信號。
2．2數(shù)據采集模塊
系統(tǒng)選用AL－4AI4DO經濟實用型數(shù)據采集模塊。其集成了4路0～5V/0～20mA采集、4路繼電器輸出功能。采集接口分辨率12位，精度為±0．01V。繼電器接口為干接點輸出，觸點容量為5A/30VDC、5A/250VAC。模塊采用工業(yè)級STM32F10x單片機作為控制核心，配備兩路RS485接口，采用標準ModbusRTU通信協(xié)議，完成讀取4路采集數(shù)據、讀取或設置4路繼電器狀態(tài)等功能。
2．3無線通訊模塊
GPRS(通用分組無線業(yè)務的簡稱)是一種以GSM為基礎的無線數(shù)據傳輸技術，在基于電路交換方式的GSM網絡上增加了SGSN和GGSN等功能。GPRS通訊網絡具有通訊速度快、持久在線性強、不受地域限制、延時短、成本低等特點［10－11］。系統(tǒng)選用COMWAYWG－8010GPRSDTU內置工業(yè)級GPRS無線模塊，其提供標準的RS485數(shù)據接口，可以方便地連接AL－4AI4DO采集模塊，即可與服務器端通過GPRS無線網絡和Internet網絡建立連接，實現(xiàn)上位機與采集模塊間數(shù)據的全透明傳輸。通過RS485數(shù)據接口，可以控制和協(xié)調多臺終端數(shù)據采集模塊與上位機通信。同時，如果需要維持雙向通信，必須設置GPRS－DTU定時發(fā)送的心跳數(shù)據包，從而保持NAT端口映射。
2．4可編程控制器(PLC)
可編程控制器簡稱PLC(ProgrammableLogicCon-troller)，它是基于微處理器的通用工業(yè)控制裝置［12］。系統(tǒng)選用西門子公司的S7－200系列PLC，它具有極高的可靠性、強大的通信能力、較強的抗干擾能力和豐富的擴展模塊。CPU選用的是S7－226CN，它集成了24點輸入/16點輸出共40個數(shù)字量I/O點，最大可擴展數(shù)字量I/O點為128點輸入/128點輸出，充分滿足了杏鮑菇溫室內多點控制的需求。2．5電源模塊系統(tǒng)中的各個設備對供電電源的要求不同:采集器使用12VDC供電電源，傳感器使用24VDC供電電源，DTU使用5V的供電電源。2．6執(zhí)行機構執(zhí)行機構接收上位機發(fā)出的控制命令，通過S7－200PLC輸出端繼電器輸出，控制執(zhí)行器動作。每間菇棚內主要執(zhí)行器包括空調機、噴淋裝置、換氣扇及散光燈。其中，空調機組具備制冷、制熱等功能，自動控制程度高，換氣扇分進氣和排氣兩種安裝方式，杏鮑菇屬暗箱培養(yǎng)只需兩展散光燈。
3上位機監(jiān)控軟件設計
上位機監(jiān)控軟件處于監(jiān)控層，完成對現(xiàn)場數(shù)據采集和執(zhí)行機構控制。系統(tǒng)的上位機為組態(tài)王King-View6．55，具有操作簡單、功能齊全、豐富的圖形化設計資源、數(shù)據的動態(tài)顯示、報警設置以及報表顯示等功能，內部提供與多種類型硬件連接的接口［13］。系統(tǒng)通過建立DTU和AL－4AI4DO采集模塊連接，組態(tài)王和AL－4AI4DO采集模塊通訊，完成動態(tài)的數(shù)據交換，以實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據的實時采集、處理和對現(xiàn)場設備的實時控制。
3．1DTU與采集模塊的通訊
系統(tǒng)將DTU進行初始化配置后，在DTU標識的卡槽內插入一張開通GPRS流量的SIM卡，再通過RS－485線將DTU的串口與采集器串口連接，即可實現(xiàn)采集數(shù)據向DTU的傳送。其中，系統(tǒng)采用全雙工方式傳輸模式的串行通訊，兩根數(shù)據線均可進行數(shù)據的發(fā)送和接收，發(fā)送和接收信息可以同時實現(xiàn)，互不沖突。
3．2組態(tài)王與采集模塊的通訊
組態(tài)王通過虛擬串口與遠程設備進行數(shù)據通訊。AL－4AI4DO采集模塊在組態(tài)王中支持modbus(RTU)設備。首先，在組態(tài)王工程的COM口建立莫迪康PLC設備，設備地址必須與AL－4AI4DO采集模塊設置的地址保持一致，并設定COM口通訊參數(shù)。然后，在組態(tài)王軟件內部將DTU虛擬接入上位機的串口，配置運行DTU無線串口服務軟件，從而實現(xiàn)采集模塊與組態(tài)王之間的無線數(shù)據交換。
3．3數(shù)據采集功能設計
系統(tǒng)通過DTU無線通訊模塊經GPRS網絡實現(xiàn)菇棚內傳感器數(shù)據的無線遠傳，上位機接收、處理、儲存現(xiàn)場數(shù)據。系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，在上位機上必須事先運行無線串口服務軟件，確保DTU處于online狀態(tài)。當無線串口服務軟件的虛擬串口有數(shù)據收發(fā)時，軟件窗口中即能顯示數(shù)據收發(fā)的字節(jié)數(shù)。系統(tǒng)在單個菇棚監(jiān)控的基礎上將4個菇棚的數(shù)據采集模塊(AL－4DI4DO)采取并聯(lián)的方式，通過地址的不同選擇實現(xiàn)多對一的傳輸模式，利用上位機監(jiān)控軟件接收顯示所有的實時數(shù)據，從而實現(xiàn)四區(qū)域環(huán)境監(jiān)控，并以拓撲的方式將其擴展到整棟溫室，達到群落式遠程監(jiān)控的目的。每一個采集模塊對應每個菇棚內的3類傳感器，采集到的多路數(shù)據只用一個DTU無線串口進行傳輸。4個數(shù)據采集模塊并聯(lián)同一個無線串口，需要用軟件編程實現(xiàn)串口共享的方法，以12s為1個周期，將其劃分成4個時間段，每3s采集1次數(shù)據。采集模塊分時發(fā)送數(shù)據流程圖如圖2所示。
3．4PLC控制程序設計
結合寧夏南部山區(qū)的氣候特性和杏鮑菇子實體生長期的最佳調控策略，需要對菇棚內進行降溫、升溫、增加濕度、通風換氣、補充光照的調節(jié)。系統(tǒng)上位機的組態(tài)王軟件通過設定的程序對采集到的實時數(shù)據與環(huán)境因子的上下限值進行比較，然后發(fā)出控制命令經DTU無線傳給數(shù)據采集模塊的繼電器端口，控制現(xiàn)場的S7－200PLC工作，使相應的執(zhí)行器動作。菇棚內的溫度過高時，控制空調制冷機工作;溫度過低時，控制空調加熱器工作;濕度過低時，控制噴淋裝置工作。由于杏鮑菇在生長過程中釋放CO2，使CO2濃度不斷升高，因此需控制CO2不超過規(guī)定的上限值。當CO2超過上限時，通過控制換氣扇工作降低棚內CO2濃度。同時，通過控制散光燈的開關進行光照補充。控制程序流程圖如圖3所示。3．5組態(tài)王的監(jiān)控界面設計基于組態(tài)王豐富的設備驅動程序、靈活的組態(tài)方式以及動態(tài)數(shù)據交換的功能，設計了群落式杏鮑菇生長環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)，滿足了多間菇棚的實時數(shù)據采集、動態(tài)顯示、參數(shù)調整、超限報警等設備調控的要求，提高了杏鮑菇生產過程的自動化程度。系統(tǒng)部分監(jiān)控界面如圖4、圖5、圖6所示。
4系統(tǒng)運行
系統(tǒng)在寧夏彭陽食用菌標準化生產示范基地進行示范性推廣應用。該示范基地占地33．3hm2，對其中生產杏鮑菇的112間菇棚進行群落式無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應用試驗。實踐證明，該系統(tǒng)是可行的，性能穩(wěn)定可靠，監(jiān)測精度高，能夠實時與上位機進行無線通訊，實現(xiàn)了菇棚內環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測，且設備調控平穩(wěn)準確，達到了群落式無線遠程監(jiān)控的目的。如圖7所示，選取2013年9月正處在出菇期的某間杏鮑菇菇棚8:00－16:00的監(jiān)測數(shù)據，采集頻率30min。從數(shù)據曲線可以直觀地看到，系統(tǒng)運行正常且穩(wěn)定，能夠依據調控策略調節(jié)環(huán)境參數(shù)保持在杏鮑菇子實體發(fā)育期需求的范圍內，綜合應用效果良好。
5結論
本縣治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)于2008年開始構建，09年正式投入使用，它主要由三大部分組成：一是縣政府牽頭建設的平安城市“天眼”工程；二是公安機關內部自建的監(jiān)控系統(tǒng)，用于對槍彈庫及局機關下屬各部門的重點部位進行監(jiān)控（紅外定像監(jiān)控頭）；三是社會單位自建自用的監(jiān)控系統(tǒng)（正在建設屬于第三期工程尚未投入使用），其中包括金融系統(tǒng)、公共娛樂場所、及廠礦企業(yè)安裝的監(jiān)控系統(tǒng)。
二、當前視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設應用中存在的問題
1、我縣“天眼”視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一期工程建設的社會治安動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，共有35個視頻探頭，以單獨立桿標準安裝在縣城各個重要路口及位置，該視頻探頭雖可360度旋轉，并自動記錄圖像，但因建設模式采用的是“電信建設，公安租用”，所以在設備選型、配套設施等方面都存在有一定的局限性，首先目前電信采用的前端攝像機和編碼器等設備型號較早，參數(shù)、性能等不能滿足我縣安全監(jiān)控工作需要，有些監(jiān)控錄象機的參數(shù)、性能等在相關網站上查找不到。其次對監(jiān)控點安裝時沒有考慮到輔助光源，造成白天圖像效果尚可，夜間因光源不足或缺少光源、監(jiān)控攝像頭防護罩未及時清理灰塵，造成視頻監(jiān)控成像模糊，無法辨認，大大降低了實戰(zhàn)效能。如所安裝的35個視頻探頭在夜晚光源不足或缺少光源、監(jiān)控攝像頭防護罩未及時清理灰塵時，造成視頻監(jiān)控成像模糊，無法辨認。由于以上種種原因嚴重影響社會治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實戰(zhàn)效能，我們建設社會治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的目的不是為了看，現(xiàn)在連看都看不清的一個監(jiān)控系統(tǒng)，更談不上服務于實戰(zhàn)、更深層次的應用了。
2、現(xiàn)有技防監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋面雖高，但單位值班人員落實不夠好。監(jiān)控室內值班人員不足，無法保證夜晚值班質量，因值班人員嚴重不足，從而導致值班人員沒有足夠的時間去認真觀察監(jiān)控圖像，不能及時發(fā)現(xiàn)犯罪，只能亡羊補牢。
3、對已建的技防監(jiān)控系統(tǒng)使用及后期維護還存在一些問題。一是缺乏具有熟悉監(jiān)控系統(tǒng)的專職人員對技防監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)控；二是日常線路的維護和保養(yǎng)工作沒有及時得到落實，導致許多監(jiān)控點出現(xiàn)圖像不清及黑屏等問題無法及時得到解決。
4、視頻功能本身不合理，雖可以360度人工旋轉，但無法自動定時定角度旋轉，實現(xiàn)全天候、全方位監(jiān)控。
5、監(jiān)控器的位置擺放不合理，觀察不到關鍵位置和必經之路或攝像機易被破壞。主要體現(xiàn)在監(jiān)控點施工不規(guī)范，安裝質量大打折扣，施工中直接將攝像機安裝在建筑物、路旁電桿或其它附屬物上，既不安全，也不利于全方位監(jiān)控，有的監(jiān)控點安裝時沒有考慮輔助光源，造成白天圖像效果尚可，夜間圖像效果模糊，大大降低了實戰(zhàn)效能。
6、多個新建住宅小區(qū)及重點部位未安裝視頻監(jiān)控。從目前我縣社會面監(jiān)控系統(tǒng)使用情況看，視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設雖然起步較早，但與經濟快速發(fā)展、農村加快建設、動態(tài)治安控制的要求相比，與發(fā)達地區(qū)相比，建設速度仍然滯后，監(jiān)控探頭總量還不多、密度不大，部分重點單位、企事業(yè)機關、道路街面、公共復雜場所、居民住宅小區(qū)等還存在監(jiān)控盲區(qū)，金融單位、加油站等內部監(jiān)控設備安裝還沒有完全到位。特別是居民小區(qū)、企業(yè)事業(yè)等單位重點部位在主動落實技防措施上顯得力度不夠，僅靠公安機關一家“單打獨斗”，導致社會面監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋率不高，根本無法與當前日趨復雜的社會治安形勢相適應。
三、對技防監(jiān)控系統(tǒng)的建議
1、在建設過程中要注重圖像存儲質量、有效畫面抓錄、圖像保存時間等，最大限度地滿足實戰(zhàn)需求
在技術層面上，要廣泛應用無線傳輸、網絡傳輸、移動監(jiān)控、人像自動識別等高端技術，并積極協(xié)調電力部門配合支持，確保夜間監(jiān)控區(qū)域光亮度達到要求，提高監(jiān)控圖像清晰度。在后續(xù)維護上，要建立一支設備維護隊伍，在各個點確定一至二名維修人員，負責日常檢查督導定期維修，以確保系統(tǒng)正常運轉。要組織相關維修人員對監(jiān)控設備的視頻功能進行合理調整，使它們自動定時定角度旋轉，達到全方位自動監(jiān)控。對監(jiān)控器的位置擺放不合理的地方，進行重新安裝和調整，使關鍵位置和必經之路等都能得到有效防控。
2、統(tǒng)一規(guī)劃，在建設布局上實現(xiàn)全覆蓋
縣委、縣政府要結合我縣實際，出臺全縣治安監(jiān)控實施方案，限時、保質、保量完成任務。采取單位籌資、縣獎勵的辦法解決投資經費，并嚴格落實獎懲制度，鼓勵先進，鞭策后進，全面推進。在治安保衛(wèi)重點單位、集鎮(zhèn)街道、車站碼頭、公共復雜場所，治安卡口、治安復雜地區(qū)等，要突出重點，全面安裝視頻監(jiān)控。在縣道、省道要合理布建監(jiān)控探頭，要合理布局，并且定時抓拍。各監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控點之間要互為補充、有機銜接、聯(lián)成網絡，做到跟蹤接力、連續(xù)拍錄，不留空白和盲區(qū)，做到全面覆蓋。
3、健全規(guī)章制度
進一步建立健全設備維護制度、值守人員工作制度、監(jiān)控信息調閱復制制度、監(jiān)控信息分析制度、業(yè)務培訓制度等一整套監(jiān)控系統(tǒng)管理工作制度，把設備運轉、安全維護、服務運用、信息調閱等各個環(huán)節(jié)的工作納入規(guī)范化管理軌道，用制度強管理，確保系統(tǒng)高效運轉、發(fā)揮作用。對運用系統(tǒng)預防制止犯罪、發(fā)現(xiàn)重大線索證據破案或提供重要情報信息的要及時給予獎勵，并堅持監(jiān)控成效與獎金福利、評先評優(yōu)、年度考評相結合，激發(fā)值班及維護人員的工作積極性；對因工作失職造成嚴重后果的，要落實責任倒查，嚴肅責任追究。
1智能建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)總體構建框架
1.1智能建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)組成與結構框圖（圖1）
1.2智能建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)組成與結構
簡要介紹上圖為智能建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)組成與結構框圖，在智能建筑監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對六個子系統(tǒng)（照明、供配電、冷熱源、空調、給排水、電梯）的監(jiān)控，并可控制其運行。由中央控制器統(tǒng)一全分布式控制運行，但由于每個子系統(tǒng)都由路由器分開，所以也可獨立運行，控制系統(tǒng)涉及智能建筑各個系統(tǒng)設備自動化控制，可實現(xiàn)高檢測功能。
1.3各設備監(jiān)控子系統(tǒng)應該實現(xiàn)的功能
1.3.1供配電系統(tǒng)
主要功能為智能建筑提供電力。樓層配電設備分布在各樓層，電設備一般放置在建筑底層。監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對配電設備運行參數(shù)、配電電源、每個電源蓄電池的工作狀態(tài)和數(shù)據變化進行監(jiān)控，同時對各樓層電設備電源運行狀態(tài)進行監(jiān)控，若發(fā)生故障會產生警報并記錄故障數(shù)據。
1.3.2照明系統(tǒng)
主要功能是為智能建筑照明。其設備建設于建筑物的各個平面上，方便實現(xiàn)各角度全方位照明。照明監(jiān)控分為室內和室外兩部分，室外照明分為公共照明部分，通過監(jiān)控可根據室外照度值設定開關時間，也可通過更改程序實現(xiàn)不同照明燈具的啟動時間。室內照明監(jiān)控可通過監(jiān)控數(shù)據，采用總線控制方式，設定程序對不同場景開啟不同的照度。
1.3.3冷熱源系統(tǒng)
為智能建筑供給冷源和熱源，其噪音較大，設備一般置于建筑底層地下室內。通過對冷熱源系統(tǒng)運行數(shù)據和冷熱源供給量的監(jiān)控和分析，可通過程序控制實現(xiàn)不同季節(jié)冷熱源供給量和供給時間。
1.3.4空調系統(tǒng)
保障智能建筑的環(huán)境溫度處于適宜狀態(tài)，空調設備一般置于各樓層高處位置，地下室也可以配置。控制子系統(tǒng)主要對空調機組、風機盤管的工作參數(shù)和運行狀態(tài)進行監(jiān)測，并通過監(jiān)測數(shù)據進行分析，控制和設定主機房的溫度、濕度和運行時間。同時監(jiān)測子系統(tǒng)還具備空調漏水監(jiān)視功能，可有效實現(xiàn)對空調系統(tǒng)的漏水監(jiān)測和控制。
1.3.5給排水系統(tǒng)
既能為智能建筑提供水源，又能排除建筑產生的污水，排水設備一般置于建筑物的地下室或建筑頂層，也可設置在樓宇夾層位置。監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)控水泵的工作狀態(tài)，并對水池的液位隨時檢測，當設備出現(xiàn)故障或者水池液位異常時，子監(jiān)控系統(tǒng)就會向中央控制器發(fā)出報警信號，并將故障數(shù)據記錄反饋，自動顯示故障發(fā)生區(qū)域和故障詳細情況。1.3.6電梯系統(tǒng)是為高層建筑提供上下交通的便利系統(tǒng)，設備一般置于建筑的垂直豎井內。電梯監(jiān)控子系統(tǒng)主要實現(xiàn)對電梯設備運行狀態(tài)，監(jiān)視電梯啟動、停止、方向等，動態(tài)顯示出電梯實時狀況，一旦發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)會對電梯設備電動機、電磁制動器等進行檢測，自動報警并顯示故障地點、狀態(tài)、時間等信息，并將故障記錄記憶并反饋給中央控制器。
2建筑設備自動化控制系統(tǒng)設計要素
2.1各監(jiān)控子系統(tǒng)控制功能參數(shù)明細
將上文中所述設備監(jiān)控子系統(tǒng)功能要求進行統(tǒng)計和匯總，確認各子系統(tǒng)監(jiān)控點的分布位置和分布數(shù)量，將子系統(tǒng)的監(jiān)控點設置類型、數(shù)量、相關設備、安裝需求、使用地點等詳細列出，并備份保留。依據各子監(jiān)控系統(tǒng)技術和系統(tǒng)設備實際特點，以系統(tǒng)高效性、可靠性、實用性為前提，以滿足子系統(tǒng)功能需求為標準，以建筑設備自動控制系統(tǒng)設計的節(jié)能環(huán)保為核心，以建筑設備維護保養(yǎng)便捷性和低成本性為主要指標，詳細將設備子系統(tǒng)的各種功能參數(shù)、控制參數(shù)、技術參數(shù)列出并進行歸檔，為日后整體系統(tǒng)搭建安裝提供依據。
2.2監(jiān)控系統(tǒng)控制器、傳感器和執(zhí)行器的確定
按照監(jiān)控系統(tǒng)被控設備的控制標準和監(jiān)控點數(shù)量，結合安裝現(xiàn)場實際情況，對現(xiàn)場控制點進行設置和篩選，設計出被控設備安裝現(xiàn)場控制器控制區(qū)域內部的監(jiān)控點分布圖，并根據實際要求確定選擇現(xiàn)場控制器。除了現(xiàn)場控制器，還要確定現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器使用標準，傳感器和執(zhí)行器是對被監(jiān)控設備現(xiàn)場數(shù)據進行現(xiàn)場數(shù)據采集的基本組成部分，傳感器可監(jiān)測設備狀態(tài)和數(shù)據變化，執(zhí)行器對此進行分析和反饋，可以說兩者在自動監(jiān)控系統(tǒng)中屬于核心構件。根據系統(tǒng)設備特性，對關鍵設備要采用高精度和高可靠性的智能型傳感器和執(zhí)行器，以提高整個自動化系統(tǒng)的控制質量。非關鍵設備上可以采用傳統(tǒng)傳感器和執(zhí)行器，如此可減少成本，降低整個系統(tǒng)造價。
2.3建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)
網絡構建智能建筑設備自動化監(jiān)控系統(tǒng)整體網絡構建如上圖2所示，建筑設備LON現(xiàn)場總線設備自動化控制系統(tǒng)是現(xiàn)實意義上實現(xiàn)了分布式監(jiān)控。此系統(tǒng)不同類型的控制器節(jié)點都具備高智能化特性和網絡通訊能力。由于控制器各節(jié)點具備通訊能力，能夠使節(jié)點與節(jié)點之間實現(xiàn)相互通訊功能，構成完整的通訊網絡。系統(tǒng)中的控制機構和管理機構可以通過總線現(xiàn)場連接為一個整體，彼此之間可以相互協(xié)作，共同完成自動化監(jiān)控任務，兩者可實現(xiàn)控制數(shù)據和信息的共享。
2.4建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)硬件支持
智能建筑自動化監(jiān)控系統(tǒng)構建必須有硬件支持，在硬件方面，主要選用以下器件：中央監(jiān)控器（計算機，監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，處理子系統(tǒng)反饋的綜合數(shù)據下達控制指令）；監(jiān)控顯示屏（將監(jiān)控圖像實時顯示，便于觀察和分析故障狀況）；鍵盤（更改程序或設定程序，典型的輸入設備）；鼠標（輸入設備）；不間斷電源（為監(jiān)控中央系統(tǒng)和子系統(tǒng)供電，保障監(jiān)控系統(tǒng)不間斷運行，保證整體系統(tǒng)的可靠性）；網絡路由器（中繼器、橋接器、配置型路由器等聯(lián)合使用，實現(xiàn)網絡分布）；控制總線（無屏蔽雙絞線、控制總線LON）；控制節(jié)點（視具體情況而定）。
2.5建筑設備自動化監(jiān)控系統(tǒng)軟件支持
建筑設備自動化中央監(jiān)控器軟件功能具備操作級別和身份識別管理功能。軟件系統(tǒng)采用8位通行字進行鑒別和管理，對操作人員實現(xiàn)權限設置，只允許有權限操作人員在一定范圍內進行數(shù)據瀏覽，并對訪問者身份信息、訪問時間、訪問內容進行識別和記錄，且具備交互式菜單，為操作人員提供清晰的數(shù)據目錄，節(jié)省操作時間，便于高效作業(yè)；中央控制系統(tǒng)設計還具備邏輯格式數(shù)據顯示功能，可描述短語、數(shù)值、單位等數(shù)據，對不正常數(shù)據報警顯示；具有高效數(shù)據分離終端，控制特定數(shù)據在特定端口運行，只允許一個操作人員或打印機進行處理；具備特殊指令操作功能，響應命令，邏輯顯示并進行標識。
3結束語
1.1通過對網絡服務軟件適當修改實現(xiàn)監(jiān)控功能
網絡服務軟件具有修改服務器軟件與程序功能。當在其中嵌入特殊信息則具有過濾功能，從而可以對設定信息內容進行監(jiān)測與過濾。
1.2通過服務器技術實現(xiàn)信息監(jiān)控與過濾
服務器集群的監(jiān)控與過濾，屬于規(guī)則過濾技術。許多網絡交換機使用這一技術充當防火墻。當信息流進入proxy后，需要過濾器過濾才能轉發(fā)；依照服務器集群中的規(guī)則要求過濾“非法”信息，將合法信息轉發(fā)至用戶。
1.3通過Sniffer實現(xiàn)路由器報文捕獲功能
與前兩種監(jiān)控技術相比，Sniffer信息監(jiān)控技術最大的優(yōu)點就是對網絡性能不產生任何影響。只需在邊界路由器上設置一至多個監(jiān)聽端口，就能捕獲所有途經報文。目前許多網絡設備支持此類功能，通過端口映射獲取交換機上的數(shù)據。
2、網絡在線文化信息監(jiān)控平臺設計的思路
設計思路從3個層面進行：一是在采用探針技術或sniffer技術，對鏈路層、途經邊界路由器上的所有報文數(shù)據進行捕獲。二是使用TCP/IP協(xié)議軟件方式，在網絡層實現(xiàn)數(shù)據包處理。
（1）對分片報文數(shù)據進行IP重組，使其成為完整的IP報文；
（2）對TCP層報文進行數(shù)據還原，使其成為傳輸原始內容數(shù)據；
（3）根據應用層協(xié)議進行具體還原數(shù)據分析。三是對還原數(shù)據進行特征關鍵字匹配過濾。
3、網絡在線文化信息監(jiān)控平臺數(shù)據采集的結構
數(shù)據采集結構有兩種：一種是類似防火墻功能的邊界路由器與內網間的監(jiān)控主機，由其檢測、攔截所有進出數(shù)據包，但此類采集方法容易影響網速、帶寬等性能；另一種是Sniffer監(jiān)聽方式，該方式有傳統(tǒng)、現(xiàn)代方式兩種。傳統(tǒng)方式將主機網卡設置成了接收局域網報文的混雜模式，現(xiàn)代方式是對網絡原有設置不做任何變動，使用支持探針技術的交換機端口映射技術實施監(jiān)聽，這樣對網絡帶寬無影響，即使在監(jiān)控主機出現(xiàn)故障不能正常工作時，對網絡正常活動也無影響。如圖1（網絡信息監(jiān)控系統(tǒng)結構圖）所示，系統(tǒng)為支持探針技術的Sniffer監(jiān)聽方式。它采用交換機映射端口轉發(fā)途經數(shù)據包，主機網卡為混雜模式，專門用于接收被轉發(fā)數(shù)據。但由于在高速環(huán)境下主機對數(shù)據包重組、監(jiān)測，負載過重，數(shù)據丟失率較高。所以在數(shù)據處理與信息監(jiān)測模塊設計上，需采用分布式集群結構以達到均衡負載的目的。交換機轉發(fā)的數(shù)據由數(shù)據接收機負責接收，接收后轉發(fā)給集群中各機器進行數(shù)據處理與信息監(jiān)測。這種分布式集群結構與傳統(tǒng)結構相比較，具有系統(tǒng)可擴充性等優(yōu)點，更能滿足多協(xié)議信息監(jiān)控的需要。
4、網絡在線文化信息監(jiān)控平臺模塊功能的實現(xiàn)
網絡在線文化信息監(jiān)控的本質是對網絡數(shù)據實施監(jiān)查與對比，實現(xiàn)監(jiān)控的目的。要使每個數(shù)據包都接受監(jiān)查，就必須將流經數(shù)據截留下來，因此，怎樣快速、高效地截獲數(shù)據包是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關鍵。截獲后，還要對數(shù)據進行分離，應用還原技術進行比對，只有通過信息監(jiān)控策略與模式匹配算法，最后才能實現(xiàn)信息有效監(jiān)控。系統(tǒng)監(jiān)控功能由以下模塊實現(xiàn)。
4.1網絡數(shù)據捕獲的實現(xiàn)
對網絡底層信息實施監(jiān)聽，一是利用以太網絡系統(tǒng)的廣播特性來實現(xiàn)，二是通過設置路由器監(jiān)聽端口來實現(xiàn)，兩種方式（方法）分別應用于不同的工作情況。
4.2網絡協(xié)議分析與實現(xiàn)
進行網絡協(xié)議分析，先應將符合截獲要求的數(shù)據截獲，并濾掉有關不需要的數(shù)據報本機，后應在與其連接源端及目的端均無TCP連接的情況下，實現(xiàn)簡化的TCP/IP協(xié)議組。這實際上是數(shù)據鏈路層數(shù)據幀的問題。因為一個完整的物理層以太幀的組成有4部分：一是頭部，是以太網原始MAC地址頭；二是IP數(shù)據報頭；三是TCP/UDP數(shù)據報頭，四是實際數(shù)據。
4.3網絡TCP還原的實現(xiàn)
實現(xiàn)TCP還原的方法與IP重組的方法類似，即對接受的數(shù)據報進行分析處理，如屬同一TCP連接，則要先用同一排序樹按數(shù)據報的Sequence排序起來，而后遍歷這一排序樹就能實現(xiàn)TCP還原。實現(xiàn)TCP還原的過程，即是對iptree遍歷，對IP數(shù)據報文內容進行還原的過程。通過報文分析，從還原結果中可監(jiān)測到在進行數(shù)據捕獲時，客戶端、服務端之間命令的使用情況。
4.4網絡應用層協(xié)議的分析
4.4.1HTTP協(xié)議的分析設計與實現(xiàn)要對原始數(shù)據進行分析，就要瀏覽一個網頁，建立多個連接。為此，選定哪個網頁、哪些連接，傳送哪些內容，就成了HTTP還原的核心。HTTP的分析設計如下：
（1）端口局部性與單調遞增性。從客戶端瀏覽器向Http服務器發(fā)出第一個請求指令開始，服務器為后續(xù)連接分配的端口號是單調遞增的，且具有局部性，端口號相對連續(xù)，偶爾有跳躍。
（2）模塊原始數(shù)據的組織方式。模塊原始數(shù)據來源于TCP／IP協(xié)議模塊的還原結果。為表示端口號，數(shù)據文件命名體現(xiàn)了源端口號、目的端口號、源IP地址、目的IP地址連接的四元組，這正是一個網頁必備的基本信息。
（3）合成網頁的處理時間窗口。在合成一個網頁時，如遇無效文件存在，在一定時間內要刪除以加快處理時間，這樣不免形成一個處理時間的窗口。在時間窗口的一定時間內：一要確定哪些連接(傳送的內容)可以合成；二要盡量還原網頁所需全部資源；三要將還原網頁盡快寫入數(shù)據庫管理。
4.4.2Smtp、Pop3協(xié)議分析
（1）Smtp協(xié)議分析。監(jiān)聽郵件時，需對郵件內容進行分析，當監(jiān)測到Smtp的“Data”的命令報文時，對其后的數(shù)據就要進行捕獲，從而獲取發(fā)送郵件數(shù)據，進行數(shù)據語法分析、編碼部分解碼，以致獲得整個郵件的相關信息。
（2）Pop3協(xié)議分析。在Pop3協(xié)議分析時，要重點考慮Retr命令，這是因為Retr命令的出現(xiàn)代表著協(xié)議狀態(tài)階段進入了數(shù)據傳送階段。接下來，對其后數(shù)據包分析，就可獲得用戶完整郵件數(shù)據。
5、網絡在線文化信息監(jiān)控服務機制的創(chuàng)新
網絡在線文化信息監(jiān)控平臺建設除在系統(tǒng)設計上進行技術創(chuàng)新外，還應通過計算機科學、管理學、政治學、傳播學、社會學等多學科交融理論推動服務機制的創(chuàng)新。
（1）以思想政治教育為先導，完善在線文化信息監(jiān)控與引導工作機制，進一步提高在線文化信息監(jiān)控服務的科學性和有效性，切實增強網絡文化信息的“正能量”的輻射力、吸引力和感染力。首先要不斷倡導網民積極傳播健康信息，自覺抵制有害信息、網絡濫用行為和低俗之風。其次要加強管控措施，發(fā)現(xiàn)有害信息及時報告、立即刪除或圍繞社會關注的熱點、焦點問題，主動撰寫貼文，吸引網民點擊和跟貼，弘揚網絡文化正氣。再次要建設網絡文化信息宣傳與評論工作隊伍，搶占網絡文化信息陣地，針對各種危急情況，第一時間進行正確引導和疏通，最大程度地減少負面效力。
（2）以敏感信息和輿情疏導治理為抓手，建設網絡在線文化信息分析與甄別工作機制，準確把握網絡信息整體動態(tài)，敏銳捕捉傾向性、群體性的信息和輿情危機苗頭，提高網絡在線文化信息應對服務的及時性和針對性。首先，要加強IP地址管理，建立IP地址分配使用逐級責任制和用戶實名信息登記制度，保證所有文化活動的信息能夠實現(xiàn)“溯前追查”。其次，通過認真分析敏感和輿情信息產生的原因、發(fā)展趨勢及對人們思想的影響，準確把握網群動態(tài)，敏銳捕捉危機苗頭。第三，通過分析與甄別工作，加強對網絡文化活動重點部位、重點人員、重點方向、重點領域的關注，提高網民思想政治教育工作的針對性和時效性。
（3）以開發(fā)應用網絡技術統(tǒng)計工具為支撐，建立網絡文化信息收集和反饋工作機制，實現(xiàn)收集工作的即時化、經常化和全面化，進一步提升網絡在線文化信息監(jiān)控服務機制的效能和水平。在創(chuàng)新網絡文化信息監(jiān)控機制過程中，應調查掌握現(xiàn)代網民從事網絡文化活動的基本特點，實現(xiàn)信息收集工作的常態(tài)化。形成統(tǒng)一協(xié)調、反應靈敏、高效暢通的網絡文化信息收集反饋機制，尤其在國內外發(fā)生重大事件的重要敏感時期，要做到不斷線的網絡文化信息搜集和管控工作，發(fā)現(xiàn)問題，及時應對。
6、結束語
車速傳感器可以發(fā)出一定占空比的方波信號，設計采用單片機的脈沖模塊來捕捉可以用來測量信號的周期。車速采集的程序流程如圖2所示。步進電機的轉動不但代表汽車的行駛速度，還代表節(jié)氣門的開度，每轉動一定角度就相當于節(jié)氣門的開度。因此，當輸入的實際車速A等于目標車速B時，步進電機將不轉動；當輸入的實際車速A大于目標車速B時，步進電機會反轉，減小節(jié)氣門開度，從而使實際車速降低至目標車速；當輸入的實際車速A小于目標車速B時，步進電機會正轉，加大節(jié)氣門開度，使實際車速升高至目標車速，汽車進入定速巡航控制。
2軟件可靠性措施
為了提高軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，采取以下措施：（1）封鎖。實際系統(tǒng)中最強的干擾來自自身，如被控的負載電機的通斷、狀態(tài)的變化等，在設計軟件時應適當采取措施避開這些干擾。如：當系統(tǒng)要斷開或接通大功率負載時應暫停數(shù)據采集，等到干擾過去后再繼續(xù)進行；在適當?shù)牡胤椒怄i一些中斷源；幾個通道互相封鎖。這些都是避免或減少干擾的有效方法。（2）程序的失控保護措施。在控制系統(tǒng)中，一般情況下干擾都不會造成計算機系統(tǒng)硬件損壞，但會對軟件的運行環(huán)境造成不良影響。表現(xiàn)在：數(shù)據碼和指令碼的一些位受到干擾而出現(xiàn)跳變，使程序出現(xiàn)錯誤，最典型的是程序計數(shù)器發(fā)生跳變，可能把數(shù)據當作指令碼。這種程序盲目執(zhí)行的結果，一方面造成RAM存儲器的數(shù)據破壞，另一方面可能會進入死循環(huán)，使整個系統(tǒng)失效。因此，應采取有效措施避免程序失控。
3Proteus仿真驗證
3．1定速巡航控制系統(tǒng)總體仿真電路設計
設計中定速巡航控制系統(tǒng)的主要參數(shù)是車速值及節(jié)氣門開度，因為進行實物測試有設備要求，設備比較復雜，而且測試結果不夠直觀，所以設計最終結果通過Proteus仿真來實現(xiàn)。仿真電路如圖3所示。Proteus軟件的元件庫中擁有AT89C52單片機、ULN2003驅動芯片、步進電機等元件，可滿足設計研究仿真需要。Proteus軟件中的車速采集信號可通過改變脈沖而改變車速，電動機的轉速可直觀地顯示出來，還可體現(xiàn)節(jié)氣門開度的大小。
3．2試驗結果與分析
在Proteus仿真平臺上分別對4種情況進行仿真，即實際車速A等于目標車速B、實際車速A大于目標車速B、實際車速A小于目標車速B及實際車速大于120km／h、小于40km／h，仿真結果分別如圖4～7所示。從圖4～7可看出：當輸入的實際車速A等于目標車速B時，步進電機不轉動；當實際車速A大于目標車速B時，步進電動機反轉，節(jié)氣門開度減小；當實際車速A小于目標車速B時，步進電動機正轉，節(jié)氣門開度加大；當實際車速A超過120km／h、低于40km／h（即脈沖頻率低于100Hz、高于999Hz）時，巡航控制系統(tǒng)會自動退出，步進電機不轉動。表明所設計的軟件能實現(xiàn)簡單的巡航控制系統(tǒng)指令，滿足預定要求。
4結語
1．1空調水系統(tǒng)
1)冷凍水系統(tǒng):冷凍水輸配系統(tǒng)采用恒定溫差變流量的二級泵系統(tǒng)，一級泵為定流量。根據使用功能及各環(huán)路阻力特性設置了三組二級泵，分別為:a．住院樓;b．門診、醫(yī)技樓;c．手術部、ICU等凈化區(qū)域(四管制系統(tǒng))。每組泵設一臺備用泵，二級泵根據最不利環(huán)路壓差信號變頻運行。2)熱水系統(tǒng):采用變流量一級泵系統(tǒng)，系統(tǒng)變流量依據遠端壓差。冷、熱水系統(tǒng)循環(huán)泵分別設置。兩管制、四管制系統(tǒng)分別設置換熱機組及管路。空調冷熱水系統(tǒng)水平主管段采用同程式，垂直立管采用異程式。采用高位膨脹水箱定壓、補水。主干管及主分支管回水管處設置靜態(tài)平衡閥，用以調節(jié)水系統(tǒng)平衡。同時，空調機組、新風機組設置動態(tài)平衡電動兩通調節(jié)閥，以實現(xiàn)動態(tài)平衡。風機盤管亦設置動態(tài)平衡電動兩通雙位閥。3)冷卻水系統(tǒng):采用開式機械循環(huán)，超低噪聲橫流冷卻塔集中設置在住院樓南樓屋面，冷卻水32℃/37℃。4)蒸汽凝結水:經過換熱機組產生的80℃凝結水，接至衛(wèi)生熱水換熱機組，預熱洗浴用水，降溫至35℃的凝結水儲存至－2層制冷機房的凝結水箱，作為車庫沖洗用水等其他洗滌用水。5)水處理:空調冷熱水系統(tǒng)的補水設軟水處理。制冷機組入口冷水、冷卻水總管上設旁流動態(tài)離子過濾水處理器，對空調冷水/冷卻水進行除垢、殺菌滅藻、除銹等處理，冷卻水系統(tǒng)設置智能在線清洗裝置。
1．2空調風系統(tǒng)
1)病房、門診、辦公等采用風機盤管加新風系統(tǒng)。新風系統(tǒng)按區(qū)域分散設置，不跨越防火分區(qū)，新風支管設機械式定風量閥，向室內定量供應空調新風;室外新風入口處設置電動密閉調節(jié)閥、電子空氣消毒凈化裝置。2)輸液大廳、大堂等大空間場所采用全空氣系統(tǒng)，上送上回，空調機組變頻控制，根據人流量和室外空氣狀態(tài)參數(shù)調節(jié)空調送風量。過渡季設置排風機組，實現(xiàn)全新風運行。3)消防安保中心、物管用房、變配電用房等，單獨設置風冷熱泵型分體空調器。4)手術室、產房、ICU等潔凈區(qū)域部分采用獨立凈化空調系統(tǒng)。
2自動控制
2．1空調冷水系統(tǒng)
1)機組、水泵、冷卻塔控制。機組冷水及冷卻水出水管上設電動開、關閥及水流開關，冷卻塔進水管上設電動開、關閥。冷水機組、冷水泵、冷卻水泵和冷卻塔聯(lián)鎖運行。啟動順序:各電動蝶閥打開冷卻塔風機運轉冷卻水泵啟動冷凍水泵啟動冷水機組啟動。停機順序相反。2)機組、水泵、冷卻塔群控。冷水總供水管及回水管上裝設溫度傳感器，冷水供水管上設流量傳感器。通過設計的冷水流量及供回水溫差、微機計算出的系統(tǒng)冷量，與軟件的設定值比較，以確定最優(yōu)的主機開啟臺數(shù)及啟動與其配套的水泵和冷卻塔。3)冷水二級泵系統(tǒng)控制策略。二級泵為變流量運行，其控制信號來自最不利環(huán)路干管的供回水壓差信號系統(tǒng)，該壓差信號與設定值比較，在有偏差時，將會自動調整相關水泵的轉速，以令該壓差回到設定范圍，從而保證末端供水流量的穩(wěn)定，而又實現(xiàn)最大限度的節(jié)能。
2．2空調熱水系統(tǒng)
1)換熱機組二次側出水管上設溫度傳感器，其溫測信號傳遞給一次側蒸汽入口處的自力式溫度調節(jié)閥以調節(jié)溫控閥的開度，控制蒸汽流量。2)空調熱水為一級泵變流量運行，其控制信號來自最不利環(huán)路干管的供回水壓差信號系統(tǒng)，該壓差信號與設定值比較，在有偏差時，將會自動調整相關水泵的轉速，以令該壓差回到設定范圍，從而保證末端供水流量的穩(wěn)定，而又可有效的最大限度的節(jié)能。同時，用戶側泵的流量發(fā)生變化時，將影響到板式換熱器一次側的供回水溫度的變化，為了維持一次側的溫差恒定，熱水一次側泵變流量運行。
2．3空調末端
1)風機盤管/吊柜(回風工況)控制。通、斷水流或選擇風機盤管風機低、中、高速運行，以維持室內的溫度，同時調節(jié)各個末端設備之間的壓力平衡。冬夏季工況自動轉換。2)新風機控制。由設在主送風管上的溫度傳感器，經DDC控制器控制其回水管上的兩通電動調節(jié)閥，以保持送風設定溫度的穩(wěn)定。電動閥與風機連鎖。冬夏季工況自動轉換。3)柜式、組合式空調器控制。由設在回風總管上的溫度傳感器，經DDC控制器控制其回水管上的兩通電動調節(jié)閥以保持室內設定溫度的穩(wěn)定。電動閥與風機連鎖，冬夏季工況自動轉換。由DDC控制器根據設置在回風管上的二氧化碳濃度傳感器信號控制新風、回風及排風管上電動風閥開度，以保證室內新風量及節(jié)約能源。過渡季節(jié)由DDC控制器根據室內溫度信號控制新風、回風及排風管上電動風閥開度，由DDC控制器根據風管的風壓信號變頻控制系統(tǒng)中的所有風機轉速，以維持室內溫度。
2．4空調系統(tǒng)防凍設計及控制
在冬季空調水系統(tǒng)試壓及調試期間，系統(tǒng)不運行時，其水系統(tǒng)應放空泄水以免凍裂末端設備銅管。在空調系統(tǒng)新風入口處設置電動風閥與其系統(tǒng)風機聯(lián)鎖，在空調系統(tǒng)表冷器后設置防凍開關。空調系統(tǒng)運行時，DDC控制器根據其信號控制空調器回水管上的電動二通閥開度。
3結語
