基于物聯(lián)網(wǎng)的地震設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

曹舸斌 黨文杰 李文濤 馬紅虎

摘要

隨著單片機(jī)、傳感器、移動(dòng)通信等技術(shù)的快速發(fā)展和改進(jìn)，人們已經(jīng)邁入到了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，有力促進(jìn)了倉(cāng)儲(chǔ)物流、工業(yè)制造、視頻監(jiān)控等領(lǐng)域的信息化、自動(dòng)化和共享化。由于地震設(shè)備部署地域分散，傳統(tǒng)的人工定期維護(hù)不利于提高效率，因此利用物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析，構(gòu)建一個(gè)地震設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)，及時(shí)的分析地震設(shè)備是否存在故障，以便能夠準(zhǔn)確的做出維修或更換等決策，具有重要的作用和意義。

【關(guān)鍵詞】地震設(shè)備 遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng)傳感器 ZigBee協(xié)議

1 引言

地震一直是對(duì)人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生著嚴(yán)重影響。從唐山大地震到近期的汶川地震、魯?shù)榈卣鸺熬耪瘻系卣鸬榷嫉卣鸲际盏絿?guó)家關(guān)切及百姓關(guān)心。而云南省一直是地震高發(fā)省份，地震震情監(jiān)測(cè)，對(duì)震前防御，震后救援、震情跟蹤、地震趨勢(shì)判斷提供者技術(shù)支持。因此，地震設(shè)備正常和可靠運(yùn)行就顯得非常重要，因此構(gòu)建一個(gè)地震設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)，利用先進(jìn)的傳感器、物聯(lián)網(wǎng)采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，以便可以及時(shí)的將其傳輸?shù)椒?wù)器，便于實(shí)現(xiàn)地震設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控以及故障處理，可以進(jìn)一步提高地震設(shè)備測(cè)震臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行率。

2 地震設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)通信功能分析

地震設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)通信功能包括數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析，以便能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，是否存在故障等，將這些數(shù)據(jù)信息發(fā)送給系統(tǒng)進(jìn)行處理。具體的，系統(tǒng)功能詳細(xì)描述如下：

2.1 地震設(shè)備數(shù)據(jù)采集

傳感器可以集成到地震專業(yè)設(shè)備系統(tǒng)中，傳感器能夠?qū)崟r(shí)的采集數(shù)據(jù)，也可以將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，接收服務(wù)器發(fā)送的指令數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地震設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀監(jiān)控。

2.2 地震設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸

傳感器采集完畢數(shù)據(jù)之后，就可以將數(shù)據(jù)通過ZigBee物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議發(fā)送到匯聚路由器，匯聚路由器收到數(shù)據(jù)之后，可以利用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)或者行業(yè)網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。

2.3 地震設(shè)備數(shù)據(jù)分析

服務(wù)器收到數(shù)據(jù)之后，可以針對(duì)地震設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，以便發(fā)現(xiàn)地震設(shè)備是否運(yùn)行良好。如果地震設(shè)備出現(xiàn)了短暫的失靈等現(xiàn)象，可以及時(shí)的更換新部件;如果地震設(shè)備無法正常工作，可以及時(shí)的更換新設(shè)備。3物聯(lián)網(wǎng)在系統(tǒng)中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)先進(jìn)的新型互聯(lián)網(wǎng)，其可以實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)，利用ZigBee協(xié)議，實(shí)現(xiàn)物與物之間的通信。本文設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

物聯(lián)網(wǎng)包括的節(jié)點(diǎn)設(shè)備非常多，包括傳感器、匯聚路由器、服務(wù)器、顯示器或電視墻等。傳感器部署于地震設(shè)備上，采用先進(jìn)的單片機(jī)感知周圍數(shù)據(jù)，將其發(fā)送給匯聚路由器;匯聚路由器可以集成多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)到匯聚路由器采用ZigBee協(xié)議，該協(xié)議能夠在短時(shí)間內(nèi)尋找匯聚路由器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)發(fā)出路由呼叫命令，實(shí)時(shí)的更新互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。ZigBee協(xié)議具有很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，比如節(jié)約數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間、提高傳感器的傳輸精準(zhǔn)效率，還可以降低傳感器的耗電量，延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。ZigBee保持一個(gè)可擴(kuò)展的特性，其可以隨時(shí)隨地的添加新的傳感器，也可以刪減傳感器。ZigBee物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議工作于數(shù)據(jù)鏈路層，傳輸時(shí)可以找匯聚路由器保存的地址表，準(zhǔn)確的將目的MAC地址所在的端口進(jìn)行關(guān)聯(lián)，利用內(nèi)部交換矩陣實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，如果MAC地址不存在，則可以發(fā)送一個(gè)廣播數(shù)據(jù)包到所有端口，端口可以學(xué)習(xí)且揭露新的MAC地址，將其添加到內(nèi)部MAC地址表中，使用ZigBee物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議可以將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)段，每一個(gè)段都可以對(duì)照MAC地址表，實(shí)現(xiàn)信息過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效地減少?zèng)_突域。匯聚路由器通過TD-LTE網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，能夠利用高速帶寬等特性，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，同時(shí)還可以將處理結(jié)果輸出到顯示器或電視墻，以便人們進(jìn)行可視化的分析和處理，做出準(zhǔn)確的決策。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)前最為先進(jìn)的萬物互通網(wǎng)絡(luò)，其利用先進(jìn)的ZigBee傳輸協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器、匯聚路由器、服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，保持網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，同時(shí)還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)添加、刪除或更改傳感器節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步提高了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用性能。地震設(shè)備監(jiān)控作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域，可以實(shí)時(shí)的利用物聯(lián)網(wǎng)和傳感器采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，及時(shí)的對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、更新，保證地震設(shè)備處在精準(zhǔn)監(jiān)控中，提升測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的運(yùn)行率，提高地震數(shù)據(jù)質(zhì)量，為上層決策提供有力的數(shù)據(jù)支持。

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