基于云平臺(tái)的選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

馮甜欣， 張曉光， 劉景勇， 王艷芬

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院， 江蘇 徐州 221116；2.徐州中礦數(shù)字化礦山技術(shù)研究所， 江蘇 徐州 221116; 3.河南能源化工集團(tuán)新疆投資控股有限公司， 新疆 烏魯木齊 830026)

0 引言

因礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)造成的環(huán)境污染與生態(tài)破壞嚴(yán)重制約社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。近年來(lái)，隨著生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn)，礦山開(kāi)采逐漸向綠色化、智能化發(fā)展[2]。生態(tài)環(huán)境部也提出要推動(dòng)煤礦綠色開(kāi)采及礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)[3]。對(duì)礦山環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最大限度地降低礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)程對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)與破壞，是實(shí)現(xiàn)綠色礦山建設(shè)的重要途徑[4]。煤炭分選作為礦山環(huán)境的主要污染源之一，生產(chǎn)加工過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量粉塵、廢水、廢氣、噪聲及固體廢棄物，嚴(yán)重威脅礦區(qū)及周邊的生態(tài)壞境[5-6]。高效、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲取選煤廠各類環(huán)境數(shù)據(jù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)礦山綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

選煤廠由于其生產(chǎn)特殊性，廠區(qū)內(nèi)外均存在大量污染源，廠區(qū)環(huán)境復(fù)雜、監(jiān)測(cè)面積大、監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量多且分散。采用人工定點(diǎn)定時(shí)采樣存在實(shí)時(shí)性差、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率低等問(wèn)題，而有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在部署不便、成本高、線路易損壞等不足。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)的無(wú)人化和自動(dòng)化提供了技術(shù)基礎(chǔ)。目前無(wú)線監(jiān)測(cè)場(chǎng)景多采用LPWAN(Low Power Wide Area Network,低功耗廣域網(wǎng))，應(yīng)用最廣泛的為NB-IoT與LoRa技術(shù)[7-9]。NB-IoT依賴運(yùn)營(yíng)商基站才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入，而選煤廠大多位置偏遠(yuǎn)，使用NB-IoT存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足的問(wèn)題[10-11]。使用LoRa同樣需要部署基站，在室外環(huán)境表現(xiàn)良好，但對(duì)廠區(qū)內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)存在覆蓋盲區(qū)[12]。ZigBee作為一種低速率、低功耗、低成本的近距離無(wú)線通信技術(shù)，具有組網(wǎng)靈活的優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)監(jiān)測(cè)場(chǎng)景應(yīng)用廣泛[13-14]。

本文針對(duì)選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)需求與特點(diǎn)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了基于云平臺(tái)的選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)間構(gòu)建無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)，對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行不間斷采集，通過(guò)ZigBee無(wú)線多跳方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，保證網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性。利用云平臺(tái)虛擬化技術(shù)將設(shè)備映射到云端，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行云端存儲(chǔ)、分析與展示，提高系統(tǒng)智能化水平。系統(tǒng)組網(wǎng)靈活、易于擴(kuò)展，可提高選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)降低了成本，為綠色礦山建設(shè)提供了基礎(chǔ)保障。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于云平臺(tái)的選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)3層架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示。感知層包括路由節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)及各類環(huán)境傳感器。節(jié)點(diǎn)間通過(guò)自組織方式形成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)選煤廠環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)感知、采集與處理。網(wǎng)絡(luò)層包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和路由器，提供感知層采集數(shù)據(jù)上傳到應(yīng)用層所必需的網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)處理。應(yīng)用層為云平臺(tái)服務(wù)器，利用其計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)資源，對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理與展示。

圖1 基于云平臺(tái)的選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Architecture of environmental monitoring system of coal preparation plant based on cloud platform

基于上述架構(gòu)的選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程：終端節(jié)點(diǎn)部署于選煤廠各環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)感知參數(shù)連接相應(yīng)的環(huán)境傳感器，對(duì)環(huán)境信息(如溫度、濕度、粉塵、水質(zhì)等)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。路由節(jié)點(diǎn)與終端節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)無(wú)線多跳方式通信，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總處理后轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與各路由節(jié)點(diǎn)通信實(shí)現(xiàn)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連通，將數(shù)據(jù)封裝處理后通過(guò)以太網(wǎng)上傳至云平臺(tái)服務(wù)器，通過(guò)云端數(shù)據(jù)管理軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的云端存儲(chǔ)、分析與展示。

系統(tǒng)構(gòu)建無(wú)線多跳方式的通信網(wǎng)絡(luò)，可有效解決現(xiàn)有選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署不便、網(wǎng)絡(luò)覆蓋不充分、數(shù)據(jù)獲取不及時(shí)等問(wèn)題，通過(guò)節(jié)點(diǎn)多跳傳輸與匯總，實(shí)現(xiàn)各分散監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境的統(tǒng)一監(jiān)測(cè)，降低部署與維護(hù)成本?；谠破脚_(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)具有設(shè)備動(dòng)態(tài)接入、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查看、云端統(tǒng)一管理等優(yōu)勢(shì)，可使選煤廠管理人員實(shí)時(shí)了解廠區(qū)環(huán)境狀態(tài)，及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)，為管理決策提供支持。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于云平臺(tái)的選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)。綜合考慮性能、可靠性、擴(kuò)展性及成本因素，采用模塊化思想設(shè)計(jì)了基于嵌入式系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)硬件電路。

2.1 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)位于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層，同時(shí)連接ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與外部以太網(wǎng)。作為一種特殊的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)不具有環(huán)境監(jiān)測(cè)功能，但對(duì)計(jì)算、通信及存儲(chǔ)資源要求較高。其整體硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)Fig.2 Hardware structure of gateway node

為了滿足其算力需求，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的MCU選用STM32F429。該芯片具有良好的計(jì)算性能和中斷響應(yīng)系統(tǒng)，集成多種總線接口和控制器資源，可以減少外圍元件的使用，便于硬件設(shè)計(jì)及外設(shè)擴(kuò)展。

ZigBee模塊選用CC2530。該模塊具有低功耗、高可靠性特點(diǎn)，支持多種工作模式，易于開(kāi)發(fā)與部署。為了提升節(jié)點(diǎn)間傳輸距離，模塊添加了功放芯片，并外接天線。

以太網(wǎng)模塊硬件包括物理層與數(shù)據(jù)鏈路層。由于STM32F429集成了以太網(wǎng)MAC層控制器，所以外接以太網(wǎng)物理層芯片LAN8720進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的收發(fā)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信功能。LAN8720連接采用RMII (Reduced Media Independent Interface，簡(jiǎn)化媒體獨(dú)立接口)，減少接線數(shù)量。

為了提高系統(tǒng)運(yùn)行速度，同時(shí)滿足后期軟件功能升級(jí)需要，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)外接SDRAM和FLASH,以擴(kuò)展系統(tǒng)運(yùn)行和存儲(chǔ)空間。

作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換核心，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)需要實(shí)時(shí)在線，以保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)不間斷處理與傳輸。電池供電無(wú)法滿足應(yīng)用需求，需要使用有源電路。采用直流電源經(jīng)過(guò)直流穩(wěn)壓電路降壓至3.3，5 V為MCU及板載外設(shè)供電。

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發(fā)傳輸器)控制器用于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)軟件調(diào)試。

2.2 終端節(jié)點(diǎn)

終端節(jié)點(diǎn)位于感知層，主要功能是實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息感知與數(shù)據(jù)采集，其硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

MCU選用STM32F103，其具有低功耗、低成本特點(diǎn)，可提供多種類型的通信接口，滿足不同類型傳感器連接需求。ZigBee模塊選用CC2530，與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信。采用直流穩(wěn)壓電路對(duì)直流電源降壓后供電，采用UART控制器調(diào)試軟件。預(yù)留I/O接口以提高終端節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展性。

圖3 終端節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)Fig.3 Hardware structure of terminal node

根據(jù)場(chǎng)景需求，綜合功耗、精度、采樣頻率及接口類型確定傳感器選型，分別選用DHT11溫濕度傳感器、ZPH01粉塵傳感器、PH值傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)選煤廠的溫度、濕度、粉塵濃度、水質(zhì)等參數(shù)。

2.3 路由節(jié)點(diǎn)

路由節(jié)點(diǎn)位于感知層，主要對(duì)終端節(jié)點(diǎn)采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總處理，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

路由節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。ZigBee模塊選用CC2530，采用直流電源降壓后供電，配備UART控制器進(jìn)行軟件調(diào)試，預(yù)留I/O接口便于擴(kuò)展。

圖4 路由節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)Fig.4 Hardware structure of routing node

基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)如圖5所示。

(a) 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)

(c) 路由節(jié)點(diǎn)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于系統(tǒng)需求與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，感知層包括環(huán)境數(shù)據(jù)采集與無(wú)線通信軟件，網(wǎng)絡(luò)層為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸軟件，應(yīng)用層為云端數(shù)據(jù)管理軟件。

采用Z-Stack協(xié)議棧開(kāi)發(fā)節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信軟件，基于OSAL(Operating System Abstraction Layer，操作系統(tǒng)抽象層)機(jī)制實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度與事件處理。Z-Stack為符合ZigBee2007/Pro規(guī)范的開(kāi)源協(xié)議棧。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸包括網(wǎng)絡(luò)層連接與應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)層連接采用LwIP(Light Weight TCP/IP Stack，輕量級(jí)TCP/IP協(xié)議棧)。應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳輸采用MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸)協(xié)議，其為基于發(fā)布/訂閱模式的輕量級(jí)消息傳輸協(xié)議。

云平臺(tái)服務(wù)器選用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理?；贗oT Studio開(kāi)發(fā)組件化的Web可視化云端數(shù)據(jù)管理軟件。

3.1 環(huán)境數(shù)據(jù)采集軟件

環(huán)境數(shù)據(jù)采集軟件部署于終端節(jié)點(diǎn)，通過(guò)讀取各傳感器電路信息獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，流程如圖6所示。首先，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)軟硬件初始化，包括I/O、ZigBee模塊等初始化。其次，通過(guò)定時(shí)中斷讀取傳感器數(shù)據(jù)，以獲取環(huán)境參數(shù)信息。再次，通過(guò)UART端口將數(shù)據(jù)傳輸至ZigBee模塊，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址將數(shù)據(jù)上報(bào)給路由節(jié)點(diǎn)。最后，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，通過(guò)事件中斷實(shí)現(xiàn)告警。

圖6 環(huán)境數(shù)據(jù)采集流程Fig.6 Environmental data collection flow

3.2 無(wú)線通信軟件

無(wú)線通信軟件部署于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)及終端節(jié)點(diǎn)，3種節(jié)點(diǎn)分別執(zhí)行協(xié)調(diào)器、路由器及終端程序。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建并維護(hù)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，路由節(jié)點(diǎn)與終端節(jié)點(diǎn)加入該網(wǎng)絡(luò)并受網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)管理。

基于Z-Stack協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建流程：首先，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)判斷自身是否已經(jīng)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)發(fā)送信標(biāo)請(qǐng)求監(jiān)測(cè)是否存在其他協(xié)調(diào)器。如果沒(méi)有檢測(cè)到信標(biāo)則創(chuàng)建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)作為該網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器不斷發(fā)送信標(biāo)并進(jìn)行廣播。然后，掃描信道，選擇能量水平允許、相對(duì)安靜的信道，為網(wǎng)絡(luò)分配網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志符PAN_ID，也可人為預(yù)設(shè)PAN_ID。最后，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)地址，完成網(wǎng)絡(luò)初始化，等待其他節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)請(qǐng)求，至此網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建成功。

節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)流程：首先，節(jié)點(diǎn)主動(dòng)掃描信標(biāo)，查找周圍網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，同時(shí)獲取協(xié)調(diào)器的信息。然后，節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器發(fā)出連接請(qǐng)求，獲得網(wǎng)絡(luò)地址并發(fā)送狀態(tài)響應(yīng)。最后，節(jié)點(diǎn)成功加入網(wǎng)絡(luò)后回復(fù)確認(rèn)并保存協(xié)調(diào)器信息。終端節(jié)點(diǎn)可直接加入網(wǎng)絡(luò)，也可通過(guò)路由節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。

組網(wǎng)完畢后，通過(guò)OSAL為節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建任務(wù)并分配任務(wù)ID，通過(guò)輪詢方式判斷任務(wù)是否需要進(jìn)行事件處理，通過(guò)函數(shù)指針遠(yuǎn)程調(diào)用事件處理函數(shù)。

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)的ZigBee模塊通過(guò)UART端口讀取MCU的數(shù)據(jù)并發(fā)送，同時(shí)MCU通過(guò)UART端口接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。節(jié)點(diǎn)間基于網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行通信，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)以單個(gè)字節(jié)為單位，包含1個(gè)起始位和1個(gè)停止位。

3.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸軟件

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上云，前提是設(shè)備云化。首先，在云平臺(tái)創(chuàng)建產(chǎn)品并添加設(shè)備，獲取設(shè)備鑒權(quán)信息。其次，將鑒權(quán)信息與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)綁定，將物理設(shè)備映射到云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的虛擬化。再次，為設(shè)備創(chuàng)建物模型數(shù)據(jù)，將物理參數(shù)與云平臺(tái)屬性進(jìn)行綁定。最后，將網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與云平臺(tái)建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上云。

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)基于LwIP協(xié)議與阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建立連接。將網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與云平臺(tái)服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)綁定后，基于netconn接口與云平臺(tái)服務(wù)器建立TCP/IP連接，如圖7(a)所示。采用緩沖區(qū)處理TCP數(shù)據(jù)包，提高消息傳輸效率。

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)MQTT協(xié)議將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)獲取云平臺(tái)設(shè)備信息與服務(wù)器信息，計(jì)算用戶名與登錄密碼，通過(guò)HMAC-SHA1算法進(jìn)行加密處理，服務(wù)器端驗(yàn)證成功后建立連接。

根據(jù)MQTT協(xié)議特點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與云平臺(tái)服務(wù)器需通過(guò)代理實(shí)現(xiàn)消息傳遞，因此需要?jiǎng)?chuàng)建消息發(fā)布代理的主題。當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)上傳時(shí)，先將數(shù)據(jù)封裝為JSON(JavaScript Object Notation, JS 對(duì)象簡(jiǎn)譜 )格式，再通過(guò)POST請(qǐng)求將數(shù)據(jù)推送至該主題，訂閱該主題的服務(wù)器將會(huì)收到上傳的數(shù)據(jù)，如圖7(b)所示。同時(shí)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)GET請(qǐng)求接收云平臺(tái)服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)，如圖7(c)所示。

數(shù)據(jù)上傳任務(wù)通過(guò)消息隊(duì)列接收其他任務(wù)傳遞的數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)對(duì)終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)消息傳遞任務(wù)將數(shù)據(jù)添加至消息隊(duì)列，等待數(shù)據(jù)上傳任務(wù)讀取。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，輸出錯(cuò)誤信息。消息傳遞流程如圖7(d)所示。

(a) 網(wǎng)絡(luò)連接任務(wù)

(c) 數(shù)據(jù)接收任務(wù)

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為路由節(jié)點(diǎn)與云平臺(tái)數(shù)據(jù)交互的樞紐，需要處理多個(gè)復(fù)雜任務(wù)。為了提高系統(tǒng)并發(fā)性和實(shí)時(shí)性，為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)移植了μCOS-III嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，基于多任務(wù)開(kāi)發(fā)與管理，保證系統(tǒng)各功能高效運(yùn)行，同時(shí)方便系統(tǒng)功能升級(jí)。μCOS-III操作系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的高效處理及程序正確執(zhí)行。

4 系統(tǒng)測(cè)試

搭建測(cè)試平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試。各節(jié)點(diǎn)通電后運(yùn)行，連接阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)選煤廠環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)、分析與可視化展示。監(jiān)測(cè)界面如圖8所示，可展示溫度、濕度、PM2.5濃度、水質(zhì)酸堿度等參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)環(huán)境參數(shù)異常信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于專項(xiàng)管理，滿足實(shí)際監(jiān)測(cè)需求。

圖8 選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)界面Fig.8 Environmental monitoring platform of coal preparation plant

云平臺(tái)設(shè)備管理界面如圖9所示。通過(guò)該界面可在云平臺(tái)實(shí)時(shí)查看設(shè)備狀態(tài)、當(dāng)前參數(shù)及告警信息，便于節(jié)點(diǎn)管理。

圖9 云平臺(tái)設(shè)備管理界面Fig.9 Device management interface on cloud platform

5 結(jié)語(yǔ)

從選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)的特殊性及實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)了基于云平臺(tái)的選煤廠環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用模塊化思想構(gòu)建了基于嵌入式系統(tǒng)的無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，包括終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了選煤廠現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)發(fā)、處理與上傳，成本較低，組網(wǎng)靈活，易于擴(kuò)展。系統(tǒng)提供基于云平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理軟件，可對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與可視化展示，實(shí)現(xiàn)了選煤廠環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與告警、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，為選煤廠綠色生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)支撐。