原永平

摘要：傳統(tǒng)的壓實機(jī)械依靠人工管理，效率低下。對此，一種基于物聯(lián)網(wǎng)的壓實機(jī)械遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)將嵌入式技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)和GPRS通信技術(shù)等技術(shù)融合在一起，構(gòu)建了車載控制終端與后臺管理系統(tǒng)。車載控制終端對壓實機(jī)械的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實時采集、計算，并發(fā)送至后臺管理系統(tǒng)。后臺管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)的處理結(jié)果直觀的顯示在Internet網(wǎng)絡(luò)上。用戶根據(jù)權(quán)限進(jìn)行Web訪問，掌握壓實機(jī)械工作狀態(tài)的實時信息。并根據(jù)機(jī)器的工作情況，反向的向機(jī)器下發(fā)不同的指令，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 嵌入式技術(shù) GPS衛(wèi)星定位技術(shù) GPRS通信技術(shù)

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1007-9416（2014）12-0001-02

1 引言

作為工程機(jī)械的典型產(chǎn)品壓實機(jī)械，目前國內(nèi)對于它的監(jiān)控與管理大多仍是依靠現(xiàn)場人員，即使一些壓實機(jī)械已經(jīng)加裝了監(jiān)控裝置，也存在監(jiān)控功能單一，實時性不強(qiáng)等問題。

為了解決上述問題，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的普及與應(yīng)用，在西咸北環(huán)線高速公路建設(shè)過程中應(yīng)用了一種壓實機(jī)械的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)簩崣C(jī)械的實時狀態(tài)展示在Internet網(wǎng)上，管理人員根據(jù)反饋情況向前端發(fā)送指令，實施遠(yuǎn)程控制。不但可以提高施工質(zhì)量，縮短了施工周期，還優(yōu)化了整個項目資源的配置，為承建單位帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)流程

如圖1所示，該系統(tǒng)主要由兩部分組成：車載控制終端和后臺管理系統(tǒng)。車載控制終端又包括數(shù)據(jù)采集模塊、電源模塊、微處理器和無線通信模塊。電源模塊與車載電瓶連接，為整個車載控制終端供電能；數(shù)據(jù)采集模塊與壓實機(jī)械的信號控制單元連接，采集壓實機(jī)械的關(guān)鍵參數(shù)信號，并將信號數(shù)據(jù)傳送到微處理器進(jìn)行初步處理；無線通信模塊把處理后的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至后臺管理系統(tǒng)的服務(wù)器。后臺管理系統(tǒng)主要包括WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，采用B/S構(gòu)架。后臺管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、整理和顯示。管理人員根據(jù)不同的權(quán)限進(jìn)行客戶端或網(wǎng)頁訪問，實時監(jiān)測壓實機(jī)械的信息，了解其當(dāng)前工作狀態(tài)。

管理人員通過客戶機(jī)查看機(jī)器的工作狀態(tài)和運(yùn)行軌跡，可以提前給操作人員發(fā)送相關(guān)指令，實現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮；當(dāng)操作人員違規(guī)操作時，后臺會發(fā)出報警，管理人員會根據(jù)報警內(nèi)容給現(xiàn)場人員發(fā)送信息，提示其修改操作；對多次違反規(guī)定的機(jī)器，可以遠(yuǎn)程鎖機(jī)，使操作人員必須改正處理，管理人員才會解除鎖車狀態(tài)，使機(jī)器恢復(fù)正常工作。

3 車載控制終端

車載控制終端涉及了單片機(jī)、GPS衛(wèi)星、嵌入式系統(tǒng)等多個的領(lǐng)域，結(jié)合了CAN總線和GPRS等通信技術(shù)，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊、電源模塊四個部分，如圖2所示。

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊包括CAN總線通訊模塊與GPS定位模塊，CAN總線通訊模塊既與壓實機(jī)械的CAN總線控制器、微處理器相連。該模塊接收壓實機(jī)械CAN總線上的壓實機(jī)械的工作狀態(tài)信息（如ACC點火信號，激振強(qiáng)弱信號，鎖車控制信號等），并將接收到的信息傳輸給微處理器；同時微處理器可以反向把指令信息傳送給壓實機(jī)械CAN總線控制器，從而控制壓實機(jī)械。GPS定位模塊接收GPS衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，通過定位數(shù)據(jù)分析計算可以得出壓實機(jī)械的工作位置和行駛速度。本系統(tǒng)綜合考慮GPS定位模塊的通信協(xié)議、技術(shù)參數(shù)等因素，采用MTK公司生產(chǎn)的MT3336 GPS片上系統(tǒng)芯片作為GPS定位模塊。GPS定位模塊通過UART接口與微處理器實現(xiàn)通信，為了獲得更好的衛(wèi)星信號接收效果，還可以加裝外接天線。

3.2 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理器與外圍電路，其中微處理器是核心關(guān)鍵部分，本系統(tǒng)采用的是MTK公司的MT6260D微處理器，這是一種ARM嵌入式處理器。MT6260D內(nèi)部集成了的電源管理單元、模擬基帶和無線電路，將GPS定位模塊和GPRS通信模塊集成在同一塊板上。其內(nèi)部使用的ARM7EJ-S內(nèi)核，采用的是馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)與指令使用同一條總線。它有一條5級流水線，執(zhí)行ARMv5TEJ指令，可以提供java加速和增強(qiáng)指令，廣泛應(yīng)用于嵌入式處理器。眾所周知，一個嵌入式芯片想要實現(xiàn)自己的功能，還需要必要的外圍電路給它提供基本的工作條件，其中包括供電系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、復(fù)位系統(tǒng)、存儲芯片以及調(diào)試接口[2]。數(shù)據(jù)處理模塊不僅要和數(shù)據(jù)采集模塊之間進(jìn)行通信，以便實時獲取車輛的工作參數(shù)，而且還要與無線通信模塊之間進(jìn)行通信，將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到無線通信模塊或反向接受數(shù)據(jù)。此外，數(shù)據(jù)處理模塊除了要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理以適應(yīng)GPRS的傳輸要求，還要初始化無線通信模塊、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等。

3.3 無線通訊模塊

無線通訊模塊主要由GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和GSM無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊組成。

GPRS是通用無線分組業(yè)務(wù)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，具有通訊便宜，傳輸速率高，永遠(yuǎn)在線的優(yōu)點。MT6260D微處理有Linux嵌入式操作系，該操作系統(tǒng)采用PPP協(xié)議控制GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊與CPU的通信。在PPP協(xié)議的控制下，微處理器可以把初步處理過的壓實機(jī)械的參數(shù)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)流的形式通過RS-232串口連接到GPRS模塊上，再經(jīng)過天線發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)上，然后根據(jù)TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)化為IP數(shù)據(jù)，最后發(fā)送到后臺管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器里。后臺管理系統(tǒng)下達(dá)的指令以同樣的路徑，反方向傳輸?shù)杰囕d控制終端的GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，進(jìn)而通過串口使微處理器做出響應(yīng)。

GSM無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊與微處理器相連，并與GMS通訊網(wǎng)絡(luò)相通。微處理器中存儲各級管理人員的電話號碼，當(dāng)壓實機(jī)械發(fā)生超速或斷電停機(jī)等非正常狀況時，GSM無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊會通過GSM網(wǎng)絡(luò)給相關(guān)管理人員的手機(jī)發(fā)送短信，通知其壓實機(jī)械現(xiàn)在出現(xiàn)的問題，從而提醒相關(guān)人員去查詢與解決問題。

4 后臺管理系統(tǒng)

后臺管理系統(tǒng)既有硬件設(shè)備又有軟件設(shè)計，二者相互結(jié)合完成對壓實機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的實時監(jiān)控。硬件設(shè)備主要包括WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器；軟件的設(shè)計采用目前流行的B/S結(jié)構(gòu)，編程語言為Java語言。

B/S是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起在C/S結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)改進(jìn)而來的，該軟件體系主要依賴于瀏覽器和服務(wù)器[3]。后臺管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、存儲、分類，將接收到的數(shù)據(jù)通過ODBC接口存入數(shù)據(jù)服務(wù)器中的SQL數(shù)據(jù)庫。各個管理人員從客戶機(jī)登錄到WEB服務(wù)器相應(yīng)的IP地址后，根據(jù)不同的權(quán)限訪問操作頁面上的數(shù)據(jù)、圖像、視頻點播等信息，這些信息都是由許許多多的WEB服務(wù)器產(chǎn)生的，而每一個WEB服務(wù)器又可以通過各種方式與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接?？蛻舳顺薟WW瀏覽器，一般無須任何用戶程序，只需從WEB服務(wù)器上下載程序到本地來執(zhí)。在下載過程中若遇到與數(shù)據(jù)庫有關(guān)的指令，由WEB服務(wù)器交給數(shù)據(jù)服務(wù)器來解釋執(zhí)行，并返回給WEB服務(wù)器，WEB服務(wù)器又返回給客戶機(jī)。這樣用戶就可以在任何地方，通過客戶機(jī)對壓實機(jī)械的實時信息進(jìn)行查詢、監(jiān)測、分析診斷各種情況，并進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮和控制。

5 結(jié)語

本文從高速公路施工中的具體需求出發(fā)，提出并設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的壓實機(jī)械遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了嵌入式技術(shù)、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)和GPRS通信技術(shù)在具體運(yùn)用中的關(guān)鍵難題，從而使管理人員通過后臺管理系統(tǒng)直觀的了解到壓實機(jī)械的具體狀態(tài)，做到了實時可靠的遠(yuǎn)程控制，提高了管理單位的科學(xué)化、規(guī)范化管理水平。

參考文獻(xiàn)

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