第3章 传感器技术《物联网技术与实践》 (1).pdf
《第3章 传感器技术《物联网技术与实践》 (1).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第3章 传感器技术《物联网技术与实践》 (1).pdf(10页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 物联网技术与实践 作者:华清远见 第第 2 章章 国内外物联网应用现状与愿景国内外物联网应用现状与愿景 本章简介 第 1 章我们介绍了物联网的概念,并对物联网架构进行了简要的介绍。本章将从物联网的实际应用出发,详细介绍国内外一些典型的物联网实践,借此让大家对物联网有个更深入的认识。 专业始于专注 卓识源于远见 2 2.1 国内物联网应用的典型案例 2.1.1 广东虎门大桥组合式收费系统 广东虎门大桥位于珠江入海口,是一条连接珠江三角洲东西两翼、日均车流量 3 万辆次的交通枢纽。 为了提高通行效率,特别是为公共汽车等经常往返的固定线路运营单位提供更加方便、快捷的服务,在虎 门大桥收费主站的两个
2、方向各安装了一条 ETC 车道,并辅以 MTC 车道和“两片式标签+双界面 CPU 卡” 结构的车载单元,形成以采用开放收费机制的组合式收费系统。 1系统结构 虎门大桥的收费广场为双向 32 车道(每个方向 16 车道) 。其中,内侧 16、17 车道为军、警专用无障 碍免费车道;15、18 车道为 ETC 车道;14、19 车道为 MTC 人工备用车道,是在原有现金和非接触 IC 卡 收费车道基础上增加组合式收费系统的非接触刷卡终端而成的(该新增终端与原有非接触 IC 卡终端不兼 容) ;外侧 113 和 2032 车道仍采用原有现金或非接触 IC 卡刷卡方式收费。 组合式收费系统的软硬件总
3、体模板包含收费车道、收费站和管理中心 3 个层次,而以硬盘录像机为核 心的车道监控系统则为一个独立于收费系统且纵贯收费车道、收费站和管理中心和车道监控系统。 (1)收费车道。与组合式收费有关的收费车道为 ETC 车道和 MTC 人工备用车道,其中 ETC 车道包 含车道计算机、车道控制器、天线与天线控制器、自动栏杆、车辆检测器、车道通行灯、费额显示器和声 光报警器等;MTC 车道则是在不做任何改动的原有收费车道上增加两台专用非接触 IC 卡读卡器(收费终 端)而成,以充分利用车道原有设施。 (2)收费站。进行收费和车流数据的通信、保存和查询,包括收费站服务器、管理工作站和各种数据 传输接口等。
4、 (3)管理中心。进行数据汇总和与用户服务有关的账户管理、密钥管理及 IC 卡与标签的发放等工作, 包含中心服务器、用户工作站和发卡机等。 (4)车道监控系统。字符叠加器将车道计算机提供的收费数据等信息,叠加显示于车道摄像机。重新 插入信息传输卡,再次导入信息,标签才生效。 2运营模式 运营模式及特点有以下 3 点: (1)双界面 CPU 卡(记账卡)和标签由虎门大桥有限公司发行,用户在申请办理时,需交纳一定数 量的保证金,以降低管理方运营风险;同时给用户一定优惠,以弥补其预付金的利息损失。 (2)用户将记账卡插入安装于车辆挡风玻璃上的标签,即可在 ETC 专用车道享受不停车收费服务;当 ET
5、C 车道进行故障维护时,可拔卡在 MTC 备用车道的非接触读卡机上“刷卡”付费,从而保证系统运行 的可靠性。 (3)后台结算系统处理每天的收费数据、打印报表,并在规定的时间段内统计用户的通行费,从用户 账户划转。 2.1.2 黑龙江智能农业系统 1系统概述 黑龙江智能农业系统通过安装空气温湿度、光照度、土壤温度、土壤湿度等传感器实时监测农业现场 内的环境参数,之后由程序后台进行分析,与事先设置的系统规则进行对比,从而智能启动通风设施和滴 灌设施,实现农业的精细化管理。 系统部署的主要设备有:光照传感器、空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、前置 机、边缘网关、控制执行设备、3G 无
6、线网络传输设备等。 2系统功能 专业始于专注 卓识源于远见 3 该智能农业系统包含 3 套功能子系统,以网页形式提供给用户使用,下面分别介绍。 1)用户操作子系统 本子系统实现的功能有以下 6 点。 (1)用户登录时的身份验证功能。只有输入正确的用户名和密码才可以登录并使用该系统。 (2)视频功能。系统能够显示现场布置的各摄像头中的内容,并可以远程控制摄像头。 (3)报警功能。能够判断各类数据是否在正常范围内,如果超出正常范围,则报警提示,并填写数据 库中的错误日志。 (4)报警处理功能。用户如果已经注意到某报警,可以标记报警提示,系统会在数据库中记录为已处 理。 (5)智能展示功能。可以直观
7、地展示传感器采集的数据,包括实时显示现场温湿度等数据的分布和每 种数据的历史数据。 (6)阈值设置功能。可以设置各种传感器的阈值,即上下限,系统判断数据的合法性即根据此阈值。 2)用户管理子系统 本子系统实现的功能有以下 3 点。 (1)用户登录时的身份验证功能。只有输入正确的用户名和密码才可以登录并使用该网站。 (2)用户密码管理。提供用户修改当前设置的密码的功能。 (3)查看授权设备。提供用户查看自己被授权设备清单的功能。 3)系统管理子系统 本子系统实现的功能有以下 4 点。 (1)客户管理。主要包括以下几方面。 添加客户:必须通过业务管理平台添加后,客户才有权利进入视频监控系统。客户注
8、册信息是通过邮 件获取,密码皆为 MD5 加密,管理员无法获得客户密码。对于违约和未缴费客户,管理员可以通过设置 客户进入黑名单,禁止该客户登录平台。取消黑名单,该客户可以再次进入系统。 删除客户:客户被删除后,则不能再登录到视频监控系统。 在线客户:管理员可以查询出哪些客户在线,统计客户的在线信息,以方便运营和管理。 (2)设备管理主要包括以下几方面。 添加设备:必须通过业务管理平台添加后,设备才有权利进入视频监控系统。 删除设备:设备被删除后,则不能再注册到视频监控系统。 在线设备:管理员可以查询哪些设备在线,统计设备的在线信息,以方便运营和管理。 (3)设备权限主要包括以下几方面。 客户
9、和设备建立权限:客户和设备原本没有权限关系,若客户要远程查看某一设备的信息,必须先获 取授权才行。 客户和设备权限改变:客户和设备之间有多种权限,系统默认对视频设备只有视频连接和查看远程录 像的权限。系统支持默认的权限定义,企业可以根据实际情况选择默认权限。管理员和私有设备所属客户 可以对已经授权设备进行不同权限设备设置,以更好和更安全地控制远程设备。 删除设备权限:对于违约或者未缴费客户,管理员可以删除他们对栽设备的权限。删除后,若客户正 在观看该设备,会立即被停止连接。 (4)会话管理。可强制断开会话,管理员可以通过这一功能实现异常连接或者错误客户的连接。 3系统架构 本系统主要分为农业大
10、棚现场、数据传感器、控制系统和业务平台四层架构。 农业大棚现场主要负责现场环境参数的采集和设备智能控制,数据采集主要包括农业生产所需的光 照、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤含水量等数值。 数据传感器的数据上传采用无线 ZigBee 模式,具有部署灵活、扩展方便等优点,用户访问采用 3G 无 线访问方式。 控制系统由边缘网关、 执行设备和相关线路组成, 通过边缘网关可以自由控制各种农业生产执行设备, 包括喷水系统和空气调节系统等。 专业始于专注 卓识源于远见 4 业务平台负责功能展示,主要功能包括视频监测、空间/时间分布、历史数据、错误报警和远程控制五 个方面。 2.1.3 中关村软件园智能
11、楼宇系统 中关村智能楼宇节能改造项目是结合 IPv6 技术和物联网技术的楼宇节能项目, 通过改造照明系统、 空 调系统来挖掘节能潜力。当今楼宇中,空调是电耗大户,而长明灯现象也随处可见,因此,解决上述两种 能源的浪费将极大地促进节能减排的实施及其目标的实现。 为满足中关村软件园绿色环保、智能控制的迫切需求,天地互连充分利用其自身优势和在业界的领导 地位,联合数十家国内外知名企业、大学、研究机构、组织,充分发挥产学研用的优势和互补性,在软件 园部署实施了集成网络设备、无线传感器、照明及控制设备、楼宇空调控制设备、智能电表、IP 摄像机、 平台模块、数据测量、可视化软件等代表当前世界最先进水平的通
12、信、网络、硬件、软件等产品及综合解 决方案,如图 2-1 所示。 图 2-1 中关村软件园智能楼宇系统示意图 1走廊、电梯间的照明系统改造 将传统照明器具替代为目前最先进的 LED 照明设备,亮度为原来的两倍而输出功率只有原来的 1/3, 大幅减少了耗电量。同时,配以高效稳定的照明控制设备,通过红外人感无线传感器实时感应人流变动和 光线亮度,然后再根据系统预设的阈值进行判定,及时自动控制灯具开关,改变了以往 24 小时长明状态, 有效降低了电耗,避免了不必要的能源流失。照明系统改造中涉及的设备主要有:光照传感器、人感传感 器、电流传感器、采集控制一体设备、网络设备等。 2机房的空调系统改造 对
13、于机房的空调系统改造,要求能够保持机房 24 小时恒温恒湿(按照规定的温湿度)状态,同时有 效实现耗电量的减少。通过在机房关键位置部署灵敏可靠的温湿度无线传感器和无线接收机来收集相关数 据,将无线接收机接收的数据发送给 BACNet 网关,BACNet 网关将数据解析上传至互联网供用户访问或 控制。空调主板上安装智能控制芯片,通过 485 通信线缆连接至 BACNet 网关。在已改造的空调供电线路 中安装智能电表,实时监测空调能耗并通过 BACNet 网关上传至互联网。而空调控制设备通过网关及时进 行通信,实现空调数字自动化和智能优化控制,对耗电量比重约为 1/2 的机房用电量的减少发挥了重要
14、作 用。空调系统改造中涉及的设备主要有:温度传感器、湿度传感器、接收机、BACNet 网关、智能电表等。 楼宇改造照明系统示意图如图 2-2 所示。 图 2-2 楼宇改造照明系统示意图 3技术亮点 专业始于专注 卓识源于远见 5 该系统的技术亮点如下。 (1)基于 IPv6 技术:确保网络高速有效、安全可靠。 (2)智能控制:通过各种传感器和控制设备,可及时有效监控,实现智能管理。 (3)数据采集:及时精准采集各种数据,为制订应对策略提供实时参考信息。 (4)统计计量:通过智能电表实现远程抄表,避免产生不必要的管理运营成本。 (5)远程操作:无须亲临现场也可有效分析,轻松实施各种应对策略。 (
15、6)可视化操作界面:人性化界面实时掌控最新动态。 2.2 国外物联网应用典型案例 2.2.1 Perma Sense 项目 在法国和瑞士之间的阿尔卑斯山,高拔险峻,伫立在欧洲的北部。高海拔地带累积的永久冻土与岩层 历经四季气候变化与强风的侵蚀,积年累世所发生的变化常会对登山者与当地居民的生产和生活造成极大 影响,要获得这些自然环境变化的数据,就需要长期对该地区实行监测。但该地区的环境与海拔,也决定 了根本无法对它以人工方式实现监控。在以前,这一直是一个无法解决的问题。 但不久前,一个名为 Perma Sense Project 的项目使这一情况得以改变。Perma Sense Project
16、计划希望通 过物联网中的无线感应技术的应用,实现对瑞士阿尔卑斯山地质和环境状况的长期监控。监控现场不再需 要人为的参与,而是通过无线传感器对整个阿尔卑斯山脉实现大范围深层次监控,监测包括:温度的变化 对山坡结构的影响及气候对土质渗水的变化。参与该计划的有瑞士的巴塞尔大学、苏黎世大学与苏黎世联 邦理工学院,他们派出了包括计算机、网络工程、地理与信息科学等领域专家在内的庞大研究团队。据他 们介绍,该计划将物联网中的无线感应网络技术应用于长期监测瑞士阿尔卑斯山的岩床地质情况,所收集 到的数据除可作为自然环境研究的参考外,经过分析后的信息也可以用于山崩、落石等自然灾害的事前警 示。熟悉该计划的人透露,
17、这项计划的制订有两个主要目的:一是设置无线感应网络来测量偏远与恶劣地 区的环境情况;二是收集环境数据。了解环境变化过程,将气候变化数据用于自然灾害监测。 2.2.2 国外车联网应用案例 FleetNet 是一个由欧洲多家汽车公司、电子公司和大学参与的合作项目,主要合作者有 NEC 公司、 DaimlerChrysler 公司、Siemens 公司和 Mannheim 大学。该项目利用无线多跳自组织网络技术实现无线车 载通信,能够有效提高司机和乘客的安全性和舒适性。 FleetNet 的设计目标包括实现近距离多跳信息传播及为司机和乘客提供位置相关的信息服务。在该项 目中,位置信息起着重要的作用。
18、一方面,它本身是 FleetNet 一些应用的基本需求,另一方面,也能使得 通信协议更有效地运作。 NEC欧洲实验室和Mannheim大学为车载网络设计了基于位置的路由和转发算法, 然后基于该算法实现了一个基于位置的车-车通信路由器。研究人员建立了一个由 6 辆车组成的实验网络, 其中每辆车装备了一个 GPS 接收器、一个 802.11 无线网卡及一个车-车通信路由器。另外,每辆车还装备 了一个 GPRS 接口,这样可以实现对自组织网络中的每辆车进行实时监控。 CarTalk 是欧洲的一个司机辅助系统研究项目。该项目利用车-车通信技术为移动中的车辆建立一个移 动自组织网络,从而帮助增强道路系统
19、的安全性。例如,当一辆车刹车或者检测到危险的道路状况时,它 会给后方车辆发送一个警告消息。即使在前方有其他车辆遮挡,更后方的车辆也能够尽早地得到警告。这 个系统也能够帮助车辆更安全地驶入高速公路和驶离高速公路。 California Path 是加州大学伯克利分校发起的一个关于智能交通系统的综合性研究项目。 该项目始建于 1986 年,主要由伯克利分校的交通研究学院负责管理,同时也和加州交通部有密切的合作关系。California Path 致力于运用前沿技术解决和优化加州道路系统存在的问题,其主要关注于 3 个方面的研究: (1)交通系统运筹学研究。研究方向包括车流管理、旅行者信息管理、监控
20、系统、数据处理算法、数 据融合和分析等。 专业始于专注 卓识源于远见 6 (2)交通安全研究。研究内容包括十字路口协同安全系统研究、司机行为建模、工人与行人相关的安 全研究等。 (3)新概念应用研究。该研究致力于发现、验证在公共交通系统中的新概念和方法,以帮助减少交通 系统的阻塞,提高公共交通的出行效率。 2.3 物联网应用愿景 2.3.1 物联网与智能家居 智能家居又称智能住宅,英文名称为“Smart Home” 。智能家居是一个以住宅为平台、安装有智能家 居系统的居住环境。智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、 音视频技术将家居生活有关的设备集成。 智能
21、家居至今在中国已经历了近 10 年的发展,从人们最初的梦想到今天真实地走进生活,经历了一 个艰难的过程。 提到智能家居,人们立刻会联想到网络。冰箱上网、洗衣机上网、电视机上网、微波炉上网无一 不高举智能家居大旗,宣称网络家电可以使生活达到全数字化,让人们感到轻松方便。实际上,智能家居 并不止是这些。在国内,智能家居不是一个单独的产品,也不是传统意义上的“智能小区”概念,而是基 于小区的多层次家居智能化解决方案。它综合利用计算机、网络通信、家电控制、综合布线等技术,将家 庭智能控制、信息交流及消费服务、小区安防监控等家居生活有效地结合起来,在传统“智能小区”的基 础上实现了向家庭的延伸,创造出高
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传感器 技术 联网 实践
限制150内