摘要：针对传统监控系统的监控质量较低的问题，提出基于物联网的海外施工塔群监控系统设计研究。在系统的硬件方面设计了物联网协调器、无线传感器、电源等硬件设备，以此实现了系统的硬件设计；在系统的软件方面通过物联网、数据库、云计算等技术的应用，完成对海外施工塔群数据的采集、处理、分析，以此实现了基于物联网的海外施工塔群监控系统设计。经过对比实验，证明了基于物联网的海外施工塔群监控系统其监控数据完整度更高。
关键词：物联网；海外施工塔群；无线传感器
Design of Monitoring System for Overseas Construction Tower Group Based on Internet of Things
Abstract: Aiming at the problem of low monitoring quality of traditional monitoring systems, this paper proposes the design and research of monitoring systems for overseas construction towers based on the Internet of Things. Designed the hardware of the system, such as the IoT coordinator, wireless sensors, and power supplies, in order to achieve the system's hardware design. The software of the system was completed through the application of technologies such as the Internet of Things, databases, and cloud computing. The data collection, processing, and analysis of the construction tower group realized the design of an overseas construction tower group monitoring system based on the Internet of Things. After comparative experiments, it is proved that the new monitoring system based on IoT has significantly better performance than traditional method.
Keywords: Internet of Things; overseas construction tower groups; wireless sensors
0引言
物联网作为一种先进的网络技术，将传统虚拟化的互联网进行改变，实现了人与人、物与物、物与人的联络。物联网具有复杂的网络结构，并且形式多变，根据物联网的功能作用，可以将物联网网络结构划分为应用层、网络层、感知层，以此组成物联网特有的结构体系，其中感知层是物联网的核心部分，它是由多种硬件设备构成，例如无线传感器、信息识别器、DFIJ读写器、微型摄像设备等，利用这些硬件设备获取互联网络中的信息数据，主要负责数据的采集；网络层在物联网中属于信息传输网络构成的层面，感知层对应的是实际物体，而网络层对应的是互联网，主要负责将感知层采集的信息通过互联网传递给应用层，网络层在物联网中相当于人体的神经系统，以互联网或者电信网作为信息通道，实现信息的实时传递；应用层在物联网中相当于人体的大脑，主要负责物联网中数据的处理、分析、转换、汇总等，应用层属于一个应用平台，涉及到的主要技术有云计算、大数据、数据挖掘等。物联网由于具有强大的数据采集、处理、分析功能，目前已经被应用到各个领域中[1]。随着建筑行业的快速发展，海外施工塔群的远程监控是确保海外施工现场安全的重要途径，传统的监控系统由于控制效率、精度较低，已经无法满足海外施工塔群监控需求，所以此次运用物联网技术设计了一种新的海外施工塔群监控系统，为海外施工现场的安全提供了有效保障。
1基于物联网的海外施工塔群监控系统硬件设计
1.1物联网协调器设计
物联网协调器在海外施工塔群监控系统中具有两个功能，一是负责海外施工塔群网络通讯的控制，二是负责通讯网络协议与互联网协议的转换。物联网协调器是海外施工塔群网络通讯控制的核心硬件设备，物联网协调器对系统运行网络的组网、节点入网、节点退网、数据的流向都起着重要的决定性作用[2]。并且，系统通讯过程中传输各节点的信息都必须先经过物联网协调器，通过物联网协调器对节点信息的转换才能使数据传输到网络中。互联网的数据要想进入系统也必须经过物联网协调器的转换，以此才能传输到系统的各个节点，实现系统对海外施工塔群网络节点的控制。此次设计的物联网协调器主要任务是管理系统的网络通讯，转换各个网络节点信息。当节点信息进入到系统中，物联网协调器通过对物联网中获取的节点信息进行转换即可实现对各个网络节点的监控。物联网协调器作为监控海外施工塔群监控系统的控制中枢，其性能的优良将直接影响系统对海外施工塔群的监控效果。所以此次设计的物联网协调器对海外施工塔群网络通讯的管理主要包括：物联网节点的入网管理、海外施工塔IP分配、时隙控制、监控机制管理、网关管理、路由数据管理、网关协议定义等功能。此次所选取的协调器型号为J9K7-YUU-366，数据宽度设置为24bit，内存宽度设置为256MB，海外施工塔群监控系统使用的数据量共6G bit，以此满足系统对海外施工塔群监控通讯需求。
1.2无线传感器设计
无线传感器主要负责海外施工信息的采集。无线传感器是基于物联网的海外施工塔群监控系统的基础硬件设备，系统所有监控功能的实现都是在无线传感器采集数据的基础上进行的，所以无线传感器对系统的监控质量具有重要作用[3]。无线传感器由读卡器和电子标签两部分组成，系统首先通过读卡器读写出无线传感器群发射出的射频信号，海外施工塔群磁场范围内的电子标签接收到射频信号，电子标签将接受的信号以相应的频率发射出去，最后读卡器再对其进行接收并且对信号进行解码，无线传感器将解码后的数据再发送到物联网协调器，经过物联网协调器转换发送至计算机通信网络，以此实现无线传感器对海外施工塔群数据的采集。选取的无线传感器是由三星公司出产的YGH663型号传感器，该传感器内置集成8个Hortex-G7内核处理器，最高运行频率可达2.3G，具有强大的数据采集能力和运算能力。无线传感器的安装位置以及安装数量要根据海外施工现场情况而定，以此保证采集到的海外施工塔群数据的质量。
1.3电源设计
在海外施工塔群监控系统中，电网的电压可能会存在不稳定，或者有毛刺干扰等问题，所以在系统的电源设计时要考虑到外界干扰的因素，将系统电源外界干扰因素全部排除掉，为系统的正常运行提供稳定的电源环境，所以此次采用开关电源的设计准则来对系统的电源进线合理设计，当电网电压处于动态变化时系统也能保持相对稳定的运行状态，图1为基于物联网的海外施工塔群监控系统开关电源电路图。
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图1基于物联网的海外施工塔群监控系统开关电源电路图
正常情况下，系统的输入电流为220V，开关电源芯片采用HJK001，系统电源的变压器采用高频变压器，电源电压范围为交流200V~240V，该电源基本能满足系统各个硬件设备的电流和功率需求。
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图2传感器物联网结构图
2基于物联网的海外施工塔群监控系统软件设计
2.1海外施工塔群数据采集
基于物联网的海外施工塔群监控系统主要是由多个无线传感器负责采集海外施工塔群数据，但是由于无线传感器设备的资源受限，并且每个无线传感器在对数据采集过程中所执行的网络协议有所不同，这样会影响到系统对数据的计算能力，增加系统的计算压力，并且也会导致物联网的网络结构更加复杂[4]。所以此次将海外施工塔群数据采集部分设计成一个由无线传感器与互联网构成的互联网，由该物联网完成海外施工塔群数据采集。图2为传感器物联网结构图。
Gateway代表无线传感器网关数据接收部分，负责接收来自不同传感设备的海外施工塔群数据，Gateway会根据不同的传感网络配置文件；Controllers与Gateway的工作是相互配合的，负责对各个传感器的控制；Device代表安装在海外施工塔群的无线传感器；ZigBee表示无线传感器的网络接口，为了统一协调各个传感器的数据采集工作，将所有的接口统一为ZigBee接口，Device依赖该接口实现海外施工塔群数据的采集。
2.2海外施工塔群数据处理与存储
当运用物联网完成对海外施工塔群数据的采集后，需要对数据进行处理，将数据的格式进行统一，数据的处理是随海外施工塔群监控需求而不断变化的，然后由物联网协调器进行转换和解码，转换完成后将其储存到系统的数据库中。下表为解码处理后的海外施工塔群数据。
表1海外施工塔群数据库数据类型表
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2.3实现海外施工塔群监控
当海外施工塔群数据完成解码处理后，对系统数据库中的数据进行分析，对于数据分析采用云计算技术，云计算技术能够实现系统的安全智能分析与商务智能分析，其中安全智能分析包括海外施工塔群安全评价、海外施工塔群信息安全、海外施工设备安全评价，而商务智能分析包括海外施工塔群施工调度评价、施工进度评价等[5]。云计算技术能够对大量的海外施工塔群数据进行同时分析，并与数据库中的标准数据进行对比，从中分析出海外施工塔群是否处于正常工作状态，如果分析出海外施工塔群出现故障，云计算会计算出海外施工塔群最合理的工作流程，并将其传送给系统，由系统向海外施工塔群发布指令，以此实现了基于物联网的海外施工塔群监控。
3对比实验
3.1实验准备
上述分析从理论上说明了基于物联网的海外施工塔群监控系统的合理性，下面通过对比实验，验证该系统的实用性。运用本文设计系统与传统系统对海外某一施工塔群进行监控，通过对比两者的监控数据完整度，验证系统的可行性。
3.2实验结果与分析
使用两个系统同时对施工塔群进行监控，并将根据监控数据完整度绘制如下图3对比。
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图3 海外塔群监控数据完整度对比图
由图3可以看出，经过多次实验，设计的监控系统其监控数据的完整度远高于传统监控系统，由此证明了本文所阐述的设计方法的有效性。
4结束语
此次此次是指什么？将物联网应用到海外施工塔群监控工作中，设计了一种基于物联网的海外施工塔群监控系统，该系统具有完整的网络通讯结构，能够对海外施工塔群的施工数据进行实时采集、处理和分析，为海外施工现场的安全提供了良好的安全保障。
参考文献
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[3] 范蓓蕾,史云,张保辉,等. 支持多源感知数据集成的奶牛场物联网监控系统设计[J]. 中国农业信息,2018,30(05):58-67.
[4] 葛聪乐,车进,田斌,等. 基于OpenWrt与ZigBee的远程分布式物联网监控系统设计[J]. 传感器与微系统,2019,38(10):70-72+75.
[5] 李艳娇,李莉,罗汉文,等. 基于窄带物联网技术的路灯监控系统的设计与实现[J]. 上海师范大学学报(自然科学版),2019,48(01):26-32.
论文作者:彭飞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/8
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