一、物聯網技術改變工業
以感知和智能為特征的新技術的出現和相互融合，使得未來信息技術的發展由人類信息主導的互聯網向物與物互聯信息主導的物聯網轉變。物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用無線通信、傳感器、RFID等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的"Internet of things" ,“物聯網”被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮。業內專家認為，物聯網可以提高經濟效益，大大節約成木，為全球經濟的復蘇提供技術動力。目前，美國、歐盟等都在投入巨資深入研究探索物聯網。我國也正在高度關注和重視物聯網的研究。
物聯網發展離不開應用，未來一定是結合各個行業應用來發展。而向工業自動化的工業互聯網技術是物聯網的關鍵組成部分。物聯網將大大加快了工業化進程，顯著提高了人類的物質生活水平，促進了企業生產和經營管理模式的改變。
而向工業自動化的物聯網技術是以泛在網絡為基礎、以泛在感知為核心、以泛在服務為目的、以泛在智能拓展和提升為目標的綜合性一體化信息處理技術。所謂泛在網絡，主要是指工廠范圍內泛在的物物互聯網絡，實現對生產活動的時間和空間維度管理的拓展，顯著提高了物流管理的實時性和可追溯性，對生產管理產生的影響將是巨大的。。
二、基于物聯網的礦井溫、濕度檢測系統整體介紹
基于物聯網的礦井溫、濕度檢測系統，包括由若干個測量節點組成的無線傳感網絡和監測裝置，所述監測裝置包括基站節點和監控終端設備，所述每個測量節點包括溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee 協議射頻收發器和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器和ZigBee 協議射頻收發器分別與微處理器相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測到的溫度、濕度信息發送給微處理器進行處理后通ZigBee 協議射頻收發器發送給基站節點，所述基站節點接收并存儲無線傳感網絡發送的溫度、濕度信息同時將信息發送到監控終端設備上。
三、基于物聯網礦井溫、濕度的檢測系統設計
基于物聯網的檢測系統，如圖1 所示，包括由若干個測量節點組成的無線傳感網絡和監測裝置，所述監測裝置包括基站節點11 和監控終端設備12， 所述每個測量節點包括溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee 協議射頻收發器和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器和ZigBee 協議射頻收發器分別與微處理器相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測到的溫度、濕度信息發送給微處理器進行處理后通過ZigBee 協議射頻收發器發送給基站節點11， 所述基站節點11 接收并存儲無線傳感網絡發送的溫度、濕度信息同時將信息發送到監控終端設備12 上。所述測量節點11 還包括顯示設備， 所述顯示設備與微處理器相連，用于顯示處理后的溫度、濕度數據。所述基站節點11 包括ZigBee 協議射頻收發器、微控制器和串口電路，所述串口電路用于與監控終端設備12 相連。所述ZigBee 協議射頻收發器采用CC2530 射頻芯片收發電路。
3.1 系統實現步驟
1）在礦井內不同位置設置測量節點，所述每個測量節點設有溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee 協議射頻收發器、顯示模塊和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee 協議射頻收發器、顯示模塊分別與微處理器相連；
2）布設好測量節點后選擇無線傳感網絡和監測裝置之間的工作模式；
①本地顯示模式
測量節點中的溫度傳感器、濕度傳感器將采集到的溫濕度信息發送到微處理器處理后通過顯示模塊顯示此刻的溫濕度數據；測量節點中的ZigBee 協議射頻收發器不工作；
②遠程監控工作模式
測量節點中的溫度傳感器、濕度傳感器將采集到的溫濕度信息發送到微處理器處理，同時ZigBee 協議射頻收發器對相鄰測量節點發出的數據包進行偵聽，通過記錄相鄰測量節點的身份標示號碼來建立靜態路由表；根據靜態路由表中的
數據，指定傳感網絡中的一個測量節點與基站節點的通信路徑， 根據指定的路徑通過多跳方式把數據包發送到基站節點，基站節點再將接收到的數據發送給監控終端設備；同時斷開測量節點中微處理器與顯示模塊之間的連接；③本地顯示模式與遠程監控工作模式共同工作。
3.2 系統應用
如圖1 所示，本新型基于物聯網的礦井溫、濕度檢測系統[6]，包括由分布在礦井中的測量節點組成的無線傳感網絡，由基站節點11 和監控終端設備12 相連接形成的監控裝置，所述基站節點11 與所述無線傳感網絡之間進行無線通信。測量節點的數目為A、B、C、D、E、F 6 個， 所述6 個測量節點之間通過無線通信方式構成無線傳感器自組網，基站節點11 只與所述無線傳感器網絡的測量節點D 進行無線通信，而自組網中的其他節點的數據都通過該測量節點D 傳輸到
基站節點11。如圖2 所示，測量節點是由用于測量礦井周圍環境的溫濕度的傳感器20、用于與相鄰測量節點進行無線通信的CC2530 射頻芯片收發電路22、用于顯示測量結果的顯示模塊23 分別與微處理器21 相連接組成，每個所述測量節點具, 有一個電源為測量節點的各器件供電，電源為鋰電池，具有體積小、低功耗的優點。顯示模塊23 可以采用一液晶顯示。CC2530 射頻芯片收發電路22 負責與相鄰節點進行無線通信，建立路由，從而實現無線發送、接收和轉發數據包；微處理器21 為MSP430 低功耗單片機，負責采集溫、濕度傳感器的數據并進行校正； 并將溫濕度信息發送給顯示模塊23 和CC2530 射頻芯片收發電路22， 或對CC2530 射頻芯片收發電路22 收到的數據包進行分析，發出相關響應。
如圖3 所示， 基站節點11 包括微控制器31、基站節點CC2530 射頻芯片收發電路32， 還要增加一個用于與監控終端設備13 相連接的串口電路33。當然，基站節點11 也可以采用具有相同功能的其他電路結構。
監控終端設備13 為一個計算機， 負責接收所有測量節點發送來的數據包，對數據進行分析和管理，并根據用戶要求向測量節點構成的網絡發出命令。因為測量節點部署在礦井的不同位置，測量獲得的信號輸出就很重要。采取有線方式輸出非常麻煩，施工成本高，節點放置位置也受諸多限制。本實用新型采用了無線自組網的方法將采集到的數據輸出。每個測量節點上的MSP430 單片機將采集獲得的數據送給CC2530 射頻芯片收發電路，CC2530射頻芯片收發電路通過偵聽鄰居節點來建立路由。CC2530射頻芯片收發電路工作在915 MHz 的頻率上，寬帶為38.4 kHz。測量節點之間通過無線方式形成多跳自組網，將采集到的數據發送給監控終端進行存儲和處理，由于采用無線方式發送數據，測量節點也沒有電源線，所以測量節點采用電池供電。為了節省電能，測量節是低功耗設計。測量節點使用低功耗的MSP430 單片極， 并進行嚴格的電源管理控制， 具體方法為： 暫時不工作的器件全部斷電，MSP430 和CC2530 射頻芯片收發電路在不工作時自動進入休眠狀態。整個基于物聯網無線傳感網絡的礦井溫濕度采集通信
物聯網應用在工業設備檢測中, 是將傳感器節點安裝在機器難以觸及的位置, 節點采集數據信號如探測振動模式, 借助于物聯網技術通過多跳技術將信號發送至數據中心, 數據中心對采集的信號分析判斷是否需要進行維護和對出現的故障及時地做出判斷。因處于無線操作狀態下, 從而避免了本身的檢修問題, 而且允許對傳感器進行低成本的改進安裝。系統的結構示意圖見圖4。
圖4 系統結構示意圖
四、結束語
物聯網檢測系統與現有技術相比，其顯著優點為：1）本系統不需要任何固定網絡的支持，具有快速展開、抗毀性強等特點，能夠使用戶在任何時間、地點和任何環境條件下，獲取礦井下大量詳實而可靠的溫、濕度信息；2）具有體積小、功耗少、快速組網等優點，并通過監控終端進行接收數據、發送命令、具有部署方便，成本低廉等優點。
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本文標題：基于物聯網的礦井溫、濕度檢測系統設計
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