嵌入式系统的物联网_嵌入式系统与物联网

物联网与嵌入式是密不可分的，虽然物联网拥有传感器、无线网络、射频识别，但物联网系统的控制 *** 作、数据处理 *** 作，都是通过嵌入式的技术去实现的，物联网就是嵌入式产品的网络化。

物联网与嵌入式之间的关系

1、物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是互联网与嵌入式系统发展到高级阶段的融合。

2、作为物联网重要技术组成的嵌入式系统，嵌入式系统视角有助于深刻地、全面地理解物联网的本质。

3、无论是通用计算机还是嵌入式系统，都可以溯源到半导体集成电路。微处理器的诞生，为人类工具提供了一个归一化的智力内核。

4、在微处理器基础上的通用微处理器与嵌入式处理器，形成了现代计算机知识革命的两大分支，即通用计算机与嵌入式系统的独立发展时代。

5、通用计算机经历了从智慧平台到互联网的独立发展道路;嵌入式系统则经历了智慧物联到局域智慧物联的独立发展道路。

6、物联网是通用计算机的互联网与嵌入式系统单机或局域物联在高级阶段融合后的产物。

7、物联网中，微处理器的无限弥散，以“智慧细胞”形式，赋予物联网“智慧地球”的智力特征。

嵌入式简介

嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含 *** 作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。

从应用对象上加以定义，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

嵌入式的特点

1、专用软硬件可裁剪可配置(嵌入式系统是面向应用的，和通用系统的区别在于系统功能专一)

2、低功耗高可靠性高稳定性

3、软件代码短小和PC资源相比资源(硬件资源内存等)比较少

4、代码可固化在存储器芯片或单片机中而不是存在磁盘中

5、实时性

6、交互性(一般不需要键盘鼠标人机交互以简单为主)

7、它是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。

深圳市天工测控技术有限公司(SkylabM&CTechnologyCo,Ltd)，专业从事GNSS、WiFi、蓝牙等无线产品的研究，提供并基于模块内核进行二次开发应用，给客户提供低成本的无线产品解决方案。生产执行ISO-9001质量管理体系和IATF-16949汽车行业质量标准体系，旨在向国内外客户提供高品质、高性能的无线模块和应用方案。

工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。物联网在工业领域的主要应用环保监测及能源管理、工业安全生产管理、制造业供应链管理、生产过程工艺优化、中国计算机报制图等等方面。物联网在工业应用领域的应用，构成了“工业物联网”，它是广域的物联网的具体化的实例，也是最容易被世人接受的物联网。工业物联网的核心理念是交叉学科的组合，涉及到信息安全、网络通信、自动化，是跨学科的，其特征为：嵌入式、互通和实时性、经济性和便利性。
工业用传感网络层：即以二维码、RFID、传感器为主，实现对“物”或环境状态的识别以及感知信号的摄入；
传输网络层：即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网(1Pv6)，实现数据的传输和计算，尤其是现在流行的概念：云计算：
应用网络层：即输入输出控制终端，包括电脑、手机等终端等等。
从整体上来看，物联网还处于起步阶段，而工业物联网的真正达到实用化、大规模应用，必须解决如下关键技术问题：
工业用传感器：工业用传感器是一种检测装置，能够测量或感知特定物体的状态和变化，并转化为可传输、可处理、可存储的电子信号或其他形式信息。工业用传感器是实现工业自动检测和自动控制的首要环节。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。可以说，没有众多质优价廉的工业传感器，就没有现代化工业生产体系，更谈不上工业物联网。
工业无线网络技术：工业无线网络是一种由大量随机分布的、具有实时感知和自组织能力的传感器节点组成的网状(Mesh)网络，综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，具有低耗自组、泛在协同、异构互连的特点。工业无线网络技术是继现场总线之后工业控制系统领域的又一热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术，也是未来几年工业自动化产品新的增长点，已经引起许多国家学术界和工业界的高度莺视。
工业过程建模：没有模型就不可能实施先进有效的控制，传统的集中式、封闭式的仿真系统结构已不能满足现代工业发展的需要。工业过程建模是系统设计、分析、仿真和先进控制必不可少的基础。

摘 要：本文以变电站智能监测为背景，探讨数据处理系统的设计和开发。主要介绍了智能监测与辅助控制系统的开发平台和关键技术，及其数据处理的流程和处理过程。并对以后数据处理的发展进行了展望。
关键词：智能监测与辅助控制；数据处理;通信网关
引言
智能监测与辅助控制系统主机系统包括三部分：通讯网关、客户端、Java主机应用平台。通讯网关724小时运行，用于采集各子系统数据和转发主机控制命令；客户端用于系统初始化时配置图像信息并提供视频、实时数据、告警数据及手动处理功能；Java主机应用平台724小时运行Web服务器，负责加工处理通讯网关采集的数据并提供控制命令，能通过IE查看实时数据、告警数据，同时提供实时数据、告警数据给客户端。
数据处理是Java应用平台的核心内容，是客户端、IE展示实时数据和告警数据的基础，是主机系统实现智能联动转发控制命令给子系统的处理核心。数据处理根据知识库配置信息，串联数据访问服务，从而达到加工处理通讯网关采集上送数据，提供处理后实时数据、告警数据、控制数据的功能流程。
1智能监测与辅助控制系统
11智能监测和辅助控制系统子系统
变电站配置的图像监视、安全警卫、火灾报警、消防、给排水、采暖通风等系统，它是由特定的软硬件组成的，能够完成监视和一些辅助控制功能的系统。
智能监测子系统英文命名Intelligent SubSystem，简称ISS。
12智能监测和辅助控制系统主机系统
部署于变电站和集控站，基于物联网技术的变电站智能监测及辅助控制系统的管理系统，由数据服务器、应用服务器、通讯网关以及运行于这些硬件平台上的软件系统组成。通过传感网测控平台接收各子系统的数据，存储并实时展现出来；评估变电站的运行状态，自动判出各类异常情况，执行判断结果，实现辅助系统间的协调联动，消除异常情况造成的影响；监测辅助系统的运行状态，执行远方集控中心的各项命令。
13通讯网关
属于主机系统的一部分，本身是嵌入式计算机；部署在变电站或者集控站，能以标准通讯方式连接本地的各个子系统，接收各子系统的数据，并能对子系统进行控制。
通讯网关英文命名：Communication Gateway，简称CGW。
2数据处理的内容和流程
21数据处理的内容
数据处理包括三部分内容：知识库、数据访问服务、数据处理专家。知识库用于提供监测类型、监测类型参数等基础信息的配置，数据访问服务是数据处理的数据来源和最终去处，数据处理专家是数据处理的核心。
22数据处理的原则
数据处理设计遵循标准性、独立性、扩展性、实用性设计原则。
221标准性
规范和标准是信息化建设的重中之重，是信息化成熟和发达程度的集中体现。知识库是智能监测与辅助系统标准化和规范化得集中体现。
222独立性
将知识库、数据访问服务、数据处理专家从数据处理中分离开，解耦设计实现各部分的独立性。
223扩展性
随着物联网在线监测技术的不断发展可以进行相应扩充，满足智能监测与辅助控制系统持续发展的要求。
224适应性
面向实际应用，降低复杂度，考虑与综自动化等相关信息系统的接口。
23数据处理流程图
数据处理主要有以下几部分组成：数据访问服务、知识库和数据处理专家。
数据处理流程如下图所示：
图1数据处理流程
Fig 1 Flow of Data
图 2 数据处理流程图
Fig 2 Flow of data processing
3数据处理过程
31知识库
实现监测类型、监控类型参数、监测类型版本、模型参数、监测模型版本、告警规则、控制规则、控制命令等的灵活配置。保证系统的良好扩展性、灵活性。
主要有以下功能模块:变电站、变电站监测类型、监测类型、监测类型参数 监测类型参数版本、告警规则配置(根据参数配置)、告警点规则配置、命令配置 控制规则配置。
32数据访问服务
数据访问服务Java主机应用平台开发给客户端和通讯网关的一个数据访问接口，为客户端和通讯网关提供数据访问的服务。服务内容主要包括下面几个大类：通讯网关采集监测数据的存储、通讯网关采集状态量数据存储、通讯网关检索控制数据、通讯网关回执控制执行；客户端读缓冲区实时监测数据、客户端读缓冲区实时状态量数据、客户端检索告警数据、客户端写手动控制数据等。
33数据处理专家
数据处理专家将知识库和数据访问服务串起来，加入处理逻辑实现数据处理核心。
331数据解析
数据解析包括两部分解析：通讯网关交互数据串解析，客户端交互数据串解析。
需要解析的数据串包括root节点和data节点两部分。
解析root节点数据信息获取公共部分信息，如站、子系统、数据类型等。
解析data节点数据信息获取实时监测和变位事件数据信息。
332告警处理
根据告警规则配置及接收的实时监测数据，处理后获取告警信息。
告警处理：一、针对监测数据根据点告警规则或参数告警规则进行告警处理得到告警信息(需要结合综合点表找到告警数据点号)；二、子系统上送的告警事件(需要结合综合点表找到告警数据点号)。
333控制处理
根据控制规则配置、控制命令及接收的实时监测数据等，处理后获取控制信息。
控制处理：一、针对监测数据根据控制规则进行控制处理得到控制信息(需要结合综合点表找到控制数据点号)；二、子系统上送的告警事件根据控制规则进行控制处理得到控制信息(需要结合综合点表找到控制数据点号)。
334数据访问
通过数据访问功能，可以将告警、控制、状态量等信息存入数据库及数据缓存区，并进行相应的日志记录 *** 作。
4 展望
进入2010年,电力通信行业的数据处理信息化步伐加快,步子更加坚实。在充分调研的基础上，电力制定了集团公司企业的信息化建设规划和实施计划。总体看信息化建设规划，有别行业的各企业于过去的期间制定的信息化规划。应当说，电力企业的数据处理的科学性、安全性上表现突出，在项目建设上又很具体，具有可 *** 作性和有效性。数据处理的设计与发展对电力企业的信息化发展发挥重要作用。它的实现，将会为数字化电网和信息化企业的形成起到巨大的推动作用。
参考文献
[1]孙军平,盛万兴,王孙安新一代变电站自动化网络通信系统研究中国电机工程学报,2003,23(3):16-19

电梯远程安全预警是一款集成视频监控及短信报警，GPRS无线数据传输功能为一体的高智能安全预警系统，适用于所有的直升电梯，在不改变电梯现有电器线路的情况下，通过光电采集器和磁感应传感器采集数据，能在电视监视器上指示电梯所在楼层数、运行方向、停止、卡层、冲顶、蹲底和电梯名称等，当电梯发生故障时可在第一时间向电梯维护和抢修人员发送含有电梯当前详细信息(电梯所在小区及具体位置，故障名称，电梯所在层及运行方向，电梯内是否有人)的短信报警，并在视频监控墙上进行闪烁报警。
湖南中菱控网电梯物联可以实现数据采集、GPRS无线传输、视频物联网技术、智能分析功能、电子地图管理、远程管理、短信报警等功能。转载自济南智嵌测控技术。

水表作为物联网和工业互联网的智能测控终端,可以全面融入管网测控系统，除了完成传统的自动抄表、网络阀控等任务外,还可以在其它管网传感器配合。

智能水表渗透率提升是行业发展的必然趋势，水表行业经历了“普通机械水表——节水表——智能水表”的发展历程，由于水表分布广阔、存量巨大但其计量又关乎收费，水务公司需要投入较大的人力资源实行定时抄表，直接提升了其运营成本。

在科技和生产水平提高大背景下，水表智能化程度也显著提升，智能水表可以实现水表数据的抄录、控制、数据存储、查询、月结、抄表结算、收费结算、报表打印等各项功能。在阶梯水价全国推广的大背景下，水表智能化将成为行业发展的趋势。

物联网的功能组件：

设备。包括现有常用的设备，例如智能仪表或车辆，这些连接组件已集成到产品设计中。也包括由于物联网技术而出现的新设备，例如宠物追踪器。这样的设备必须具有传感器、通信功能，还将具有其他元素(例如，电源)。另外，根据设备的类型，它可能具有HMI。

传感器和执行器已连接的设备。传感器能够从环境中捕获数据(例如，温度)。执行器响应指令并进行更改设备状态(例如，调节恒温器的温度)。执行器的指令可以来自同一设备上的传感器，也可以来自其他来源(例如，房主回家时，可以通过移动电话激活恒温器)。设备可以同时具有传感器，执行器两类功能。

通信硬件使设备能够连接到网络，以将数据从传感器发送到后端系统。包括用于通过蓝牙，Wi-Fi，ZigBee，LoRa，蜂窝网络(例如GSM，5G，NB-IoT，LTE-M)或多种专有技术进行无线连接或通过固定网络进行无线连接的硬件。有些设备将具有连接到多种类型网络的硬件。

–连接网络(可以是蜂窝网络，固定网络或卫星网络)可以通过Internet或专用网络将来自传感器的数据传递到用户的后端系统。

此外，可以将各种不同的应用软件为最终用户提供附加价值。

–服务端软件包括用于收集和分析来自传感器和其他来源的数据(例如，天气预报数据)的服务器。这些服务端系统可以在公共或私有云或本地硬件中找到。对于非常简单的系统，服务端软件可以是标准PC。

–设备管理，安全性和数据分析等软件平台可确保IoT设备正常运行。这样的平台还包括用于分析数据并改善业务流程的数据分析软件，以及用于存储数据的数据库。

–应用软件还包括计费和客户支持等服务。

物联网价值链还包括设计，构建和管理物联网服务的系统集成商(SI)或开发人员。物理设备通常需要安装和维护。

天工测控主要面对安防，车载，物联网，无人机，机器人，智能家居一类生产企业，提供核心模块技术和方案。其中就包含提供位置信号的定位模块及基于位置信号的应用方案，比如我们的GPS模块、北斗模块、组合导航模块和蓝牙室内定位方案、室内外无缝定位方案、UWB测距应用等；然后把各种信息连接起来，服务于我们智能生活中的无线模块及应用方案，比如WiFi模块、BLE蓝牙模块、组合模块和智能插座方案、无线图传方案、智能照明方案、智能门锁等智能家居类应用方案，为我们的生活提供更多便利，营造一个更安全、舒适的家居环境。

工业物联网无线数据采集系统，是一套基于信立 XLSN无线传感器网络技术的，具有终端数据采集，无线数据传输和数据应用分析等多功能的智能化数据采集和监控系统，它在市政供排水管网、供汽管网、热力管网、石油天然气管网、地下管沟监控；游泳池水箱水塔液位、大坝、河道水位、泵房浸水监控；蔬菜蘑菇、针金菇、水果、花卉、育苗等农业大棚智能环境监控；畜牧、家禽、水产等农业养殖智能环境监控；化工危化品石油天然气储罐区、电池、面粉仓库智能环境监控；电信机房、实验室、医院药房、生产车间、冷柜冰箱、图书馆、博物馆、档案室、粮库、烟草、酒糟酒曲酒窖等仓储馆藏智能环境监控；社区楼宇、港口工业园区、公园景区、校园广场、超市商场等大气环境质量智能监控；发动机、变频器等生产机器设备运行状态、仪器仪表能耗及生产缺料的智能监控等多个领域有着广泛的应用。
近年来，工业物联网无线数据采集系统的发展趋势是简化终端结构，在数据采集终端与主机之间采用无线通信，以代替复杂、不灵活的现场布线。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可以扩展或修改系统，满足不同领域的需要。基于XLSN无线传感器网络24GHz或433MHz模块技术、MES制造执行系统技术及无线传感器、无线测控装置RTU等的智能制造工厂生产车间无线数据采集系统是工业物联网无线数据采集系统的典型应用案例。

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