基于物联网的起重机实时监控系统的开发

摘要

随着信息技术的发展，基于物联网的智能工业已成为当前工业的主要发展方向。作为工业现场最主要的机械设备之一，起重机的安全运行一直受到社会各方的关注。鉴于当前国内起重机控制信息化和智能化水平较低的现状，本文通过引入物联网技术，对起重机设备的运行进行远程监控，能在很大程度上改善企业对起重机设备的维护和管理。
　　本文以物联网三层架构为基础，设计了一整套针对起重机的远程监控系统，系统主要包括终端网络、网关和远程监控平台三大部分，论文具体工作内容如下:
　　(1)起重机主控制器设计。本文以STM32F103微控制器为核心搭建起重机控制器，集成起重机运行控制、过载保护和操作人员身份验证等功能，并对起重机的运行次数、运行时间和剩余安全使用周期进行记录和评估。
　　(2)传感器网络设计。通过移植ZStack协议栈，将起重机控制器和各传感器模块接入Zigbee无线传感器网络，实现对现场数据的集中检测，满足系统对起重机运行状态和运行环境监测的要求;同时开发了基于DirectShow的摄像头终端，实现了图像的远程传输。
　　(3)嵌入式网关模块设计。本文以WinCE嵌入式系统为基础，开发了网关应用程序，一方面实现对终端网络数据的获取和更新，另一方面可通过多种方式接入互联网实现数据的远程传输。
　　(4)远程监控平台设计。本文设计并搭建了基于SQL Server的数据库和服务器管理程序，实现了对终端网络采集数据的接收和存储，并向客户端程序提供了连接，实现了远程实时监控和历史数据查询服务。
　　实验表明，本系统满足预期功能要求，实现了对起重机设备的远程监控和管理，同时面向用户提供了可靠的数据访问服务。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 物联网概述

1．3 起重机监控发展现状

1．3．1 国外发展现状

1．3．2 国内发展现状

1．4 论文主要工作和组织架构

第二章 系统方案设计

2．1 需求分析

2．1．1 起重机监控需求

2．1．2 起重机生产商需求

2．1．3 起重机用户需求

2．2 系统总体架构

2．3 终端网络方案设计

2．3．1 起重机主控制器方案设计

2．3．2 无线传感器网络方案

2．4 网关方案设计

2．5 远程监控平台方案设计

2．5．1 数据库选择

2．5．2 网络通信协议

2．5．3 服务器与客户端方案

2．6 系统实现

2．7 本章小结

第三章 终端网络硬件设计

3．1 主控制器硬件设计

3．1．1 主控制器硬件总体架构

3．1．2 电源模块

3．1．3 开关量输入输出模块

3．1．4 模拟量输入模块

3．1．5 RFID身份验证模块

3．2 无线传感器网络节点硬件设计

3．2．1 Zigbee节点设计

3．2．2 应力传感器节点设计

3．2．3 风速传感器节点设计

3．2．4 温湿度传感器节点设计

3．2．5 粉尘传感器节点设计

3．3 本章小结

第四章 终端网络软件设计

4．1 主控制器程序设计

4．1．1 程序总体设计

4．1．2 备份寄存器

4．1．3 模拟量输入信号读取

4．1．4 RFID身份验证

4．1．5 定时器计时与升降次数统计

4．2 Zigbee节点程序设计

4．2．1 ZStack协议栈移植

4．2．2 Zigbee网络数据传输方案

4．2．3 主控制器节点程序设计

4．2．4 传感器节点程序设计

4．2．5 协调器节点程序设计

4．3 嵌入式网关程序设计

4．3．1 多线程

4．3．2 以太网通信

4．3．3 WiFi通信

4．3．4 GPRS通信

4．3．5 数据流格式及信息

4．4 摄像头终端程序设计

4．4．1 DirectShow简介

4．4．2 图像采集与传输

4．5 本章小结

第五章 远程监控平台设计

5．1 数据库设计

5．1．1 数据表设计

5．1．2 数据库访问

5．2 服务器程序设计

5．2．1 同步通信与异步通信

5．2．2 网关数据交互

5．2．3 客户端数据交互

5．2．4 摄像头图像数据交互

5．2．5 服务器界面设计

5．3 基于ELM算法的环境评价

5．3．1 ELM算法原理

5．3．2 环境评价模型

5．4 客户端程序设计

5．4．1 总体架构

5．4．2 框架及界面设计

5．4．3 数据接收及数据显示

5．4．4 远程控制

5．5 本章小结

第六章 系统测试

6．1 Zigbee网络数据传输测试

6．1．1 Zigbce设备信号接收强度测试

6．1．2 Modbus报文传输测试

6．2 系统联调

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献