基于物联网技术的船舶远程监控系统研究与实现

1、基于物联网技术的船舶远程监控系统研究与实现 江 苏 科 技 大 学硕 士 学 位 论 文大 摘 要论 文 题 目基于物联 网技术 的船舶 远 程监控系 统的研 究与实现 研 究 方 向 远程 监控 学 科 、 专 业 模 式 识 别 与 智 能 系 统研 究 生 姓 名杨 虎导 师 姓 名 王卫东 填表时间 2013 年 3 月 20 日摘要 摘要 近些年随着计算机, 集成 电路, 嵌入式开发平台以及网络通信等技术的快速发展,远程监控系统越来越受到人们的重视。在传统的监控系统 中引入物联网技术,并结合B/S 模式开发的 嵌入式远程监控系统逐渐成为新的研究热点 。本文将在此基础上,对船舶 远程监

2、控系统 进行设计和开发 , 鉴于常规监控方法难以做到快速、 准确、 动态的监测和控制, 满足不了越来越高的远程监控要求, 因此 本文设计了基于物联网技术的船舶 远程监控系统, 这 对于船舶监控系统的研究与发展有重要的意义。 本文首先介绍 了监控技术的发展和研究现状, 并对远程监控系统的原理、 层次结构以及实现方案进行了研究和探讨, 通过对不同监控系统模式 的比较, 确定了 B/S 模式的远程监控系统方案。 其次, 本文 从系统集成的角度分析了基于物联网技术的远程监控系统的若干关键技术,主要包括 Web 数据库访问、动态数据实时显示、曲线的动态绘制等技术,并给出 了解决技术难点的路线和改进措施,

3、 解决了系统在实时性和安全性等方面存在的问题。以 Zigbee 无线 传感网络为数据采集端,服务器通过串口通信连接 CC2530 无线通信模块接收无线传感网络采集到的数据 。 另外, 结合用户的实际需求, 按照软件工程的开发流程对服务器系统进行了设计,在实现了正常的 PC 浏 览器对服务器的访问的同时,开发出了移动终端的 Android 应用程序,实现了移动 终 端对服务器的访问。 用 户 可 以 通 过 接 入 网 络 中 的电脑 和 装 有Android 系统的 进行服务器 的访问。查看设备的运行状态 ,授权的用户还可以根据实时数据做出判断,发送控制命令,调节环境。 最后, 结合自己在项目

4、中所作的工作和在课题研究过程中遇到的困难, 对论文进行了总结并对船舶远程监控的发展予以展望。 关键词 物联网;Android ;远程监控;服务器; 嵌入式I 江苏科技大学工学硕士学位论文II Abstract Abstract In recent years along with the computer, integrated, embedded development platform and network communication technology fast development, the remote monitoring system get more and more a

5、ttention from people, and the traditional monitoring system content networking technology combination of B/S model of embedded remote monitoring system has gradually become a new research hotspot,the paper research object is the ship remote monitoring system, in view of the conventional monitoring m

6、ethods are difficult to achieve fast, accurate, dynamic monitoring and controland it cannot satisfy the more and more high remote monitoring requirements, therefore established based on things networking technology ship remote monitoring system, for boats research and development has an important si

7、gnificanceThis paper first introduces monitoring technology development and research status, and the principle of remote monitoring system, hierarchical structure as well as the realization plan was studied and discussed, according to the different monitoring system models, determine the B/S model o

8、f remote monitoring system solutionsFrom the perspective of system integration based on things networking technology for remote monitoring system, and some key techniques mainly include Web database access technology, dynamic data real-time display, the curve of dynamic rendering technology, and giv

9、es the solution technical difficulties route and improvement measures to solve the system in real time and the existing problems in such aspects as safety. To Zigbee wireless sensor network for data acquisition terminal. Server through the serial port communication connection CC2530 wireless communi

10、cation module receiving wireless sensor network the collected dataCombined with the actual needs of users, server system in accordance with the software engineering development process, not only to achieve a normal PC browser access, while developing Android applications for mobile terminal.The user

11、 can access the computer via the Internet or through mobile phone Android access network access serverCheck environmental data, authorized users can also according to the real-time data to make judgment, send control command, regulate the environment.III 江苏科技大学工学硕士学位论文 Finally, the combination of th

12、e project's work and the difficulties encountered in the research process, summarize and look forward to the Ship Remote Monitoring SystemKeywords WSN; Android; Remote monitoring; The server. embedded system IV Contents 目录 摘要 I Abstract III 目录. V Contents. IX 第 1 章 绪论 1 1.1 课 题的 研究 背景 及意 义. 1 1.

13、2 船舶监 控的 发展 及现 状2 1.2.1 船舶 监控 发展 概述2 1.2.2 基于 物联 网远 程监 测 系统研 究 3 1.2.3 物联 网技 术发 展3 1.2.4 无线 传感 技术 发展. 4 1.3 本 文研 究的 主要 内容5 1.4 小结 6 第 2 章 可行性及需求分析 7 2.1 系 统的 可行 性分 析. 7 2.1.1 技术 可行 性分 析 7 2.1.2 经济 可行 性分 析 7 2.1.3 操作 可行 性分 析 8 2.1.4 结论8 2.2 系 统的 需求 分析8 2.2.1 系统 目标 8 2.2.2 系统 建模 8 2.2.3 系统 数据 流图. 9 2.

14、2.4 数据 模型 11 2.2.5 系统 编码 规则. 12 2.3 小结13 第 3 章 船舶远程监控系统 整体的方案设计. 15 3.1 系 统总 体框 架设 计. 15 3.2 系 统功 能模 型. 16 3.3 数 据库 设计. 16 3.4 系 统服 务器 开发 环境. 17 3.4.1 系统 架构 设计18 3.4.2 JA VA 技术. 19 3.4.3 SQL Server 2005 数据 库 21 3.5 B/S (浏 览器/ 服务 器) 模式的 选择22 3.6 手 机客 户端 Android 应 用程序 的开 发22 3.7 小结23 第 4 章 无线传感器节点模 块

15、25 4.1 传 感器 节点 整体 结构 26 V 江苏科技大学工学硕士学位论文 4.2 节 点硬 件设 计. 27 4.2.1 处理 器电 路芯 片选 择27 4.2.2 CC2530 模块 电路29 4.2.3 传感 器选 择 30 4.3. 串 口通 信 31 4.3.1 通信 协议. 31 4.3.2 通信 步骤. 31 4.4 节 点数 据的 采集 、存 储 和处理 32 4.4.1 数据 采集 32 4.4.2 数据 存储 33 4.4.3 数据 处理 33 4.5 ZigBee 无线 传感 网络 设 计. 34 4.5.1 无线 通信 方式 的选 择. 34 4.5.2 ZigB

16、ee 无 线传 感器 网 络节点 类型35 4.5.3ZigBee 网 络拓 扑结 构36 4.6 软 件低 功耗 设计 37 4.7 节 点实 物图38 4.8 小结39 第 5 章 ZigBee 无线传感 网络通信模块41 5.1 IEEE 802.15.4 概述. 41 5.2 ZigBee 协议 体系. 42 5.2.1 ZigBee 协 议体 系结 构. 42 5.2.2 信标 与非 信标 模式43 5.3 路由. 44 5.3.1 概述44 5.3.2 ZigBee 路 由协 议 44 5.4 Z-Stack 协议栈应 用 45 5.5 远 程数 据网 络采 集47 5.6 无 线

17、传 感网 络通 信测 试 49 5.7 小结50 第 6 章系统服务应 用端的 设计与实现51 6.1 服 务器 应用 开发 51 6.1.1 持久 层开 发 51 6.1.2 DAO 层 设计. 53 6.1.3 业务 逻辑 层实 现. 53 6.1.4 WEB 层实 现. 53 6.2 船 舶远 程监 控系 统实 现 54 6.3 Android 移动 客户 端设计. 57 6.3.1 Android 网络 通信 模 型 57 6.3. 2 Android 网 络通信 接 口选择 58 6.4 Android 移动 应用 测 试. 58 6.5 小结. 59 总结与展望. 61 论文总 结

18、 61 VI Contents 工作展 望 61 参考文献. 63 攻读硕士学位期间发 表的 学术论文 65 致谢 67VII 江苏科技大学工学硕士学位论文 VIII ContentsContents Abstractin Chinese I Abstract III Contentsin Chinese V Contents. IX Chapter 1 Introduction. 1 1.1 Research Background and Significance of the Research. 1 1.2 The development and status quo of Vessel

19、Monitoring. 2 1.2.1 Vessel Monitoring Overview 2 1.2.2 Remote monitoring system based on Internet of Things 3 1.2.3 The development of the Internet of Things technology. 3 1.2.4 The development of the WSN. 4 1.3 Main Contents in this Paper 5 1.4 Summary6 Chapter 2 Feasibility and needs analysis7 2.1

20、 The feasibility analysis of the system 7 2.1.1 Technical feasibility analysis 7 2.1.2 Economic feasibility analysis7 2.1.3 Operational feasibility analysis8 2.1.4 Summary 8 2.2 System requirements analysis 8 2.2.1 System goals 8 2.2.2 System Modeling8 2.2.3 System data flow diagram. 9 2.2.4 Data mo

21、del. 11 2.2.5 System encoding rules12 2.3 Summary 13 Chapter 3 The ship remote monitoring system as a whole design15 3.1 System Design Program. 15 3.2 System Functional Model. 16 3.3 Database Design. 16 3.4 System development environment 17 3.4.1 System Architecture Design18 3.4.2 Technology of JAVA

22、. 19 3.4.3 Database of SQL Server 200521 3.5 B/S mode selection 22 3.6 The mobile client Android application development22 3.7 Summary 23 Chapter 4 Wireless sensor node modules 25 IX 江苏科技大学工学硕士学位论文 4.1 Sensor nodes overall structure. 26 4.2 Node hardware design. 27 4.2.1 The processor circuit chip s

23、elect. 27 4.2.2 CC2530 module circuit 29 4.2.3 Sensor selection 30 4.3. Serial communication. 31 4.3.1 Communication protocols31 4.3.2 Communication steps 31 4.4 The nodes data collection 、storage and processing. 32 4.4.1 Data acquisition 32 4.4.2 Data storage 33 4.4.3 Data processing 33 4.5 Zigbee

24、wireless sensor network design34 4.5.1 Wireless communication method of choice 34 4.5.2 ZigBee wireless sensor network node type 35 4.5.3 ZigBee network topology 36 4.6 Software low-power design37 4.7 Node physical map 38 4.8 Summary 39 Chapter 5 ZigBee wireless sensor network communication module.

25、41 5.1 IEEE 802.15.4 Outline 41 5.2 ZigBee Protocol architecture 42 5.2.1 ZigBeeProtocol Architecture. 42 5.2.2 Beacon and non-beacon mode43 5.3 Routing 44 5.3.1 Outline44 5.3.2 ZigBee routing Protocol44 5.4 Z-Stack protocol stack application 45 5.5 Remote data network acquisition47 5.6 Wireless sen

26、sor network communication test. 49 5.7 Summary 50 Chapter 6 Design and Implementation of the system service application end 51 6.1 Server application development. 51 6.1.1 Persistence layer development. 51 6.1.2 DAO layer design 53 6.1.3 Business logic layer to achieve 53 6.1.4 WEB layer53 6.2 Ship

27、Remote Monitoring System54 6.3 Phone Android mobile client design 57 6.3.1 The Android network communication model 57 6.3. 2 The Android network communication interface options 58 6.4 Mobile Android Mobile Application Testing 58 6.5 Summary 59 Summary and Outlook61 X Contents Paper summarizes. 61 Jo

28、b Outlook61 References63 Studying for a master's degree during the academic65 Acknowledgments. 67XI 江苏科技大学工学硕士学位论文 XII 第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 1.1 课题的研究 背景 及意义 海上运输行 业特别是 船 舶运输业的 发展一般 呈 现资金高密 集、技术 高 密集和劳 动力高密集,海 上运输业 的发展在国民 经济事业 发展中具有非 常重要的 地位。国际经济贸易中的货物 运输中极 大部分是由海 上运输完 成的。随着船 舶行业的 快速发展,船舶数量的大量增 多、业务

29、 的不断增长、 新线路大 量的开辟等, 对船舶的 作业状态,运行状况的智能通信要求不断被提高1 。 特别是对 船舶的监控保养, 维修等提出了很高的要求。 船舶设备的 保养维修 工 作主要依靠 定期检查 和 事后维修的 方式解决 。 这两种方 式不仅 工作量大 ,并且存 在着误修的可 能。极大 地浪费人力物 力。同时 随着船舶运输业的发展, 对船舶运力的大量要求使得许多的船舶在超负荷的工作。 因此, 能够实时的、准确的获悉船 舶的运行 动态显得非常 急切。船 舶设备的运行 状态以及 报警系统的实时监测,可以实 时监测船 舶的关键设备 的信息参 数,对船舶的 未来发展 和建设具有极其重要的意义。

30、在过去的船 舶监控系 统 中,船舶企 业的工作 人 员利用对讲 机或者手 机 等手段, 实现船岸信息通讯来传递船舶设备的信息状态。 这种方式不仅达不到监控的实时性要求,而且操作性能低、管理不方便。 目前船舶设备数据的监控系统, 其实现方式有多种, 如 PLC 、RS-485 总线等有线方式等。船舶 监控系统 紧密结合了船 舶现代化 发展的趋势, 实现了船 舶的网络化监控和全船数据资 源的共享 。主要功能包 括,对船 舶关键部位和 主要设备 的运行及使用情况的监测;对 船舶的工 作情况的实时 检查;减 少了人力重复 劳动的资 源性浪费;提高了船舶航行的 安全性、 可靠性和经济 性。但是 由于各家

31、公司 开发研制 的系统主要是针对特定型号的 船舶开发 的,所以开发 的产品通 用性差,与实 际船舶企 业的需求存在分歧,这些分歧主要体现在以下几个方面: (1) 传统的监控系统一般具有的功能比较丰富, 而企业的实 际需要只是一部分功能,这就造成了资源和成本的浪费; (2) 由于各家企业的生产标准有区别, 在选择监控产品时, 需要考虑各间企业间的系统是否能够兼容; (3) 在监控系统的应用过程中, 因为设备的升级改造, 监控软件的更新时, 系 统很可能出现由于环境的变化而崩溃等问题。 本文以船舶 监控系统 的 实际情况为 背景,设 计 了一套可行 的船舶远 程 监控系统 ,1 江苏科技大学工学硕

32、士学位论文 不仅可以实现 有线方式 的船舶监控功 能,另外 ,系统实现了 整个系统 有机整合,即在不改变原系统 整体框架 的前提下,对 整个系统 信息进行整合 。本文提 出的舰船监控系统的特点是, 船舶的监 控不受地理位 置、 计算 机配置等制约 ;可实现 实时监控;只要打开浏览器输 入服务器 地址即可对船 舶各项实 时状态进行访 问;对船 舶设备的运行参数进行监测控 制等。另 外,提供了灵 活的系统 访问方法,通 过对访问 权限的设置,用户可以通过任何接入 Internet 的设备, 如 PC 机、 等访问相关的监控数据, 这样的使访问方式更加灵活、便捷。 1.2 船舶监控 的发展 及现状

33、1.2.1 船舶监控发展概述 船舶2,3 监控 系统 是针对 船 舶设 备的 运 行 状态参 数 的进 行监 测和 控制。 船 舶监 控主要分为船端的本地局域监控和陆地端的远程监控两个部分。 船舶本地局 域监控曾 经 是船舶监控 的主要方 式 ,主要是集 中式控制 结 构、分布 式控制结构、 现场总线式控制系统FCS 以及全 船网络型。 这种监控方式受到通讯能力的限制, 只能在船舶局域内实现对设备运行情况的监控。 比较有代表性的监控系统包括:分布式机舱数据监测控制系统, 典型的产品有德国 SIMENS 公司开发 研制的 SIMA32C系统, 挪威 NORCONTROL 公司研制的 DATA C

34、HIEF1000 系统。 到 上世纪末, 船舶舱室环境的监控向分布 式计算机监控方向转移。船舶监控系统的发展如下 : 1 、1964 以前船舶只能实现单设备的监控,监控的可靠性低。 2 、1964-1968 提出了 “无人值班船” 的概念, 实现了工作人员依靠自动化设备对船舶的运行进行监控。 3 、1969-1975 提出了“超自动化”的概念,开始采用计算机系统。 4 、75-1980 监控系统开始采用分散控制, 对设备块进行划分, 实现以信息对象为主要监控目标。 5 、80- 现在 监控系统的智能化大幅提升, 船舶监控由本地局域监控向远程监控发展,已初步实现数字化和网络化。 船舶远程监 控技

35、术的 发 展 是伴随着 计算机通 讯 技术、自动 化技术等 技 术的飞速 发展,从而衍生 出的一种 新型的远程监 控方式。 通常的船舶远 程监控系 统是将船端设备监控区域划分 成众多小 块,各个小块 利用总线 等技术将小块 的信息整 合到一起(即总线起到汇流数据信息的作用) , 结合局域网技术, 将局域网内各个监控点利用局域网技术串联起来, 形成内网 。本文所采用 的是无线 传感网络的方 式,其不 仅具有了一般船舶远程监控方 式的优点 ,并且通过无 线的方式 使信息的采集 以及发布 免除了传统有线方式的布线、 维护、修 理等一系列后 期难题。 同时可以利用 局域网进 行资源共享,该2 第 1

36、章 绪论 方式充分考虑了目前 监控方式对监控点的数目与布控的要求。目前船舶远程监控系统主要应用的技术包括以下几点: 现场数据采集技术、 远程通讯技术 远洋的船站通讯、 近海的海事宽带、3G 无线网络 、Internet 技术和局域网技术等。 1.2.2 基于物联网远程监测系统研究 远程监控主 要分为有 线 监控和无线 监控。相 对 于有线监控 ,无线监 控 方式的监 测点可以转换, 这样监测 点的适应能力 强,不需 要复杂的布线 ,并且有 安装和维护容易等优点。物联 网技术是 以数据为中心 ,网络通 信不需要传统 网络的复 杂寻址方式,能够迅速和有效 的处理监 测到节点的信 息,并且 具有大规

37、模 、 高可靠性 的优点,高密度的节点部署不 仅是监测 区域的覆盖面 积增大, 而且使系统容 错性得到 很大提高。物联网技术最重要 的是其应 用前景广阔, 能够广泛 的应用在军事 、医疗设 备、环境、工业生产等众多领 域。许多 发达国家已经 对物联网 技术在远程监 控方面的 应用方面展开了研究。比如在环境监测应用中,美国的相关研究人员开发了的 ALERT 系统,采用了无线传感网络来监测降水量、 土壤水分以及河水水位, 并以此来预测山洪的地质变化。哈佛大学与北 卡大学合 作研究的系统 ,通过物 联网技术收集 到的地质 震动信息和次声波信息,进行 了火山地 质变化的监测 。美国加 州大学伯克利 分

38、校通过 在楼、桥梁等建筑中安装传感 器节点收 集建筑应力、 扭矩、震 动幅度等状态 参数,来 分析建筑物的状态。物联网技 术在船舶 安全监测方面 的应用研 究也正受到许 多研究机 构和公司的密切关注。 1.2.3 物联网技术发展 物联网4 的概念是 MIT Auto-ID 中心 Ashton 教授在 1999 年提出的。在国内物联网曾经被称为 传感网络 ,物联网的核 心技术即 为传感网技术 。物联网 在我国迅速发展的原因 有以下几点: 我国在 1999 年就启动了传感网技术的研究, 研发水平达到了世界的前列;我国 在世界传 感网领域是标 准主导国 之一,拥有大 量的专利 ;我国有完整的物联网产

39、业链 ;我国无 线通信网络和 宽带网络 的高覆盖为物 联网的发 展提供了广泛而坚实的基础; 我国的经 济经过改革开 发三十多 年的发展,有 较为雄厚 的经济实力和人才储备来支持物联网的发展。物联网技术的关键是以下几个方面: (1) 感知技术: 主要 是指传感器技术, 它是提取物理信息的关键技术, 是构成物联网的基础与核心单元; (2) 识别技术: 主要指集成无线通信、 芯片设计制造、 系统集成等技 术, 以 RFID技术为代表; (3) 结点软硬件设计技术: 主要包含硬件技术和软件技术的感知结点和识别结点能力; 3 江苏科技大学工学硕士学位论文 (4) 组网与泛在接入技术: 主要指物联网中通信

40、网络的信息传递和服务的基础设施; (5)大规模的感知信息处理技术。1.2.4 无线传感技术发展 伴随着传感 器、微电 子 、无线通信 等技术的 快 速发展,带 动了低功 耗 多功能微 型传感器的快速 发展。使 微型传感器具 有了信息 采集、数据处 理、无限 通信和协 同合作等多方面功能 。借助于 各种传感器, 探测和集 成包括温度、 湿度、压 力、速度等物质现象的无线传感网络,也是温总理“ 感知中国” 提法的主要依据。 无线传感器网络5 (WSN, wireless sensor network ) 是指由大量传感器 节点在监测区域内无线的 通信方式 利用多跳自组 织构成的 网络。能够实 时地

41、对设 备进行监测和感知各种有效信息 (诸如温度、 光强、 噪音、 湿 度和气体浓度等) , 在对这些信息进行了处理以后通过无线的方式将信息发送出去。如图 1.1 为无线传感器网络体系结构图: 互联网 、 卫星或者移动 通信网络汇聚 节 点监 控中 心监 测 区 域传 感节 点图 1.1 :无 线传 感器 网络 体系结 构图 Fig.1.1 system structure of WSN 无线传感器 网络节点 主 要包括传感 器单元、 处 理器单元、 无线通信 模 块和能量 供应模块,分别 负责设备 信息数据的采 集、转换 、存储、处理 、传输和 能量模块的能源供应。节点将 监测到的 数据通过相

42、邻 的节点逐 条信息传输, 经过多跳 路的方式汇聚到汇聚节点,最 后通过外 部的其他方式 (如局域 网络)发送到 监控中心 。传感器节点的体积很小,通 常是通过 自身携带的电 池供电, 且数量一般较 大,分布 区域较广,同时其价格低功耗 小。由于 单个 节点的通 信距离短 ,并且计算和 存储能力 非常有限,因此4 第 1 章 绪论 采用汇聚节点 的方式使 通信、存储和 计算能力 得到增强,主 要是通过 转换通信协议来实现。使传感 器网络与 外网相连,同 时将监测 到的数据传输 到外部网 络,并发布到监控中心。汇聚 节点既可 以是一个具有 充足能量 和内存的增强 性传感器 节点,也可以转变成一个

43、网关设备。 无线传感器网络是一种高可靠性、 大规模的网络。 为了获得准确的设备状态信息,大量的传感器 节点会被 部署所要监测 区域的范 围内,这使得 无线传感 器网络监测获得了增大了的空 间视角、 通过获取的大 量信息对 比可以得到更 加准确的 设备状态信息以及范围更加大的监测区域。无线传感器网络是通过一种自组织的动态性网络。 通常无线传感器网络节点被随机的部署在监 控的区域 内,各个节点 的位置和 它们相互间的 位置关系 不可知。这个情况要求节点能 够通过自 身进行网络的 配置和管 理,通过分布 式网络协 议来实现组成网络。但是在使 用的过程 中,部分节点 可能会由 于环境、能量 甚至损坏

44、等因素的影响而出现故障。为 了正常运 行,网络中会 设置、增 加新的传感器 节点来取 代已失效节点的相应作用,保 证网络拓 扑结构不会随 着节点的 突然失效或者 损坏而发 生改变。传感器网络的自组织性能够保证网络能够适应恶劣的外部 环境的变化, 其具有系统重构能力。 目前互联网服务只给每单个网络设备分配了唯一的 IP 地址, 只有通过 这个唯一的IP 地址才能够进行信息 的定位以及传输, 该网络是以 IP 地址为中心。 而无线传感器网络中是以数据 为中心的 应用网络,节 点采用编 号标识,节点 可以随机 部署,不受具体位置的约束。当用户查询时,系统仅是将事件发布到网络,而不需要确定节点位置。

45、1.3 本文研究的 主要 内容 船舶远程监 控是一个 很 庞大的系统 ,涉及到 很 多专业领域 ,并且随 着 科学技术 的不断发展,会 有不断的 有新技术和新 理论运用 到其中。本文 在综合考 虑了国内外船舶远程监控系统 的发展现 状和趋势的情 况下,提 出设计一种低 成本,高 效率,实用性强的船舶远程监 控系统。 本文主要针对 船舶舱室 环境控制中的 环境数据 进行采集,并实现了对采集数 据的实时 监控。同时系 统提供了 扩充功能,可 以对船舶 结构进行扩充,并动态添加需要监控的节点。 本文设计的 基于物联 网 技术的船舶 远程监控 系 统结合了物 联网技术 、 嵌入式技 术和 Androi

46、d 技术。 整个系统采用 B/S 架构设计, 以服务器为核心, 以 ZigBee 无线传感器网络为设备环境数 据的采集终端。ZigBee 无 线传感器网络完成整个船舶环境数据的采集和传送。 系统采用了 TI 公司的 ZigBee 芯 片是以 CC2530 为核心 , 采用 51 单片机进行传感器节点数据的采集, 并利用 ZigBee 无线网络进行数据的传输。 无线方式避免了传统有线组网方式的布线麻烦、 可扩展性差、 安装维护成本高、 移动性能差等弊端。5 江苏科技大学工学硕士学位论文 服务器通过连接 CC2530 无线通信模块接收来自 ZigBee 无线传感器 网络采集并传送的数据。在任何 一

47、个有网 络的地方用户 都可以通 过电脑浏览器 或者 访问服务器,查看船舶的实时状态数据信息,授权用户还可以根据数据做 出判断,发送控制命令。 本文研究内容具体安排如下: 第 1 章 绪论 介绍了课题研究的相关背景和技术,以及本论文的主要工作。 第 2 章 可行性及需求分析, 通过对系统的可行性 方面与需求性方面的 分析确定论文课题研究的可行。 第 3 章 船舶远程监控系统整体的方案设计。 介绍了系统的总体框架、 功能以及相关 技 术 与 系 统 的 设 计 方 案 , 对 系 统 的 功 能 进 行 了 设 计 , 同 时 结 合 JAVA 技 术 和 SQL Server 2005 数据库技

48、术 ,建立了基于 B/S 模式的船舶远程监控系统 。 第 4 章 无线传感器网络 节点模块。 介绍了无线传感器节点的设计与节点的数据采集。硬件部分重点介绍了 CC2530 微控制器及其外围电路设计,软件部分介绍节点无线通信 方式的选择以及节点低功耗设计 。 第 5 章 ZigBee 无线传 感器网络通信模块。 包括 ZigBee 无线传感器 网络的通信协议及各模块的主要职能。重点介绍了系统的通信协议的和开发软件的设计。 第 6 章 服务器应用端的 设计与实现 包括服务器 进行的软件设计。 并对服务器 (传统 PC 电脑和 移动 终端)进行了实现。 结论与展望 。首先对 全 文工作做了 总结,接

49、 着 对船舶远程 监测控制 系 统数据采 集和自动监控两方面的完善提出了自己的想法和见解。 1.4 小结 本章首先介 绍了课题 研 究的背景及 意义,然 后 介绍了船舶 远程监控 和 物联网技 术的发展历程及 发展趋势 ,结合实际情 况,从软 件与硬件两方 面确定了 实验方案。最后阐述了论文的研究内容与主要工作。 6 第 2 章 可行性及需求分析 第 2 章 可行性及需求分析 2.1 系统的可 行性分 析 2.1.1 技术可行性 分析 基于6,7 物联 网技 术的 船 舶 远程 监控 技术 可行性 主 要分 为: 开发 风险分 析 和相关技术的支撑分析。 开发风险分 析 :本文 的 基于物联网

50、 技术的 船 舶 远程监控系 统的开发 目 前主要是 设计系统的整体 框架和基 本功能的实现 ,并不需 要关注太多船 舶复杂环 境,所以系统可以在规划时间内完成。 技术支撑分 析:基于 物 联网技术的 船舶远程 监 控系统主要 包括了 数 据 采集 与处 理系统 技术、 数据传输技术、 无线通信技术和页面 展示四个方面。 1、数据采集 系统 :目 前常用的 数据 采集系统 包括(1)一 般计算机 数据采集与处理系统(DAS)。 (2) 直接数字控制 型数据采 集与处理系统 (DDS)。 (3) 集散型 数据采集与处理系统(DCS)。 2 、 数据 传输 技术:数据传输主要分为并行与串行数据传输

51、方式, 并行数据传输 :并行传输可同 时传输相 同比特率的数 据,每单 个比特只是用 一条导线 ,并行传输方式适用于短距离 设备之间 。串行数据传 输:只提 供一条线路, 按位传输 所有的比特,在长距离连接中更可靠但是速度比较慢。 3、 无线通信技术: 船舶监控根据实际情况可供选择的的无线通信技术主要有以下几点: (1)2G 、3G 移动通信技术 (中国移动、 中国联通、 中国电信正在运营的网络) ;(2)WLAN 无线局域 网(这个好像包括 Wi_Fi 。主要用于本本无线上网) ; (3)军事方面的高频、甚高频、超高频无线通信技术; (4)潜艇通信; (5)卫星通信 ; 4、 界面显示技术:

52、 主要包括了数据库技术与计算机语言技术, 人机交互界面实现已很广泛。 综上基于物 联网技术 的 船舶远程监 控系统可 行 性分析的四 个方面, 在 发展或者 实际应用方面已经可以满足本系统的开发技术支撑。 2.1.2 经济可行性分析 无线远程监 控系统的 使 用基本不需 要对船舶 设 备进行移动 或者进行 破 船等一系 列对船舶环境造 成破坏的 操作,无线远 程监控方 式采用了一次 性的支出 ,并且系统间的兼容性较高, 对其他的 软件部会产生 冲突,在 今后的使用中 不会再有 大量 工作任务。7 江苏科技大学工学硕士学位论文 而且系统开发所只需普通服务器和一些开源框架即可开发成功, 相关资料也较易获得。 2.1.3 操作可行性分析 本系统的使 用需要对 管 理员需要一 定的 软件 维 护 基础,但 只需经过 短 时间的教 学就可胜任系统日常维护和管理工作。同时本系统完全符合相关的规定。 2.1.4 结论 基