一种多信号多终端远程监测系统的制作方法

本发明涉及物联网远程监测技术领域，具体是一种多信号多终端远程监测系统。

背景技术：

物联网远程监测系统相比较传统的监测系统实现了数字化、智能化、无人化、远程化和大数据化，世界各国十分重视物联网远程监测方面的建设，并做了大量的技术研发和应用工作，使得物联网远程监测已经成为推动世界经济增长的重要新兴产业。但是针对具体应用场景的物联网监测系统的开发流程比较复杂，开发过程耗时耗力，需要解决各型号传感器信号提取、传感器信号复杂的远程传输协议、数据的处理和存储、数据库的设计、客户端的设计等问题，且无论哪一部分出现问题都会导致系统的不稳定甚至无法正常运行。

现有的物联网远程监测产品开发过程中开发流程和开发时间过长、开发的系统不稳定、开发过程需要消耗大量的人力物力。论文《基于嵌入式gprs无线数据传输系统实现及应用》中设计了一种b/s架构的基于gprs模块的无线数据传输系统，但是基于此系统设计远程监测系统存在很大的问题：首先此系统无法针对不同的传感器进行采集，需要开发者针对不同的传感器使用单片机等对传感器进行信号采集然后再将信号传输给gprs模块；其次此系统在大规模的传感器信号采集过程中，每个传感器都需要配置一个gprs模块，这样不仅大大增加了成本而且加重了网络负担；另外此系统只有基于b/s架构的web端管理软件无法满足开发者对多终端适配的要求，且软件只有简单的登陆和数据显示功能，显示效果不好。

现有的监测系统一般是通过单片机或者plc等设备采集传感器的信号，但是单片机或plc采集传感器信号时需要针对不同类型的传感器编写特定的程序，而且单片机或plc采集到的信号需要经过复杂的局域网和广域网协议传输以及复杂的数据存储和大数据处理才能最终实现远程监测，这样大大拉长了产品的开发周期。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种多信号多终端远程监测系统。本系统无需任何配置即可实现多种类型传感器的信号采集、信号的局域网和广域网无线传输、服务器的数据解析、数据库的存储以及客户端的实时同步在线显示和管理等功能，开发者只需要考虑选用或设计合适的传感器接入本系统即可实现远程监测产品的开发，大大加快了物联网远程监测产品的开发进度，节省了人力物力，提高了产品的可扩展性和稳定性。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种多信号多终端远程监测系统，其特征在于该系统包括dtu设备、云服务器、云数据库、客户端和至少一个zigbee终端；

所述zigbee终端和dtu设备安装在需要进行监测的环境中，zigbee终端连接不同种类的传感器；所述zigbee终端通过无线局域网与dtu设备连接；所述dtu设备通过互联网与云服务器连接；所述云服务器通过tcp/ip与云数据库连接；所述客户端通过互联网与云服务器连接。

所述zigbee终端包括终端单片机、终端芯片、终端电源接口、终端单掷开关、终端稳压管、终端电源指示灯、信号采集端子、终端天线、终端单片机下载调试口和终端芯片下载调试口；所述终端单片机和终端芯片通过串口连接；所述终端电源接口、终端单掷开关、终端稳压管和终端电源指示灯依次连接；所述终端稳压管分别与终端单片机与终端芯片连接；所述终端单片机与终端单片机下载调试口通过串口连接；所述终端芯片与终端芯片下载调试口通过串口连接；所述终端芯片与终端天线连接；

所述dtu设备包括dtu单片机、dtu芯片、gprs模块、dtu电源接口、dtu单掷开关、dtu稳压管、dtu电源指示灯、协调器天线、gprs天线、dtu单片机下载调试口和dtu芯片下载调试口；所述dtu电源接口、dtu单掷开关、dtu稳压管和dtu电源指示灯依次连接；所述dtu单片机与dtu芯片通过串口连接，dtu单片机与gprs模块通过串口连接；所述dtu芯片与协调器天线连接，协调器天线与终端天线通过zigbee局域网连接；所述gprs模块与gprs天线连接，gprs天线通过互联网与云服务器连接；所述dtu单片机与dtu单片机下载调试口通过串口连接；所述dtu芯片通过串口与dtu芯片下载调试口连接；

所述云服务器包括tcp/ip采集服务器和tomcat应用服务器；所述tcp/ip采集服务器与tomcat应用服务器分别与云数据库连接。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本系统无需任何配置即可实现多种类型传感器的信号采集、信号的局域网和广域网无线传输、服务器的数据解析、数据库的存储以及客户端的实时同步在线显示和管理等功能，开发者只需要考虑选用或设计合适的传感器接入本系统即可实现远程监测产品的开发，大大加快了物联网远程监测产品的开发进度，节省了人力物力，提高了产品的可扩展性和稳定性。

(2)本系统采取局域网传输和互联网传输相结合的方式进行信号传输，在zigbee局域网内采集和汇聚数据，然后通过gprs模块对信号进行互联网传输，这样既节约了成本也降低了网络负载。

(3)本系统中dtu设备集成了zigbee协调器(dtu单片机和dtu芯片)和gprs模块，能够在一个设备上同时实现zigbee信号的汇聚和远程数据传输。

(4)本系统中客户端分为windows桌面客户端、android手机客户端和web客户端，且客户端共用一个服务器，这些客户端可以分别运行在不同的设备上供用户选择使用。

(5)本系统使用方便、稳定可靠、延迟小、精度高。

附图说明

图1为本发明多信号多终端远程监测系统一种实施例的整体结构示意框图；

图2为本发明多信号多终端远程监测系统一种实施例的zigbee终端的结构示意框图；

图3为本发明多信号多终端远程监测系统一种实施例的dtu设备的结构示意框图；

图4为本发明多信号多终端远程监测系统一种实施例的云服务器与云数据库连接关系示意框图；

图5为本发明多信号多终端远程监测系统一种实施例的tomcat应用服务器的结构示意框图；

图6为本发明多信号多终端远程监测系统一种实施例的数据库结构示意图；(图中：1、zigbee终端；2、dtu设备；3、云服务器；4、云数据库；5、客户端；101、终端单片机；102、终端芯片；103、终端电源接口；104、终端单掷开关；105、终端稳压管；106、终端电源指示灯；107、信号采集端子；108、终端天线；109、终端单片机下载调试口；110、终端芯片下载调试口；201、dtu单片机；202、dtu芯片；203、gprs模块；204、dtu电源接口；205、dtu单掷开关；206、dtu稳压管；207、dtu电源指示灯；208、协调器天线；209、gprs天线；210、dtu单片机下载调试口；211、dtu芯片下载调试口；31、tcp/ip采集服务器；32、应用服务器；321、jdbc数据库连接核心模块；322、传感器操作类模块；323、用户操作类模块；324、管理操作类模块；325、传感器servlet模块；326、用户servlet模块；327、管理servlet模块)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种多信号多终端远程监测系统(简称系统，参见图1-6)，包括dtu设备2、云服务器3、云数据库4、客户端5和至少一个zigbee终端1；

所述zigbee终端1和dtu设备2安装在需要进行监测的环境中，其中zigbee终端1连接不同种类的传感器；所述zigbee终端1通过无线局域网与dtu设备2连接；所述dtu设备2通过互联网与云服务器3连接；所述云服务器3和云数据库4部署在有独立ip的主机上，云服务器3通过tcp/ip与云数据库4连接；所述客户端5通过互联网与云服务器3连接；

所述zigbee终端1包括终端单片机101、终端芯片102、终端电源接口103、终端单掷开关104、终端稳压管105、终端电源指示灯106、信号采集端子107、终端天线108、终端单片机下载调试口109和终端芯片下载调试口110；所述终端单片机101和终端芯片102通过串口连接；所述终端电源接口103、终端单掷开关104、终端稳压管105和终端电源指示灯106依次连接；所述终端稳压管105分别与终端单片机101与终端芯片102连接，进行供电；所述终端单片机101与终端单片机下载调试口109通过串口连接；所述终端芯片102与终端芯片下载调试口110通过串口连接；所述终端芯片102与终端天线108连接；所述信号采集端子107共有七个，分别与不同种类的传感器连接进行信号采集，具体为两个232信号采集端子、两个传感器供电端子、两个ad电压信号采集端子和一个ad电流信号采集端子；ad电压信号采集端子用于采集0～5v的电压信号；ad电流信号采集端子用于采集4～20ma的电流信号；所述两个232信号采集端子、两个ad电压信号采集端子和一个ad电流信号采集端子分别与终端单片机101连接，两个传感器供电端子与终端单掷开关104连接，为传感器提供电源；

所述dtu设备2包括dtu单片机201、dtu芯片202、gprs模块203、dtu电源接口204、dtu单掷开关205、dtu稳压管206、dtu电源指示灯207、协调器天线208、gprs天线209、dtu单片机下载调试口210和dtu芯片下载调试口211；所述dtu电源接口204、dtu单掷开关205、dtu稳压管206和dtu电源指示灯207依次连接，实现对dtu设备2的供电、稳压和电源指示；所述dtu单片机201与dtu芯片202通过串口连接，dtu单片机201与gprs模块203通过串口连接，dtu芯片202接收和汇聚zigbee终端1采集的信号发送给dtu单片机201，dtu单片机201将数据进行打包后发送给gprs模块203，然后gprs模块203将信号远程传送至云服务器3；所述dtu芯片202与协调器天线208连接，协调器天线208与终端天线108通过zigbee局域网连接；所述gprs模块203与gprs天线209连接，gprs天线209通过互联网与云服务器3连接；所述dtu单片机201与dtu单片机下载调试口210通过串口连接；所述dtu芯片202通过串口与dtu芯片下载调试口211连接；

所述云服务器3包括tcp/ip采集服务器31和tomcat应用服务器32，进行tcp数据的采集和针对客户端5远程数据支撑；所述tcp/ip采集服务器31与tomcat应用服务器32分别与云数据库4连接；tcp/ip采集服务器31包括tcp连接管理模块、tcp数据收发模块、tcp数据解析模块、mysql数据库连接模块和数据存储模块；tcp连接管理模块用于建立tcp通道；tcp数据收发模块用于与gprs模块203进行双向通信；tcp数据解析模块按照数据帧格式对数据进行解析；mysql数据库连接模块用于与云数据库4进行连接和通信，数据存储模块用于将解析后的数据存储到云数据库4；

tomcat应用服务器32包括jdbc数据库连接核心模块321、传感器操作类模块322、用户操作类模块323、管理操作类模块324、传感器servlet模块325、用户servlet模块326和管理servlet模块327；所述传感器操作类模块322、用户操作类模块323和管理操作类模块324分别与jdbc数据库连接核心模块321连接；所述传感器操作类模块322与传感器servlet模块325连接，用户操作类模块323与用户servlet模块326连接，管理操作类模块324与管理servlet模块327连接；所述jdbc数据库连接核心模块321与云数据库4连接进行交互；所述传感器操作类模块322、用户操作类模块323和管理操作类模块324通过jdbc数据库连接核心模块321与云数据库4进行交互获取相应的数据；所述传感器servlet模块325、用户servlet模块326和管理servlet模块327分别用于获取传感器操作类模块322、用户操作类模块323和管理操作类模块324的数据然后将这些数据提供给客户端5使用；

所述云数据库4为mysql数据库，云数据库4通过数据表进行数据的分类管理，数据表包括传感器表、用户表和当前数值表，传感器表的初始数量为12，当传感器数量大于12个时自动添加传感器表，用户表数量为1，当前数值表数量为1；传感器表项为value、time、threshold_top、threshold_bottom；用户表项为user、password、phone、address；当前数值表项为time、value1、value1_time、value2、value2_time、valuex、valuex_time；

所述客户端5包括windows客户端、手机客户端和网页客户端，其中windows客户端和手机客户端是c/s架构，网页客户端是b/s架构；windows客户端、手机客户端和网页客户端共用服务器；客户端5包括以下模块：用户登录模块、项目选择模块、数值表格显示模块、传感器波形图显示模块、初始化模块、报警模块和数据导出模块；用户登录模块提供用户登录或新用户注册的界面和逻辑；项目选择模块提供用户在嵌入的网络地图上新建项目和选择项目的界面和逻辑；数值表格显示模块主要是对当前各个传感器的数值、数值接收时间、变化率等进行显示；传感器波形图显示模块主要是对用户选择的传感器进行波形图实时显示；初始化模块主要用于对当前的某个传感器数值初始化为初始数值0；报警模块用于用户设置每个传感器的报警阈值并根据设置的阈值自动报警；数据导出模块主要用于将传感器在特定时间段产生的数据导出；

所述zigbee终端1和dtu设备2采用5v的ups不间断电源进行供电，ups不间断电源分别与zigbee终端1的终端电源接口103和dtu设备2的dtu电源接口204连接，每个zigbee终端1和dtu设备2都连接各自对应的ups不间断电源。

所述终端单片机101和dtu单片机201的型号是c8051f020；终端芯片102和dtu芯片202的型号是cc2530；终端稳压管105和dtu稳压管206的型号是eh16a。

本发明多信号多终端远程监测系统的工作原理和工作流程是：

首先根据不同的传感器类型将每个传感器与一个zigbee终端1对应的信号采集端子107进行连接，然后将这些zigbee终端1和dtu设备2与ups电源连接进行供电后放置在需要进行信号采集的环境中。终端单片机101采集传感器信号并将信号发送给终端芯片102，终端芯片102负责建立zigbee局域网并将接收到的数据通过终端天线108发送给dtu设备2，终端单片机下载调试口109和终端芯片下载调试口110分别负责对终端单片机101和终端芯片102的程序下载和调试，便于二次开发。

dtu设备2汇聚多个zigbee终端1的数据，dtu芯片202负责建立zigbee局域网并接收zigbee终端1发送的数据然后将数据通过串口发送给dtu单片机201，dtu单片机201将数据打包后发送给gprs模块203，然后gprs模块203通过互联网将数据传送到云服务器3。tcp/ip采集服务器31接收dtu设备2发送的数据后根据打包格式对数据解析并存储到云数据库4中，tomcat应用服务器32读取云数据库4中数据并根据客户端5的请求参数反馈给客户端特定数据。客户端5包括windows桌面客户端、android客户端和web客户端，它们都根据tomcat应用服务器32反馈的数据实现传感器数值显示、波形图动态显示和数据的分析等功能。这样就在客户端5上实现了针对多类型传感器的多终端远程监测。

本发明未述及之处适用于现有技术。