【摘要】：伴隨社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展,我國面臨的環(huán)境問題也越來越受到人們重視。提高環(huán)境信息化水平,促進(jìn)新興信息技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用,已成為并將長期作為環(huán)保工作的重點(diǎn)。為了適應(yīng)新時代的發(fā)展要求,對環(huán)境進(jìn)行更高效的管理,環(huán)保相關(guān)部門及企業(yè)開發(fā)了許多環(huán)保業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng),積累了大量環(huán)保數(shù)據(jù)信息。但這些數(shù)據(jù)信息的采集、處理、存儲和應(yīng)用不夠集中,缺乏規(guī)范化的管理機(jī)制,致使許多信息得不到有效利用,從而出現(xiàn)了“信息孤島”、“數(shù)據(jù)煙囪”現(xiàn)象。如何充分利用物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式技術(shù)完成對各類環(huán)保信息的感知與采集、處理與傳輸以及分析與整合,從而滿足對各種業(yè)務(wù)需求的智能響應(yīng),使環(huán)境治理決策更加科學(xué)是環(huán)保工作需要解決的當(dāng)務(wù)之急。環(huán)境信息化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展促使各種老式環(huán)保設(shè)備產(chǎn)生了接入環(huán)保監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的需求,其中很多是符合Modbus串行通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。它們對于擴(kuò)大環(huán)保數(shù)據(jù)來源有重要意義。如何有效實(shí)現(xiàn)將這些環(huán)保設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng),成為一個需要解決的關(guān)鍵問題。萬物互聯(lián)的時代即將來臨,為了避免逐漸擴(kuò)大的設(shè)備互聯(lián)互通市場處于一種無序的狀態(tài),需要一種規(guī)范化的管理平臺來應(yīng)對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域設(shè)備部署困難、系統(tǒng)升級困難及基礎(chǔ)設(shè)施資源難以復(fù)用的問題。傳統(tǒng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)存在功能單一、可擴(kuò)展性差、難以維護(hù)的問題。如何設(shè)計(jì)功能更加完善的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)及平臺,以滿足環(huán)保領(lǐng)域設(shè)備互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化的需求,建立起統(tǒng)一的設(shè)備互聯(lián)互通平臺,需要不斷的探索與實(shí)踐。為使上述問題得到有效解決,本文對環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)總體框架及智慧環(huán)保應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)展開仔細(xì)研究,最終設(shè)計(jì)一種面向環(huán)境保護(hù)的新型物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件體系結(jié)構(gòu),并以此為基礎(chǔ)完成了基于Zynq SoC智能單芯片的軟件定義設(shè)備研究與實(shí)踐。面向環(huán)境保護(hù)的智慧物聯(lián)網(wǎng)關(guān)使用基于ARM+FPFA架構(gòu)的Zynq-7000系列全可編程SoC作為主控芯片,并使用Xilinx Vivado集成開發(fā)環(huán)境完成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它采用針對基于FPGA的片上系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的PetaLinux工具完成BSP構(gòu)建,并實(shí)現(xiàn)了對不同類型環(huán)保設(shè)備的接入支持以及與云端服務(wù)平臺的智能交互。最后的系統(tǒng)評測結(jié)果表明,該網(wǎng)關(guān)穩(wěn)定可靠,支持多平臺數(shù)據(jù)上報,可擴(kuò)展性良好。軟硬件設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期效果,驗(yàn)證了面向環(huán)境保護(hù)的智慧物聯(lián)網(wǎng)關(guān)軟件體系結(jié)構(gòu)的可行性與正確性。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.44;TN929.5
【圖文】：

北京工業(yè)大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文2.2 智慧環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)研究作為世界信息產(chǎn)業(yè)第三次巨大變革的主角，IoT 將開啟一個萬物互聯(lián)的信息化時代[33][34]。環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)將傳統(tǒng)環(huán)保行業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)信息化實(shí)踐，有利于建設(shè)全方位的環(huán)保治理體系，加快我國環(huán)保信息化進(jìn)程，促進(jìn)“數(shù)字環(huán)保”向“智慧環(huán)�！笨焖龠^渡。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等前沿科技的研究工作不斷取得新進(jìn)展，環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)中也開始融入這些技術(shù)以更好地滿足大眾需求。本文通過對環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例的研究總結(jié)出面向環(huán)保的智慧物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)。面向環(huán)保的智慧物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)如圖 2-1 所示，自下向上可分為現(xiàn)場設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)、IoT 設(shè)備管理平臺、環(huán)保大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用平臺四個層次。

據(jù)的感知與采集技術(shù)也會更加先進(jìn)，從而使得采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)更保數(shù)據(jù)處理及傳輸技術(shù)保數(shù)據(jù)的處理及傳輸通常在物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程服務(wù)平臺交互，網(wǎng)關(guān)對環(huán)保數(shù)據(jù)的處理與傳輸提供技同廠商生產(chǎn)的環(huán)保設(shè)備甚至同一廠商生產(chǎn)的不同型號的環(huán)保設(shè)備協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，通常參照國家標(biāo)準(zhǔn)《污染物在線監(jiān)控（監(jiān)測）系準(zhǔn)（HJ212-2017）》（以下簡稱 HJ212《標(biāo)準(zhǔn)》）對環(huán)保設(shè)備原始監(jiān)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化處理。HJ 212《標(biāo)準(zhǔn)》由環(huán)保部在 2017 年 4 月發(fā)布在線自動監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸及指令交互，該標(biāo)準(zhǔn)徹執(zhí)行環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的相關(guān)法律法規(guī)，對污染物在線監(jiān)控系統(tǒng)的建使環(huán)保數(shù)據(jù)傳輸更加規(guī)范。HJ212《標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定了現(xiàn)場機(jī)與上位程交互的通訊模式及通訊協(xié)議格式�，F(xiàn)場機(jī)與上位機(jī)之間的四種通-11 所示。

第 2 章 智慧環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)總體框架及關(guān)鍵技術(shù)研究圖 I 表示請求命令模式，由上位機(jī)發(fā)起請求，現(xiàn)場機(jī)對請求消息進(jìn)行應(yīng)答并執(zhí)行請求，請求執(zhí)行完畢后，將請求執(zhí)行結(jié)果返回給上位機(jī)。圖 II 表示上傳命令模式，分為兩種情況，第一種是單向通訊，現(xiàn)場機(jī)上傳數(shù)據(jù)到上位機(jī)，不請求數(shù)據(jù)應(yīng)答。第二種是雙向通訊，現(xiàn)場機(jī)上報數(shù)據(jù)到上位機(jī)并請求數(shù)據(jù)應(yīng)答，上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，返回應(yīng)答消息給現(xiàn)場機(jī)。圖 III 和圖 IV 均表示通知命令模式，在圖 III 中由現(xiàn)場機(jī)發(fā)送通知給上位機(jī)，上位機(jī)接收到通知后，返回確認(rèn)接收的消息給現(xiàn)場機(jī)。圖 IV 中由上位機(jī)下發(fā)通知到現(xiàn)場機(jī)，現(xiàn)場機(jī)收到通知后，返回確認(rèn)接收的消息給上位機(jī)。環(huán)保終端與遠(yuǎn)程服務(wù)平臺依照 HJ212《標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱笪母袷饺鐖D 2-12 所示，所有的通訊數(shù)據(jù)報文都是由 ASCII 碼字符組成并采用 UTF-8編碼方式，數(shù)據(jù)段部分包含了通訊的主要內(nèi)容。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 鄭磊;羅健飛;蘇湘;夏雨瀟;吳仲城;;一種面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的通用網(wǎng)關(guān)平臺的設(shè)計(jì)[J];自動化與儀表;2013年09期

2 王書根;王振松;劉曉云;;Modbus協(xié)議的RS485總線通訊機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J];自動化與儀表;2011年05期

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本文編號：2754738