【導(dǎo)讀】近些年隨著計算機，集成電路，嵌入式開發(fā)平臺以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的快速發(fā)展，遠程監(jiān)控系統(tǒng)越來越受到人們的重視。在傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并結(jié)合。B/S模式開發(fā)的嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為新的研究熱點。本文將在此基礎(chǔ)上，對。以Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)采集端,服務(wù)器通過串口通信連接CC2530無線。另外，結(jié)合用戶的實際需求，按照軟件工程的開發(fā)流程對服務(wù)器系統(tǒng)進行了設(shè)計，用程序，實現(xiàn)了移動終端對服務(wù)器的訪問。用戶可以通過接入網(wǎng)絡(luò)中的電腦和裝有。查看設(shè)備的運行狀態(tài)，授權(quán)的用戶還可以根。據(jù)實時數(shù)據(jù)做出判斷，發(fā)送控制命令，調(diào)節(jié)環(huán)境。行了總結(jié)并對船舶遠程監(jiān)控的發(fā)展予以展望。

　　

【正文】 ......................................................................... 61 Job Outlook ........................................................................................................................ 61 References ................................................................................................................................ 63 Studying for a master39。s degree during the academic .........................................錯誤 !未定義書簽。 Acknowledgments..................................................................................................................... 65Contents XI 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題的研究背景及意義 海上運輸行業(yè)特別是船舶運輸業(yè)的發(fā)展一般呈現(xiàn)資金高密集、技術(shù)高密集和勞動力高密集，海上運輸業(yè)的發(fā)展在國民經(jīng)濟事業(yè)發(fā)展中具有非常重要的地位。國際經(jīng)濟貿(mào)易中的貨物運輸中極大部分是由海上運輸完成的。隨著船舶行業(yè)的快速發(fā)展，船舶數(shù)量的大量增多、業(yè)務(wù)的不斷增長、新線路大量的開辟等，對船舶的作業(yè)狀態(tài)，運行狀況的智能通信要求不斷被提高 [1]。特別是對船舶的監(jiān)控保養(yǎng)，維修等提出了很高的要求。 船舶設(shè)備的保養(yǎng)維修工作主要依靠定期檢查和事后維修的方式解決。這兩種方式不僅 工作量大，并且存在著誤修的可能。極大地浪費人力物力。同時隨著船舶運輸業(yè)的發(fā)展，對船舶運力的大量要求使得許多的船舶在超負荷的工作。因此，能夠?qū)崟r的、準(zhǔn)確的獲悉船舶的運行動態(tài)顯得非常急切。船舶設(shè)備的運行狀態(tài)以及報警系統(tǒng)的實時監(jiān)測，可以實時監(jiān)測船舶的關(guān)鍵設(shè)備的信息參數(shù)，對船舶的未來發(fā)展和建設(shè)具有極其重要的意義。 在過去的船舶監(jiān)控系統(tǒng)中，船舶企業(yè)的工作人員利用對講機或者手機等手段，實現(xiàn)船岸信息通訊來傳遞船舶設(shè)備的信息狀態(tài)。這種方式不僅達不到監(jiān)控的實時性要求，而且操作性能低、管理不方便。 目前船舶設(shè)備數(shù)據(jù)的監(jiān)控系統(tǒng)， 其實現(xiàn)方式有多種，如 PLC、 RS485 總線等有線方式等。船舶監(jiān)控系統(tǒng)緊密結(jié)合了船舶現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢，實現(xiàn)了船舶的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控和全船數(shù)據(jù)資源的共享。主要功能包括，對船舶關(guān)鍵部位和主要設(shè)備的運行及使用情況的監(jiān)測；對船舶的工作情況的實時檢查；減少了人力重復(fù)勞動的資源性浪費；提高了船舶航行的安全性、可靠性和經(jīng)濟性。但是由于各家公司開發(fā)研制的系統(tǒng)主要是針對特定型號的船舶開發(fā)的，所以開發(fā)的產(chǎn)品通用性差，與實際船舶企業(yè)的需求存在分歧，這些分歧主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)一般具有的功能比較豐富，而企業(yè)的實 際需要只是一部分功能，這就造成了資源和成本的浪費； （ 2）由于各家企業(yè)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)有區(qū)別，在選擇監(jiān)控產(chǎn)品時，需要考慮各間企業(yè)間的系統(tǒng)是否能夠兼容； （ 3）在監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，因為設(shè)備的升級改造，監(jiān)控軟件的更新時，系統(tǒng)很可能出現(xiàn)由于環(huán)境的變化而崩潰等問題。 本文以船舶監(jiān)控系統(tǒng)的實際情況為背景，設(shè)計了一套可行的船舶遠程監(jiān)控系統(tǒng)，江蘇科技大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 2 不僅可以實現(xiàn)有線方式的船舶監(jiān)控功能，另外，系統(tǒng)實現(xiàn)了整個系統(tǒng)有機整合，即在不改變原系統(tǒng)整體框架的前提下，對整個系統(tǒng)信息進行整合。本文提出的艦船監(jiān)控系統(tǒng)的特點是，船舶的監(jiān)控不受地理位置、 計算機配置等制約；可實現(xiàn)實時監(jiān)控；只要打開瀏覽器輸入服務(wù)器地址即可對船舶各項實時狀態(tài)進行訪問；對船舶設(shè)備的運行參數(shù)進行監(jiān)測控制等。另外，提供了靈活的系統(tǒng)訪問方法，通過對訪問權(quán)限的設(shè)置，用戶可以通過任何接入 Inter 的設(shè)備，如 PC 機、手機等訪問相關(guān)的監(jiān)控數(shù)據(jù)，這樣的使訪問方式更加靈活、便捷。 船舶監(jiān)控的發(fā)展及現(xiàn)狀 船舶監(jiān)控發(fā)展概述 船舶 [2,3]監(jiān)控系統(tǒng)是針對船舶設(shè)備的運 行狀態(tài)參數(shù)的進行監(jiān)測和控制。船舶監(jiān)控主要分為船端的本地局域監(jiān)控和陸地端的遠程監(jiān)控兩個部分。 船舶本地局域監(jiān)控曾經(jīng)是船舶監(jiān)控的主要方式，主要是集中式控制結(jié)構(gòu)、分布式控制結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場總線式控制系統(tǒng) (FCS)以及全船網(wǎng)絡(luò)型。這種監(jiān)控方式受到通訊能力的限制，只能在船舶局域內(nèi)實現(xiàn)對設(shè)備運行情況的監(jiān)控。比較有代表性的監(jiān)控系統(tǒng)包括：分布式機艙數(shù)據(jù)監(jiān)測控制系統(tǒng)，典型的產(chǎn)品有德國 SIMENS 公司開發(fā)研制的 SIMA32C系統(tǒng)，挪威 NORCONTROL 公司研制的 DATA CHIEF1000 系統(tǒng)。到上世紀(jì)末，船舶艙室環(huán)境的監(jiān)控向分布 式計算機監(jiān)控方向轉(zhuǎn)移。船舶監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展如下 ： 1964 以前船舶只能實現(xiàn)單設(shè)備的監(jiān)控，監(jiān)控的可靠性低。 19641968 提出了“無人值班船”的概念，實現(xiàn)了工作人員依靠自動化設(shè)備對船舶的運行進行監(jiān)控。 19691975 提出了“超自動化”的概念，開始采用計算機系統(tǒng)。 751980 監(jiān)控系統(tǒng)開始采用分散控制，對設(shè)備塊進行劃分，實現(xiàn)以信息對象為主要監(jiān)控目標(biāo)。 80現(xiàn)在 監(jiān)控系統(tǒng)的智能化大幅提升，船舶監(jiān)控由本地局域監(jiān)控向遠程監(jiān)控發(fā)展，已初步實現(xiàn)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。 船舶遠程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展 是伴隨著計算機通訊技術(shù)、自動化技術(shù)等技術(shù)的飛速發(fā)展，從而衍生出的一種新型的遠程監(jiān)控方式。通常的船舶遠程監(jiān)控系統(tǒng)是將船端設(shè)備監(jiān)控區(qū)域劃分成眾多小塊，各個小塊利用總線等技術(shù)將小塊的信息整合到一起（即總線起到匯流數(shù)據(jù)信息的作用），結(jié)合局域網(wǎng)技術(shù)，將局域網(wǎng)內(nèi)各個監(jiān)控點利用局域網(wǎng)技術(shù)串聯(lián)起來，形成內(nèi)網(wǎng)。本文所采用的是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的方式，其不僅具有了一般船舶遠程監(jiān)控方式的優(yōu)點，并且通過無線的方式使信息的采集以及發(fā)布免除了傳統(tǒng)有線方式的布線、維護、修理等一系列后期難題。同時可以利用局域網(wǎng)進行資源共享，該第 1 章 緒論 3 方式充分考慮了目前 監(jiān)控方式對監(jiān)控點的數(shù)目與布控的要求。 目前船舶遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用的技術(shù)包括以下幾點：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術(shù)、遠程通訊技術(shù) (遠洋的船站通訊、近海的海事寬帶、 3G 無線網(wǎng)絡(luò) )、 Inter 技術(shù)和局域網(wǎng)技術(shù)等。 基于物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)測系統(tǒng)研究 遠程監(jiān)控主要分為有線監(jiān)控和無線監(jiān)控。相對于有線監(jiān)控，無線監(jiān)控方式的監(jiān)測點可以轉(zhuǎn)換，這樣監(jiān)測點的適應(yīng)能力強，不需要復(fù)雜的布線，并且有安裝和維護容易等優(yōu)點。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以數(shù)據(jù)為中心，網(wǎng)絡(luò)通信不需要傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜尋址方式，能夠迅速和有效的處理監(jiān)測到節(jié)點的信息，并且具有大規(guī)模 、高可靠性的優(yōu)點，高密度的節(jié)點部署不僅是監(jiān)測區(qū)域的覆蓋面積增大，而且使系統(tǒng)容錯性得到很大提高。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最重要的是其應(yīng)用前景廣闊，能夠廣泛的應(yīng)用在軍事、醫(yī)療設(shè)備、環(huán)境、工業(yè)生產(chǎn)等眾多領(lǐng)域。許多發(fā)達國家已經(jīng)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遠程監(jiān)控方面的應(yīng)用方面展開了研究。比如在環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用中，美國的相關(guān)研究人員開發(fā)了的 ALERT 系統(tǒng)，采用了無線傳感網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測降水量、土壤水分以及河水水位，并以此來預(yù)測山洪的地質(zhì)變化。哈佛大學(xué)與北卡大學(xué)合作研究的系統(tǒng)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集到的地質(zhì)震動信息和次聲波信息，進行了火山地質(zhì)變化的監(jiān)測。美國加 州大學(xué)伯克利分校通過在樓、橋梁等建筑中安裝傳感器節(jié)點收集建筑應(yīng)力、扭矩、震動幅度等狀態(tài)參數(shù)，來分析建筑物的狀態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在船舶安全監(jiān)測方面的應(yīng)用研究也正受到許多研究機構(gòu)和公司的密切關(guān)注。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展 物聯(lián)網(wǎng) [4]的概念是 MIT AutoID 中心 Ashton 教授在 1999 年提出的。在國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)曾經(jīng)被稱為傳感網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)即為傳感網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)在我國迅速發(fā)展的原因 有以下幾點：我國在 1999 年就啟動了傳感網(wǎng)技術(shù)的研究，研發(fā)水平達到了世界的前列；我國在世界傳感網(wǎng)領(lǐng)域是標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)國之一，擁有大量的專利；我國有完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈；我國無線通信網(wǎng)絡(luò)和寬帶網(wǎng)絡(luò)的高覆蓋為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了廣泛而堅實的基礎(chǔ)；我國的經(jīng)濟經(jīng)過改革開發(fā)三十多年的發(fā)展，有較為雄厚的經(jīng)濟實力和人才儲備來支持物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵是以下幾個方面： （ 1）感知技術(shù)：主要是指傳感器技術(shù)，它是提取物理信息的關(guān)鍵技術(shù)，是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)與核心單元； （ 2）識別技術(shù)：主要指集成無線通信、芯片設(shè)計制造、系統(tǒng)集成等技 術(shù)，以 RFID技術(shù)為代表； （ 3）結(jié)點軟硬件設(shè)計技術(shù)：主要包含硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的感知結(jié)點和識別結(jié)點能力； 江蘇科技大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 4 （ 4）組網(wǎng)與泛在接入技術(shù)：主要指物聯(lián)網(wǎng)中通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞和服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施； （ 5）大規(guī)模的感知信息處理技術(shù)。 無線傳感技術(shù)發(fā)展 伴隨著傳感器、微電子、無線通信等技術(shù)的快速發(fā)展，帶動了低功耗多功能微型傳感器的快速發(fā)展。使微型傳感器具有了信息采集、數(shù)據(jù)處理、無限通信和協(xié) 同合作等多方面功能。借助于各種傳感器，探測和集成包括溫度、濕度、壓力、速度等物質(zhì)現(xiàn)象的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，也是溫總理 “感知中國 ”提法的主要依據(jù)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) [5]（ WSN, wireless sensor work）是指由大量傳感器節(jié)點在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)無線的通信方式利用多跳自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。能夠?qū)崟r地對設(shè)備進行監(jiān)測和感知各種有效信息（諸如溫度、光強、噪音、濕度和氣體濃度等），在對這些信息進行了處理以后通過無線的方式將信息發(fā)送出去。如圖 為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖： 互 聯(lián) 網(wǎng) 、 衛(wèi) 星 或者 移 動 通 信 網(wǎng) 絡(luò)監(jiān) 控 中 心傳 感 節(jié) 點監(jiān) 測 區(qū) 域匯 聚 節(jié) 點 圖 ：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖 system structure of WSN 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要包括傳感器單元、處理器單元、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊，分別負責(zé)設(shè)備信息數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理、傳輸和能量模塊的能源供應(yīng)。節(jié)點將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過相鄰的節(jié)點逐條信息傳輸，經(jīng)過多跳路的方式匯聚到匯聚節(jié)點，最后通過外部的其他方式（如局域網(wǎng)絡(luò)）發(fā)送到監(jiān)控中心。傳感器節(jié)點的體積很小，通常是通過自身攜帶的電池供電，且數(shù)量一般較大，分布區(qū)域較廣，同時其價格低功耗小。由于單個 節(jié)點的通信距離短，并且計算和存儲能力非常有限，因此第 1 章 緒論 5 采用匯聚節(jié)點的方式使通信、存儲和計算能力得到增強，主要是通過轉(zhuǎn)換通信協(xié)議來實現(xiàn)。使傳感器網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)相連，同時將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠烤W(wǎng)絡(luò)，并發(fā)布到監(jiān)控中心。匯聚節(jié)點既可以是一個具有充足能量和內(nèi)存的增強性傳感器節(jié)點，也可以轉(zhuǎn)變成一個網(wǎng)關(guān)設(shè)備。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種高可靠性、大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。為了獲得準(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)信息，大量的傳感器節(jié)點會被部署所要監(jiān)測區(qū)域的范圍內(nèi)，這使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測獲得了增大了的空間視角、通過獲取的大量信息對比可以得到更加準(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)信息以及范圍更加大的監(jiān)測區(qū)域。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過一種自組織的動態(tài)性網(wǎng)絡(luò)。通常無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點被隨機的部署在監(jiān)控的區(qū)域內(nèi)，各個節(jié)點的位置和它們相互間的位置關(guān)系不可知。這個情況要求節(jié)點能夠通過自身進行網(wǎng)絡(luò)的配置和管理，通過分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來實現(xiàn)組成網(wǎng)絡(luò)。但是在使用的過程中，部分節(jié)點可能會由于環(huán)境、能量甚至損壞等因素的影響而出現(xiàn)故障。為了正常運行，網(wǎng)絡(luò)中會設(shè)置、增加新的傳感器節(jié)點來取代已失效節(jié)點的相應(yīng)作用，保證網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)不會隨著節(jié)點的突然失效或者損壞而發(fā)生改變。傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織性能夠保證網(wǎng)絡(luò)能夠適應(yīng)惡劣的外部 環(huán)境的變化，其具有系統(tǒng)重構(gòu)能力。 目前互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)只給每單個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分配了唯一的 IP 地址，只有通過這個唯一的IP 地址才能夠進行信息的定位以及傳輸，該網(wǎng)絡(luò)是以 IP 地址為中心。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點采用編號標(biāo)識，節(jié)點可以隨機部署，不受具體位置的約束。當(dāng)用戶查詢時，系統(tǒng)僅是將事件發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)，而不需要確定節(jié)點位置。 本文研究的主要內(nèi)容 船舶遠程監(jiān)控是一個很龐大的系統(tǒng)，涉及到很多專業(yè)領(lǐng)域，并且隨 著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，會有不斷的有新技術(shù)和新理論運用到其中。本文在綜合考慮了國內(nèi)外船舶遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的情況下，提出設(shè)計一種低成本，高效率，實用性強的船舶遠程監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要針對船舶艙室環(huán)境控制中的環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集，并實現(xiàn)了對采集數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。同時系統(tǒng)提供了擴充功能，可以對船舶結(jié)構(gòu)進行擴充，并動態(tài)添加需要監(jiān)控的節(jié)點。 本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)和 Android 技術(shù)。整個系統(tǒng)采用 B/S 架構(gòu)設(shè)計，以服務(wù)器為核心，以 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為設(shè)備環(huán)境數(shù) 據(jù)的采集終端。 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完成整個船舶環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和傳送。系統(tǒng)采用了 TI 公司的 ZigBee 芯片是以 CC2530 為核心，采用 51 單片機進行傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)的采集，并利用 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的傳輸。無線方式避免了傳統(tǒng)有線組網(wǎng)方式的布線麻煩、可擴展性差、安裝維護成本高、移動性能差等弊端。江蘇科技大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 6 服務(wù)器通過連接 CC2530 無線通信模塊接收來自 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集并傳送的數(shù)據(jù)。在