CN107092243B - 基于物联网的电源控制智能安全监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其用于工业或加速器电源控制的监控领域的一个监管平台，把工业或加速器电源控制的安全监测领域的所有要素分为“人、设备、环境、管理”四类要素，通过物联网系统将这四类要素系统集成，使它们成为一个统一的整体，实现安全监测领域物与物，人与物之间的相互通讯，从而实现安全监测领域的应急指挥、数据采集、跟踪定位、统计分析、智能管理、移动终端应用等功能。
Description
技术领域
本发明涉及安全监控领域，具体而言，涉及一种基于物联网的电源控制智能安全监控系统。
背景技术
一般现代加速器是一个由很多分系统和大量的元件如磁铁、电源、高频真空设备等组成的、复杂的加速器装置。组成的元件和设备及线缆种类繁多，分散放置，彼此距离远。在加速器设计、建造、调试中这些元件会产生数以万计的数据，对如此多的数据和信息的收集、存储、管理对于一个大型加速器系统尤其重要。磁铁做为电源负载为粒子在真空管道内的运行提供磁场，因此在隧道内安装过程中还需要通过长距离的电缆与电源进行连接。操作人员在中央控制室通过人机接口装置和控制系统对每台磁铁电源进行开关机、升降电流操作。控制系统通过控制器及接口设备包括连接电缆与电源连接实现电源的开关机、升降电流操作。
目前，国内外绝大多数加速器控制都是基于以太网的分布式控制。主要停留在加速器设备(磁铁电源、高频、真空等)的控制和监测。对加速器设计、建造、安装调试和运行中产生的海量数据，还没有全部实现智能监测。随着我国粒子加速器的发展，随着加速器装置的日益庞大，这个问题变得越来越重要，有一个好的加速器各部件的信息管理系统，并把它的静态参数、动态参数管理起来，对于一个大型加速器系统尤其重要。
发明内容
本发明提供一种基于物联网的电源控制智能安全监控系统，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。
本发明提供一种基于物联网的电源控制智能安全监控系统，包括：电源控制系统、物联网接口层、IOT应用服务器、智能监控应用层、节点路由器和RFID接收发终端器，其中：
所述电源控制系统包括机箱、机柜、电源控制器、电源控制接口，所述电源控制器设置在所述机箱中，所述机箱设置在所述机柜中，每个所述电源控制接口对应设置在一台电源处，直接通过电缆与该电源连接，若干个电源控制接口通过光纤与一个电源控制器连接；
每个所述电源控制接口与对应的电源控制器之间设置RFID电子标签，每个所述电源控制器与前端控制计算机相连接，所述前端控制计算机通过所述物联网接口层与所述IOT应用服务器相连，将电源控制器的状态信息发送至所述IOT应用服务器；
所述IOT应用服务器通过智能监控应用层与用户终端的应用程序连接，所述智能监控应用层对每个所述电源控制器的状态信息中各项参数与对应的设定范围值进行比较，确定电源控制器是否发生故障，并将发生故障的电源控制器及对应的RFID电子标签推送至用户终端；
所述节点路由器、所述RFID接收发终端器和所述IOT应用服务器通过网路协议构成物联网网络，当维护人员手持具有读取RFID电子标签的用户终端加入所述物联网网络时，根据所接收的故障电源控制器对应RFID电子标签信息定位RFID电子标签，实现对故障电源控制器的定位。
优选地，所述前端控制计算机和所述IOT应用服务器采用TCP/IP 协议和套接字接口通信.数据分批发送，每批发送1个数据文件；数据文件优选为文本文件格式；每个数据文件包括单条或多条数据记录。
优选地，数据文件的第1条记录应是数据头，数据头由数据库(或文件夹)名称和数据表(或数据文件)名称组成。
优选地，数据库(或文件夹)名称与数据表(数据库文件)名称之间用“；”分隔。数据头用“|”结束.数据库(或文件夹)名称用2个字母表示：KJ表示煤矿监控，数据表(或数据文件)名称用4个字母表示。每条数据记录用“～”结束；每条数据记录中的字段用“；”分隔。每批数据以“‖”结束。
优选地，所述IOT应用服务器的数据库包括如下至少一种安全监控信息： AQMT—安全监控，模拟量统计值；AQBJ—安全监控，模拟量及开关量等报警、断电、馈电异常、系统工作异常；AQKD—安全监控，开关量动作；AQMC—安全监控，模拟量初始化；AQKC—安全监控，开关量初始化.中心站应自动向监控中心传送模拟量馈电异常、模拟量断电、模拟量报警、模拟量统计值、开关量馈电异常、开关量报警(断电)、开关量动作、系统工作异常、初始化等信息。
优选地，模拟量统计值每隔设定时间至少上传1次，内容包括：电源、时间(年－月－日/时：分：秒)、监测地点、被测量名称、平均值、最大值、最大值时刻、最小值、最小值时刻。
优选地，模拟量及开关量报警、断电、馈电状态变化立即上传，内容包括：电源、时间(年－月－日/时：分：秒)、类别(模拟量、开关量、工作状态、处理措施等)、监测地点、被测量名称、状态(报警、解除报警；断电、复电；馈电异常、馈电正常；工作异常、工作正常；停电撤人等；不超过10个汉字长度)。
优选地，开关量状态变化可不上传，若上传，内容包括：电源、状态变化时刻(年－月－日/时：分：秒)、监测地点、被测量名称、状态(开、停)。
优选地，模拟量初始化参数变化立即上传，内容包括：电源、初始化、生成时间(年－月－日/时：分：秒)、监测地点、被测量名称、单位、报警值、断电值、复电值、断电区域。
优选地，开关量初始化参数变化立即上传，内容包括：电源、初始化、生成时间(年－月－日/时：分：秒)、监测地点、被测量名称、报警(断电)状态、断电区域。
优选地，监控中心正确接收到中心站的上传数据后，应反馈确认信息；中心站只有接收到监控中心的确认信息后，才终止本次数据发送，否则重复本次数据发送；监控中心在第一设定时间内没有收到中心站的模拟量每隔第二设定时间的统计值，则主动向中心站请求发送，连续3次无应答，则认定通信故障，发出报警信号并存储记录；当通信恢复正常时，中心站应在不影响正常数据传输的情况下，补发通信中断期间的模拟量统计值、报警、断电、馈电状态变化、模拟量初始化参数变化、开关量初始化参数变化。
优选地，所述用户终端包括PC机和/智能移动终端。
优选地，所述报警包括以下至少一种：
报警开关、报警屏蔽、报警过滤、声光电报警、报警短信、报警邮件。
优选地，根据电源本地站控制设备的布局，将机柜、控制机箱、电源控制器PSC及电源控制接口PSI以及它们之间的光缆的分布进行可视化，一侧显示机箱的查询页面，中间是机箱、PSC及光缆所在机柜的可视化图，另一侧显示每个VME机箱中电源的名字、相关的机箱的编号，电源控制接口PSI 编号和电源控制器PSC编号以及相连的光缆的通讯状态，其中用第一色彩表示PSC正常，第二颜色表示PSC异常，同时相关的PSI和电源的信息也显示在另一侧。
优选地，该系统实时地检测系统异常事件，并及时智能预警。当异常事件发生时，记录紧急情况下的运行数据和音视频信息，事故数据能够再现，便于事故的分析。此外，该系统还能够对可能发生的异常事件提供预警反馈信息。
优选地，该系统采用分布式实时数据库，实现分布式环境下的海量数据接入。数据存储在MySQL数据库中，电源控制系统的状态包括开/关、本地/远控、正常/报警通过IOT数据接口直接送到IOT服务器。
优选地，该系统还包括部署在多处的GARDS数据处理中心，用于对数据进行处理分析；最终通过PC/APP/大屏等应用系统，实现设备管理，维修工单管理、远程故障诊断、大数据分析功能。
本发明由电源控制系统、物联网接口层、物联网应用服务器和智能监控应用层组成，将维修人员和控制设备包括控制机柜、控制机箱、电源控制器PSC及电源控制接口PSI以及它们之间的光缆进行无缝连接。这些控制设备的数据存储在MySQL数据库中，电源控制系统的状态包括开/关、本地/远控、正常/报警通过IOT数据接口直接送到IOT服务器。IOT服务器负责监测控制设备的状态包括控制机柜、控制机箱、电源控制器PSC及电源控制接口PSI以及它们之间的光缆。当电源控制系统某个设备发生故障时，IOT服务器负责通知维护人员到现场维护。维护人员到达电源控制本地站时首先扫描IOT应用APP的二维码输入用户名和密码如图5所示进行认证登录后开始维修故障。根据控制设备的报警信息自动定位哪台设备包括相关的PSC/PSI及被控电源发生了什么故障，然后进行相关检修。当维修结束时，维修人员负责写维修记录并推送信息给IOT服务器。另外，维护人员通过IOT应用APP随时可以检测控制设备和电源的运行状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例的BEPCII磁铁电源控制系统结构图；
图2为本发明一个实施例的大电源本地站布局图；
图3为本发明一个实施例的小电源本地站布局图；
图4为本发明一个实施例的物联网应用的系统功能结构；
图5为本发明一个实施例的物联网应用的软件系统屏幕截图；
图6为本发明一个实施例的电源本地站控制设备的可视化屏幕截图；
图7为本发明一个实施例的电源机柜及控制接口PSI的可视化屏幕截图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供了一种基于物联网电源控制智能安全监控系统。物联网电源控制智能安全监控系统是专门用于工业或加速器电源控制的监控领域的一个监管平台。物联网电源控制智能安全监控系统把工业或加速器电源控制的安全监测领域的所有要素分为“人、设备、环境、管理”四类要素，通过物联网系统将这四类要素系统集成，使它们成为一个统一的整体，实现安全监测领域物与物，人与物之间的相互通讯，从而实现安全监测领域的应急指挥、数据采集、跟踪定位、统计分析、智能管理、移动终端应用等功能。
系统主要由三部分组成：适配器与电源控制器连接，采集设备数据，实现远程监控和智能控制；部署在多处的GARDS数据处理中心对数据进行处理分析；最终通过PC/APP/大屏等应用系统，实现设备管理，维修工单管理、远程故障诊断、大数据分析等功能。本发明的有益效果：系统设计的完成，有效弥补了传统监控设备滞后性、单向性等缺陷，充分利用了手机网络普及这一优势，在一定程度上满足了高速发展的物联网的需要，设计简单、功能实用。
本发明涉及一种安全监控系统，更具体地涉及该系统性能及算法的研究。
优选地，所述获取安全监控方法：安全监控系统联网方法：①中心站(或主站)和监控中心应采用TCP/IP协议和套接字(Socket)接口通信。②数据应分批发送，每批发送1个数据文件。③数据文件应为文本文件(TXT)格式。每个文件包括单条或多条数据记录。④数据文件的第1条记录应是数据头。数据头由数据库(或文件夹)名称和数据表(或数据文件)名称组成.数据库(或文件夹)名称与数据表(数据库文件) 名称之间用“；”分隔。数据头用“|”结束.数据库(或文件夹)名称用2个字母表示：KJ表示煤矿监控.数据表(或数据文件)名称用4个字母表示。⑤每条数据记录用“～”结束。⑥每条数据记录中的字段用“；”分隔。⑦每批数据以“‖”结束。
安全监控信息数据表名称：①AQMT———安全监控，模拟量统计值；②AQBJ———安全监控，模拟量及开关量等报警、断电、馈电异常、系统工作异常；③AQKD———安全监控，开关量动作；④AQMC———
安全监控，模拟量初始化；⑤AQKC———安全监控，开关量初始化.中心站应自动向监控中心传送模拟量馈电异常、模拟量断电、模拟量报警、模拟量统计值、开关量馈电异常、开关量报警(断电)、开关量动作、系统工作异常、初始化等信息.具体包括：
(1)模拟量统计值每5min至少上传1次，内容包括：电源、时间(年－月－日/时：分：秒)、监测地点、被测量名称、平均值、最大值、最大值时刻、最小值、最小值时刻等；
(2)模拟量及开关量等报警、断电、馈电状态变化立即上传，内容包括：电源、时间(年－月－日/时：分：秒)、类别(模拟量、开关量、工作状态、处理措施等)、监测地点、被测量名称、状态(报警、解除报警；断电、复电；馈电异常、馈电正常；工作异常、工作正常；停电撤人等；不超过10个汉字长度)等；
(3)开关量状态变化可不上传，若上传，内容包括：电源、状态变化时刻(年－月－日/时:分:秒)、监测地点、被测量名称、状态(开、停)等；
(4)模拟量初始化参数变化立即上传，内容包括：电源、初始化、生成时间(年－月－日/时：分：秒)、监测地点、被测量名称、单位、报警值、断电值、复电值、断电区域等；
(5)开关量初始化参数变化立即上传，内容包括：电源、初始化、生成时间(年－月－日/时：分：秒)、监测地点、被测量名称、报警(断电) 状态、断电区域等；
监控中心正确接收到中心站的上传数据后，应反馈确认信息；中心站只有接收到监控中心的确认信息后，才终止本次数据发送，否则重复本次数据发送.监控中心在10min内没有收到中心站的模拟量每5min统计值，则主动向中心站请求发送，连续3次无应答，则认定通信故障，发出报警信号并存储记录.当通信恢复正常时，中心站应在不影响正常数据传输的情况下，补发通信中断期间的模拟量统计值、报警、断电、馈电状态变化、模拟量初始化参数变化、开关量初始化参数变化。
以下结合加速器电源控制监控实施例来详细说明。
一般现代加速器是一个由很多分系统和大量的元件如磁铁、电源、高频真空设备等组成的、复杂的加速器装置。组成的元件和设备及线缆种类繁多，分散放置，彼此距离远。在加速器设计、建造、调试中这些元件会产生数以万计的数据，对如此多的数据和信息的收集、存储、管理对于一个大型加速器系统尤其重要。磁铁做为电源负载为粒子在真空管道内的运行提供磁场，因此在隧道内安装过程中还需要通过长距离的电缆与电源进行连接。操作人员在中央控制室通过人机接口装置和控制系统对每台磁铁电源进行开关机、升降电流操作。控制系统通过控制器及接口设备包括连接电缆与电源连接实现电源的开关机、升降电流操作。目前，国内外绝大多数加速器控制都是基于以太网的分布式控制。主要停留在加速器设备(磁铁电源、高频、真空等) 的控制和监测。对加速器设计、建造、安装调试和运行中产生的海量数据，还没有全部实现智能监测。随着我国粒子加速器的发展，随着加速器装置的日益庞大，这个问题变得越来越重要，有一个好的加速器各部件的信息管理系统，并把它的静态参数、动态参数管理起来，对于一个大型加速器系统尤其重要。
随着物联网时代的来临，将能很好地解决这些问题。本项目致力于采用物联网技术，引入物物相连，人物相连的概念，采用RFID技术构建一个加速器元件及设备等的互联互通的通用信息平台，通过被监测信号自动跟踪定位加速器元件和设备及线缆的位置和装配及维修等信息，为未来加速器的设计、建造、安装调试和运行开辟一条智能化的信息渠道。因此，本项目有着非常重要的研究意义，应用前景非常远大。
以北京正负电子对撞机(BEPCII)的磁铁电源控制系统为例，将物联网技术应用到现有的电源控制中。磁铁电源控制系统设备种类繁多，各式各样，有数以千计的电缆和光缆，维护起来不易，即使是自己做的，做好了标签，时间一长都会忘记，因此，所有设备(机柜、机箱、插件、线缆等)的信息电子化、自动识别非常重要，这将极大提高控制系统的智能化，方便运行人员维护、故障定位、自动记录维护和生成电子维护日志。北京正负电子对撞机现有磁铁电源约400余台，所有电源均采用电源控制器及接口PSC/PSI (power supplycontroller/power supply interface)进行控制，如图1所示，电源控制器PSC安装在VME机箱里，控制接口PSI安装在电源里。PSC和PSI 通过光纤连接，1个PSC可控制6个PSI。
如图1所示，VME控制计算机MVME5100运行实时操作系统VxWorks，通过以太网负责接受中央控制台的运行命令和参数，并在确认命令参数的有效性后，将有效值通过PSC/PSI输出到磁铁电源，违规操作拒绝执行。同时，前端控制计算机MVME5100负责发送现场测量数据和运行状态给中央控制台，并对报警信号实施联锁保护。
北京正负电子对撞机(BEPCII)的磁铁电源控制系统分为2个本地控制站：大电源和小电源本地站。大电源本地站布局如图2所示，由5个2米高的VME机机柜和9个9U高的VME标准机箱组成。每个VME机箱插有几块6U VME标准尺寸的电源控制器PSC，每个PSC有6个光纤接口通过光纤与安装在电源机柜中的PSI连接，一个PSC可控6个PSI，一个PSI通过两根电缆连接一台电源。所有大电源本地站可控制约200台大电源。
小电源本地站布局如图3所示，由2个2米高的VME机机柜和3个9U 高的VME标准机箱组成。每个VME机箱插有8块6U VME标准尺寸的电源控制器PSC，每个PSC有6个光纤接口通过光纤与安装在电源机柜中的PSI 连接，一个PSC可控6个PSI，一个PSI通过两根电缆连接一台电源。所有小电源本地站可控制约140台小电源。
根据各电源控制本地站的布局，在控制机柜、控制机箱、电源控制器PSC 及电源控制接口之间安装RFID电子标签，铺设物联网节点路由器和接收发终端器，构建物联网网络。物联网应用的系统功能结构如图4所示，由电源控制系统、物联网接口层、物联网应用服务器和智能监控应用层组成，将维修人员和控制设备包括控制机柜、控制机箱、电源控制器PSC及电源控制接口PSI以及它们之间的光缆进行无缝连接。这些控制设备的数据存储在MySQL数据库中，电源控制系统的状态包括开/关、本地/远控、正常/报警通过IOT数据接口直接送到IOT服务器。IOT服务器负责监测控制设备的状态包括控制机柜、控制机箱、电源控制器PSC及电源控制接口PSI以及它们之间的光缆。当电源控制系统某个设备发生故障时，IOT服务器负责通知维护人员到现场维护。维护人员到达电源控制本地站时首先扫描IOT应用APP的二维码输入用户名和密码如图5所示进行认证登录后开始维修故障。根据控制设备的报警信息自动定位哪台设备包括相关的PSC/PSI及被控电源发生了什么故障，然后进行相关检修。当维修结束时，维修人员负责写维修记录并推送信息给IOT服务器。另外，维护人员通过IOT应用APP随时可以检测控制设备和电源的运行状态。
为了直观地显示控制系统的设备和所控的电源，根据电源本地站控制设备的布局，将机柜、控制机箱、电源控制器PSC及电源控制接口PSI以及它们之间的光缆的分布进行可视化如图6所示，左侧显示机箱的查询页面，中间是机箱、PSC及光缆所在机柜的可视化图，右侧显示每个VME机箱中电源的名字、相关的机箱的编号，电源控制接口PSI编号和电源控制器PSC编号以及相连的光缆的通讯状态。其中绿色表示PSC正常，红色表示PSC异常，同时相关的PSI和电源的信息也会显示在右侧。
同理，电源的机柜和控制接口PSI的可视化如图7所示，右侧显示详细信息包括每个VME机箱中电源的名字、相关的机箱的编号，左侧显示电源机柜的查询页面，中间是电源机柜、PSI及光缆所在机柜的可视化图，右侧显示详细信息包括电源的名字、电源控制接口PSI编号和电源控制器PSC编号以及相连的光缆的通讯状态。
综上，本发明提供了一种基于物联网电源控制智能安全监控系统。物联网电源控制智能安全监控系统是专门用于工业或加速器电源控制的监控领域的一个监管平台。物联网电源控制智能安全监控系统把工业或加速器电源控制的安全监测领域的所有要素分为“人、设备、环境、管理”四类要素，通过物联网系统将这四类要素系统集成，使它们成为一个统一的整体，实现安全监测领域物与物，人与物之间的相互通讯，从而实现安全监测领域的应急指挥、数据采集、跟踪定位、统计分析、智能管理、移动终端应用等功能。
系统主要由三部分组成：适配器与电源控制器连接，采集设备数据，实现远程监控和智能控制；部署在多处的GARDS数据处理中心对数据进行处理分析；最终通过PC/APP/大屏等应用系统，实现设备管理，维修工单管理、远程故障诊断、大数据分析等功能。本发明的有益效果：系统设计的完成，有效弥补了传统监控设备滞后性、单向性等缺陷，充分利用了手机网络普及这一优势，在一定程度上满足了高速发展的物联网的需要，设计简单、功能实用。
优选地，物联网网络采用ZigBee协议组建，ZigBee是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其PHY层和MAC层为IEEE802.15A协议标准，网络层由Zigbee技术联盟指定，应用层的开发应用根据用户自己的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。
在组网性能上，Zigbee设备可构造为星型网络、簇数型网络、网状网络，在每一个Zigbee组成的无线网络内，连接地址码分为16bit短地址或者64bit 长地址，具有较大网络容量。
节点路由器：包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大，计算能力最强。发送网络信标。建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息。寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。
网络协调器(FFD)：可以担任网络协调者，形成网络，让其它的FFD 或是精简功能装置(RFD)连结，FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输。
附带由标准指定的全部802.15.4功能和所有特征
更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用。
也能用作终端设备
终端收发器(RFD):RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。
附带有限的功能来控制成本和复杂性
在网络中通常用作终端设备。
ZigBee相对简单的实现自然节省了费用，RFD由于省掉了内存和其他电路，降低了ZigBee部件的成本，而简单的8位处理器和小协议栈也有助于降低成本。
在物理层(PhysicalLayer；PHY)方面，802.15.4之工作频率分为 2.4GHz,915MHz和868MHz三种，分别提供250Kbps.40Kbps和20Kbps之传输速率，其传输范围介于10到100公尺之间，一般是30公尺。由于ZigBee 使用的是2.4GHz,915MHz和868MHz频段，这些频段因是免费开放使用，故已有多种无线通讯技术使用，因此ZigBee为避免被干扰，故在各个频段皆是采用直接序列展频(DSSS)技术。直接序列扩频 (DSSS),(Directseqcuencespreadspectrdm)是直接利用具有高码率的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展信号的频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解码，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。直接序列扩频通讯的主要技术特点是:抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址((DMA),抗多径干扰和直扩通信速率高等。
而在数据链路层(MediaAccessControlLayer；MAC)方面，主要是沿用 WLAN中802.11系列标准的CSMA/CA方式，以提高系统相容性，所谓的 CSMA/C人是在传输之前，会先检查通道是否有资料传输，若通道无资料传输，则开始进行资料传输动作，若是产生碰撞，则稍后重新再传。
ZigBee协议栈采用分层模型，主要由物理层(PHY)、媒体接入层(MAC)、网络/安全层以及应用框架层组成。在ZigBee技术中，PHY层和MAC层采用IEEE802.15.4协议标准，其中，PHY提供了两种类型服务：即通过物理层管理实体接口(PLME)对PHY层数据和PHY层管理提供服务。PHY层数据服务可通过无线物理信道发送和接受物理层协议数据单元(PPDU)来实现。
ZigBee技术的网络/安全层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理以及网络安全等；应用框架层主要为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用，在不同的应用场合，其开发应用框架不同，从目前来看，不同的厂商提供的应用框架是有差异的，应根据具体应用情况和所选择的产品来综合考虑其应用框架。
1)物理层(Physical Layer,PHY)
物理层(PHY)是IEEE 802.15.4标准中定义的最低一层。它包括两个物理子层，分别工作在869/915MHz和2.4GHz不同的频率范围上。物理层的职责包括：ZigBee的激活与钝化；当前信道的能量检测；接受链路服务质量信息；ZigBee的信道接入方式；信道频率选择以及数据传输和接收等。
2)数据链路层(Medium Access Control Layer,MAC)
数据链路层(MAC)是由IEEE 802.15.4标准所定义。MAC层的职责包括：网络协调器产生网络信标；与信标同步；支持个域网(PAN)链路的建立和断开；为设备的安全性提供支持；信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入(CSMA/CA)机制；处理和维护保护时隙(GTS)机制；在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路等。
3)网络层(Network Layer,NWK)
网络层(NWK)是由ZigBee联盟所定义，主要完成从应用层接受数据并向其发送数据。网络层的职责包括：设备连接和断开网络时所采用的机制；帧信息在传输过程中所采用的安全机制；设备之间的路由发现和路由维护和转交；完成对一跳邻居设备的发现和相关节点信息的存储。网络层的主要功能是提供IEEE 802.15.4-2003MAC子层的正确操作，并通过SAP(服务接入点)为应用层提供适当的服务接口，为了与应用层进行接口，网络层从概念上包含有两种具备所需功能的服务实体：数据实体(NLDE)主要是通过其相应的SAP(即NLDE-SAP)提供数据传输服务；管理实体(NLME)则主要通过NLME_SAP来提供访问内部层参数、配置和管理数据的机制度。
4)应用层(ApplicationLayer,APL)
应用层(APL)是ZigBee协议栈的最高层。应用层主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上，具体而言，应用层包括以下几点功能:用应用维持器件的功能属性；用应用层发现该器件工作空间中其他器件的工作；应用层根据服务和需求来使多个器件之间进行通信；应用层主要根据具体应用由用户开发。它包括应用支持层(ApplicationSupportLayer,APS).ZigBee设备对象 (ZigBeeDeviceObject,ZDO)和应用对象(ApplicationObject),
①应用支持层(ApplicationSupportLayer,APS)提供两个接口:应用支持层管理实体服务接入点(APSManagementEntiytServiceAccessPoint,APSME-SAP) 和应用支持层数据实体服务接入点 (APSDataEntityServiceAccessPoint,APSDE-SAP)。前者用于实现安全性并通过协调器的ZDO来接受应用层的信息，后者通过应用对象和ZDO来发送数据。
②ZigBee设备对象((ZigBeeDeviceObject,ZDO)为应用对象提供接口来发现其它设备和服务。另外，ZDO还回复其它设备关于询问自身信息的请求。 ZDO使用APSDE-SAP和NLME-SAP来支持这些功能。
③应用对象(ApplicationObject)是实际在ZigBee协议栈上运行的厂商应用。
ZIGBEE的组网方式有三种：星型网，树状网，网状网。星型网络的各节点只能通过协调器相互通信。树状网把各个通信节点串成了一条线路，各节点只能延着这条线路，以传递的方式进行通信。前两种通信方式只能进行一些简单的应用，这里不加讨论。网状网具有强大的功能，网络各节点之间可灵活的进行相互通信，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。充分发挥了无线网络通信的优势。下面以ZIGBEE协议建立网状网络的工作流程来说明其通信的具体实现。
ZIGBEE协议栈较复杂，但ZIBEE联盟为我们的具体应用封装了一些编程接口。如APS层，ZDO层，AF层，OSAL操作系统层。我们的具体应用大部分功能都可以通过这些高层接口来实现，它们封装了网络层及物理层的实现细节。这些复杂的工作对程序开发变得透明和方便。
ZIGBEE2006协议栈为应用开发提供了程序框架，就象使用VC++一样，我们只须关心应用的建立。先让我们认识一下ZIGBEE2006协议栈，打开协议栈，在工程文件的左边Workspace中可以看到整个协议栈的构架。
APP：应用层目录，这是用户创建各种不同工程的区域，在这个目录中包含了应用层的内容和这个项目的主要内容，在协议栈里面一般是以操作系统的任务实现的。
HAL：硬件层目录，包含有与硬件相关的配置和驱动及操作函数。
MAC：MAC层目录，包含了MAC层的参数配置文件及其MAC的LIB 库的函数接口文件。
MT：实现通过串口可控各层，于各层进行直接交互。
NWK：网络层目录，含网络层配置参数文件及网络层库的函数接口文件， APS层库的函数接口
OSAL：协议栈的操作系统。
Profile：AF层目录，包含AF层处理函数文件。
Security：安全层目录，安全层处理函数，比如加密函数等。
Services：地址处理函数目录，包括着地址模式的定义及地址处理函数。
Tools：工程配置目录，包括空间划分及ZStack相关配置信息。
ZDO：ZDO目录
ZMac：MAC层目录，包括MAC层参数配置及MAC层LIB库函数回调处理函数。
ZMain：主函数目录，包括入口函数及硬件配置文件。
Output：输出文件目录，这个EW8051IDE自动生成的。
从上面的描述中可以看出，整个协议栈中，对于Zigbee的功能已经全部体现，在此基础上建立一个项目的方法主要是改动应用层。程序首先从入口主函数MAIN迈出了建立网络的第一步。在主函数里初始化了硬件设备，包括时钟，中断，接口，外部设备等等。
整个协议栈是以一个操作系统贯穿的，我们要加入自己的应用，就要添加一个任务。在协议栈中的OSAL.c文件中，byte osal_init_system(void)函数的功能是初始化操做系统。在函数osal_start_system()中实现了添加任务到操作系统任务表中。在这个函数中通过调用osalAddTasks()函数来定制项目所需要应用的任务，该函数属于应用层和操作系统层之间的接口函数，一般项目的建立需要根据系统的需要自己编写改函数，并将函数放到应用层。 osalAddTasks()函数是通过osalTaskAdd()函数完成任务添加。首先，将支持协议栈功能需要的任务加载到该函数中，osalTaskAdd()函数的需要三个参数，第一参数是各个任务的初始化函数的指针，第二个参数是各个任务的事件函数的指针。注意，每个任务，包括我们自己写的任务都要有两个函数：初始化函数和事件函数，第三个参数是任务的优先等级。
利用发送函数我们可以炮制出各种应用发送，包括单播发送，组发送，广播发送，这三种信息传送方式的组合实现了网络节点之间的所有数据传输。
在添加任务中，osalTaskAdd(nwk_init,nwk_event_loop, OSAL_TASK_PRIORITY_MED)函数为网络的建立立下了汗马功劳，它调用了nwk_init，nwk_event_loop两个函数完成了网络层的全部建立过程，包括网络初始化(协调器、路由器、终端的建立)，
这两个函数调用了大批网络层函数。如： NLME_JoinRequest,NLME_NetWorkFormation,NLME_NetworkDiscoveryRequ est等等，最好不要使用这些函数，除非你完全了解网络的建立过程，而是使用ZDO_StartDevice()来初始化、建立和加入网络，一个函数就实现全部功能。
一个ZIGBEE网络可能包含数十个或成百上千个节点，ZIGBEE能做到这些节点共用一个网络，也就是网络中只有一个协调器(一个网络中只能有一个协调器，也就是一个网络标识)。而一个节点的传输距离在空旷地域也就 100米左右。在远大于100米的范围内节点加入网络或相互通信是通过路由实现的。ZIGBEE采用按需路由算法AODV，在节能和网络性能上都有着很大的优势。AODV路由协议是一种基于距离矢量的按需路由算法，只保持需要的路由，而不需要节点维持通信过程中未达目的节点的路由。节点仅记住下一跳，而非像源节点路由那样记住整个路由。它能在网络中的各移动节点之间动态地、自启动地建立逐跳路由。当链路断开时，AODV会通知受影响的节点，从而使这些节点能被确认为无效路由。AODV允许移动节点响应链路的破损情况，并以一种及时的方式更新网络拓扑。
所述数据传输设备，其特征在于，使用特定形式的无线信号在设备之间建立无线通信，该无线信号由逻辑信号部分和时隙部分组成，逻辑信号部分用于传送设备间的各种命令或信息，时隙部分用于设备进行反向散射调制向设备传送一位二进制位的应答信号；以无线通信为基础，设备通过发送相应的命令/或信息，使设备在初始状态、一般查询状态、一般搜索状态、等待状态、确认状态间作相应转换并执行搜索和/或查询动作，从而完成设备间的识别。该发明解决了以前二进制搜索方法在同步上的问题，并提高抗干扰性能。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其特征在于，包括：电源控制系统、物联网接口层、IOT应用服务器、智能监控应用层、节点路由器和RFID接收发终端器，其中：
所述电源控制系统包括机箱、机柜、电源控制器、电源控制接口，所述电源控制器设置在所述机箱中，所述机箱设置在所述机柜中，每个所述电源控制接口对应设置在一台电源处，直接通过电缆与该电源连接，若干个电源控制接口通过光纤与一个电源控制器连接；
每个所述电源控制接口与对应的电源控制器之间设置RFID电子标签，每个所述电源控制器与前端控制计算机相连接，所述前端控制计算机通过所述物联网接口层与所述IOT应用服务器相连，将电源控制器的状态信息发送至所述IOT应用服务器；
所述IOT应用服务器通过智能监控应用层与用户终端的应用程序连接，所述智能监控应用层对每个所述电源控制器的状态信息中各项参数与对应的设定范围值进行比较，确定电源控制器是否发生故障，并将发生故障的电源控制器及对应的RFID电子标签推送至用户终端；
所述节点路由器、所述RFID接收发终端器和所述IOT应用服务器通过网路协议构成物联网网络，当维护人员手持具有读取RFID电子标签的用户终端加入所述物联网网络时，根据所接收的故障电源控制器对应RFID电子标签信息定位RFID电子标签，实现对故障电源控制器的定位。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其特征在于：所述前端控制计算机和所述IOT应用服务器采用TCP/IP协议和套接字接口通信；数据分批发送，每批发送1个数据文件；数据文件为文本文件格式；每个数据文件包括单条或多条数据记录。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其特征在于：数据文件的第1条记录应是数据头，数据头由数据库名称和数据表名称组成或者由文件夹名称和数据文件名称组成。
4.根据权利要求2所述的基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其特征在于：数据库名称和数据表名称之间或者文件夹名称和数据文件名称之间用“；”分隔；数据头用“|”结束；数据库名称或文件夹名称用2个字母表示：KJ表示煤矿监控，数据表名称或数据文件名称用4个字母表示；每条数据记录用“～”结束；每条数据记录中的字段用“；”分隔；每批数据记录以“||”结束。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其特征在于，所述IOT应用服务器的数据库包括如下至少一种安全监控信息：AQMT—安全监控，模拟量统计值；AQBJ—安全监控，模拟量及开关量报警、断电、馈电异常、系统工作异常；AQKD—安全监控，开关量动作；AQMC—安全监控，模拟量初始化；AQKC—安全监控，开关量初始化；中心站应自动向监控中心传送模拟量馈电异常、模拟量断电、模拟量报警、模拟量统计值、开关量馈电异常、开关量报警断电、开关量动作、系统工作异常、初始化信息。
6.根据权利要求5所述的基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其特征在于，模拟量统计值每隔设定时间至少上传1次，内容包括：电源、时间、监测地点、被测量名称、平均值、最大值、最大值时刻、最小值、最小值时刻。
7.根据权利要求5所述的基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其特征在于，模拟量及开关量报警、断电、馈电状态变化立即上传，内容包括：电源，时间，类别、其具体包括模拟量、开关量、工作状态、处理措施，监测地点，被测量名称，状态、其具体包括报警、解除报警；断电、复电；馈电异常、馈电正常；工作异常、工作正常；停电撤人。
8.根据权利要求5所述的基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其特征在于，开关量状态变化可选择上传或不上传，若上传，内容包括：电源、状态变化时刻、监测地点、被测量名称、状态，包括开、停。
9.根据权利要求5所述的基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其特征在于，模拟量初始化参数变化立即上传，内容包括：电源、初始化、生成时间、监测地点、被测量名称、单位、报警值、断电值、复电值、断电区域。
10.根据权利要求5所述的基于物联网的电源控制智能安全监控系统，其特征在于，开关量初始化参数变化立即上传，内容包括：电源、初始化、生成时间、监测地点、被测量名称、报警或者断电状态、断电区域。
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