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監(jiān)測系統(tǒng)論文范文1

關(guān)鍵詞入侵檢測系統(tǒng)；CIDF；網(wǎng)絡(luò)安全；防火墻

0引言

近年來，隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展以及政治、經(jīng)濟或者軍事利益的驅(qū)動，計算機和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，特別是各種官方機構(gòu)的網(wǎng)站，成為黑客攻擊的熱門目標。近年來對電子商務(wù)的熱切需求，更加激化了這種入侵事件的增長趨勢。由于防火墻只防外不防內(nèi)，并且很容易被繞過，所以僅僅依賴防火墻的計算機系統(tǒng)已經(jīng)不能對付日益猖獗的入侵行為，對付入侵行為的第二道防線——入侵檢測系統(tǒng)就被啟用了。

1入侵檢測系統(tǒng)（IDS）概念

1980年，JamesP.Anderson第一次系統(tǒng)闡述了入侵檢測的概念，并將入侵行為分為外部滲透、內(nèi)部滲透和不法行為三種，還提出了利用審計數(shù)據(jù)監(jiān)視入侵活動的思想[1]。即其之后,1986年DorothyE.Denning提出實時異常檢測的概念[2]并建立了第一個實時入侵檢測模型，命名為入侵檢測專家系統(tǒng)（IDES），1990年，L.T.Heberlein等設(shè)計出監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的入侵檢測系統(tǒng)，NSM(NetworkSecurityMonitor)。自此之后，入侵檢測系統(tǒng)才真正發(fā)展起來。

Anderson將入侵嘗試或威脅定義為：潛在的、有預(yù)謀的、未經(jīng)授權(quán)的訪問信息、操作信息、致使系統(tǒng)不可靠或無法使用的企圖。而入侵檢測的定義為[4]：發(fā)現(xiàn)非授權(quán)使用計算機的個體（如“黑客”）或計算機系統(tǒng)的合法用戶濫用其訪問系統(tǒng)的權(quán)利以及企圖實施上述行為的個體。執(zhí)行入侵檢測任務(wù)的程序即是入侵檢測系統(tǒng)。入侵檢測系統(tǒng)也可以定義為：檢測企圖破壞計算機資源的完整性，真實性和可用性的行為的軟件。

入侵檢測系統(tǒng)執(zhí)行的主要任務(wù)包括[3]：監(jiān)視、分析用戶及系統(tǒng)活動；審計系統(tǒng)構(gòu)造和弱點；識別、反映已知進攻的活動模式，向相關(guān)人士報警；統(tǒng)計分析異常行為模式；評估重要系統(tǒng)和數(shù)據(jù)文件的完整性；審計、跟蹤管理操作系統(tǒng)，識別用戶違反安全策略的行為。入侵檢測一般分為三個步驟：信息收集、數(shù)據(jù)分析、響應(yīng)。

入侵檢測的目的：（1）識別入侵者；（2）識別入侵行為；（3）檢測和監(jiān)視以實施的入侵行為；（4）為對抗入侵提供信息，阻止入侵的發(fā)生和事態(tài)的擴大；

2入侵檢測系統(tǒng)模型

美國斯坦福國際研究所（SRI）的D.E.Denning于1986年首次提出一種入侵檢測模型[2]，該模型的檢測方法就是建立用戶正常行為的描述模型，并以此同當(dāng)前用戶活動的審計記錄進行比較，如果有較大偏差，則表示有異?；顒影l(fā)生。這是一種基于統(tǒng)計的檢測方法。隨著技術(shù)的發(fā)展，后來人們又提出了基于規(guī)則的檢測方法。結(jié)合這兩種方法的優(yōu)點，人們設(shè)計出很多入侵檢測的模型。通用入侵檢測構(gòu)架（CommonIntrusionDetectionFramework簡稱CIDF）組織，試圖將現(xiàn)有的入侵檢測系統(tǒng)標準化，CIDF闡述了一個入侵檢測系統(tǒng)的通用模型（一般稱為CIDF模型）。它將一個入侵檢測系統(tǒng)分為以下四個組件：

事件產(chǎn)生器(EventGenerators)

事件分析器(Eventanalyzers)

響應(yīng)單元(Responseunits)

事件數(shù)據(jù)庫(Eventdatabases)

它將需要分析的數(shù)據(jù)通稱為事件，事件可以是基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包也可以是基于主機的系統(tǒng)日志中的信息。事件產(chǎn)生器的目的是從整個計算機環(huán)境中獲得事件，并向系統(tǒng)其它部分提供此事件。事件分析器分析得到的事件并產(chǎn)生分析結(jié)果。響應(yīng)單元則是對分析結(jié)果做出反應(yīng)的功能單元，它可以做出切斷連接、修改文件屬性等強烈反應(yīng)。事件數(shù)據(jù)庫是存放各種中間和最終數(shù)據(jù)的地方的通稱，它可以是復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫也可以是簡單的文本文件。

3入侵檢測系統(tǒng)的分類：

現(xiàn)有的IDS的分類，大都基于信息源和分析方法。為了體現(xiàn)對IDS從布局、采集、分析、響應(yīng)等各個層次及系統(tǒng)性研究方面的問題，在這里采用五類標準：控制策略、同步技術(shù)、信息源、分析方法、響應(yīng)方式。

按照控制策略分類

控制策略描述了IDS的各元素是如何控制的，以及IDS的輸入和輸出是如何管理的。按照控制策略IDS可以劃分為，集中式IDS、部分分布式IDS和全部分布式IDS。在集中式IDS中，一個中央節(jié)點控制系統(tǒng)中所有的監(jiān)視、檢測和報告。在部分分布式IDS中，監(jiān)控和探測是由本地的一個控制點控制，層次似的將報告發(fā)向一個或多個中心站。在全分布式IDS中，監(jiān)控和探測是使用一種叫“”的方法，進行分析并做出響應(yīng)決策。

按照同步技術(shù)分類

同步技術(shù)是指被監(jiān)控的事件以及對這些事件的分析在同一時間進行。按照同步技術(shù)劃分，IDS劃分為間隔批任務(wù)處理型IDS和實時連續(xù)性IDS。在間隔批任務(wù)處理型IDS中，信息源是以文件的形式傳給分析器，一次只處理特定時間段內(nèi)產(chǎn)生的信息，并在入侵發(fā)生時將結(jié)果反饋給用戶。很多早期的基于主機的IDS都采用這種方案。在實時連續(xù)型IDS中，事件一發(fā)生，信息源就傳給分析引擎，并且立刻得到處理和反映。實時IDS是基于網(wǎng)絡(luò)IDS首選的方案。

按照信息源分類

按照信息源分類是目前最通用的劃分方法，它分為基于主機的IDS、基于網(wǎng)絡(luò)的IDS和分布式IDS。基于主機的IDS通過分析來自單個的計算機系統(tǒng)的系統(tǒng)審計蹤跡和系統(tǒng)日志來檢測攻擊?；谥鳈C的IDS是在關(guān)鍵的網(wǎng)段或交換部位通過捕獲并分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包來檢測攻擊。分布式IDS，能夠同時分析來自主機系統(tǒng)日志和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，系統(tǒng)由多個部件組成，采用分布式結(jié)構(gòu)。

按照分析方法分類

按照分析方法IDS劃分為濫用檢測型IDS和異常檢測型IDS。濫用檢測型的IDS中，首先建立一個對過去各種入侵方法和系統(tǒng)缺陷知識的數(shù)據(jù)庫，當(dāng)收集到的信息與庫中的原型相符合時則報警。任何不符合特定條件的活動將會被認為合法，因此這樣的系統(tǒng)虛警率很低。異常檢測型IDS是建立在如下假設(shè)的基礎(chǔ)之上的，即任何一種入侵行為都能由于其偏離正?；蛘咚谕南到y(tǒng)和用戶活動規(guī)律而被檢測出來。所以它需要一個記錄合法活動的數(shù)據(jù)庫，由于庫的有限性使得虛警率比較高。

按照響應(yīng)方式分類

按照響應(yīng)方式IDS劃分為主動響應(yīng)IDS和被動響應(yīng)IDS。當(dāng)特定的入侵被檢測到時，主動IDS會采用以下三種響應(yīng)：收集輔助信息；改變環(huán)境以堵住導(dǎo)致入侵發(fā)生的漏洞；對攻擊者采取行動（這是一種不被推薦的做法，因為行為有點過激）。被動響應(yīng)IDS則是將信息提供給系統(tǒng)用戶，依靠管理員在這一信息的基礎(chǔ)上采取進一步的行動。

4IDS的評價標準

目前的入侵檢測技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用的技術(shù)也很廣泛，如何來評價IDS的優(yōu)缺點就顯得非常重要。評價IDS的優(yōu)劣主要有這樣幾個方面[5]：（1）準確性。準確性是指IDS不會標記環(huán)境中的一個合法行為為異?；蛉肭?。（2）性能。IDS的性能是指處理審計事件的速度。對一個實時IDS來說，必須要求性能良好。（3）完整性。完整性是指IDS能檢測出所有的攻擊。（4）故障容錯（faulttolerance）。當(dāng)被保護系統(tǒng)遭到攻擊和毀壞時，能迅速恢復(fù)系統(tǒng)原有的數(shù)據(jù)和功能。（5）自身抵抗攻擊能力。這一點很重要，尤其是“拒絕服務(wù)”攻擊。因為多數(shù)對目標系統(tǒng)的攻擊都是采用首先用“拒絕服務(wù)”攻擊摧毀IDS，再實施對系統(tǒng)的攻擊。（6）及時性（Timeliness）。一個IDS必須盡快地執(zhí)行和傳送它的分析結(jié)果，以便在系統(tǒng)造成嚴重危害之前能及時做出反應(yīng)，阻止攻擊者破壞審計數(shù)據(jù)或IDS本身。

除了上述幾個主要方面，還應(yīng)該考慮以下幾個方面：（1）IDS運行時，額外的計算機資源的開銷；（2）誤警報率／漏警報率的程度；（3）適應(yīng)性和擴展性；（4）靈活性；（5）管理的開銷；（6）是否便于使用和配置。

5IDS的發(fā)展趨

隨著入侵檢測技術(shù)的發(fā)展，成型的產(chǎn)品已陸續(xù)應(yīng)用到實踐中。入侵檢測系統(tǒng)的典型代表是ISS（國際互聯(lián)網(wǎng)安全系統(tǒng)公司）公司的RealSecure。目前較為著名的商用入侵檢測產(chǎn)品還有：NAI公司的CyberCopMonitor、Axent公司的NetProwler、CISCO公司的Netranger、CA公司的Sessionwall－3等。國內(nèi)的該類產(chǎn)品較少，但發(fā)展很快，已有總參北方所、中科網(wǎng)威、啟明星辰等公司推出產(chǎn)品。

人們在完善原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，又在研究新的檢測方法，如數(shù)據(jù)融合技術(shù)，主動的自主方法，智能技術(shù)以及免疫學(xué)原理的應(yīng)用等。其主要的發(fā)展方向可概括為：

（1）大規(guī)模分布式入侵檢測。傳統(tǒng)的入侵檢測技術(shù)一般只局限于單一的主機或網(wǎng)絡(luò)框架，顯然不能適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測，不同的入侵檢測系統(tǒng)之間也不能協(xié)同工作。因此，必須發(fā)展大規(guī)模的分布式入侵檢測技術(shù)。

（2）寬帶高速網(wǎng)絡(luò)的實時入侵檢測技術(shù)。大量高速網(wǎng)絡(luò)的不斷涌現(xiàn)，各種寬帶接入手段層出不窮，如何實現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)下的實時入侵檢測成為一個現(xiàn)實的問題。

（3）入侵檢測的數(shù)據(jù)融合技術(shù)。目前的IDS還存在著很多缺陷。首先，目前的技術(shù)還不能對付訓(xùn)練有素的黑客的復(fù)雜的攻擊。其次，系統(tǒng)的虛警率太高。最后，系統(tǒng)對大量的數(shù)據(jù)處理，非但無助于解決問題，還降低了處理能力。數(shù)據(jù)融合技術(shù)是解決這一系列問題的好方法。

（4）與網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)相結(jié)合。結(jié)合防火墻，病毒防護以及電子商務(wù)技術(shù)，提供完整的網(wǎng)絡(luò)安全保障。

6結(jié)束語

在目前的計算機安全狀態(tài)下，基于防火墻、加密技術(shù)的安全防護固然重要，但是，要根本改善系統(tǒng)的安全現(xiàn)狀，必須要發(fā)展入侵檢測技術(shù)，它已經(jīng)成為計算機安全策略中的核心技術(shù)之一。IDS作為一種主動的安全防護技術(shù)，提供了對內(nèi)部攻擊、外部攻擊和誤操作的實時保護。隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)安全性的要求越來越高，入侵檢測技術(shù)必將受到人們的高度重視。

參考文獻：

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監(jiān)測系統(tǒng)論文范文2

在今天，我國科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展帶動了各個領(lǐng)域有不同程度的進步和發(fā)展。煤礦行業(yè)之所以能夠有很大程度的進步，與科學(xué)技術(shù)的有效運用分不開。目前應(yīng)用于煤礦開采中的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)就是最好的證明，其合理而有效的運用，大大提高了煤礦開采的安全性。但煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)并沒有達到非常完美的程度，其也存在多想不可忽視的問題。具體表現(xiàn)為。

1.1傳感器質(zhì)量和性能較差

傳感器作為安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，保證其質(zhì)量和性能是高效運用安全監(jiān)控檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。但事實上，目前我國大多數(shù)煤礦開采中所應(yīng)用的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)就存在傳感器質(zhì)量和性能較差的情況，傳感器質(zhì)量和性能較差具體表現(xiàn)為載體催化元件的應(yīng)用效果差，容易影響傳感器的正常使用；傳感器制作工藝技術(shù)比較落后，會降低傳感器的使用性等。因各種因素而促使傳感器的質(zhì)量和性能降低是安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)前存在的問題之一，需要通過有效的措施來調(diào)整和優(yōu)化，才能夠保證傳感器合理而有效的應(yīng)用。

1.2通信協(xié)議不規(guī)范

所謂的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議不規(guī)范是指其缺乏符合礦井電氣防爆等特殊要求的總線標準，所以現(xiàn)有生產(chǎn)廠家的監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議幾乎都采用各自專用的，互不兼容。此種情況的存在使得我國安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議表現(xiàn)出不規(guī)范這一特點。而通信協(xié)議不規(guī)范的情況將會無法實現(xiàn)資源貢獻，相應(yīng)的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的更新和升級就會受到一定的影響和阻礙，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果受到一定程度的抑制。所以說，煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議不規(guī)范也是導(dǎo)致此系統(tǒng)無法高效運用的因素之一。

2增強煤礦安全監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)運行效果的有效措施

煤礦開采是一項危險性較大的工作，在進行煤礦開采作業(yè)的過程中存在很多危險因素，一旦危險因素未得到有效的控制，很容易導(dǎo)致安全事故發(fā)生，不僅影響煤礦正常開采，還會導(dǎo)致人身受損。安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)合理而有效的運用能夠大大改善此種現(xiàn)狀，當(dāng)然是是以保證安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)高效運用為前提。如何才能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)高效運用？作者結(jié)合相關(guān)的資料，提出以下幾點建議。

2.1研發(fā)高質(zhì)量、高性能的傳感器

傳感器作為煤礦安全監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分之一，其合理而有效的應(yīng)用能夠提高安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的運行效果。而我國目前所應(yīng)用的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器質(zhì)量和性能不佳，直接影響安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的合理應(yīng)用。針對此種情況，作者建議應(yīng)當(dāng)充分利用不斷創(chuàng)新的科學(xué)技術(shù)來研發(fā)高質(zhì)量，高性能的傳感器，將其安裝在安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，以此來提高監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用性，為安全高效的煤礦開采創(chuàng)造條件。

2.2統(tǒng)一化規(guī)范化通信協(xié)議

上文中已經(jīng)充分說明當(dāng)下我國煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議不規(guī)范，通信協(xié)議不規(guī)范將造成設(shè)備重復(fù)購置、系統(tǒng)補套受制于人和不能隨意進行軟硬件升級改造等后果。為了盡量避免此種情況出現(xiàn)在安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)對安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議進行調(diào)整和約束，促使其規(guī)范化和統(tǒng)一化，從而保證我國所應(yīng)用的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，升級安全監(jiān)控檢測系統(tǒng)，使其合理而有效的應(yīng)用。當(dāng)然，實現(xiàn)通信協(xié)議統(tǒng)一化和規(guī)范化并不是非常容易的，需要我國推出很多規(guī)范性規(guī)程和標準對通信協(xié)議進行規(guī)范化處理。只有推出統(tǒng)一的。規(guī)范的通信協(xié)議，才能夠保證安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能夠采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一的升級模式、統(tǒng)一的系統(tǒng)資源，促使煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能夠更加高效的應(yīng)用。

2.3專家診斷、決策系統(tǒng)的優(yōu)化

盡管目前應(yīng)用于煤礦開采中的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用性，但同時它也存在不可忽視的問題，只有有效的處理安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，才能夠真正意義上實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，促使其性能更強，應(yīng)用效果更好。如何才能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化？作者建議有此方面的專家對安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行詳細的、深入的、全面的診斷，準確的診斷出煤礦安全監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)存在的質(zhì)量問題，并針對煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題進行詳細的分析，制定合理的改善措施，改變系統(tǒng)功能單一、簡單的情況，使其性能、質(zhì)量等方面得到良好的優(yōu)化，更加合理的應(yīng)用于煤礦開采中。

3結(jié)束語

監(jiān)測系統(tǒng)論文范文3

系統(tǒng)概述

待檢測車輛需要經(jīng)過檢測通道，如圖1所示。將紅外攝像頭放置于通道中間，獲得車底部熱感應(yīng)圖像。為了獲取較廣的視角以及較小形變的圖像，紅外攝像頭安放的仰角為40°。由于監(jiān)控室與檢測通道的距離較遠，且通道數(shù)較多，因此需要通過光端機將所獲取的視頻傳輸給監(jiān)控室控制臺PC機。檢測軟件根據(jù)本文提出的檢測算法對捕獲到的圖像進行分析，若判斷車輛底部藏人則向系統(tǒng)發(fā)出報警信號，以便其通過控制安全桿做出相應(yīng)攔截措施。視頻傳輸示意圖，如圖2所示。

軟件設(shè)計

軟件設(shè)計采取的基本實現(xiàn)策略是先定位后檢測。首先進行運動車輛檢測，其次根據(jù)車輛的自身特征，定位可疑目標在車輛底部可能的藏匿部位。當(dāng)區(qū)域定位完成后，對該區(qū)域進行感興趣區(qū)域（RegionOfInterest，ROI）的選取。最后對ROI進行檢測，判斷是否藏人。檢測系統(tǒng)流程圖如圖3所示。通過對車輛的掃描檢測過程，查出藏匿于車底的可疑目標，實現(xiàn)自動檢測。

1圖像去噪

圖像去噪是圖像預(yù)處理的一個環(huán)節(jié)，也是整個圖像預(yù)處理中的關(guān)鍵一步。在對運動車輛定位的過程中，針對車輛與環(huán)境對比度大、信息豐富，受噪聲影響較小等特點，只需對圖像采用常規(guī)的均值濾波進行處理。而在檢測目標時，為了在去除噪聲的同時，最大程度的保存目標的邊緣信息，采用了基于開關(guān)控制的組合濾波。濾波器的基本思路是將圖像劃分為三類區(qū)域：孤立噪聲點區(qū)、平坦區(qū)和邊緣信息區(qū)。其主要處理原則為：孤立噪聲點區(qū)的灰度與其鄰域往往有較大的差異，可按照椒鹽噪聲進行處理，選用中值濾波器；平坦區(qū)往往包含高斯噪聲，可采用加權(quán)均值濾波器加以消除；邊緣信息區(qū)包含了圖像的細節(jié)信息，應(yīng)作為保留區(qū)域不做處理。將處理后的三個區(qū)域加以合成，即得到了去噪后的圖像。

濾波器性能的關(guān)鍵在于分類開關(guān)的設(shè)計，借用順序統(tǒng)計濾波的思路，將濾波器設(shè)計成N×N的掩模算子，N為奇數(shù)，使該掩模在整個圖像上滑動，對它所覆蓋的圖像中的像素點xi進行排序，得到序列x（1），x（2）……x（N^2），利用排序結(jié)果設(shè)計下面的分類規(guī)則：a、b為排序后的位置偏移量，Ta和Tb為閾值。基于開關(guān)控制的組合濾波算法就包括這么幾個步驟：（1）對掩模覆蓋的圖像像素點進行排序；（2）利用分類規(guī)則進行三個區(qū)域劃分；（3）對孤立噪聲點區(qū)進行中值濾波，對平坦區(qū)進行均值濾波；（4）將處理后的區(qū)域合成，得到去噪圖像。

2車輛檢測及目標區(qū)域的定位

2.1運動車輛檢測

對于實時性要求較高的場合，運動目標的檢測一般用背景差分法和幀間差分法。背景差分法是利用序列中當(dāng)前幀圖像與背景圖像的差分來消除背景、提取運動目標區(qū)域的一種技術(shù)。背景差分法可根據(jù)實際情況設(shè)定差分閾值，所得到的結(jié)果直接反映了運動目標的大小、形狀和位置，可以得到比較精確的運動目標信息，但該方法應(yīng)用于紅外目標檢測時易受環(huán)境溫度、天氣等外界條件變化的影響。幀間差分法是利用視頻序列中連續(xù)的兩幀或多幀圖像的差異來檢測和提取運動目標。該方法對場景的變化不太敏感，適用于動態(tài)環(huán)境，穩(wěn)定性好。不足之處是：1）無法抽取完整的運動目標，僅能得到運動目標的邊界；2）運動目標提取效果依賴于幀間時間間隔的合理選擇。本文針對待檢測目標所處背景在短時間內(nèi)為靜態(tài)背景，而較長時間內(nèi)背景會發(fā)生動態(tài)變化的特點，并結(jié)合兩種方法的優(yōu)點，設(shè)計出改進的背景差分法。算法原理圖如下：其中F(K)為當(dāng)前幀，B為通過隔幀幀差法求得的當(dāng)前背景圖像，D為差分結(jié)果圖，R為二值化圖像。

該算法繼承了幀間差分法對場景變化不太敏感的優(yōu)點，能準確更新背景差分法所需要的當(dāng)前背景圖，進而提取出完整的運動目標。下面是采用基本背景差分法和改進后背景差分法，在不同時候背景更新保存的背景圖片。基本背景差分法在系統(tǒng)長時間運行之后，會出現(xiàn)背景更新出錯，檢測流程紊亂，從而產(chǎn)生檢測系統(tǒng)失效現(xiàn)象。而采用改進的背景差分法，即使是經(jīng)過長時間運行，系統(tǒng)也能確保背景更新的準確。

2.2目標區(qū)域定位

由于運動車輛特性已知，在其運動的過程中，可以通過對目標局部圖像進行特征提取，定位可疑區(qū)域。目標的一般特征包括點、邊緣、區(qū)域和輪廓。點特征對圖像的分辨率、旋轉(zhuǎn)、平移、光照變化等有很好的適應(yīng)性，常用的點特征描述算子如SIFT、SURF等都具有很高的精度，但這些算法復(fù)雜度高，難以滿足實時檢測的要求，并且紅外圖像特征點往往較少，采用點描述算子并不能達到令人滿意的效果。因此本文根據(jù)實際目標的特性，采用了對線、面特征進行描述的方法來標注運動車輛。運動的車輛受車底傳動抽、燃燒室以及空間限制，目標一般躲藏于車廂后輪位置。

為了準確定位目標區(qū)域，目標區(qū)域進入視場之前的運動車輛局部特征需要重點描述。車廂底部進入攝像頭視場時如圖6(a)所示。為了提取車輛的直線特征，需要對車底圖像進行邊緣提取。常見的邊緣檢測算子有：Laplace、Sobel以及Canny等。由于Laplace算子常常會產(chǎn)生雙邊界，而Sobel算子又往往會形成不閉合區(qū)域，對后面直線檢測都會產(chǎn)生不利的影響。

Canny算子克服了上述算子的缺陷，能夠盡可能多的標識出圖像中的實際邊緣，并且能夠?qū)⑤^小的間斷點進行連接，因此能夠形成較為完整的邊界線。Canny算子是最優(yōu)的階梯型邊緣檢測算法，本文采用選用Canny算子進行圖像的邊緣檢測。邊緣檢測結(jié)果如圖6(b)所示，較為明顯且具有特征不變性的為直線邊緣。當(dāng)可能藏人的區(qū)域進入攝像頭視場時，車底圖像的直線特征隨之消失（如圖6(c)），因此可以利用圖像的直線特征來定位后輪檢測區(qū)域。Hough變換檢測直線是較為理想的直線檢測方法，由PaulHough于1962年提出。經(jīng)過Hough變換后，根據(jù)已知的目標直線位置、角度、長度，選取符合條件的直線。圖6(b)、(c)中白色粗線為所檢測出的目標直線。

受環(huán)境因素的影響，車底直線特征可能并不明顯，因此單一的直線特征提取難以滿足檢測精度要求，如圖7所示情況。實驗發(fā)現(xiàn)車底面特征不易受到周圍環(huán)境、溫度的影響，因此可以進行面特征提取。選定區(qū)域為圖6(b)中虛線框內(nèi)，滿足要求的特征為梯度小于一定閾值，即具有平滑特征，判斷方法是計數(shù)虛線框內(nèi)邊緣點數(shù)，判斷其是否小于給定閾值。采用Sobel內(nèi)核計算圖像差分其中src為輸入圖像，dst為輸出圖像，xorder為x方向的差分階數(shù)，yorder為y方向的差分階數(shù)。

由于當(dāng)車底藏人時，其進入攝像頭視場會阻斷車底原有的平滑特征如圖6(d)，因此當(dāng)平滑特征消失時，這時判斷是否符合定位位置特征，若符合即可進行定位檢測；若車底沒有藏人時，車底平滑特征會持續(xù)到車尾部位才結(jié)束，這時只需判斷到達車尾就可以結(jié)束檢測流程。

實驗表明，基于這種車箱底部中間區(qū)域光滑特征去定位檢測對環(huán)境適應(yīng)能力強，而基于兩側(cè)直線特征定位的方法又能夠比較準確的定位到目標區(qū)域。綜合上述兩種思路，設(shè)計出的定位流程如下圖8所示：應(yīng)用中是否滿足直線以及平滑特征是通過檢測連續(xù)多幀圖像來實現(xiàn)的，這樣可以盡量減少偶然因素導(dǎo)致的定位失敗。

3藏人的檢測

3.1基于高亮度特征的ROI的選取

如圖9為定位之后的待檢測目標圖。為了排除車底本身熱源的干擾（如車輪）縮小檢測范圍，必須對原圖進行ROI的選取。行進過程中的車輪一般在紅外圖像中會呈現(xiàn)高亮度特征?；诖颂卣?，從圖片左右兩側(cè)分別搜索列像素平均灰度值最高的部分（最可能為車輪內(nèi)鋼圈），加上一定偏移量即可求出ROI左邊界位置（PositionofLeft，PL）。ROI下邊界線也采用同樣的方法，上邊界采用默認值。當(dāng)車輪不明顯時采用默認感興趣區(qū)域即可下面圖9為采用固定ROI選取和基于高亮度特征的ROI提取結(jié)果對比。實驗表明，這種基于具體特征的感興趣區(qū)域提取方法，對于車輪出現(xiàn)的偏差具有良好的適應(yīng)性，即使車輛行駛時發(fā)生較大的偏移也能做出正確的ROI選取。

3.2目標的檢測

對于已知形狀、外貌以及姿態(tài)等特征目標檢測采用特征匹配、直方圖反向投影等方法都能取得較為理想的效果。但對于躲藏姿勢未知并且本身形狀較為模糊的紅外目標，采用匹配的方式效果并不明顯。

紅外目標與目標區(qū)域的周圍存在一定的灰度差異，改變了原有區(qū)域梯度小、較為平滑的特征。針對這種改變采用評價函數(shù)f(x,y)對目標區(qū)域進行評估，若達到一定的閾值，即可預(yù)判車底藏人。評價函數(shù)依據(jù)不同區(qū)域可疑信息權(quán)重不一樣而選定(ROI內(nèi)中間部位權(quán)重較高、四周權(quán)重較低)，表示如下其中T為警戒閾值，Warnflag為預(yù)警標志。具體檢測步驟如下：

1)對原圖的感興趣區(qū)域進行組合濾波處理；

2)對感興趣區(qū)域進行邊緣梯度檢測(圖10)；

3)采用評價函數(shù)對目標區(qū)域進行評分并判斷是否超過給定閾值；

4)重復(fù)步驟1-3，若連續(xù)三幀超出閾值則發(fā)出報警指令，否則表示無人。對應(yīng)的報警截圖如圖11所示

實驗結(jié)果

為了驗證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性以及算法的可靠性，在不同的貨檢口岸、時間段、天氣條件進行了多次實驗。測試結(jié)果如下。結(jié)果表明，在不同月份檢測誤報率十分低，漏報率也能滿足相應(yīng)指標。設(shè)計出的車底藏人自動檢測系統(tǒng)有很高的實用價值，達到了預(yù)期的目標，說明了這套檢測系統(tǒng)的可靠性和準確性。軟件界面如圖12所示。

監(jiān)測系統(tǒng)論文范文4

關(guān)鍵詞：電力設(shè)備；無線技術(shù)；溫度

中圖分類號：U673.37 文獻標識碼：A

1 智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理

智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)被設(shè)定成三個子系統(tǒng)，分別是采集系統(tǒng)、匯總系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)。三個子系統(tǒng)通力協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)了電力設(shè)備溫度的實時、準確、便捷的智能無線監(jiān)測。

智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的三個子系統(tǒng)間的連接方式是不同的，無線通信方式是應(yīng)用于采集系統(tǒng)和匯總系統(tǒng)之間，而通信線纜則是使用在匯總系統(tǒng)與監(jiān)測系統(tǒng)之間，即一個無形，另一個有形。對應(yīng)部位的熱感應(yīng)元件將其所監(jiān)測到的溫度信息通過無線通信設(shè)備傳輸?shù)絽R總系統(tǒng)的總站，總站將會對收集到的所有溫度信息進行分類整理、分析并處理，再將處理完畢的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測計算機上。同時，調(diào)節(jié)端監(jiān)測計算機也將收到同樣的數(shù)據(jù)信息。監(jiān)測計算機對接收到的數(shù)據(jù)信息進行二次處理分析，當(dāng)處理所得數(shù)據(jù)結(jié)果超高設(shè)定的極限值時，監(jiān)測計算機就會發(fā)出警示信號。每個總站可以管理數(shù)百個子站，信息量的采集將是非常巨大的。

2 智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的組成

2.1 采集系統(tǒng)

此種技術(shù)主要是通過使用傳感器等熱感應(yīng)元件安裝在工作中散熱不是很好的部分，這就能夠時刻地對這部分元件進行溫度采集，并能夠及時地把消息發(fā)送出去。保證采集系統(tǒng)正常工作的主要依靠力量就是交流電，為了保證能夠持續(xù)的采集信息，我們應(yīng)該準備太陽能板作為后備電源。

2.2 匯總系統(tǒng)

匯總系統(tǒng)一般是由無線裝置組成的，用于收集采集系統(tǒng)傳遞過來的數(shù)據(jù)，然后通過該系統(tǒng)傳遞給總站，再由總站把溫度數(shù)據(jù)傳遞給當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)視系統(tǒng)，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測的目的，一旦發(fā)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)異常就可以采取一定的措施來解決，保證了電力設(shè)備的正常運行。

2.3 監(jiān)測系統(tǒng)

隨著監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展出現(xiàn)了兩種不同的系統(tǒng)形式，一種是調(diào)節(jié)端監(jiān)測系統(tǒng)，另一種是站級監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)中的計算機會把傳遞過來的溫度數(shù)據(jù)進行分析、整理，在發(fā)出去的同時也存儲在了特定的數(shù)據(jù)庫，不僅實現(xiàn)了對電力設(shè)備的實時監(jiān)測，也方便解決以后類似問題。計算機不僅會對數(shù)據(jù)進行分析和存儲，還會自動生成報表，能夠準確地記錄下來溫度情況的時間、地點、原因。通過對計算機進行系統(tǒng)設(shè)定，當(dāng)設(shè)備某部分的溫度超過設(shè)定值時就會自動報警。此外，監(jiān)測計算機還具有另外一個特點，就是可以根據(jù)單位的需要可以設(shè)定任何一個時間段的任何一個部位的溫度查詢，方便監(jiān)測人員對設(shè)備部件的溫度控制和掌握，有利于及時的調(diào)整。

3 智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的特點

3.1 免于布置排線

因為采用了無線傳輸設(shè)備，所以不用布置排線，熱感應(yīng)元件的安裝更方便。

3.2 免于經(jīng)常的維護

智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)都是整體化設(shè)計，所以免于維護。

3.3 節(jié)能

智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的各個部分均采用節(jié)能、低功率消耗設(shè)置，同時應(yīng)用太陽能電池板更是綠色節(jié)能。

3.4 警示系統(tǒng)更完善

當(dāng)溫度過高時，總站智能終端電源，后臺監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時發(fā)出警報。

4 智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)測的對比

4.1 在智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)工作過程中，正因為在需要監(jiān)測的設(shè)備部件上安裝了熱感應(yīng)元件，這就有助于事先系統(tǒng)對設(shè)備部件實時的準確的連續(xù)的監(jiān)測，并根據(jù)每一時刻的溫度數(shù)據(jù)變化來總結(jié)出電力設(shè)備上不同部位的溫度變化規(guī)律，進而幫助監(jiān)測人員保證電力設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，避免了因溫度問題導(dǎo)致的設(shè)備停止工作的問題，保證了工作人員的安全。而傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)主要是靠人力來獲取數(shù)據(jù)信息的，這不僅耗費了大量的人力物力，而且因為人類自身的生理原因，不可能保證測量數(shù)據(jù)的準確性，難免會出現(xiàn)誤差，這就會導(dǎo)致電力設(shè)備存在潛在的危險，如果不能及時處理，就會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，工作人員的安全受到威脅。

4.2 當(dāng)前這種智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的速度是十分驚人的，其預(yù)見性也是當(dāng)前人類不可比擬的，而且計算機存儲的數(shù)據(jù)信息可以根據(jù)需要隨時查閱，提高了工作效率，該系統(tǒng)存儲的信息量是十分龐大的。傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)則需要單獨的建立一個存儲空間，而且隨著存儲信息量的不斷增加，查閱起來也不是十分方便的，已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前電力企業(yè)的發(fā)展。智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)則很好地解決了這個問題，取得了非常好的效果。

5 智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的后臺監(jiān)控功能

5.1 熱感應(yīng)元器件所監(jiān)測的部位的溫度能夠?qū)崟r的傳遞給監(jiān)控計算機并于顯示屏上呈現(xiàn)出來，出現(xiàn)警示溫度時的時間及故障位置都會以數(shù)據(jù)的形式保存起來，保存期限可長達數(shù)年。

5.2 可設(shè)置警示音的類型，如可以以真人語音的形式播報出來或者以文字警示的方式顯示到屏幕上。

5.3 監(jiān)測計算機所監(jiān)測到數(shù)據(jù)信息可以以年、月、日等為單位用線性圖或者表格的形式一目了然的展現(xiàn)出來，也可以直接抽查或打印出來。

6 智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀

在國外，智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)自從開始使用以來已經(jīng)得到了非?？焖俚陌l(fā)展。此種技術(shù)不僅僅被應(yīng)用到電力方面，在人們的生活中也被廣泛使用，提高了人們的生活質(zhì)量和安全性。人們從傳統(tǒng)的監(jiān)測方式過渡到智能無限溫度監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了監(jiān)測技術(shù)的跨越式發(fā)展。這種新型監(jiān)測技術(shù)在電力設(shè)備中的應(yīng)用取得了很好的效果，正逐步的在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)等方面發(fā)展。

而在我國，真正在電力企業(yè)使用這種技術(shù)的時間比較晚，隨著多年的努力終于實現(xiàn)了從實驗到實踐的過程。當(dāng)前，智能無線溫度監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用之廣自然不必闡述，這種監(jiān)測設(shè)備能夠被廣泛應(yīng)用，其最大的優(yōu)點在于不需要布置線，節(jié)省了空間，提高了工作效率，操作起來也十分的簡便。目前，我們正在努力使智能無線溫度監(jiān)測技術(shù)朝著滴能耗的方向發(fā)展，這也是目前的技術(shù)難題。相信在不久的將來，我國的智能無線溫度監(jiān)測技術(shù)會實現(xiàn)更好層次的發(fā)展。

參考文獻

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監(jiān)測系統(tǒng)論文范文5

檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集端、嵌入式網(wǎng)關(guān)遠程發(fā)送端以及檢測管理中心三部分組成。首先，傳感器通過ZigBee協(xié)議發(fā)送所采集的植物生理參數(shù)信息到網(wǎng)關(guān)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)通過RS—232串口發(fā)送到基于ARM9的CDMADTU嵌入式模塊，CDMADTU模塊對數(shù)據(jù)進行處理后通過CDMA2000網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到由PC構(gòu)建的Web服務(wù)器，發(fā)送到服務(wù)器的優(yōu)點是數(shù)據(jù)易存儲易查詢。最后，檢測中心還能通過基于LabVIEW編寫的上位機軟件根據(jù)已知的數(shù)據(jù)分析出植物的生理生長狀況，并設(shè)計了一種根據(jù)蒸騰速率和葉綠素含量等參數(shù)的自動報警界面，從而可以更精確地判斷和控制植物的長勢和各項經(jīng)濟指標。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

2．1數(shù)據(jù)采集節(jié)點硬件設(shè)計

數(shù)據(jù)采集節(jié)點組要負責(zé)采集植物的各項生理參數(shù)(莖稈與果實直徑、葉綠素含量、植物莖流等)和無線發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)。無線收發(fā)芯片選用TI公司推出的CC2530作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的射頻收發(fā)送模塊。CC2530是應(yīng)用于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的真正片上系統(tǒng)(SOC)解決方案，包括一個高性能的2．4GHz射頻收發(fā)器，內(nèi)含一個高性能、低功耗的增強型8051內(nèi)核和一個8通道12位A/D轉(zhuǎn)換器。CC2530較以往常用的CC2430芯片具有靈敏度更高、功耗更小、通信距離更遠等優(yōu)點，因此，滿足無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)對高性能、低成本、低功耗的要求。本設(shè)計中需要測量的莖稈直徑采用基于LVDT的植物莖稈傳感器，葉綠素含量測量采用基于透射型活體葉綠素傳感器，植物莖流測量采用基于熱平衡法傳感器，這些傳感器的輸出均為模擬信號，在傳感器部分對輸出信號進行調(diào)理就能夠直接與CC2530芯片連接。

2．2嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計

嵌入式網(wǎng)關(guān)主要負責(zé)對接收的數(shù)據(jù)進行處理與存儲，并實現(xiàn)ZigBee協(xié)議與TCP/IP協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，從而將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程檢測系統(tǒng)。嵌入式網(wǎng)關(guān)主要由協(xié)調(diào)器和基于AM9的CDMADTU模塊組成，CDMADTU模塊包括AM9微處理器和DTU發(fā)送模塊。本設(shè)計的CDMADTU選用CDMA2000通信模塊，該模塊采用AM9高性能工業(yè)級嵌入式處理器，供電范圍寬(5～32VDC)，數(shù)據(jù)傳輸速度高，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。在使用CDMADTU之前需要做兩步準備:一是因為本設(shè)計采用動態(tài)IP鏈接Internet網(wǎng)絡(luò)與Web服務(wù)器，因此，要申請域名，申請域名解析服務(wù)后可以通過域名自動建立通信。接入CDMA網(wǎng)絡(luò)前，需要向電信公司申請SIM卡，SIM卡可為CDMADTU提供鏈接Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。二是使用前需要用終端軟件或AT命令對參數(shù)設(shè)置，以決定進入網(wǎng)絡(luò)透明數(shù)據(jù)傳輸模式的工作方式。

2．3鋰電池供電模塊設(shè)計

植物生理檢測系統(tǒng)的實際應(yīng)用環(huán)境很復(fù)雜，電源供給很難保障，因此，本設(shè)計中采用3．6V鋰電池供電。但植物生理檢測系統(tǒng)中傳感器模塊、CC2530等模塊需要不同的電源供給，因此，本設(shè)計采用DC-DC芯片NCP500SN33G獲得穩(wěn)定的3．3V，該電壓適用于SOC工作電壓。采用TPS61040將3．6V自舉到適用于各類傳感器工作的12V電壓。其電路圖分別如圖4、圖5所示。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3．1數(shù)據(jù)采集節(jié)點軟件設(shè)計

采集端傳感器節(jié)點主要負責(zé)采集植物各項生理信息并組網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送給嵌入式網(wǎng)關(guān)。本設(shè)計采用IAR集成開發(fā)環(huán)境自底向上構(gòu)建ZigBee網(wǎng)絡(luò)。為了節(jié)省電量，采用的傳感器節(jié)點一般處于低功耗模式，直到收到上位機命令后才將對應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)關(guān)。為了提高效率，上位機可設(shè)置每隔一段時間后對傳感器發(fā)送上傳數(shù)據(jù)命令。另外，還采用了中值平均濾波算法來消除個別傳感器系統(tǒng)內(nèi)部的隨機干擾，提高了傳感器的測量精度。

3．2嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計

嵌入式網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計是建立在Linuxredhatlinux操作系統(tǒng)上的，該操作系統(tǒng)具有多任務(wù)操作進程、支持硬件廣泛、程序模塊化、源代碼公開等諸多優(yōu)點而被廣泛使用。使用IAR集成開發(fā)環(huán)境來建立嵌入式網(wǎng)關(guān)和遠程檢測管理中心的網(wǎng)絡(luò)連接。

3．3上位機軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用LabVIEW平臺編寫上位機軟件，根據(jù)設(shè)計要求，將軟件分為數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)存儲三大模塊。數(shù)據(jù)顯示模塊主要是將接收到的數(shù)據(jù)和分析后的結(jié)果顯示在上位機的前面板上。數(shù)據(jù)分析模塊主要是根據(jù)所要檢測植物參數(shù)的不同選擇合適的分析和處理方法。本系統(tǒng)分析模塊實現(xiàn)的功能是:當(dāng)測量數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)時指示燈顯示綠色，表示植物長勢正常。當(dāng)某一參數(shù)超出或者低于正常范圍時，其對應(yīng)的指示燈顯示紅色報警。數(shù)據(jù)存儲模塊主要是將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，由于LabVIEW不能直接訪問數(shù)據(jù)庫，因此，采用SQL語言來完成對數(shù)據(jù)庫的訪問。

4實驗結(jié)果與分析

為了對設(shè)計的系統(tǒng)性能各方面進行驗證，在29℃的溫室環(huán)境下選擇了4株番茄做為測試對象，4株番茄均勻分布于250mm×250mm的測試區(qū)域，將協(xié)調(diào)器放置在溫室的中心區(qū)域從而組建星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。每株番茄同時采集莖流、葉綠素含量、番茄果實的直徑等生理參數(shù)并將參數(shù)發(fā)送到上位機顯示界面，采集間隔為2h，總檢測時間為24h。

5結(jié)論

監(jiān)測系統(tǒng)論文范文6

通過RS－485總線將智能水位計、智能流量計、墑情傳感器與信息采集板相連，構(gòu)成信息采集單元。它采用低功耗Cortex－M3為控制核心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與存儲。本地通過USB接口或RS－232接口與上位機通信;遠程通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或短信方式實時發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

農(nóng)作物生長參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計由信息采集單元、供電單元、無線傳輸單元組成。信息采集單元主要完成雨量數(shù)據(jù)、土壤墑情數(shù)據(jù)和地下水位數(shù)據(jù)的采集、處理與存儲，同時控制無線傳輸單元完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與信息指令的接收;供電單元為整個系統(tǒng)提供工作電壓;無線傳輸單元完成數(shù)據(jù)包的發(fā)送與控制指令的接收。

2．1信息采集單元硬件設(shè)計

信息采集單元主要由智能傳感器、STM32F103、FLASH芯片S29AL032D、SRAM芯片IS62WV25616、LCD、觸發(fā)器HEF4521BT、總線驅(qū)動器74HC245PW、232轉(zhuǎn)換芯片MAX3222、帶隔離的485收發(fā)器ADM2483、供電單元接口電路和MC323接口電路等組成。信息采集單元結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2．2供電單元硬件設(shè)計

供電單元由單晶太陽能電池板、可編程控制的2A充電電路、12V65AH免維護鉛酸蓄電池及LDO壓控轉(zhuǎn)換電路等組成。太陽能電池板為鉛酸蓄電池充電，同時為系統(tǒng)提供12V的輸入電源。當(dāng)太陽能電池板不工作時，鉛酸蓄電池為系統(tǒng)提供12V的外部輸入電源，12V的輸入電壓通過LDO轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)系統(tǒng)工作需要的+3、+4、+2．5、+5V。其中，+3V為全局電壓，保證電路板大部分電路正常工作，包括監(jiān)測系統(tǒng)上電后的工作電壓、系統(tǒng)睡眠狀態(tài)下的工作電壓、時鐘工作電壓等;+4V是MC323無線通信模塊的工作電壓;+2．5V是AD轉(zhuǎn)換電路的基準源;+5V是模擬參考電壓，為運算放大器和AD電路提供工作電壓;同時，輸入的12V電壓通過穩(wěn)壓電路為智能傳感器提供工作電壓。供電單元硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

2．3無線傳輸單元

選用MC323模塊作為無線傳輸單元。該模塊集成了基帶處理器、射頻處理器、MCP存儲器和電源管理芯片等功能，同時內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議和支持800MHz的工作頻段，能夠提供語音傳輸和短消息發(fā)送。將stm32f103的UART3與該模塊的串口相連，同時外接SIM卡電路，實現(xiàn)雨量數(shù)據(jù)、墑情數(shù)據(jù)、地下水位數(shù)據(jù)和控制指令的無線發(fā)送。無線傳輸單元結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3．1采集單元軟件設(shè)計

采集單元軟件設(shè)計包括傳感器事件、定時事件和命令事件。傳感器事件即通過土壤墑情傳感器、智能水位計、智能水質(zhì)傳感器和翻斗式雨量計等采集農(nóng)作物生長環(huán)境參數(shù);定時事件指系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)狀態(tài)、蓄電池電壓和設(shè)備工作溫度等參數(shù)定時自記和發(fā)送;命令事件指通過上位機軟件或LCD液晶屏配置系統(tǒng)工作狀態(tài)、傳感器類型等。當(dāng)3個事件中的某一事件處理完畢后，判斷有無其他事件發(fā)生;若有，則進入相應(yīng)事件處理程序;若沒有，則進行現(xiàn)場保護，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)。采集單元軟件設(shè)計流程圖如圖5所示。

3．2監(jiān)測單元軟件設(shè)計

監(jiān)測單元通過電話呼叫或短信方式對信息采集單元進行遠程喚醒，觸發(fā)其上電。采集單元上電工作后，響應(yīng)監(jiān)測單元命令或按彼此協(xié)商好的時間定時上電，定時等待監(jiān)測單元的命令。當(dāng)采集的水位、雨量等參數(shù)超過設(shè)定的閾值時，向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送實時水位等數(shù)據(jù)或按設(shè)定的周期定時發(fā)送最新的水位數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)正常工作時，監(jiān)測單元各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換流程圖如圖6所示。

4系統(tǒng)測試

采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)過解析、整編和入庫后，通過瀏覽器可以實時訪問數(shù)據(jù)，而且還能進行歷史數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)的查詢。通過該系統(tǒng)，即使在遠離觀測現(xiàn)場的異地，也能實現(xiàn)對雨量、土壤墑情和地下水位數(shù)據(jù)的實時采集、存儲與發(fā)送，真正實現(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境參數(shù)的遠程實時監(jiān)測。系統(tǒng)測試效果圖如圖7所示。

5結(jié)語