目前，工业物联网传感器数据采集无线传输至监控服务器比较常用的通讯解决方案主要有433MHz、2.4GHz和GPRS等三种，而以NB-IOT为代表低功耗广域网物联网通讯技术也已开始应运而生，随着技术的逐步成熟，将在各领域大量应用。

433MHz、2.4GHz、GPRS和NB-IOT，深圳信立科技这四种无线传输通讯解决方案，它们各有优缺点，根据不同的应用需求，选择相应的方案。

一、2.4G 无线通讯技术

2.4G模块低功耗设计，理想传输距离在1.5公里。通常用于传输距离比较近的数据采集，适用于实验室，车间，仓库，医院冷藏室，图书馆，档案室，博览馆等环境数据监测领域。

二、433M无线通讯技术

433M模块，信号强，传输距离长，理想传输距离在3公里左右。还有穿透、绕射能力强，传输过程衰减较小。深圳信立设计的433M模块，实现采集、传输通讯设备超低功耗运行，保证数据实时传输不中断，电池使用寿命达5年，通常用于传输距离不远的数据采集，适用于粮库粮仓，农业大棚，畜禽水产养殖，工业园区，公园，景区等环境数据监测领域。

三、GPRS 无线通讯技术

GPRS模块，传输距离不受限制，传输数据大、安全稳定。

通常用于远程数据采集传输，适用于供排水、热力管网温度压力流量监测，水库大坝河道水位监测，农业大棚环境监测、重大危险源气体监测等远程监测领域。

四、NB-IOT无线通讯技术

NB-IOT的特点，主要体现在四个方面：其一、广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；其二、具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；其三、更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；其四、更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。

NB-IOT技术，将会是今后工业物联网无线通讯方式的主流趋势，几乎可以应用到任何领域。

1.1 概述

SmartDAQ智能数据采集器是专门针对SCADA分层分布系统应用推出的前置智能数据采集服务器，内置自主研发的QTOUCH2.2组态软件，它是一台完整的嵌入式计算机平台，其内置软件具有众多PLC/IO/仪表的通讯支持，具有实时数据库，具有sqlite3历史数据库，具有开放的modbusTCP上传接口。其具有工程管理的特点，通过PC进行远程组态下载，具有远程监控，远程维护，远程调试的能力。它能够像PC机一样将本地数据远传到数据服务器中，也可以分担远程数据库服务器的压力，将数据本地存储，具有远程查询，断点续传的特点，确保系统的数据完整性。其内置c语言编译接口，用户可以自行开发专用于自己系统特点的应用，更提供高级c++语言的SDK环境，用户组建自己特色的运行系统。

1.2 应用领域

SmartDAQ智能数据采集器专门为工业设计，广泛应用于钢铁冶金行业能源计量、工程机械车联网、水文水利数据无人值守自动站、电力LCU现地单元串口联网服务器等，其采用ARM9-based RISC高效能处理器，使用了精简内核LINUX嵌入式操作系统，真正实现了工业现场的“3C”（现场控制，现场计算，现场通讯）的要求。它既可以单独使用直接通过自带以太网口向上传输数据，也可以通过无线DTU通信设备接口即时发送数据，还可以建筑能耗采集，能源工作站等使用形成现地控制单元分层分布应用。

运用于物联网

运用于电力监控

运用于太阳能光伏系统

2.1 产品型号

2.2 安装环境

2.3 外形和开孔尺寸

SmartDAQ外形和开孔尺寸：以QT240为例，W180mm*H130mm*D38mm，具体外请参照产品规格。

2.4 电源要求

2.5 接地要求

产品的金属外壳必须接地 直流电源的工作地在产品内部没有连接到实际的大地。为了避免由于虚的点接地造成将外将外部噪声引入系统，最好不要将直流电源的工作地和外壳一起接到大地，但如果必须将电源的接地到星形接地点，则必须保证接地导体长度尽量短、横截面积尽量大。导体必须能够承受至少10A的短路电流。接地的导体必须直接连接到星形接地点。这可以保证接地导体不会承受其他支路的电流。

2.6 CE要求

为保证QT241N系列产品符合EMC的规范 ，减小电气噪声的干扰，在产品的电源接线端子的外壳接地端子上必须接一条独立的#14 AWG规格的接地电缆。这条接地电缆必须按照安装说明直接连接到系统的星形接地点。

2.7 安全指导

这个部分介绍了推荐的安 装惯例和步骤 。虽然没有任何两个应用的 情况是相同 的，但请在安 装时仔细考虑 以下的建议。

ICS 3-304.81 安全性建议：

必须仔细考虑紧急停止功能的作用，它必须独立于可编程控制器之外。

在操作人员直接接触机械部分的位置，例如装载和卸载机械工具的位置，或者机械自动运转的地方，必须仔细考虑现场手动装置或其他备用手段的功能，它需要独立于可编程控制器之外，可以启动或者中断系统的自动运行。

如果需要在系统运转的情况下修改程序，必须考虑采用锁或者其它措施来保证只有得到授权的人才能进行必要的修改。

*这些建议是防止危险设备故障和由这些故障 产生的影响，或者在线 修改程序时可能产生疏忽而造成安全威胁时必要的安全防护措施。

ICS 3-304.81安全性建议是在国际电气制造业协会（NEMA）的许可下从NEMA ICS 3-304标准中复制而来的。

2.8 接口介绍

2.8.1 RS485串口

SmartDAQ系列产品串口分为DB9电器接口和插针是接口，一般DB9接口引脚1为RS465 A+,引脚9为RS485 B-。插针式接口D+ 为RS465 A+, D-为RS485 B-。

2.8.2网口

SmartDAQ系列产品的网口采用的是Ethernet 10M/100M自适应网口，满足数据的快速交换和吞吐，该端口可以用于组态工程的上/下载，系统参数的设置和组态的在线模拟；可以通过以太网连接多个QT241N构成多QT241N联机；可以通过以太网与PLC等通讯； 可以通过以太网口与PC机通讯。

2.8.3 USB接口

SmartDAQ系列产品采用标准的通用的USB2.0接口，该接口用于与U盘、USB鼠标、USB键盘及USB打印机等设备连接，即插即用。

2.8.4 SD卡接口

SmartDAQ系列产品支持SDCARD卡的扩展，给硬件提供了升级的空间。

2.8.5 无线网卡接口

SmartDAQ系列产品中QT241N支持无线网卡接口。支持电信，联通3G、4G无线上网。提供数据无线传输。

2.8.6 其他接口

SmartDAQ系列产品可以扩展其他的接口，如何需要CAN通信可以扩展CAN接口。

3.1 使用方法一 数据透明传输

1）打开Qtouch软件工程管理器如下图：

2）新建串口设备，选择数据透传来配置串口，如图：

配置串口信息（串口号，波特率，数据位等信息）

3）将配置好的工程下载到串口服务器

4）PC 连接SmartDAQ的数据

SmartDAQ智能数据采集器将配置好COM1的数据（已COM1示例）映射到网络地址为IP：192.168.1.10（设备默认IP）PORT 5002端口处，PC 上位机可以通过网络实时接收到数据。

3.2 使用方法二 内置实时数据库

此方法需要建立串口工程，配数据采集点，将不同设备数据采集到QT241N智能数据采集器的实时数据库中，上位机可以通过ModbusTCP协议来连接数据库，此方法的特点是：1数据稳定；2数据上传快；数据断点保持安全可靠；可以和不同的组态软件数据通信。

下面以Modbus协议来介绍：

1）打开QTouch软件工程管理器如下图：

2）新建串口设备，选择ModbusRTU来配置串口，如图：

3）设备数据配点

在modbus设备中：

设备名：是新建串口时的设备名称

设备地址：是通信设备的modbus的地址（一般1-247,0地址是广播地址，248-255 是保留地址）

寄存器区：modbus的数据分区，分别为DO线圈，DI离散输入寄存器，AO保持寄存器，AI输入寄存器

寄存器地址：数据的地址

数据类型：多种数据类型（char ，unsigned char，short，word等数据类型 ）

读写类型：只读，只写，读写

最大值，最小值：数据的最大值和最小值得限制

初值：数据初始值 （目标值=采样值+初始值 例如初始10采样值10 则目标值是10 =10+10）

变比：数据的变比（目标值=变比乘以采样值 例如 变比是2，采样值是10则目标值是20=2*10）

配好的数据如下图：

4)将配好的工程下载到SmartDAQ智能数据采集器。

5)PC端上位机连接SmartDAQ智能数据采集器的实时数据，这时需要建上位机组态工程，如图：

6）新建网络设备

7）网络配置如下图：

8）数据配点（和SmartDAQ只能采集器数据数据建立一一映射），如图：

注意：SmartDAQ智能设备采集器实时数据库的设备地址是固定地址：200

SmartDAQ智能设备采集器实时数据库的寄存器区是：AO保持寄存器

SmartDAQ智能设备采集器实时数据库的寄存器地址是：以0开始，以2递增的

SmartDAQ智能设备采集器实时数据库的数据类型：Float单精度数据

至此SmartDAQ智能设备采集器与上位机工程的数据点一一映射完毕。

3.3 工程的下载和上载

1）工程下载到QT241N智能设备采集器，如图：

注意：第一次下载时需要勾选跟新主程序，以后可以直接下载工程。

SmartDAQ智能采集器的默认IP是：192.168.1.10 （ping 命令可以测试网络连接状态）

如果想将SmartDAQ智能采集器的IP修改为其他的IP，可以通过软件的运行菜单来修改IP如图：

2）SmartDAQ智能设备采集器的工程上载到PC，如图：

3.4 SmartDAQ设备IP和网关的修改

SmartDAQ设备IP和网关的修改可以再实时数据库中修改，打开QT241N工程，双击“实时数据库”，点击“连接”，连接SmartDAQ，点击修改ip图标，修改ip地址后点击“修改”，如图：

据媒体报道，LORD Sensing-MicroStrain公司最近宣布将新增两款无线传感器，可帮助车企实现远程数据采集，其数据源自于各类传感器。

据LORD Sensing产品经理Chris Arnold透露：“打造一款无线温度数据采集系统是一项非常困难的工作，而且极为耗时。TC-Link-200-OEM和SG-Link-200-OEM传感器使用户能够快速地将无线数据整合到产品中，无需担心信号条件及无线电设计。”

上述两款车型经试验认证，可被用作电动车燃料电池状态的监控方案，TC-Link-200-OEM使用户从热电偶(thermocouples)、电阻式温度计(resistance thermometer)及热敏电阻(thermistors)等各类温度传感器中采集数据，实现远程数据采集。

该项技术研发旨在使TC-Link-200-OEM与常见的温度传感器(温度探头，temperature probes)搭配使用，后者包括：热电偶冷端温度补偿(cold junction compensation for thermocouples)及所有温度测量的线性化处理(linearization)。该节点可支持高清、低噪数据采集，其采集速率高达128 Hz。新款传感器尺寸极小、轻量化，旨在实现产品的轻松内置。新款TC-Link-200-OEM传感器的许多功能与其他LORD无线传感器相同。

SG-Link-200-OEM旨在与应变仪(strain gauges)相搭配，该产品旨在监控开采设备。该款传感器可允许用户从应力计、压力传感器(pressure transducers)及加速度计(accelerometers)等各类传感器中远程采集相关数据。

该节点包括车载分流器校准(on-board shunt calibration)，可轻松校准应力计，并支持从差动输入(one differential)和单端输入信道采集高清、低噪数据，采集速率高达1 kHz。数字输入可实现与霍尔效应传感器(hall effect sensor)的兼容性，用于上报RPM和总脉冲数，确保传感器适用于许多扭矩感测应用。

两款无线OEM传感器方案均设计紧凑、功耗低，非常适用于电池供电的应用(battery powered applications)。

（文章来源：盖世汽车网）

这一节看似好讲实则难以表述清楚，

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随着医院信息化的发展以及“互联网+医疗”行动计划的推进，实现医院各部门、科室之间，医疗机构之间不同系统数据的互联互通，消除医疗“数据孤岛”，建立临床数据中心CDR、远程医疗平台、互联网医疗平台等医疗大数据应用中心，是大势所趋。

而HIS系统作为覆盖医院所有业务和业务全过程的信息管理系统，是医院最基础、最重要的系统。HIS系统数据正是医疗大数据应用的基础，若不能实现与HIS系统的数据交互，医疗大数据应用就如“无源之水”。

绕不开与HIS系统做对接，但对接方法，除了数据接口，还有别的方式。最具代表性的就是HIS数据采集工具，因为它不需要HIS系统软件厂商配合，就能采集HIS数据，建立数据输出通道。从而，很好的避免大量协调工作以及因厂商不愿配合而导致的对接难题。

HIS数据采集工具特点

①高兼容性：可以采集不同软件厂商的各种HIS系统数据。

②数据直接采集：不需要HIS系统厂商配合。

③非侵入性：数据采集与HIS系统数据库无关，对于加密数据库数据也可以采集。

应用场景

远程医疗平台——采集HIS系统的患者基本信息、病历病程等信息，存储至远程医疗平台数据库，为远程医疗数据调用提供数据源。

互联网医疗平台——与足够多的医院建立合作关系，且实现平台和医院临床数据的互联互通，是互联网医疗进行远程“重问诊”的前提，HIS数据采集工具，可以更方便、快捷的达成。

健康险精准核保——获得被保险人的诊疗信息，健康医疗保险才能精准核保与快速理赔。HIS数据采集工具，为核保系统与合作医院HIS系统的互联互通，提供了快捷通道。

医疗APP/医院微信公众平台——医院移动端为患者提供预约挂号、报告查询、费用查询、处方查询等服务，需要与HIS系统进行数据交互。通过数据采集工具，采集医生排班、检查报告等字段新增信息，同步至APP或医院微信公众平台，由此降低患者就医时间成本。

院内其他系统——医院PACS、SPD、EMR、辅助诊断等系统都需要与HIS进行数据交互，以减少工作人员重复操作。HIS数据采集工具，为系统间数据交互提供了一种更为易操作的方式。

敬

请

关

注

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工业数据采集过程，包含多类工业设备接入、多种工业通信网络协议解析、多源工业数据格式转换、实时工业数据存储与预处理等多个环节，为实现多源设备、异构系统、运营环境、人等要素信息的实时高效采集，需要大量 IT、OT 与 CT 核心关键技术支撑。

本报告所列工业数据采集关键技术主要源于工业数据采集各相关方共同关切和发展急需的方面。工业数据采集主要涉及工业通信网络、协议转换、物体标识及解析、边缘计算、工业人工智能等关键技术。

(一) 工业通信网络

工业数据采集常用工业通信网络技术主要有工业现场总线、工业以太网、工业光纤网络、TSN、NB-IoT、4G/5G 等，总体上可16分为有线和无线通信网络技术。

有线通信网络技术主要包括现场总线、工业以太网、工业光纤网络、TSN 等，现阶段工业现场设备数据采集主要采用有线通信网络技术，以保证信息实时采集和上传，对生产过程实时监控的需求。

无线通信网络技术正逐步向工业数据采集领域渗透，已成为有线网络的重要补充。主要包括短距离通信技术 RFID、Zigbee、WIFI 等，用于车间内的传感数据读取、物品及资产管理、AGV 等无线设备的网络连接；专用工业无线通信技术 WIA-PA/FA、WirelessHART、ISA100.11a 等；以及蜂窝无线通信技术 4G/5G、NB-IoT 等，用于工厂外智能产品、大型远距离移动设备、手持终端等的网络连接。

1. 现场总线：

现场总线主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。现场总线目前仍没有统一标准，很多公司都推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一，目前应用较多的有 Profibus、CAN、LonWorks、HART、Modbus 等。

现场总线在工业界使用时间较长，技术成熟稳定。现场总线仍然是目前工业环境应用最为广泛的工业网络，现场总线的简单17性、可靠性高的优点受到许多用户的喜爱。随着中国产业升级的进一步深化，现场总线作为智能制造和工业互联网的基础，预计从 2018 年开始新增节点数会逐步回升。

2. 工业以太网：

工业以太网是指在工业环境的自动化控制及过程控制中应用以太网的相关组件及技术。工业以太网采用 TCP/IP 协议，和IEEE 802.3 标准兼容，但在应用层会加入各自特有的协议。工业以太网实现了以太网 TCP/IP 协议与工业现场总线的融合，是在标准以太网协议基础上修改或增加一些特定的功能而形成的。工业以太网在发展过程中形成了多种协议标准，包括 Profinet、EthernetIP、Modbus/TCP、EtherCAT 等，这些协议背后皆有各自支持厂商，难以形成统一标准。

工业以太网最大的优势在于：能够使企业的信息网络和控制网络实现统一；以太网容易实现网络集成，开发技术广泛，价格较低，容易获得众多厂商的支持。

工业以太网近几年快速发展，技术逐渐成熟，电磁兼容性、高低温等工业特性已能够满足工业数据采集需求，在工业数据采集领域得到了广泛应用，近年来工业以太网的市场占比逐步上升。

3. 工业光纤网络

随着无源光网络（PON）技术在电信、电力行业的广泛应用，工业光纤网络已成为工业数据采集领域的一种新型组网技术。工业光纤网络在工业互联网体系架构中处于车间级网络位置，工业18光纤网络由汇聚设备 OLT、无源分光器、PON 接入设备 ONU 组成，可以提供多种工业接口，实现工业设备数据、生产数据到企业 IT系统的可靠有效地传输。

工业光纤网络在工业场景下最常用的组网方式是基于 TypeD 保护方式的手拉手保护链型组网和星型组网，实现全光路保护，提高了车间通信网络的可靠性，为制造企业的通信可靠性提供了坚实的保障。

工业光纤网络具有以下优点：PON 通过无源器件组网，不受电磁干扰和雷电影响；采用自愈环形网络支持并联型，切换时间短、抵抗失效能力强；点到多点传输架构，终端并行接入，部署灵活；仅需单根光纤线传输，最远覆盖 30 公里范围；多业务承载，支持数据、视频、语音、时间同步等多种业务；高安全性，PON 网络设置 ONU 安全注册机制，下行数据传送天然加密，上行数据传送时分机制隔离。

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4. TSN

TSN 是 IEEE 提出的一个国际标准，TSN 是为了解决工业领域中的互操作性孕育而生的标准协议，厂商设备之间可以进行非常好的互联互通。TSN 是基于以太网标准的确定性实时通信机制，定义了极其准确、极易预测的网络时间，具备高数据量传输与优先权设定功能等优势。TSN 是其它工业以太网协议的基础，现有的工业以太网协议未来将会成为 TSN 网络之上的专属网络协议，因此这类协议依旧会存在，但彼此之间不会互相取代。

通过为以太网增添诸多功能特性，有效地解决了工业数据采集数据在以太网传输中的时序性、低延时和流量整形问题。同时又保持了 100%向后兼容传统以太网，TSN 确保了关键任务型时间敏感数据在网络上不会滞留，有助于跨许多行业打造一个互操作性的生态系统。通过使用标准的以太网组件，TSN 可无缝集成现有棕色地带应用和标准的 IT 网络来提高易用性。此外，TSN 继承了 HTTP 接口和 WEB 服务，实现了工业数据采集系统所需的远程监控、可视化和修复功能。

5. NB-IoT

NB-IoT 是由 3GPP 定义的基于蜂窝网络的窄带物联网技术,它支持海量连接、有深度覆盖能力、功耗低，适合于传感、计量、监控等工业数据采集应用，可满足这些应用对广覆盖、低功耗、低成本的需求，目前广泛商用的 2G/3G/4G 及其他无线技术都无法满足这些挑战。

NB-IoT 单小区可支持 5 万用户，NB-IoT 可以比现有无线技术提供 50~100 倍的接入数；NB-IoT 比 LTE 提升 20dB 增益，很好实现广域覆盖,就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。

NB-IoT 引入超长 DRX 省电技术和 PSM 省电态模式，可让设备时时在线，通过减少不必要的信令和在 PSM 状态时不接受寻呼信息来达到省电目的，保障电池 5 年以上的使用寿命。

6. 5G（第五代移动通信网络）

近些年 WiFi、Zigbee 和 WirelessHART 等无线通信网络技术已经在制造车间使用，但这些无线技术存在局限性，不能满足智能制造对于数据采集的灵活、可移动、高带宽、低时延和高可靠等通信要求。

5G 具有更高的速率、更宽的带宽，预计 5G 网速将比 4G 提高 10 倍左右，从行业应用看，5G 具有更高的可靠性，更低的时延，支持接入网络更多、密度更大，可以为关键任务型的服务提供保障能力。能满足工业数据采集的高带宽、低时延和高可靠性等网络通信需求，可保证工业信息实时采集和上传，从而实现对生产过程的实时监控。

从发展态势看，5G 目前还处于技术标准的研究阶段，5G 有望 2020 年正式商用。目前，有线连接在工业数据采集连接数量方面占主导地位。但预测显示，从 2022 年到 2026 年，5G 物联网连接的平均年复合增长率将达到 464%。

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企业进行智慧工厂升级，核心问题便是，它能给企业带来怎样的变化(效益)，能节能降本多少。可以肯定的是，从传统制造到智能制造，绝不仅仅是简单的效率提升，包括生产效率、监管效率、仓储效率以及整个生产流程均有提升，它会在DNA层面改变一家企业。

目前，想要做好传统制造到智能制造的过渡，当务之急是将流程数字化，这是智慧工厂的必经步骤，现在我国大部分企业连数字化工厂都称不上，更不要谈智慧工厂了。

即使想完成企业数字化，对于我国大多数企业依旧是大难题。需要高层领导有足够大的魄力。首先企业需要明确自己做智慧工厂的目标，包括数字化愿景、对企业进行评估发现不足，最后做出详细规格化。然后进行：企业设计(规划)、具体执行、数字管控系统等等多个领域的融合，最终实现数据通源、虚实融合、绿能高效及智能制造。

然而，企业数字化中的产品配置，制造流程越复杂越多变，越需要人的参与；工人更多地是处理异常情况，调整设备。其中，数据采集一直是困扰着所有制造工厂的传统痛点，自动化设备品牌类型繁多，厂家和数据接口各异，只要还有其他人工参与环节，这些数据就不完整。

工业生产数据采集方式

工业生产设备数据采集有三种方式：分别是数据系统直接联网通信，通过工业网关进行采集和通过远程IO进行采集。

1、直接联网通信

直接联网是指借助数控系统自身的通信协议、通信网口，不添加任何硬件，直接与车间的局域网进行连接，与数据采集服务器进行通信，服务器上的软件进行数据的展示、统计、分析，一般可实现对机床开机、关机、运行、暂停、报警状态的采集，及报警信息的记录。

高端数控系统都自带有用于进行数据通信的以太网口，通过不同的数据传输协议，即可实现对数控机床运行状态的实时监测。发那科0i\31i\18i系列的数控系统在操作面板背面都配置有网口，通过发那科的FOCAS协议，就可以进行直接联网通信；西门子840D系统，PCU50版本以上的也可以通过OPC协议进行设备的直接联网通信。

2、工业网关采集

对于没有以太网通信接口，或不支持以太网通信的数控系统，可以借助工业以太网关的方式连接数控机床的PLC控制器，实现对设备数据的采集，实时获取设备的开机、关机、运行、暂停、报警状态。

工业通信网关可以在各种网络协议间做报文转换，即将车间内各种不同种类的PLC的通信协议转换成一种标准协议，通过该协议实现数据采集服务器对现场PLC设备信息的实时获取。

3、远程IO采集

对于不能直接进行以太网口通信，又没有PLC控制单元的设备，可以通过部署远程IO进行设备运行数据的采集，通过远程IO的方式可以实时采集到设备的开机、关机、运行、报警、暂停状态。

远程IO模块，是工业级远程采集与控制模块，可提供了无源节点的开关量输入采集，通过对设备电气系统的分析，确定需要的电气信号，连接入远程IO模块，由模块将电气系统的开关量、模拟量转化成网络数据，通过车间局域网传送给数据采集服务器。

编辑：Nistone乐石科技（乐渠 | 泛家居新零售解决方案供应商）

自工业互联网概念提出以来，全球产业界积极开展应用实践和探索，新一轮科技变革和业务创新蓬勃兴起，工业互联网逐渐发展为重要的智能基础设施、先进的生产力和新型的经济形态。互联网商业模式的创新将推动供水行业的发展，为水务运营企业创造更大价值，同时打造一个合作共赢的水务行业生态系统，实现中国的“智慧水务”。

作为物联网在工业领域各产业的应用，工业互联网是互联网的理念和技术在产业领域的自然延伸和发展。智慧水务将推经营模式发生转型，必将使各大设备生产厂商，变为智慧供水解决方案供应商，把企业的竞争力提升到一个全新的水平。智慧水务项目将成千上万套供水设备连接上网，与水务企业的原有信息系统、业务流程及工作人员紧密地融合在一起，打通信息孤岛，通过数据分析推动城市智慧供水，从而大幅提高水务企业营运的安全与效率，并起到节能降耗目的。

一、供水设备远程数据采集与预测性维护——工业互联开创城市智慧供水

1、打通水务行业信息孤岛，提升城市供水运营管理水平。

智慧水务在技术方面，我们必须着重推动云平台通用架构，实现水务低成本的业务应用目标，通过混合云技术突破水务企业信息孤岛所带来的障碍。在业务方面，该项目通过建立行业生态系统，提升工业互联网在供水领域的接纳度，加快工业互联网系统的实施和价值的实现，最终取得企业转型发展成效。

2、着眼于全生命周期，立足于远程在线运维。

构建一套基于产品全生命周期理念的智能化生产与产品应用动态管理体系，此体系聚合了地理信息（GIS）系统、数据采集与监控系统、实时数据的水力模型系统，打造管理人员、行业专家、智能化工厂、产品运营信息高度融合的集成管理环境，从而实现快速响应和优化决策。

3、打造供水智慧管理平台助力城市二次供水智慧管理。

通过建立二次供水设备网络化信息化管理模型，让城市水务运营企业的一线人员随时掌握设备的运行状态与运行数据，让管理人员不断掌握生产偏差和成本变化，同时检验现有管理成果与优化管理内容，从而实现城市二次供水的智能运营和智慧决策，最终让城市水务运营企业成本实现精细化控制，对用户的服务质量持续改善，促进企业的价值得以不断提升，最终实现运营管理的多方共赢。

二、智慧供水生态圈推动与水务企业运营双赢

通过工业互联网系统架构与云计算技术相结合，构建了可以让众多水务企业低成本、快速化实现目标的供水应用管理平台，建立的智慧供水生态圈，可以实现设备厂商与供水企业的多方受益，实现了针对水务企业需求可个性化定制软硬件产品，通过人员协同达到服务化运维的运营增效目标。

城市智慧供水逐层创新架构助力设备远程运维增效。智慧供水系统实现设备远程运维增效目的，必须建立通用“生态”平台，该平台需要网络及安全设备、计算机硬件设备的技术支持，更需要软件支撑。该平台设计上可划分为五个层次：环境及设备物理层、物联感知层 、网络通讯层、数据及服务支撑层、应用层。如图所示：

智慧供水系统的实现，离不开供水设备突破传统定义，更注重物联感知层的初期设计，设计中需提供对环境的智能感知能力，以物联网技术为核心，通过各类传感器、变送器、RFID等设备及专业业务信息应用系统，实现对水务活动范围内的基础设施、供水生产和配送 、服务和管理等方面的识别、信息采集、数据抽取调用、监测和控制。

三、一体化的水务服务网络覆盖

1、一体化水务网络总结设计

智慧供水系统的发展过程中，应当建立起稳定、安全、高效的一体化通信机制。网络通信层更加关注业务应用的网络化服务，基于服务意向调配自动化的网络服务提供有效的负载均衡、入侵防范、流量调配等优异的自动化功能，应当创造性地融合水务企业网（Intranet）、互联网(Internet）、移动无线网（GPRS、3G、4G）、自建无线网（220M、433M、470M）等大容量、高带宽、高可靠的网络，实现一体化的水务服务网络覆盖。

2、新一代NB-IoT网络技术在项目中的应用

NB-IoT网络通信技术极符合智慧供水系统中对设备数据采集、运维优化指令下发的需求，NB-IoT的低功耗、强穿透力、大连接的技术性能，是对本项目一体化水务网络的必要补充。

四、供水数据整合及数据智慧服务支撑层架构

智慧供水系统通过建立数据中心实现更好的数据化服务。数据中心整合元数据、监测数据、空间数据、业务数据、水文水利数据等相关基础信息，通过磁盘管理、NAS存储、分布式存储等数据存储支撑技术，把结构化数据、非结构化数据进行有效组织 。

1、数据资源融合

数据资源可以从制水工艺过程监控、供水管网地理信息、水质管理信息、客户服务系统、计算机辅助支持系统等各业务子系统获得，同时需要对分布的、海量的数据进行汇聚、处理、分析，要求整个水务的数据系统必须能够高效的汇聚与存储大量的数据。

2、服务融合

智慧供水系统的业务功能服务接口需要跨越不同时期的关联业务系统，需要适应不同操作系统、程序语言的调用请求。这就要求智慧供水平台系统的制定接口具有非常强的开放性，以适应各类接入环境的广泛需求。

3、供水大数据挖掘及设备实时数据流式计算

采用大规模机器学习对系统历史大数据进行处理，建立针对性数学模型，并将数学模型植入至流式计算引擎当中，数据根据规则引擎设置的条件，实时对设备所采集的数据进行价值发挥，实现设备自动故障诊断、预防性维修及运行状态预测，最终实现供水设备远程智慧化运维的目标。

五、全方位安全保障体系为智慧供水系统保驾护航。

智慧供水运营体系的安全保障必须从全局角度思考，严格保障水务运营体系需具备防破坏性、防入侵性、抗灾难性等能力。同时，建立相应的信息安全保障机制，充分利用加密技术、数据隔离、灾难恢复等配套性解决方案，以避免水务运营体系的业务服务不可持续性发展。

1、构建符合信息系统等级保护要求的安全体系结构

2、建立科学实用的全程访问控制机制

3、加强源头控制，实现基础核心层的纵深防御

4、面向应用，此次开发的智慧供水系统采用安全封装的方式实现对应用服务的访问控制，具有分层保障、应用独立、数据隔离等技术运营安全特征。应用服务的安全封装主要由可信计算环境、资源隔离和输入输出安全检查来实现。

六、业务运营管理体系与底层建设方案

业务层面主要体现在各个相对独立的专业生产和管理部门，这些部门为管理层面提供全部运营数据和信息，管理层面对由业务层面获取的各种数据、信息进行整理、筛选、优化形成支持管理决策的依据，并下达各类运营和考核指标，从而获得和提高管理绩效。

底层接入设备可包括但不限于加装的传感器、RTU、智能网关、交换机或路由器、3G/4G路由器、协议转换器等。对于城域网专网成本较高区域的设备改造或新设备建设，推荐使用RTU或智能网关外加路由器接入，对于另外一些已经建成的，将建议其保留原有系统，威派格二次供水管理平台将通过Restful API和数据库中间件将SCADA数据接入云端服务。

1、平台接入部署

平台支持标准的SCADA功能，包含实时、历史数据呈现，自动报警，图表曲线统计，图形化渲染，GIS查询，视频安防接入等功能；支持设备基本信息管理、设备寿命管理、能耗分析等功能。

2、大数据应用

标准的SCADA服务只为用户提供了最基础的数据接入、展示、统计和报警功能，适用于较小规模的设备监控。而大数据应用将从设备并发接入、数据并发处理和海量数据分析三个层面进行部署。

3、移动办公

为了提高运行管理效率，为用户开发了基于安卓操作系统的的移动App，结合二次供水管理平台进行排程任务执行、在线交流、定位服务、能耗服务等功能延伸。

七、远程在线运维提升城市供水管理水平

1、以工业互联助力城市智慧供水生态发展

通过工业互联网系统的部署，整合城市供水设备，水务企业信息系统和业务流程，以可靠和高效的方式为居民提供安全优质的饮用水。通过云服务的方式，把设备、人员、业务应用有机整合于一体，将其提供给城市水务公司和其他用户，使这些新的技术能够广泛的应用，全面地提高城市供水运营效率，以最低的成本获得工业互联网所能带来的效益，也同时促进城市供水产业的业务转型。

2、新理念转变模式，新模式推动发展

智慧水务通过新的技术和工具推动商业模式的转变，促进城市二次供水行业管理水平和运维效率的提升。在新的模式下，供水运营公司会在服务平台选择上利用低成本的云服务平台，云平台的建设推动了智慧供水生态圈的建立，实现了多方共赢的商业模式。新的商业模式将威派格从传统设备制造生产型企业发展为具备工业互联思维的科技服务型企业，并通过服务提升供水运营公司的管理运维水平，保障城市供水系统的安全运行。

为贯彻落实党的十八届五中全会精神，落实《中国制造2025》发展战略，促进物联网、云计算、大数据、人工智能等相关新技术、新业态和新模式的产业化应用，树立产业应用标杆，在工信部指导下，工业互联网产业联盟现面向社会公开征集优秀案例，研究结果将向社会公开发布。

为了解决远程数据传输问题，针对地理条件比较复杂的区域如山体滑坡监测区域，研究了通过无线方式传输信息的方法，从而实现远程数据采集与监测功能。以ＡＲＭ处理器为核心，采用多种模块构建山体滑坡远程数据采集与监测系统。介绍了数据采集功能实现方法和驱动程序的设计思想，设计了加速度传感器与ＡＲＭ处理器的连接电路以及传感器采集程序。试验验证表明，系统接收多点数据信息正确，能够及时反映数据采集实时值，并提供报警信息。关键词：ＡＲＭ 远程数据采集监测线程ＧＰＲＳ驱动程序。

山体滑坡是严重的地质灾害之一，它会毁坏工程设施，造成巨大的经济损失。为了防患于未然，需要及时、快速地监测山体的滑动情况，实现滑坡危害的预报。对山体滑坡进行监测的目的在于对滑坡的稳定性做出判断，并对可能发生的滑动做出预测。通过相对位置的变化判断各个监测点的滑动情况，滑坡监测对减灾防灾意义重大。在滑坡变形监测中，ＧＰＲｓ等先进技术将发挥积极作用，实现对监测区域的远程实时监测，并通过对采集数据的分析和处理，实现对山体滑坡的预警。

１ 远程数据采集与监测系统构成

远程数据采集与监测系统由ｊ轴加速度传感器、嵌入式处理器ＡＲＭ、电源模块和ＧＰＲｓ模块等构成。系统监测采集加速度传感器的数据，与键盘设定的上限值进行比较，ＧＰＲｓ模块以短信方式发送监测信息和报警信息。当采集的加速度值超过一定上限时，蜂鸣器发声起到报警功能。远程数据采集与监测系统构成如图1所示。

２数据采集与驱动程序设计

2.1 ＡＤＣ转换功能实现

ARM处理器S3C2410内置1个8通道的10位模数转换器ＡＤＣ。采用ＡＤＣ控制器寄存器系统可以同时外接８位的模拟墩输入．最大转换速率可达５００ｋＳ／ｓ。S3C2410的引脚ＡｌＮ［７］和ＡＩＮ［５］用于连接触摸屏的模拟信号输入。ＡＲＭ处理器S3C2410有ＡＤｃ控制寄存器和ＡＤｃ触摸屏控制器，其通过程序设计配置寄存器控制ＡＤｃ的Ｔ作模式，并编写应用程序读取ＡＤｃ转换值。ＡＤＣ触摸屏控制寄存器ADCTSC配置成普通工作模式。对于S3C2410处理器，在使用触摸屏时，引脚ＡＩＮ［７］和ＡＩＮ［５］用于测量触摸屏ｘ、Ｙ的电平，引脚ＡＩＮ［６］、ＡＩＮ［４：０］用于一般的ＡＤＣ输入。当有触摸屏驱动加载时，ＡＤＣ转换器工作在触摸屏模式。因此，ＡＤＣ转换和触摸屏驱动不能同时启用一“１。使用ＡＤＣ的步骤如下。

①设置舡）Ｃ控制寄存器ＡＤＣＣＯＮ，选择输入通道，设置ＡＤｃ转换器的时钟，Ａ／Ｄ时钟＝ＰｃＵｙ（ＰＲｓＣＶＬ＋１），其中，Ｈｔ５汇ＶＬ为ＡＤｃ转换器预分频器数值。

②设置ＡＤC触摸屏寄存器ADCTSC，对于普通ＡＤＣ，设置ADCTSC位［２］为０。

③设置ＡＤC控制寄存器ＡＤＣＣＯＮ，启动Ａ／Ｄ转换。如果设置ＡＤＣＣＯＮ中的ＲＥＡＤ—ＳＴＡＲＴ位为１，则读取ＡＤＣ转换数据寄存器ＡＤＣＤＡＴＡ０时即启动下一次转换，也可以设置ＡＤＣ控制寄存器ＡＤＣＣＯＮ中的ＥＮＡＢＬＥ—ＳＴＡＲＴ位启动Ａ／Ｄ转换。

④转换结束时，读取ＡＤｃ转换数据寄存器ＡＤＣＤＡＴＡ０值。

２．２驱动程序设计

一个硬件的驱动程序，通常指一个驱动模块。对于一个硬件的驱动。Ｌｉｎｕｘ下可以有两种方式：一种是直接加载到内核代码中，启动内核时就会驱动此硬件设备；另一种是以模块方式编译生成一个独立文件，当应用程序需要时再加载到内核空间运行。加载驱动是正常运行设备的必要条件，缺少驱动程序，将无法进行正常操作。驱动程序包含有各种定义，如ｓ３ｃ２４１０管脚的定义、对应的地址映射等。ＧＰＲｓ驱动、Ａ／Ｄ驱动和键盘驱动这３个驱动分别关系到通信、采集和参数设定３大方面，这３个驱动也可以理解为操作系统中的设备。设备驱动的角色就是将这些调用映射到作用于实际硬件和设备相关的操作上。驱动可以与内核的其他部分分开建立，需要的时候在运行时“插入”。

３传感器模块设计

在滑坡发生过程中，对象的加速度、速度和位移等矢量均发生变化。在山体监测区域安放大量的传感器，以测量山体位移和加速度值。本文采用加速度传感器ＭＭＡ７２６０ＱＴ测量各个轴的加速度值，以便及时检测灾害。如果物体沿着某一个方向运动，或者受到重力作用，传感器输出值就会根据其运动方向和设定的传感器灵敏度而改变。系统采用ＡＲＭ处理器的Ａ／Ｄ转换器读取此输出信号。三轴加速度传感器测量时，量程可有以下４种形式：①在１．５ｇ量程下，信号灵敏度为８００ｍＶ／ｇ；②在２ｇ量程下，信号灵敏度为６００ｍｖ／ｇ；⑧在４ｇ量程下，信号灵敏度为３００ｍＶ／ｇ；

④在６ｇ量程下，信号灵敏度为２００ｍＶ／ｇ。加速度传感器与ＡＲＭ处理器的硬件连接图如图２所示。

图２加速度传感器与ＡＲＭ处理器的连接

ｇ－ｓｅｌｅｃｔ，引脚和ｇｓｅｌｅｃ：引脚用来选择传感器的灵敏度，有４个灵敏度可供选择。ｇ—ｓｅｌｅｃｔ。引脚和ｇ—ｓｅｌｅｃ：引脚在芯片的内部被下拉为低电平。图２中ｇ—ｓｅｌｅｃｔｌ引脚和ｇ—ｓｅｌｅｃ：引脚悬空，芯片的工作灵敏度为８００ｍＶ／ｇ。当传感器工作在休眠模式时，ＳｌｅｅｐＭｏｄｅ引脚可不接，将其悬空即可。ｘ。。、Ｙ。。和ｚ。。分别为ｘ轴、ｙ轴、ｚ轴方向的输出电压。当采集的加速度值超过一定上限时，蜂鸣器发声，同时通过手机发出报警信息，实现报警功能。加速度传感器采集程序如下所示。

①打开ＡＤC设备文件

ｆｄ＝ｏｐｅｎ（ＰＡＴＨ，０一ＲＤＷＲ）；

ｉｆ（ｆｄ＜Ｏ）

｛ｐｎｄ（”Ｆａｉｌｅｄ

ｔｏ ｏｐｅｎ

ａｄ－ｄｄｖｅｒ／ｎ”）；

ｅｘｉｔ（１）；｝

②设置Ａ／Ｄ分频比和通道号

ａｄｃ－ｉｎｆｏｒ．ｐｍｓｃａｌｅ＝４９；

ａｄｃ—ｉｎｆｂｒ．channel＝ｉ；

ｗｒｉｔｅ（ｆｄ，（ｖｏｉｄ）＆ａｄｃ－ｉｎｆｏｒ。ｓｉｚｅｏｆ（ａｄｃ－ｉＩｒ））＝＝

ｓｉｚｅｏｆ（ｓtｕｃｔ ＡＤＣ—ＤＥＶ）；

在此定义了一个结构体。该结构体包含的元素分别为Ａ／Ｄ转换的通道号和分频比。其通过ｗｒｉｔｅ函数写入设备文件。结构体如下所示。

ｓｔａｔｉｃ ｓtｕｃｔ ＡＤｃ—ＤＥＶ

｛ｉｎｔ ｃｈanｎｅｌ；

ｉｎｔ ｐｒｅｓｃａｌｅ；

｝ａｄｃ－infor；

③读取转换数据：read（fd，&data，size of (data)）＝＝

Size of(data).read函数的参数分别为设备文件的标志符、数据被读入的地址和读取数据的长度。

④数据换算：d=((float)data*3.3)/1024.0. read读取的是ｌＯ位二进制数据，必须将其转换为对应的电压值。电压最大值为3.3V

４ 线程设计与ＧＰｌ塔模块功能

本文采用SIMCOM公司SIM300 GPRS模块，通过发送ＡＴ指令完成信息的传送。初始化GPRS模块后，需要设定发送短信的模式。GPRS模块功能函数需要两个入口参数，一个是发送短信的号码，另一个是短信的内容，实现将指定内容发送到指定号码上的功能。

４．１通道监测线程设计

通道监测线程分别将３个通道的数值动态更新于result全局数组中。开辟的３个监视线程可以分别动态监测，如通道0对result[0]中的数据进行动态监测。同时，利用WHILE循环实现循环监测，它的退出条件也就是系统的退出条件，保证了监测线程的全局性。同时，在这个循环中对通道的３种状态进行逐一分析。通道的３种状态分别为通道测量值超过预定的上限值、通道量值超过预定的下限值和通道测量值为正常值。如果超出报警限值，应发送提示信息。

４．２采集数据发送线程设计

开启一个线程，循环判断系统结束标志位和暂停标志位是否全部为ｌ，如果是，则退出线程；如果不是,则按系统给定的时间发送当前３个通道的数据。采集数据发送线程流程图如图３所示。

４．３键盘监测线程设计

在监测系统现场，往往根据其不同条件，利用键盘进行参数修改。设计了更改Ａ／Ｄ上、下限值和监测手机电话号码的功能。以“*”号键作为进入系统的中断键．为键盘开启一个实时监测甬数。当按下“*”号键时，Ａ／Ｄ采集暂停，并进行更改系统相关参数的设定；待设定完毕后，恢复Ａ／Ｄ的采集。

５主函数的设计与分析

ＡＲＭ拥有更快的处理速度和更大的内存空间支持操作系统的移植，同时也引入了文件系统的概念，以支持进程、线程的调用。主函数流程图如图４所示。

图４主函数流程图

在主函数中，需要初始化ＧＰＲＳ驱动、Ａ／Ｄ驱动和键盘驱动，将数据采集功能放入主函数中，利用循环实现实时监测。循环的退出条件也就是系统的退出条件。在“ｎｕｘ操作系统中，程序结束前必须回收所建立的线程，否则线程会一直占用系统资源，系统最终会因为各种死锁或内存溢出而崩溃。循环监测中的ｗｈｉｌｅ循环实现参数修改时暂停数据采集的功能，以避免不必要的线程阻塞或死锁。

６结束语

通过无线方式传输信息，能够解决布设有线监测系统的缺陷，适用于偏远山区滑坡灾害监测。在山体的不同位置放置相应的传感器，利用无线传输技术，将采集到的多点数据和报警信息通过手机方式发送给控制中心，实现对环境和参数的远程监测。本文将嵌入式系统应用于滑坡灾害监测系统，基于ＡＲＭ处理器、加速度传感器和ＣＰＲｓ模块设计了山体滑坡远程监测系统，实现了远程数据采集、监测与无线传输，对探索预防山体滑坡将起到积极作用。