基于CPS架构的垃圾站点无线远程监控系统研究

发布时间：2019-07-15 10:30

【摘要】：随着城市人口数量的不断增加,城市垃圾的产生量也不断加剧,产生的大量垃圾得不到及时的处理,将会严重影响人们的生活,并且加剧环境污染,从而设计高效的垃圾处理系统势在必行。信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems,CPS)可以被定义为一个集感知系统、计算系统、通信系统、控制系统于一体的复杂系统,其目的是通过更广泛的互联互通、更透彻的认知物理世界、更有效的控制物理世界。结合信息物理融合系统的特性和现今垃圾处理系统智能化发展的趋势,本文研究了基于CPS架构的垃圾站点无线远程监控系统。论文首先介绍了课题的研究背景和研究意义,然后详细介绍了以下几个方面的内容:(1)在对CPS的系统构成和关键属性进行了详细的分析之后,结合CPS的特性和体系结构,构建了垃圾站点无线远程监控的CPS架构。(2)结合垃圾站点垃圾运收的实际情况建立了垃圾车运收路线的数学模型,通过蚁群算法对垃圾车的运收路线进行了优化,在仿真实验中以3辆垃圾车为例,分别给出了经过蚁群算法优化后的车辆行驶路线。(3)对垃圾站点无线远程监控系统的硬件进行设计。本文采用的西门子S7-200系列PLC作为本系统的远程控制器。硬件部分包括PLC控制线路的设计,垃圾站点模拟量输入线路设计和监控部分硬件线路设计。(4)对垃圾站点无线远程监控系统的软件进行设计。各个垃圾站点垃圾箱中的垃圾量通过超声波物位计传送到PLC中,PLC程序包括垃圾量读入程序和通信程序,通过PLC程序将各个垃圾站点的垃圾量信息传输给GPRS-DTU。然后通过组态软件Fame View对系统的人机监控界面进行了设计,在监控界面中包含了用户登录管理系统功能模块、历史数据查询系统功能模块、报警信息查询系统功能模块以及短信报警功能系统功能等模块。(5)最后对垃圾站点无线远程监控系统进行调试,主要调试的内容有超声波物位计调试,短信模块调试和GPRS串口调试。
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图片说明： [2]。图1.1 生活垃圾乱堆乱放现象现今在人们的生活中智能化技术已经得到了广泛的应用，例如智能手机、智能家居、智能医疗等等，智能技术的广泛应用给人们的生活带来了很大的便利。因此，将智能技术应用到村镇生活垃圾处理中必定会大大提高垃圾的处理效率，将会大大减轻因为垃圾处理不当产生的各种恶劣影响[3]。在智能化的垃圾处理系统中的关键环节是村镇的垃圾实行分区管理，每个区域要分配专门的工作人员，并且要对垃圾堆放密集的地方进行提前调研以便确定该区域垃圾收集点并在收集点安置垃圾箱，其次在智能化的垃圾处理系统中要能实时感知垃圾箱中的垃圾量，并通过远程控制和通信及时的对垃圾进行清理。在智能化的垃圾处理系统中涉及到了感知、控制、通信，目前，在智能系统中研究较多并且符合智能垃圾处理系统的设想的是信息物理融合系统（Cyber-Physical Systems, CPS）
文内图片： CPS基本物理组件逻辑示意图

图片说明：辑的控制设备组成。根据反馈控制原理，基本物理组件构成了集监测与控制与一体的逻辑控制单元，如图 2.1 所示。图2.1CPS 基本物理组件逻辑示意图2.1.2 CPS 的运行方式CPS 从广义上可分为两层，物理层和信息层，图 2.2CPS 的运行方式的抽象结构[44]是由 Bestavros 等提出的。从 CPS 的运行方式来看，物理层中的实体通过对环境的实时感知，对相应的感知信息进行相应的处理，在进行处理的同时将感知信息通过网络传送到信息层，信息层的组件接收到感知信息后，结合物理环境和网络中用户需求的改变，自动的调整内部的关联和模型，并将指令通过人机界面或执行器和驱动设备发送到物理层各个组件。物理层中的物理实体接收指令使实体间自主协调执行系统所要求的相应的操作，，这种运行方式直观的显现了信息层和物理层的交互。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X705;TP277

【参考文献】