基于MQTT的人防指挥所边缘控制器设计与实现

发布时间：2020-06-28 13:48

【摘要】：人防指挥所控制器负责人防现场电控门、风机、阀门、柴油发电机等设备监控,是人防现场设备监控网络的根基,数据产生的源泉。传统人防指挥所控制器使人防现场网络层级较多、使用协议较多,数据传输带宽有限、网络扩展不便等缺点。为解决上述问题,本论文研究基于MQTT的人防指挥所边缘控制器,对传统人防指挥所控制器进行升级改造,使更大规模人防指挥所监控成为可能,并为边缘计算、人工智能等技术在人防指挥所中应用打下基础。选题具有重要的理论意义和实际价值。论文在调研传统人防指挥所控制器与新物联网协议的基础上,首先分析了使用MQTT协议的优势,提出了一种基于MQTT的人防指挥所物联网架构,从软件需求与实际应用出发对边缘控制器设计进行说明。边缘控制器使用STM32单片机作为主控芯片,研究并实现了嵌入式操作系统FreeRTOS、嵌入式网络协议栈LWIP在STM32中的移植,设计并实现了边缘控制器的MQTT客户端、IO功能板及Modbus总线设备监控、业务逻辑和配置功能,提升了边缘控制器网络与I~2C总线可靠性。论文最后从可靠性、上传速度、下发指令响应速度角度对人防指挥所边缘控制器进行测试。研究结果表明,本文设计的基于MQTT的边缘控制器具有一定的可靠性,上传及响应下发指令速度在毫秒级,能够实现人防现场设备实时状态检测与控制。
【学位授予单位】：冶金自动化研究设计院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：E11;E256
【图文】：

如图1.1 所示。边缘层位于物联网架构最底层，是物联网系统数据的泉源，是物联网架构的根基。物联网边缘层主要负责设备接入、协议解析以及边缘数据处理。在设备接入方面，边缘层运用各类通信手段实现不同设备的网络接入；在协议解析方面，边缘层实现了不同设备不同协议转换、异构数据的归一；在边缘数据处理方面，边缘层使用边缘计算技术，实现数据的预处理、缓存以及轻量运算和实时分析。数据的预处理能够剔除数据冗余

冶金自动化研究设计院硕士学位论文为三层，分别为底层现场网络、内部以太网网络和上层以太网网络，如图 1.2 所示。底层现场网络由现场各个数据采集控制器组成，每个控制器都对不同现场设备进行监控，底层控制器间使用 LonWorks、Modbus RTU/TCP、CAN 等现场总线协议和监控主站进行通信，也有一些控制器直接通过以太网和监控主站进行通信。使用现场总线协议通信的控制器，在接入内部以太网之前还需要加装网关进行数据处理以及协议转换。内部以太网络一般使用 TCP/IP 协议进行通讯，将人防现场不同区域的监控主站数据汇聚到人防指挥所监控总站，同时通过防火墙以及路由器将内部以太网络和上层以太网络进行连接。上层以太网络部署管理工作站、数据服务器、网络服务器并将本地人防指挥所监控主站部分数据接入互联网平台，方便远程监控站通过互联网监控管理本地人防指挥所现场[10][18][19]。

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本文编号：2733084