基于物聯網和SCADA的多功能防盜門監控系統設計

文/楊維超，安徽南瑞繼遠電網技術有限公司

1 多功能防盜門系統

1.1 系統基本架構

防盜門產品眼下已走入千家萬戶。不過，絕大多數使用的防盜門仍然以實體鑰匙當做開鎖工具，雖然也有些防盜門采用了電子鎖，像密碼輸入器之類的，但功能還是過于單一，而且它們都沒有實現實時監測的全天候防盜功能，也就是說當離開房主監控范圍后防盜門即使被非法破除，房主也不能夠及時得知有事發生，也就不能及時予以處理，無法阻止事故的發生，做不到對室內財產安全的有效保護，甚至會威脅到生命安全。為阻止此類事故的發生，同時也為了增強防盜門的功能，按圖 1 所示構建多功能防盜門的整個系統。其基本可分為三個組成部分，即最下面的數據采集層、中間的傳輸網絡層和上面的數據監控層。其中由大量測量設備和各個控制單元組成數據采集執行層，對現場數據進行采集并控制設備的運行狀況；而傳輸網絡層則是負責傳輸數據的；數據監控層負責對數據進行動態監測，進行適當的分析處理，并控制指令的下發。

圖1 整個多功能防盜監控系統的基本架構

1）數據采集層：該層由傳感、執行機構和控制設備等組成，包括多種不同的傳感器、包括視頻攝像裝置、包括電子鎖執行機構、包括照明系統啟動裝置、包括火情閥門執行機構，也包括空調執行模塊還有控制處理器等等。除以上各設備外，還可根據用戶自身需求加減相應的設備。其中的控制處理器是一種網絡控制器，支持多個市場上流行的標準通信協議，包括RS485、wifi 、ZigBee和藍牙等，是控制各執行機構與傳感器的核心部分，（如果用戶有需求，還可以通過設計使其具有交互功能），負責對各執行機構的運行狀態以及各傳感器的上傳參數進行采集，并將數據輸送給上位機，并接收其下發的各項控制指令，最終實現對下層所有執行機構的控制。2）傳輸網絡層包括兩個組成部分：一個是下層通訊網絡，還有一個是上層通訊網絡，傳輸網絡層是一個中轉站，負責將數據采集執行層跟監控層連接起來，其硬件支持基本由物聯網網關設備提供。這個下層通訊網絡負責接收數據采集層上傳的數據，也會將控制指令下發到各控制設備；而上層通訊網絡則利用光纖網或以太網將數據上傳，并負責接收監控層下發的各項通信數據。同時，為確保不同廠家生產出來的硬件設備可以相互兼容，設備通訊協議的標準化是十分有必要的。為在數據監控層與數據采集執行層間實現數據通信，傳輸網絡層需要在RS485、wifi、Zi gBee、藍牙以及 TCP/IP 協議的支持下，構建一個通信網絡。3）數據監控層包括各類終端設備和 上位機監控軟件SCADA 兩部分。數據監控層負責讀取、顯示、存儲數據，可以報警還能控制指令的下發等。為使終端設備便于對數據監控層運行動態進行訪問和管理，SCADA上位機組態必須支持 web 發布，確保用戶在任意地點任意時刻均可利用網絡，查看防盜門當前的狀態情況，以使防盜門系統實現遠程實時控制和監測，最終實現防盜功能。

1.2 系統功能的實現

1）采集數據：數據采集是由物聯網網關自動實時采集監測數據，并以自動實時傳輸方式將其傳輸至監控層。2）頻率：防盜門監控系統狀態數據的采集頻率可設定為 5～60min/ 次，也可依照用戶要求或實際情況另行設置。3）上傳：傳輸網絡層上傳相關數據時，頻率最好不要過高，可將上傳頻率設置為30min/ 次，上傳數據應該取整個采集周期內采集到的所有數據的平均值。4）有效性：利用自動采集數據的監測方式，盡可能保障所采集數據的正確性、合理性與實時性。使采集、上傳的數據盡量符合精度方面的相應要求，使其高低變化保持在系統動態允許的合理變化范圍之內，并確保其符合邏輯性，同時通過對數據進行計算分析，盡可能的將防盜門監控系統的真實運行狀態反映出來。5）查詢：對所采集數據進行分析處理，并在一定時間段內將所有歷史數據存儲起來，以提供查詢防盜系統歷史數據的功能。

2 硬件部分

控制處理器是一個結合體，包括采集端口與指令執行端口，可實現的功能主要為：采集端口負責采集由各種傳感器與視頻攝像裝置上傳的所有數據；而在指令執行端口的按鍵操作功能，使用戶能夠在現場以手動方式對電子防盜門、火情閥門、照明設備還有空調設備的啟停進行控制；而數據通訊功能，通過 RS48、wifi 5、ZigBee和藍牙等支持接口，可以通過有線、無線的方式將數據上傳，并能夠接收自網絡層傳來的控制指令，最終實現對防盜門系統的有效管控。

以上提及的傳感器中，通過人體感應跟磁敏電阻傳感器的結合使用可以探測到人員的非法進入，此時報警器會自動報警，并利用網絡將報警信號發送到用戶終端，使用戶及時掌握報警信息，同時視頻攝像裝置會在報警時段，實時采集室內的圖像信息，并記錄下來，可以使后續偵查工作進行的更加順利；而當用戶進入室內時，則結合光敏與溫度傳感器收集的環境狀態，自動判斷要不要啟動照明系統與空調設備。而煙霧傳感器可實時探測室內有沒有發生火情，并可以在發生火情時立即采取相關措施，并將火情信息及時用網絡通知用戶。

3 軟件部分

SCADA 是一款可以實現人機交互的，易學易用的軟件，具有模塊化開發、集成化管理、性能穩定、高度復用組態等特點，其組態開發環境的圖形開發工具豐富、圖形對象絢麗、屬性設置豐富，且支持對開發出來的軟件環境實施Web發布，讓用戶能夠通過終端設備實現對防盜門的實時監控。

4 結論

本文利用物聯網技術，與SCADA 監控系統相互結合，開發出多功能防盜門監控系統，并闡述了系統的軟硬件功能及整體組建結構，針對目前防盜門系統的各種問題給出可行性改進方案，以推動防盜門系統的持續發展。