基于2G/3G/4G网络的粮库监控应用方案

第一部分前言

   随着人们生活水平的提高，高科技技术的运用。很多物品的库存量越来越多，象粮食等物品堆积在仓库里，如果不进行妥善的 保管，就会造成不必要的损失，这就需要对其进行监控。可想而知，这需要很大的人力、物力。随着计算机的普及，自动监测系统 也被运用在仓库等地方，这就减少了大量的人力、物力。使用计算机自动监测系统，对粮仓内的温度、湿度的测量，由计算机实现库内温度湿度的高低超限报警，并可智能地控制风机、谷物冷却器及粮食干燥机等辅助设计，从而使仓内粮食达到并保持安全的储藏条件。

   通过2G/3G/4G无线网络，主控室计算机可集中监测显示各粮仓的温湿度实时值、平均值及各个传感器的短路、断路信息和实时报警信息等，并进行历史数据存储及查询、打印。

第二部分厦门才茂DTU产品特点

   才茂通信2G/3G/4G DTU是基于2G/3G/4G无线网络，针对工业监控、交通管理、金融等行业的数据通信的应用开发的。与数据中心的接口设备一起提供透明数据传输通道，组成用户专用数据网络。

   DTU：20Ppin RS232/RS485/TTL接口，内置式，适用于各种应用的二次开发。

DTU原理框图参见下图：

 DTU系统有下列组成部分：

32位 ARM9处理器

64M Sram & 16M Flash

Siemens公司高性能工业级2G/3G/4G模块MC39I

 产品特点：

采用低功耗高性能的嵌入式处理器，可高速处理协议和大量数据

内嵌标准的TCP/IP协议栈，数据终端永远在线

支持全透明方式下多中心数据传输

支持根据域名和IP地址访问中心

多种工作模式选择，使用方便、灵活

软硬件看门狗设计，保证系统稳定

采用5V~35V电压，供电电源适应性更宽

抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求

方便的系统配置和维护借口

支持串口软件升级和远程维护

第三部分系统组成

   2G/3G/4G无线网络粮库监控系统是国内先进的远程监控技术，利用计算机技术、移动通信技术、网络通讯技术、数据库技术及测试技术建立的软硬件相结合平台。该系统运用数字移动通信技术，改变了一线一测点的模拟信号传输结构并导入移动通信技术，在主机与分机之间实现无线通讯。具有储粮物态检测，机械通风控制、超值报警、远程信息传输等功能，同时开展粮仓气流分析、粮堆发热结露分析等扩充功能的开发与研究。它代表了粮情测控的国内领先水平和发展方向。

   针对中央直属储备粮食仓库监管量大、仓库布点分散、空间距离遥远和粮食监测参数繁多等特点，我们设计了用2G/3G/4G无线网络的方式实现粮库现场参数的数据采集和远程传输方案，真正实现了粮库的多点、远程、实时、同步的现场数据传输，方便、快捷、经济、可靠、安全的进行粮库的分布式集中测控。

（一）系统结构框图

（二）系统说明

   整个粮库远程监控系统如上图所示由三部分组成：现场采集控制部分、2G/3G/4G数据传输部分、监控中心。

   客户通过数据采集设备PLC完成与2G/3G/4G DTU 的数据交互。PLC 将粮库里各信息参数实时采集后通过 RS-485 (RS232/RS442/TTL可选) 串口通信方式定时将数据送往 2G/3G/4G DTU，在由DTU通过Internet转发到数据中心；同时，PLC 实时接收由中心通过 2G/3G/4G DTU 传输发来的数据指令完成相应控制功能。

   监控中心通过2G/3G/4G DTU接收来自各粮库的信息数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报表打印等。

（三）系统主要功能

   远程自动监测功能：能根据用户的要求，对粮库的现场数据进行采集、统计、分析、并自动生成各种报表和图表，建立和存储粮库的仓储历史档案；故障告警和提示功能：能监测现场粮情，并上报管理中心，通知库管人员前去处理；

   遥测功能：能在粮库管理中心对辖区内各粮库的温度、湿度、虫情、库容、陈化度、水分、烟雾和防盗等进行测量；

   遥控功能：能对现场设备进行操作控制，例如启动通风、除湿、喷洒及安全保护装置，报  警、切断电源等；

第四部分系统方案

A.公网方案

   中心用一个服务器组作为中心接收，中心采用 ADSL 等 INTELNET 公网连接，采用公网固定 IP 或者公网动态 IP DNS 解析服务。此种方案先向 INTERNET 运营商申请 ADSL 等宽带业务。

     1)  中心公网固定IP：监控点直接向中心固定 IP 发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。（固定 IP 费用比较贵）

     2)  中心公网动态 IP DNS 解析服务：大部分 IP 都是动态的，而且费用相对便宜。 客户先与 DNS 服务商联系开通动态域名，动态域名解析软件网址：（可以先申请免费的二级域名进行测试）

注意：监控点先采用域名寻址方式连接 DNS 服务器，再由 DNS 服务器找到中心公网动态 IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定 IP 的费用，但稳定性受制于 DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的 DNS 服务商。

B.专网方案

   1、根据客户内部网对网络安全的特殊要求，决定采用2G/3G/4G无线网络的专用APN形式入网：

   通过一条2M专线接入2G/3G/4G无线网络，双方互联路由器之间采用私有IP地址进行广域连接，在移动认证路由器与用户认证路由器之间建立加密隧道。

  为客户分配专用的APN，普通用户不能进入该APN。只有2G/3G/4G专网卡才能进入该APN网络，防止其他非法用户的进入。

  用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入的远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器本地认证功能）。只有通过认证的用户才允许接入，用以保证用户内部安全。

  用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功能），为通过认证的用户分配用户内部地址。

  端到端加密：移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。

  双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。

   2．APN业务流程

GPRS专网系统终端上网登录服务器平台的流程为：

1）用户发出2G/3G/4G登录请求，请求中包括由2G/3G/4G专网系统专门分配的专网APN；

2）根据请求中的APN，SGSN向DNS服务器发出查询请求，找到与企业服务器平台连接的GGSN，并将用户请求通过GTP隧道封装送给GGSN；

3）GGSN将用户认证信息（包括手机号码、用户账号、密码等）通过专线送至Radius进行认证；

4）Radius认证服务器看到手机号等认证信息，确认是合法用户发来的请求，向DHCP服务器请求分配用户地址；

5）Radius认证通过后，由Radius向GGSN发送携带用户地址的确认信息；

6）用户得到了IP地址，就可以携带数据包，对2G/3G/4G专网系统信息查询和业务处理平台进行访问。

第五部分 结束语

   以2G/3G/4G为基础的无线数据系统有很广泛的应用，2G/3G/4G使互联网进入无线领域，一直延伸到手掌上。除了支持传统的互联网应用，2G/3G/4G也可使无线终端支持B2B、B2C的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。2G/3G/4G同样可以应用于公司内部网(INTRANET)，基于IP的远程LAN接入，使无线终端成为LAN的延伸，几乎所有低速率的数据传输服务都可以应用，如对电力系统自动化、工业监控、交通管理、气象、金融、环保监测、煤矿、油田、证券等行业领域的应用。