<p><strong>1、立论依据（课题来源、选题依据和背景情况、课题研究目的、理论意义和实际应用价值）</strong> <span class="size"></span> <strong>课题来源：</strong> 该课题依托企业要求设计，用于远程监控加油站电气系统，实现对UPS电源、电力柜的市电和发电端、分回路、稳压电源的电力数据可视化。 <span></span> <strong>选题依据及背景：</strong> 随着社会经济的腾飞、人民生活的极大改善导致汽车数量急速增长，这成为加油站迅速拓展的一大因素，同时造成了同一公司旗下的加油站位置分布极其分散、网点众多，对其人工的巡检造成了不便之处，也增加了不少管理费用，埋下安全的隐患！ <span></span> <strong>课题研究目的：</strong>本课题正是着力解决加油站电力监控系统的难以管理、巡检不便和成本过高、安全预警报警不及时等问题，主要考虑到加油站所处地理位置不同，为了数据的安全稳定性，进而提供多种通讯频段（GSM、WCDMA、LTE、以太网）来实时完成与服务器的信息交互，提高管理质量和效益，真正做到了方便、快捷、安全、可靠，使人民生命、财产的安全得到最大限度的保护。<strong><strong> </strong></strong><span class="colour" style="color:black"><span class="font"></span></span><strong><strong> **</strong></strong>理论意义和实际应用价值：<strong>**</strong> <strong><strong>从理论和实际而言，较比与传统人工巡检，本课题具有四大突出优势：</strong></strong> <strong><strong><span></span><span class="font"></span></strong></strong> <strong><strong>（一）人性化：相对传统到站巡检，本课题设计更具人性化，有效地减少使用人员和维护人员的麻烦，通过前端探测器全天候监控加油站电力系统，并实现数据每分钟更新一次至服务器，若有报警实现5s内完成通知至管理人员，及时排查问题和隐患，保障生命和财产的安全。</strong></strong> <strong><strong><span></span><span class="font"></span></strong></strong> <strong><strong>（二）稳定安全：本课题采用STM32F1芯片为主控，使用FreeRTOS搭建实时系统，更及时地处理系统的警情，并增加看门狗复位和远程升级固件系统，保障系统运行的稳定性；同时对于发送的信息采用MD5加密，防止数据包被不良破解使用，保障系统运行的安全可靠性。</strong></strong> <strong><strong><span></span><span class="font"></span></strong></strong> <strong><strong>（三）主流化设计：随着信息技术和人类生存生活交汇融合，全球数据呈现爆发增长，对人民的生产生活都有巨大的影响，显而易见这已经是一个大数据时代，是一个万物联网的时代。所以本课题在网络层将采用全球普遍存在的GPRS、LTE网络制式和以太网实现端对端的IP连接，在传输层使用轻量级的传输协议MQTT，其符合ISO/IEC PRF 20922标准，目前在物联网（IoT）上广泛使用，是一种较主流的协议。</strong></strong> <strong><strong><span></span><span class="font"></span></strong></strong> <strong><strong>（四）低维护低成本：在课题硬件设计中，充分考虑使用环境电源情况，加入电源保护电路，加长设计使用寿命，同时硬件投入成本几乎是一次性，需要极低的维护费用，较人工来说成本十分低。并且我们采用GPRS网络制式，能最好的支持频繁的、少量突发型的数据业务，通信质量稳定，其资费便宜，流量费用只需要30块左右一年，最重要的是覆盖范围广、信号稳定，适合轻量级的MQTT协议。</strong></strong> <strong><strong><span></span></strong></strong> <strong>**</strong>2<strong>**、文献综述</strong> （国内外研究现状、发展动态） <span></span><span class="size"></span> 据社会调查显示，目前在中国来说，把加油站的电气电路数据由终端监控设备、监控平台中心、接口服务组成，通过在电气线路中安置智能探测器，实时收集电气运行数据，并通过网关系统传送至后台系统存储分析，一旦发现指标异常，按照系统设定的安全策略进行预警，这一方面的研究和产品也是极少的，在城市以及城镇加油站电气电路主要还是人工到点进行排查，没有可观的、数据化的数据监控中心，导致故障发生时不能及时的发现，从而导致更大的隐患。如果把加油站的电力柜或者其他安全点位装上本课题设计的系统，那么这将会组成一个可视的系统，一切的数据都可以在我们的数据中心进行查看，数据中心同时也会生成故障预警日志，统计某周、某月或者某年的该加油站或者该点位的预警日志，辅助加油站管理人员对电气电路的整改提供决策。 <span></span><span class="size"></span> 在中国高质量发展的背景下，这无疑成为国家消防重点扶持的方面，在全国各地城市都在不断关注着“智慧消防”市场，都在积极推进智慧消防建设工作，例如上海轨交总队已推进轨道交通区域“智慧消防”工作，逐步引入“智慧消防”管理系统，实现云管理。其实不止在上海，全国各地都是如此，这将是一个积极健康的发展趋势！ <span></span> <strong>3</strong>**、研究内容****（毕业设计（论文）的主要研究内容、构想与思路、可能出现的工作难点以及拟解决的方法）** <span class="size"></span> 本课题主要研究内容将分为三大块，主要是对前端探测器的访问、控制，电力监控系统的硬件设计及其程序编写，电力数据的采集、处理、打包、加密、发送，与服务器的通讯交互如下：<span></span><span class="font"></span> 主要内容细分为以下各点： <span></span> （一）硬件由无线电力监控系统，探测器组成；无线电力监控系统CPU采用STM32F1系列，使用华为ME909s-821模组的LTE、GPRS和以太网实现远程通信； <span></span><span class="font"></span> （二）利用工业通信系统ModBus通讯协议完成主机与各个探测器的通信，电力监控系统作为通讯主站，各探测器作为通讯从站，通过主站和从站的数据交换得到线路的基本数据； <span></span><span class="font"></span> （三）电力监控系统与数据中心使用MQTT协议传输数据，在服务器和客户端建立一个IP连接，并且定时去发送心跳包来确认连接是否正常，每次请求包含的字节数超级少，用于节省流量，当连接断开时会自动重新连接服务器； <span></span><span class="font"></span> （四）借助移动网络GPRS使电气火灾监控系统与智能数据中心相结合，实现准确、全天候地监测线路中的三相电流、漏电电流、三相电流平衡度、市电端三相电压、发电端三相，三线触点温度、环境温度、UPS不间断电源、稳压电源、三相有功功率、三相无功功率、电度、三相功率因素等基本电力数据的变化，并通过MCU处理数据、通过MD5加密数据，通过Json打包数据发送，完成电力监控系统对上端（服务器）的通信，并设置Qos等级为1，保证数据的安全传输，并时刻等待服务器下发数据后接收处理。 <span></span><span class="font"></span> 在初期可能遇到电路设计不合理或不够稳定或设计有问题的情况，应积极查阅资料、细心阅读手册，最好通过仿真后才做实物，积极向老师请教；在中期可能遇到程序调试不通或采取方式不够合理稳定的情况，但需要积极去面对，细心阅读资料，找到问题解决点，解决问题；在后期可能出现检测的准确性、检测的实时性、报警处理的反应速度、运行的稳定性等问题，需要积极排查问题，先排查硬件设计是不是有缺陷或程序编写有bug等等问题，一一解决问题，做到体验感良好，人性化良好。 <span></span> <strong>4</strong>**、研究基础****（所需研究条件和实验条件）** <span class="size"></span><span class="font"></span> 研究条件：中国知网论文、芯片手册、示波器、稳压电源、网络环境、SIM卡 <span></span><span class="font"></span> 实验条件：ME909S-821模组、以太网芯片、Wireshark、mqtt.fx、串口助手、RS485芯片、前端探测器、服务器接口等 <span></span> <strong>5</strong> 、查阅文献资料目录清单 <span></span></p> <table> <tr> <th></th> <th></th> <th></th> </tr> <tr> <td><span class="font"></span><br>序号<span></span></td> <td><span class="font"></span><br>文献目录（作者、题目、刊物名称、卷数、期号、年份、起止页码）<span></span></td> <td></td> </tr> <tr> <td><span class="size"></span></td> <td><span class="size"></span><br> <br>[1]<br>景波云,熊光亚,曹年红,解祥富.一种基于GPRS无线信道的程序在线更新方法[J].工业仪表与自动化装置<br>,2019(06):91-93.<br>[2]<br>吴俊辉,吴桂初,陈冲,葛世伟,许小锋.基于MQTT协议的物联网网关设计[J].温州大学学报(自然科学版<br>),2019,40(04):54-61.<br>[3]<br>于振中,洪辉武,徐国,朱丹青.基于MQTT的数据加密传输算法[J].计算机系统应用<br>,2019,28(10):178-182.<br>[4]<br>马平,季德亨,王智超.工业互联网数据监控系统架构的设计与实现[J].工业控制计算机<br>,2019,32(08):7-9.<br>[5]<br>胡存. 基于物联网工业云平台系统设计[D].广东工业大学<br>,2019.<br>[6]<br>林家平,章二平,岑林华.GPS/GPRS远程通信技术在工程机械上的研究与运用[J].当代农机<br>,2019(10):69-72.<br>[7]<br>沈翔.基于硬件TCP/IP协议的物联网网关设计[J].物联网技术<br>,2019,9(10):35-37.<br>[8]<br>周先军,王宇恺,武明虎,王玥婧琪.基于W5500的通信协议实现过程及分析[J].科教导刊(中旬刊<br>),2018(12):20-21.<br>[9]<br>孟庆丽.实时数据采集的方法与应用[J].石化技术<br>,2020,27(01):364-365.<br>[10]<br>陈桢,陈蕾.基于4G网络与Free RTOS的远程嵌入式监控系统实现[J].无线互联科技<br>,2019,16(07):25-27+42.<br>[11]<br>李正荣. 基于ARM和UCOS-II的嵌入式CAN-以太网网关的研究与实现[D].合肥工业大学<br>,2007.</td> <td></td> </tr> <tr> <td></td> <td></td> <td></td> </tr> </table> <p><strong>6</strong> 、工作计划 <span></span></p> <table> <tr> <th></th> <th></th> <th></th> </tr> <tr> <td><span class="font"></span><br>序号<span></span></td> <td><span class="font"></span><br>阶段及内容<span></span></td> <td><span class="font"></span><br>起始日期<span></span></td> </tr> <tr> <td><span class="font"></span><br>1</td> <td><span class="font"></span><br>第一阶段：<br><span></span><br>u <br>实验方案的研究<br><span></span><br>u <br>硬件电路设计<br><span></span><br>u <br>机械结构设计<span></span><span class="font"></span></td> <td>2020.07.23<br>—<br>2020.07.25<span class="font"></span></td> </tr> <tr> <td><span class="font"></span><br>2</td> <td><span class="font"></span><br>第二阶段：<br><span></span><br>u <br>与服务器的通讯测试<br><span></span><br>u <br>硬件电路板测试<span></span></td> <td><span class="font"></span><br> <br>2020.7<br>—<br>2020.8<span class="font"></span></td> </tr> <tr> <td><span class="font"></span><br>3</td> <td><span class="font"></span><br>第三阶段：<br><span></span><br>u <br>前端探测器的调试<br><span></span><br>u <br>单片机程序的编写<br><span></span><br>u <br>网络协议的测试、Json数据包测试<br><span></span><br>u <br>开题报告<span></span><span class="font"></span></td> <td>2020.7<br>—<br>2020.8<span class="font"></span></td> </tr> <tr> <td><span class="font"></span><br>4</td> <td><span class="font"></span><br>第四阶段：<br><span></span><br>u <br>前端探测器程序编写<br><span></span><br>u  MQTT<br>协议程序编写、移植<br><span></span><br>u <br>烧录程序，进行初步测试<span></span><span class="font"></span></td> <td>2020.7<br>—<br>2020.9<span class="font"></span></td> </tr> <tr> <td><span class="font"></span><br>5</td> <td><span class="font"></span><br>第五阶段：<br><span></span><br>u  MQTT<br>协议程序优化<br><span></span><br>u <br>前端探测器程序优化<br><span></span><br>u <br>整体系统的调试与优化<br><span></span><br>u <br>中期检查<span></span><span class="font"></span></td> <td>2020.8<br>—<br>2020.9<span class="font"></span></td> </tr> <tr> <td><span class="font"></span><br>6</td> <td><span class="font"></span><br>第六阶段：<br><span></span><br>u <br>整体系统的长时间测试<br><span></span><br>u <br>检查问题、总结问题<br><span></span><span></span></td> <td>2020.8<br>—<br>2020.9</td> </tr> <tr> <td><span class="font"></span><br>7</td> <td><span class="font"></span><br>第七阶段：<br><span></span><br>u <br>完成设计<span></span><span class="font"></span></td> <td>2020.9<br>—<br>2020.10</td> </tr> <tr> <td></td> <td></td> <td></td> </tr> </table>