基于Ruff 5110智能网关在地质灾害及农业领域的监测系统设计

　　物联网网关就像一座桥梁，连接感知网络与传统通信网络，从而实现感知网络和通信网关之间的数据传输与交互，包括不同类型感知网络之间的协议转换，既能实现广域互联，也能实现局域互联。

　　

　　图示1：Ruff 5110 智能网关

　　本篇文章主要介绍了基于Ruff 5110智能网关在地质灾害监测、农业智能化管理领域的运用及系统设计，从实际案例层面，全方位了解网关在物联网场景下的功能及使用。

　地质灾害在线监测解决方案

　　地质灾害在线监测解决方案主要运用先进的传感器技术、信息采集传输技术、计算机信息系统集成技术，结合地理信息系统，通过提供专业监测仪器的定制、数据采集、数据集成、实施到专业监测预警系统的产品等服务，以滑坡在线监测系统为例，整体系统设计是以北斗卫星导航高精度定位技术与地下水、深部位移、降雨量等多种传感监测技术相组合为核心，实现对滑坡体的隐患状态进行无人值守的实时、动态的采集监测分析，并预警预报。

　　1）系统组成

　　

　　图示2：地质灾害在线监测系统架构图

　　地址灾害在线监测系统主要由专业监测设备和专业监测预警平台组成，在设备感应层，传感器通过监测采集不同的监测数据，在数据传输层进行汇总传输，Ruff 5110智能网关负责将底层监测设备采集到的数据同步传输到系统中，通过数据接口汇入专业监测数据库，通过预警分析计算引擎及分析模型，将价值数据推向监测预警平台，通过手机及web端进行浏览、查询、管理、分析，对地质灾害点进行预警及警后处理。

　　

　　图示3：滑坡在线监测

　　2）监测内容

　　序号监测项目监测内容使用仪器

　　1地表位移监测监测地表整体沉降，滑动位移GNSS监测终端

　　2深部位移监测监测滑坡体内部侧向位移测斜仪

　　3地表裂缝监测监测地裂缝伸缩变化和位错情况裂缝计

　　4地下水监测监测地下水动力压力、水位渗压计

　　5土壤含水率监测监测土壤中水分含量情况土壤含水率计

　　6视频监测监测坡体发生地的影像变化信息视频摄像机

　　农业智能化管理

　　对于农作物来说，空气的温湿度、土壤的温湿度、土壤的PH值、光照的强度以及空气二氧化碳等数据都是影响农作物生长质量的重要因素。目前，越来越多的瓜果蔬菜、水产养殖、温室花卉都开始采取物联网手段进行智能化管理，从而实现智慧农业的智能化管理及生长。

　　1）系统组成

　　

　　图示4：Ruff 智慧农业远程监测架构图

　　如上图，当传感器将菜园的各个数据进行精确采集之后，数据会进行上报，在上报传输的过程中，MCU 和Ruff智能网关成为底层数据与云端服务的关键中间层级，以菜园数据上报的通讯协议为 ZigBee 为例，那么 MCU 最好选择一个带有 ZigBee 模块的 MCU。

　　数据通过控制器进行集合汇总及格式转换之后，Ruff智能网关负责数据的接收及上传。Ruff 智能网关的以太网和 GPRS 等远程通信功能，将本地局域网采集的信息发送到远端的服务器或云端，通过专家系统分析处理后分发的指令，通过 Ruff 智能网关发送到局域网内相应设备执行，服务器或云端同时做好数据的存储以及其他业务接口控制等。

　　2）监测内容

　　 将需要采集的数据通过光照传感器、空气温湿度传感器、二氧化碳传感器以及土壤温湿度传感器进行采集，准确获取农作物生长环境中的各项数据； 　　 通过 Ruff 物联网节点将传感器采集到的各项数据通过 ZigBee 协议被 Ruff 物联网智能网关采集； 　　 除了传感器获取各项环境数据，对于远程控制设备，也需要通过 Ruff节点传输到网关； 　　 Ruff 物联网智能网关通过节点采集到各项数据之后，通过 MQTT 传输协议上传到云端，进行数据分析及处理； 　　 云端分析处理完数据之后，反馈到终端应用，包括手机端及 PC 端等，让客户实时获取菜园农作物生长情况及远程管理； 　　 此外，数据到达终端之后，还可以提供实时监测功能、曲线图功能以及数据导出功能，让客户全方位的了解菜园的生长情况。

　　

　　图示5：智慧菜园手机端

　　nRuff 5110智能网关：软件定义硬件

　　Ruff 5110智能网关是一款可以由软件定义的通用型工业物联网网关，拥有丰富的工业驱动库，可以覆盖工业自动化、能源采集、光伏运维、智慧农业、智能环测等众多物联网场景，用户只需安装不同的软件就可以实现不同场景的应用，此外还提供丰富的二次开发接口，用户只需使用JavaScript语言就可以实现对硬件设备的二次开发。

　　与传统的工业网关相比，Ruff 5110具备以下特性：

　　1）丰富的硬件接口：拥有丰富的硬件接口，支持多种设备的连接，包括西门子、三菱、施耐德、台达、罗克韦尔等主流PLC，同时能连接逆变器、电表等设备；

　　2）快速完成配置：提供配置工具，操作人员只需连接设备，输入IP地址，按步骤配置文件，即可快速完成配置；

　　3）二次开发更便捷：二次开发使用JS语言，程序员无需学习嵌入式驱动开发；

　　4）远程维护与诊断：用户通过web远程即可完成对设备的OTA，包括故障诊断及修复升级等；

　　5）边缘计算：实现数据到达网关这一层就能完成聚合、优化、筛选等数据处理。

　　

　　图示6：Ruff 5110 智能网关结构图

　　Ruff 智能网关的硬件资源如下所示：

　　 处理器为TI公司AM3352 CortexA8微处理器，工作频率600MHz； 　　 芯片内置256MDDR3的 SDRAM，256MB的用户可编程 Flash； 　　 板载基于SPI接口的256Mbit的 可编程 Flash； 　　 板载64Kbit的基于I2C接口的eeprom； 　　 2 路 100M 自适应以太网； 　　 4 路 RS-485 或者 RS-232接口； 　　 2路 USB Host 接口 　　 1路 DB9调试串口 　　 1路 miniPCle 　　 1个功能按键 　　 2G/4G/GPS/WIFI/ZigBee（可选）