CN111726419A - 一种基于物联网的污泥烘干机模型系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了物联网技术领域的一种基于物联网的污泥烘干机模型系统，系统包括数据采集模块、数据处理模块和传输模块；数据采集模块用于输入工作参数和故障位编码，并将采集到的数据输出到数据处理模块；数据处理模块根据接收到的采集到的数据，对数据进行预处理，预处理包括清洗和去冗余；数据处理模块还将预处理后的数据基于ModBus协议进行打包，并将打包数据输出到传输模块；传输模块，接收打包数据，并基于ModBus协议对数打包数据进行解码，将解码后的数据基于Mqtt协议进行打包，并将基于Mqtt协议进行打包的数据输出到远程服务器。本发明的系统可以模拟实际的烘干机工作过程，为烘干机设计和测试提供便利。

Description

一种基于物联网的污泥烘干机模型系统

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别是一种基于物联网的污泥烘干机模型系统。

背景技术

物联网技术可以视为网络技术的一种延伸拓展，是信息化的一种产物。目前，物联网技术在越来越多的领域中崭露头角，并且给人们的生活和工作带来了很大的便利。工业领域是我国重要的领域，工业企业在生产过程必须重视环境问题，减少能源的消耗，并且减少有害物质的排放，这也是国家对工业领域提出来的要求。基于物联网技术的污泥烘干机本作为一种用于环保的工业设备，通过自动化的工业流程把工业生产过程中的污泥、有害物质进行烘干、杀毒等技术处理从而实现工业污染零排放。为了提高污泥烘干机的工作效率，需要对污泥烘干机的工作过程和参数进行分析，而实际的应用中，使用污泥烘干机模拟一次故障或者特殊情形，对现象进行分析，花费的成本巨大。因此，需要设计一套基于污泥烘干机的模型系统，用于对污泥烘干机进行运行模拟。

发明内容

本发明目的在提供一套基于物联网的污泥烘干机模型系统，用于为污泥烘干机的运行情况进行模拟。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于物联网的污泥烘干机模型系统，系统包括数据采集模块、数据处理模块和传输模块；

数据采集模块用于输入工作参数和故障位编码，并将采集到的数据输出到数据处理模块；

数据处理模块根据接收到的采集到的数据，对数据进行预处理，预处理包括清洗和去冗余；数据处理模块还将预处理后的数据基于ModBus协议进行打包，并将打包数据输出到传输模块；

传输模块，接收打包数据，并基于ModBus协议对打包数据进行解码，将解码后的数据基于Mqtt协议进行打包，并将基于Mqtt协议进行打包的数据传输到远程服务器。

作为本发明的优选方案，工作参数至少包括以下参数中的一个：干化室链网输送系统温湿度、干化室回风温度、环境温度、排气温度、除霜温度、电加热启动温度和电子膨胀阀温度。

作为本发明的优选方案，故障位编码代表的故障类型至少包括以下类型中的一个：压机1故障、压机2故障、外风机故障、保护输出故障、电加热故障、烤房风机故障、加湿输出故障、新风机故障、四通阀故障、增焓电磁阀故障、新风阀关故障、烤房风机反转故障、新风阀开故障、除湿电磁阀故障和电源故障。

作为本发明的优选方案，对采集到的数据进行去冗余的具体步骤包括：

根据经验值设定冗余数据阈值；

根据冗余数据阈值确定被测量值的合理波动范围；

如果采集的数据在合理波动范围内，则数据被删除，如果采集的数据在合理波动范围之外，则保留数据。

作为本发明的优选方案，去冗余的步骤还包括二次筛选，二次筛选是指：

保留合理波动范围内的数据；

将合理波动范围内的数据每9个设置为一个数组，并对数组进行从小到大的排序，然后选出第3、第6、第9个数据保留，其他合理波动范围内的数据被删除。

作为本发明的优选方案，数据采集模块包括温度模块、AD转换器、拨码开关和编码器，

温度模块用于采集干化室链网输送系统温湿度、干化室回风温度、环境温度、排气温度、除霜温度、电加热启动温度和电子膨胀阀温度，并将采集到的温度值输出到AD转换器；

AD转换器用于将温湿度模块输入的模拟温度值转换为数字温度值；并将数字温度值输出到数据处理模块；

拨码开关用于设置故障类型，开关打开，则相应的故障位为1，开关关闭，则相应的故障位为0；

编码器根据故障位的状态，生成故障类型对应的二进制编码，并将二进制编码输入到数据处理模块。

作为本发明的优选方案，系统还包括光电隔离模块，光电隔离模块连接在数据处理模块和传输模块之间，用于信号的隔离。

作为本发明的优选方案，传输模块包括网关、RS485接口、4G模块和WiFi模块，

网关通过RS485接口接收数据处理模块输出的打包数据，并基于ModBus协议对打包数据进行解码，将解码后的数据基于Mqtt协议进行打包，并将基于Mqtt协议进行打包的数据输出到4G模块或WiFi模块，4G模块或WiFi模块用于将基于Mqtt协议进行打包的数据通过无线方式发送到远程服务器中。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明的系统可以模拟实际的烘干机工作过程，为烘干机设计和测试提供便利。

2、模型系统可以模拟获得烘干机的各类参数，与真实的烘干机相比，可以更加灵活去验证各种污泥烘干的理论方案，为烘干机的优化控制提供依据。

3、本发明中，基于MQTT协议实现了模拟装置的远程监控，该通讯方式可以用于真实的污泥烘干机，实现真实的污泥烘干机的远程监控。

附图说明：

图1为本发明一种基于物联网的污泥烘干机模型系统的原理框图；

图2为本发明实施例1中基于物联网的污泥烘干机模型系统的工作原理图；

图3为本发明实施例1中基于物联网的污泥烘干机模型系统的工作流程图；

图4为本发明实施例1中主控单片机的接口示意图；

图5为本发明实施例1中工作参数示意图；

图6为本发明实施例1中AD转换器的电路原理图；

图7为本发明实施例1中编码器的电路原理图；

图8为本发明实施例1故障类型和故障编码对应图；

图9为本发明实施例1的远程控制架构图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本发明系统总体框架图分为三部分，分为模拟装置、传输模块和远程控制。模拟装置功能为：模拟污泥烘干机整体的工作流程、相关重要参数的设置、数据采集和数据的预处理；传输模块主要是将模拟装置用ModBus协议上传的数据转换成Mqtt协议的数据，并通过4G模块或者WiFi模块上传到远程服务器，并实时接收远程服务器下发的控制指令来完成对模拟装置的控制；远程控制主要完成将收集的数据进行整理汇总并可以在移动用户端上进行数据监视和下发控制指令。

图2给出了模拟装置和传输模块的一种具体实施例。模拟装置包括：主控单片机、电源模块、拨码开关、温湿度模块、电位器、编码器、AD转换器和光电隔离模块。传输模块包括RS485接口、网关、电源模块、4G模块、WiFi模块。

电源模块为主控单片机以及其余各模块提供稳定的工作电源。拨码开关、编码器和温湿度模块、电位器、AD转换器完成模拟污泥烘干机的常见故障位和设置重要的工作参数；主控单片机完成数据采集并对数据进行预处理；RS485接口完成主控单片机和网关之间的通信；网关通过RS485接收来自主控单片机的数据，对数据进行协议转换(ModBus协议上传的数据转换成Mqtt协议的数据)，然后利用wifi模块或者4G模块将转换好的数据帧上传至云服务器，实现无线数据上传，网关还通过4G模块或WiFi模块接收云服务器下发的控制指令，并将控制指令输出到主控单片机。作为具体的实施例，网关通过光电隔离模块与主控单片机相连接，采用以太网接口RJ-45实现有线网络的通信。

主控单片机数据处理流程如图3所示，首先，进行数据采集，输入的数据包括采集的模拟信号和代表故障位的拨码开关的数字信号，将采集的模拟信号进行AD转换，以确保输入主控单片机的都是数字信号。其次，主控单片机将收集的数据进行预处理：包括对采集到的实时数据进行清洗、对数据进行去冗余以及基于Modbus协议打包数据，具体如下：

第一、对采集到的实时数据进行清洗，提高数据的质量。

原始采集的精度和经验值之间存在类型差异，为了方便计算我们将对数据进行简单的规划清洗，提高计算的便捷性。

第二，对数据进行去冗余处理。

一般而言,传感器节点采集数据都存在一定的冗余度,这种冗余度体现在空间分布冗余和时间采样冗余两个方面。例如:如果一段时间内待监测环境参数没有发生大的波动,可是适当减少采样的频度；如果检测环境参数的空间分布有一定的平滑性,可以适当降低有效节点的分布密度。通过两个维度对数据进行合理丢弃,就等效降低了参与融合的节点数。

可以根据经验值设定冗余数据阈值，降低有效节点的分布密度，例如干化室回风温度范围值在43.8℃到55.8℃我们设定空间值为：T＝[t-Δ，t+Δ]，其中，t为阈值，Δ代表了被测量值的合理波动范围。因此只需要求出被测量数据与阈值的合理波动范围即可，落在范围内表示信息量少冗余度大可以抛弃，落在范围之外表示信息量大做存储打包传送。

然而，实际工业生产中大量的数据落都在合理波动范围内，单一做删除处理会引起大量的数据丢失，从而使后期的计算丢失精度。因此，引用排序重组的方法对前面定义为少信息量的数据进行第二次筛选。筛选的策略为：波动范围内的数据每9个设置为一个数组S,并对数组进行从小到大的排序，然后选取出第3、第6、第9个作为输出的打包数据。

第三、基于Modbus协议打包数据。

用Modbus协议对数据进行打包，等待网关模块的查询命令。若网关模块有发送查询命令，即将数据发送给网关模块。

再次、若网关模块有发送查询命令，主控单片机就将打包后的数据发送给网关模块，网关模块用Modbus协议解包数据，再经过Mqtt协议进行打包，等待远程服务器发送指令，当远程服务器发送上传数据指令时，网关通过4G模块或WiFi模块将Mqtt协议打包后的数据发送给远程服务器，远程服务器将数据用Mqtt协议进行解包后显示在移动用户端，用于进行数据观察。

作为优选方案，如图4所示，本实施例主控单片机电路连接图由拨码开关和编码器所构成的故障位GIO0_B0--GIO3_B3，温湿度、电位器和AD转换器构成的重要工作参数为ADC_D0_A8、ADC_D1_A11、ADC_D2_A12、ADC_D3_A13、ADC_D4_A14、ADC_D5_A15、ADC_D6_D0、ADC_D7_D1，有线数据通过RS485_RXD传输，ESP8266_RXD、ESP8266_TXD和EC20_RXD、EC20_TXD实现了无线数据传输。

如图5所示，污泥烘干机的工作参数由7个部分组成，分别为干化室链网输送系统温湿度、干化室回风温度、环境温度、排气温度、除霜温度、电加热启动温度、电子膨胀阀温度、这7个参数，通过AD转换器，完成模拟信号到数字信号的转换。AD转换的电路图如图6所示，采用ADC 0809芯片，通过从IN0到IN7采集上来的数据进行模拟量到数字量的转换，通过D0到D7将数据传输到主控单片机，所对应的主控单片机上的IO口分别是ADC_D1、ADC_D2、ADC_D3、ADC_D4、ADC_D5、ADC_D6和ADC_D7。其中芯片ALE为地址锁存使能端，配合其A、B、C进行对地址D0到D7的采集信号的选择。ST为芯片的使能端。VREF+和VREF-为参考电压设置位。

这7个工作参数相应的经验值数据如表1所示。根据该经验值，主控单片机可以实现数据的清洗和去冗余。

表1各舱室的温度经验值

本实例编码器电路连接图如图7所示，将16位重要故障位转换成4位二进制数据，并通过74LS32或门来进行逻辑变换，具有优先编码功能，通过EI1来决定U2是否工作，最后由GIO0_B0-GPIO3_B3与主控单片机所在引脚PB0-PB3进行连接,GIO_EI1_B4用来控制EI1使能端。

如图8所示，16位拨码开关模拟的16种故障分别为压机1故障、压机2故障、外风机故障、保护输出故障、电加热故障、烤房风机故障、加湿输出故障、新风机故障、四通阀故障、增焓电磁阀故障、新风阀关故障、烤房风机反转故障、新风阀开故障、除湿电磁阀故障和电源故障，相应的二进制数为0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110和1111。拨码开关提供的数据代表每个故障位的状态量，1代表工作，0代表故障。

如图9所示，本实例远程控制架构图由用户、产品、设备、Apikey和应用组成。用户的最大资源集为产品，产品下资源包括设备、设备数据、设备权限、数据触发服务以及基于设备数据的应用等多种资源，用户可以创建多个产品；设备为真实终端在平台的映射，真实终端连接平台时，需要与平台设备建立一一对应关系，终端上传的数据被存储在数据流中，设备可以拥有一个或者多个数据流；数据流用于存储设备的某一类属性数据，例如温度，湿度，坐标等信息；平台要求设备上传并存储数据时，必须以key-value的格式上传数据，其中key即为数据流名称，value为实际存储的数据点，value格式可以为int、float、string、json等多种自定义格式；APIkey为用户进行API调用时的密钥，用户访问产品资源时，必须使用该产品目录下对应的APIkey；应用编辑服务，支持用户以拖拽控件并关联设备数据流的方式，生成简易网页展示应用；具体方案为真实终端与平台设备建立一一对应关系，并将上传的数据保存到数据流中，通过调用API的密钥Apikey来访问产品内部的数据流数据以及其他资源，最后与应用进行融合形成产品以呈现到移动用户端。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于物联网的污泥烘干机模型系统，其特征在于，系统包括数据采集模块、数据处理模块和传输模块；

所述数据采集模块用于输入工作参数和故障位编码，并将采集到的数据输出到数据处理模块；

所述数据处理模块根据接收到的所述采集到的数据，对数据进行预处理，所述预处理包括清洗和去冗余；所述数据处理模块还将预处理后的数据基于ModBus协议进行打包，并将打包数据输出到所述传输模块；

所述传输模块，接收所述打包数据，并基于ModBus协议对所述打包数据进行解码，将解码后的数据基于Mqtt协议进行打包，并将基于Mqtt协议进行打包的数据传输到远程服务器。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网的污泥烘干机模型系统，其特征在于，所述工作参数至少包括以下参数中的一个：干化室链网输送系统温湿度、干化室回风温度、环境温度、排气温度、除霜温度、电加热启动温度和电子膨胀阀温度。

3.如权利要求1所述的一种基于物联网的污泥烘干机模型系统，其特征在于，所述故障位编码代表的故障类型至少包括以下类型中的一个：压机1故障、压机2故障、外风机故障、保护输出故障、电加热故障、烤房风机故障、加湿输出故障、新风机故障、四通阀故障、增焓电磁阀故障、新风阀关故障、烤房风机反转故障、新风阀开故障、除湿电磁阀故障和电源故障。

4.如权利要求1-3任一所述的一种基于物联网的污泥烘干机模型系统，其特征在于，对采集到的数据进行去冗余的具体步骤包括：

根据经验值设定冗余数据阈值；

根据所述冗余数据阈值确定被测量值的合理波动范围；

如果采集的数据在所述合理波动范围内，则所述数据被删除，如果采集的数据在所述合理波动范围之外，则保留所述数据。

5.如权利要求4所述的一种基于物联网的污泥烘干机模型系统，其特征在于，去冗余的步骤还包括二次筛选，所述二次筛选是指：

保留所述合理波动范围内的数据；

将所述合理波动范围内的数据每9个设置为一个数组，并对数组进行从小到大的排序，然后选出第3、第6、第9个数据保留，其他合理波动范围内的数据被删除。

6.如权利要求1所述的一种基于物联网的污泥烘干机模型系统，其特征在于，所述数据采集模块包括温度模块、AD转换器、拨码开关和编码器，

所述温度模块用于采集干化室链网输送系统温湿度、干化室回风温度、环境温度、排气温度、除霜温度、电加热启动温度和电子膨胀阀温度，并将采集到的温度值输出到AD转换器；

所述AD转换器用于将温湿度模块输入的模拟温度值转换为数字温度值；并将数字温度值输出到所述数据处理模块；

所述拨码开关用于设置故障类型，开关打开，则相应的故障位为1，开关关闭，则相应的故障位为0；

所述编码器根据故障位的状态，生成所述故障类型对应的二进制编码，并将所述二进制编码输入到所述数据处理模块。

7.如权利要求6所述的一种基于物联网的污泥烘干机模型系统，其特征在于，系统还包括光电隔离模块，所述光电隔离模块连接在所述数据处理模块和所述传输模块之间，用于信号的隔离。

8.如权利要求6所述的一种基于物联网的污泥烘干机模型系统，其特征在于，所述传输模块包括网关、RS485接口、4G模块和WiFi模块，

所述网关通过RS485接口接收所述数据处理模块输出的打包数据，并基于ModBus协议对所述打包数据进行解码，将解码后的数据基于Mqtt协议进行打包，并将所述基于Mqtt协议进行打包的数据输出到4G模块或WiFi模块，所述4G模块或WiFi模块用于将所述基于Mqtt协议进行打包的数据通过无线方式发送到远程服务器中。

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