關于機智云結合物聯(lián)網(wǎng)平臺與故障診斷終端開發(fā)出的無線粉碎機的詳解

簡介

本文來自機智云開發(fā)者以飼料機組的重要組成部件粉碎機為研究對象，在對飼料生產(chǎn)工廠進行充分調(diào)研的基礎上，設計出一款基于機智云平臺的粉碎機實時故障檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要組成部件為故障診斷終端、物聯(lián)網(wǎng)平臺、上位機軟件和智能手機 APP等等。

故障檢測終端以STM32F103VET6為主控制芯片，結合傳感器部件與 ESP8266 芯片，實現(xiàn)對粉碎機運行時產(chǎn)生的電信號、振動信號以及溫濕度信號的檢測與傳輸。

云端以機智云服務器為基礎，結合故障檢測終端，針對粉碎機故障種類搭建機智云云端服務器，以云端通信協(xié)議為基礎，實現(xiàn)機智云云端與故障檢測終端的信息交互。上位機界面采用 Lab VIEW 與 C 語言聯(lián)合編程，不僅對可視化界面進行部署開發(fā)，并且使用 C 語言移植小波算法實現(xiàn)對故障原因的分析和診斷。手機APP的開發(fā)基于Android Studio 軟件，并且結合機智云云端，設計開發(fā)出了一款能夠與粉碎機故障檢測系統(tǒng)云監(jiān)測平臺進行信息交互的手機應用軟件，該軟件能夠通過 WiF i 實現(xiàn)與故障檢測終端信息的交互和控制。

基于機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺的粉碎機遠程故障檢測系統(tǒng)設計，將云平臺技術、嵌入式技術、手機APP設計技術和故障檢測技術相結合，與現(xiàn)有故障檢測技術相比，在技術方面有顯著優(yōu)勢，并具有較強的實用性。

進入正文

基于粉碎機的工作特性和工作環(huán)境，本文進行了基于機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺的粉碎機遠程故障檢測系統(tǒng)設計，以實現(xiàn)對粉碎機的遠程故障檢測檢測系統(tǒng)設計，以實現(xiàn)對粉碎機的遠程故障檢測云平臺技術將診斷數(shù)據(jù)、診斷系統(tǒng)、診斷對象和監(jiān)控設施通過網(wǎng)絡結合為一體，實現(xiàn)對粉碎機的實時監(jiān)控和遠程故障監(jiān)測。

能夠?qū)崿F(xiàn)故障信息的自動獲取、智能信息管理以及信息整合，并且實現(xiàn)對運行設備的實時監(jiān)測，得到設備的實時信息，針對監(jiān)測到的問題及時發(fā)出警報信號，通知維修人員進行處理，從而使運行設備處于良好的運行狀態(tài)。

包含各種傳感器和機智云平臺服務器的完整云平臺系統(tǒng)系統(tǒng)。故障診斷技術和云平臺技術的深度結合和互相滲入，使得粉碎機和基本通信設備更好地結合在一起，實現(xiàn)了資源的有效利用，以及飼料機組的自動化、信息化、智能化，能夠更好地保證飼料的生產(chǎn)。因此，以云平臺為基礎，開展故障診斷系統(tǒng)的研究，具有重要的現(xiàn)實意義。

一、硬件要求

1、準確的信號檢測。要求使用傳感器能夠檢測粉碎機運行時振動、電流、溫度和濕度信號，并且傳感器能夠在復雜工作條件下穩(wěn)定工作。

2、快速及精確的信號處理。要求控制芯片能夠?qū)z測到的信號及時且準確的處理，對斷電、堵塞等故障直接做出判斷并報警。

3、穩(wěn)定的運行環(huán)境。故障檢測終端需要安裝在生產(chǎn)線現(xiàn)場，所以穩(wěn)定性是對系統(tǒng)的基本要求，故障檢測終端要求可以在粉塵、噪聲條件下長時間穩(wěn)定工作。

二、軟件要求：

1、獨立上位機軟件。要求粉碎機故障診斷器可以使用串口或者 RS485 直接與上位機相連，并將設備運行信息導入上位機組態(tài)軟件。軟件的主要功能要求有參數(shù)配置、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲、溫濕度動態(tài)曲線顯示、控制信號發(fā)送和故障報警等功能。

2、機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺：

要求遠程PC端客戶在沒有上位機軟件的情況下可以登錄機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺，實時查看粉碎機的運行狀態(tài)，要求平臺既有良好的可靠性、安全性、實時性。

3、與物聯(lián)網(wǎng)平臺相關聯(lián)的手機客戶端。要求在客戶身旁沒有 PC 機的情況下，依然能夠通過與智能云平臺相關聯(lián)的手機客戶端了解粉碎機運行狀態(tài)，要求客戶端具有良好的運行效率，并且響應時間低于 2 秒。

三、粉碎機故障檢測系統(tǒng)的總體架構

根據(jù)粉碎機遠程故障檢測系統(tǒng)功能需求，可以將故障檢測系統(tǒng)分為三部分，分別為由傳感器和故障診斷器組成的故障檢測終端，由上位機和手機 APP 組成的客戶終端，由無線網(wǎng)絡和機智云服務器組成的機智云終端。用戶在客戶終端通過因特網(wǎng)向故障診斷器發(fā)出請求，故障診斷器在接收到請求之后向傳感器發(fā)送信號采集命令，傳感器接收到命令之后開始對制粒機進行信號采集。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)傳感器傳輸?shù)焦收显\斷器，由無線網(wǎng)絡發(fā)送到服務器中，再經(jīng)過因特網(wǎng)傳輸?shù)较鄳目蛻舳?，具體如圖 2.1 所示。

四、云平臺選擇

我選擇了機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺完成故障檢測系統(tǒng)的搭建。機智云是領先的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)和云服務平臺，AIoT全棧（綜合）物聯(lián)網(wǎng)平臺服務領先者，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺優(yōu)秀技術供應商，在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等新一代信息技術領域擁有豐富的產(chǎn)品和實施經(jīng)驗，目前已服務全球200+國家/地區(qū)，業(yè)務覆蓋交通物流、新能源、工業(yè)互聯(lián)、醫(yī)療健康、消費電子等眾多行業(yè)，在國內(nèi)多個行業(yè)實現(xiàn)市場覆蓋率領先。詳情至www.gizwits.com了解更多或咨詢在線客服。

首先對粉碎機故障檢測系統(tǒng)進行需求分析，并根據(jù)功能需求設計總體方案。根據(jù)系統(tǒng)需求選取 STM32F103VET6 微控制器芯片作為核心控制芯片，針對故障種類，選用DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器來檢測飼料的溫度和濕度，選用 LSMZJ1-0.5 電流互感器作為粉碎機故障檢測系統(tǒng)的電信號傳感器，選用壓電振動敲擊傳感器檢測粉碎機在運行過程中產(chǎn)生的振動信號。對故障診斷器的通信方式進行了闡述，選用 WIFI 無線通訊方式將故障診斷終端接入互聯(lián)網(wǎng)，選取RS485串口將故障檢測終端檢測的傳感器信號傳輸給上位機。對云平臺進行了闡述，選取機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺來完成故障檢測系統(tǒng)的搭建。

五、配置入網(wǎng)

使用 GAgent 固件將故障檢測終端接入機智云需要經(jīng)過三個步驟，

1、設備上電連接。這時 GAgent 向設備端發(fā)送請求，設備端接收到請求之后向運行GAgent 固件回復設備信息，如果設備正常工作，那么就將回復 GAgent 所發(fā)射出去的心跳包，心跳包 55S 一次，超出三次未回應則連接失敗。

2、配置入網(wǎng)。借助 ESP8266 接收通過 UPD 廣播方式傳送而來的局域網(wǎng)賬號和密碼，進而連接局域網(wǎng)，實現(xiàn)與機智云的通信。

設備的綁定。故障檢測終端在實現(xiàn)與機智云的通信之后發(fā)送綁定命令。

六、設備接入機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺方案

在本文中主要使用了機智云的WIFI接入方式，如圖 5.7 所示，故障檢測終端通過 WIFI 連接云平臺實現(xiàn)故障信息的遠程監(jiān)控。

七、機智云開發(fā)流程

接入機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺首先要進行賬戶的注冊，然后創(chuàng)建產(chǎn)品，再對設備和應用進行調(diào)試。確定產(chǎn)品可以滿足目標需求之后，可以向機智云官方提出發(fā)布請求，機智云公司會在云端為產(chǎn)品提供獨立的運行環(huán)境，具體的接入流程如圖 5.8 所示

八、機智云云端服務器的搭建

機智云云端服務器的搭建可分為四步，首先是注冊登錄機智云賬號，然后進行產(chǎn)品的創(chuàng)建和技術方案的選定，最后根據(jù)故障檢測終端傳來的數(shù)據(jù)創(chuàng)建對應的數(shù)據(jù)節(jié)點，進行設備和應用開發(fā)。

登陸注冊賬號，進入開發(fā)者中心，點擊創(chuàng)建新產(chǎn)品按鈕，進入產(chǎn)品創(chuàng)建界面，開始粉碎機故障檢測儀機智云終端的創(chuàng)建，具體操作如：

圖 5.12所示。檢測儀機智云終端的創(chuàng)建

數(shù)據(jù)點的創(chuàng)建

創(chuàng)建數(shù)據(jù)點是產(chǎn)品創(chuàng)建過程中非常重要的一環(huán)，數(shù)據(jù)點的主要作用是描述粉碎機故障檢測終端所主要檢測的對象以及參數(shù)，是粉碎機故障檢測終端功能的抽象描述。如圖5.13 所示在數(shù)據(jù)點創(chuàng)建之后，終端設備便可以與機智云網(wǎng)絡相互發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖 5.13 數(shù)據(jù)點功能概述

為了在最大程度上滿足機智云設備對于流量和資源的要求，機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)節(jié)點對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型做出了詳細的劃分，具體結構如圖 5.14 所示。并且使用一個字節(jié)來表示機智云數(shù)據(jù)節(jié)點的最小功能單位，以降低流量消耗。

九、產(chǎn)品發(fā)布

產(chǎn)品的發(fā)布在機智云的云端服務器搭建成功后，用戶只需將設備數(shù)據(jù)接入云平臺進行相關測試，機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺為開發(fā)者提供了完整的運行測試環(huán)境，代碼自動生成等等。如果產(chǎn)品開發(fā)成功可以向機智云提出申請，進行產(chǎn)品的發(fā)布。

在產(chǎn)品發(fā)布完成后，設備監(jiān)控平臺會運行在正式的服務器上，并擁有獨立的云端運行環(huán)境，使設備可以24小時在線使用。在發(fā)布前，設備只能運行在測試服務器， API 每天最多調(diào)用 500 次，只適用于產(chǎn)品的調(diào)試階段。發(fā)布后，設備運行在正式服務器，擁有獨立的云端運行環(huán)境，設備連接不受限制，并且機智云官方會主動提供與其他產(chǎn)品合作的機會，具體如圖 5.16 所示。

十、搭建Android開發(fā)平臺

使用機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺的應用開發(fā)功能，生成安卓平臺代碼，云平臺自動生成的代碼只是一個框架，使用該框架，APP可以準確的連接機智云云平臺。并且在這個框架的基礎上，開發(fā)者可以進行設置和擴展APP 具體功能。

十一、APP控制界面

粉碎機遠程故障檢測系統(tǒng) APP 的控制界面的主要功能是展示粉碎機的實時運行狀況，并且具有控制設備運行功能。在控制界面中，用戶可以直觀的觀察到粉碎機運行時溫度、濕度以及電流的大小。當溫度、濕度或者電流信號大小超出規(guī)定范圍之內(nèi)，控制界面會根據(jù)相應信息判斷故障種類，并對該故障進行精確報警。用戶也可以通過點擊報警模塊，控制故障檢測終端發(fā)出刺耳的警報聲，從而提醒現(xiàn)場工作人員粉碎機出現(xiàn)故障。

編輯：lyn