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基于物联网及云平台的工厂环境远程监控系统王艺博

发表时间：2020/10/19 来源：《基层建设》2020年第19期作者：王艺博

[导读] 摘要：随着经济和各行各业的快速发展，为了对工厂中各种有害、易燃、易爆的粉尘、气体等进行监测，减少类似事故的发生，设计本监控系统。

        大连东软信息学院辽宁大连 116033
        摘要：随着经济和各行各业的快速发展，为了对工厂中各种有害、易燃、易爆的粉尘、气体等进行监测，减少类似事故的发生，设计本监控系统。传统工厂无环境监控或仅有现场集中监控，受到时间、空间的限制，作用效果不理想。本文以最新低功耗广域物联网（LP⁃WAN）LORA和NB-IOT技术为基础，利用机智云平台，设计出一种适用于大空间范围的环境监控系统，克服了时空的限制，随时随地进行访问，这样能及时发现问题并报警处理，可有效防止类似事故的发生。
        关键词：物联网；云平台；工厂环境；远程监控
        引言
        工厂环境污染监测系统，是针对于这些有安全隐患或是较差工作环境车间的一个监测和警报的智能解决方案，在不同的工厂环境中，此系统可以监测到车间温度、车间湿度、车间光照强度、天然气浓度、烟雾浓度、氢气浓度、一氧化碳浓度、酒精浓度、空气质量、可燃气体浓度、液化气浓度、火焰传感器，在环境出现异常的时候进行自主的报警提示。在主电路版的设计上，采用了插槽的设计，能够降低设备维护和更换的难度，方便使用者根据需要更换对应的部分，使得整个系统拥有较长的使用寿命，是一款专为工厂车间工人的健康以及车间安全生产的产品。
        1物联网低功耗广域网技术
        物联网（IOT,InternetofThings）即物与物相连的网络，传统物联网主要有蓝牙、ZigBee、WiFi等无线通信技术，但其有效距离短、功耗大，不适合远距离、低功耗的物联场合，严重限制了物联网的应用推广。于是，低功耗广域网技术（LPWAN，LowPowerWideAreaNetwork）应运而生，它克服了传统物联网的缺点，并可实现海量连接，其两大主流技术为LORA和NB-IOT，已广泛应用于环境监测、物流、农畜牧业等场合。LoRa（LongRangeRadio）是Semtech公司创建的低功耗广域无线网标准，采用1GHz以下的免费频段、自组网通信，通过GFSK调制和扩频通信相结合，使其理想情况下的通信距离达到15km，电池可用10年，适合于远距离、低功耗的物联场合。窄带物联网NB-IOT（NarrowBandInternetofThings），是一种蜂窝移动网络技术，相较于传统的无线通信，具有覆盖广（相同频段下，比现有移动网络增益20dB，等于提升了100倍的覆盖能力）、传输距离长（只要有手机信号的地方即可连接上网）、海量连接、低功耗等特点，并且因为三大电信运营商的大范围商用部署，可通过NB-IOT模块（经由运营商基站）直接连接至物联网云平台。LORA技术成熟、可自组网、成本低（只需设备一次性投入），可用于远距离的局域网络连接；NB-IOT为国内各电信运营商部署推广，信号翻盖范围广，可直接连接上云，便捷可靠。两者各有特点和适用场合，必将长期共存。设计LO⁃RA和NB-IOT相结合的工厂环境远程监控系统，恰好利用二者优势，事半功倍，具有广阔的应用前景和现实意义。
        2特殊环境参数监测系统
        特殊监测系统设计是为了监测车间环境在生产过程中产生的非常规的空气内容物，使用者可以在显示系统上看到当前车间环境的天然气浓度、烟雾浓度、氢气浓度、一氧化碳浓度、酒精浓度、空气质量、可燃气体浓度、液化气浓度的数值和火焰监测，并可以根据气体的种类的工作环境要求设定不同的报警阀值，当某项监测指标超过报警阀值则会触发报警。该系统采用MQ-2到MQ-9等8个模块、MQ-135模块和火焰传感器。

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基于AT89C52单片机系统以及PCF85914芯片进行设计，将8个MQ系列传感器分为两组分别连接在两个PCF8591芯片上进行A/D转换，单片机使用I2C总线连两个PCF8591芯片，分别使用90H和92H两个器件地址进行访问，按照顺序分别读取不同的传感器数值，并在显示系统上有对应的数字显示，MQ传感器误差均稳定在±0.1V以内。八项非常规监测数据根据气体种类要求设定不同的报警阈值，当超过所设定的200ppm对应阈值的时候就会触发报警系统报警，当环境恢复或达到标准时系统会停止报警。火焰传感器在有明火的情况下会像单片机发送异常信号，并通过报警模块进行报警。实现在车间环境出现异常的时候能够第一时间报警，警示车间工人疏散、管理人员切断生产设备电源并进行紧急处理，保证车间工人和车间生产设备的安全。
        3智能制造对物联网的要求
        第一，自组织网络。在智慧工厂生产过程中，大量的终端设备开始应用到其中，例如智能机器人以及手持PDA等设备，这些设备的主要优势体现在可以随时进行移动，同时也可以在一个时间段内表现出不同的加工生产状态，这也使得生产效率有了很大的提升。随着物联网设备在我国应用范围的不断扩宽，实现了网络拓展以及信道环境的改善，在很大程度上提升了业务能力，其运行是动态性的。因此，在今后对物联网进行应用的时候，应该注意在复杂制造环境中建立一个节点，并且能够动态地、随意地进入以及离开网络组织；第二，工程物联网的实时性。对于智慧工厂来说，在建设过程中，要搜集多种不同参数，这些数据信息对物联网的建设以及完善意义重大。在进行数据传输的过程中，要注意对设备环境检测数据的优先级进行对比，从而使得工业物联网的实时性得到更好的体现，这样也，满足了多优先级异构数据收集以及传输的实际需求；最后，工业物联网智能信息处理。对于智慧工厂的建设而言，工业智能信息处理应该是其最为重要的功能之一，可以实现对需要处理的目标信息进行高效收集，然后通过信息挖掘技术来实现对原始数据中有用信息的处理。一般情况下，信息处理的主要流程分为信息获取、表达、量化以及推理，每个阶段的数据处理情况都直接关系到了数据能否得到大规模的应用。
        4建立智能工厂供应链共享平台数据库
        数据库的建立与开发环境为MicrosoftAccess2016，并以物联网感知层采集到的数据为基础，搭建数据库的底层数据。智能工厂供应链共享平台数据库中存储的数据包括用户信息、订单数据、生产设备参数数据、销售客户信息数据等，为了保证数据库中数据查询的速度，使用分布式存储方式，即按照智能工厂的供应环节来划分数据库中的数据。最终将平台数据库链接到硬件平台和软件平台中，以代码的形式调用数据信息，提升数据库信息的调用效率。
        5物联网应用层
        物联网的应用层面向的是平台用户，主要指的是物联网和用户的接口。物联网应用层的运行主要依靠软件程序的驱动，因此改成需要安装PC机设备，并连接存储空间较大的外部存储器，为智能工厂供应链共享平台功能的实现提供硬件支持。
        结语
        随着我国工业生产机制以及发展理念的不断优化改革，今后工业物联网在发展过程中也势必会面临着更大的考验，这需要相关生产制造厂商推出有利于提升互联网稳定性的实际解决方案。综上所述，在智慧工厂时代背景之下，工业物联网的建设以及发展会给市场带来巨大的商机以及发展动力。企业方面不仅要考虑到制造体系的建设以及完善，还应该尝试将工业物联网与国际物联网接轨，这样才能使我国智慧工程的建设更加完善。
        参考文献：
        [1]苗芃.基于物联网的生鲜蔬菜供应链可追溯系统设计与研究[J].信息与电脑（理论版），2017，14（8）:248-250.
        [2]任海艳.基于物联网的物流供应链体系建设研究[J].中国市场，2017，22（9）:172-173.