CN102681511B - 基于物联网的数据信息采集智能管控*** - Google Patents

基于物联网的数据信息采集智能管控*** Download PDF

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Abstract

基于物联网的数据信息采集智能管控***属于一种基于物联网的数据信息采集智能管控***领域。包括远程后台管理中心、TCP/IP网络***、终端机***；终端机包括终端管理软件和终端数据采集设备，终端管理软件和远程后台管理中心通过网络通讯。终端数据采集设备包括智能主控终端等，智能主控终端一路与协议转换器相连，另一路与数据变送器和设备控制器相连，协议转换器通过串口线与终端管理软件相连，并通过网络***与后台管理中心相连，配电箱与设备控制器相连，设备控制器通过CAN总线与智能主控终端通讯。本发明智能程度高稳定性好设备操作简单，提供一种多元化开放化，可实现智能识别数据采集处理及管理的物联网信息采集***。

Description

基于物联网的数据信息采集智能管控***
技术领域
本发明属于一种基于物联网的数据信息采集智能管控***领域，特别是针对于养殖业智能化管理、种植业智能化管理、仓储智能化管理和食品安全追溯方面。
背景技术
随着物联网技术的高速发展和广泛应用，物联网时代正以前所未有的速度影响和改变着各行业的发展。在企业管理方面，人们已不再满足于落后的传统人工管理和人工制式控制，以及简易的企业安全环境功能需求。现正以追求安全化、信息化、智能化、数字化以及安全的生产环境作为一个理想的目标，即信息时代的智能化管理企业。
将智能化管理技术应用到种植业、养殖业、仓储上并以此形成一种新兴的产业。数据信息采集智能管控***是在现代化的企业内，综合采用目前国际上先进的物联网技术，建立一个由企业综合信息服务和远程后台管理中心，通讯接入网和终端机***组成的“三位一体”式的，基于物联网的数据信息采集智能管控***。而物联网数据信息采集智能管控***最终体现在企业运用多元信息技术（MIT），并达到监控与信息交互的程度，为此智能化管控***必须提供相关的在物理和逻辑层面上的设备、技术和多元信息源的支持。
如中国发明专利公开号“CN102215256A”名称为“基于物联网的农牧业智能管理控制***”的专利，其公开了一种基于物联网的农牧业智能管理控制***，该种物联网农牧业智能管理控制***，其特征在于：该***主要包括终端控制模块、云服务器、数据库单元组、网络模组和传感器模组；终端控制模块、数据库单元组和传感器模组通过网络模组和云服务器连接。
该种基于物联网的农牧业智能管理控制***通用性较差，注重应用层技术，对终端硬件机械设备制控力较差。
如中国发明专利公开号“CN102314166A”名称为“基于物联网的农作物生产智能测控***”的专利，其公开了一种基于物联网的农作物生产智能测控***，由三部分组成：信息采集终端、信息传输终端和智能控制终端。
该种基于物联网的农作物生产智能测控***功能较为单一，感知层传感器可扩展性较差。
如中国发明专利公开号“CN102307222A”名称为“基于物联网技术的智能温室示范测控***”的专利公开了一种基于物联网技术的智能温室示范测控***，包括多个现场控制站网络、多个嵌入式网关、中心服务器；一个现象控制站网终接入一个嵌入式网关，所述嵌入式网关实现中心服务器与现场控制站网终的通讯。通过物联网的传感网来采集温室内外、作物生长土壤成分参数；物联网的网络层对多种数据传输网络融合，最后以嵌入式以太网控制器接口与中心服务器通信，实现各个节点之间互相通信；物联网应用层即中心服务器实现对参数的优化控制、页面发布、短信查询控制。
该种基于物联网技术的智能温室示范测控***应用范围单一，可扩展性较差，通过继电器控制各个执行装置实现对温室环境参数的改变不够稳定、安全，特别是对大型机械设备的控制，而本发明“基于物联网的数据信息采集智能管控***”采用“双级驱动，双级控制”即用小功率直流继电器去驱动大功率固态继电器来控制大型机械设备，大型机械设备可实现手动控制和自动控制两种操作方式，安全性高、稳定性强。
综上所述现有技术当中亟需要一种针对于养殖业智能化管理、种植业智能化管理、仓储智能化管理和食品安全追溯方面的，基于物联网的数据信息采集智能管控***领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种智能程度高、兼容性、扩展性、操作性好、可实现闭环控制、安全可靠的基于物联网的数据信息采集智能管控***。
基于物联网的数据信息采集智能管控***其特征是：包括远程后台管理中心、TCP/IP网络***、终端机***，
所述的远程后台管理中心包括：继电器控制模块、终端监控模块、测量环境模块、环境监控图模块、控制规则设置模块、刷卡权限设置模块、上传数据时间间隔设置模块、同步终端机时间模块、通信测试模块、设置结果查看模块、读取SD卡模块，远程后台管理中心采用C#语言；
所述的终端机***包括终端管理软件和终端数据采集设备，且终端管理软件和远程后台管理中心通过TCP/IP网络***进行通讯；
所述的终端数据采集设备包括智能主控终端、协议转换器、数据变送器、设备控制器、配电箱设备，且智能主控终端采用双路CAN总线接口，一路与协议转换器相连，另一路与数据变送器和设备控制器相连，协议转换器通过串口线与PC机的终端管理软件相连，并通过TCP/IP网络***与后台管理中心相连，配电箱设备与设备控制器相连，设备控制器通过CAN总线通信模块与智能主控终端通讯连接；
所述的智能主控终端包括终端主控模块、CAN总线通信模块、RFID读卡模块、LED显示模块、键盘输入模块、数据存储模块、报警模块、JTAG模块，智能主控终端有两路CAN总线接口，CAN1总线接口主要连接协议转换器，同时并联多个智能主控终端，CAN2总线接口连接数据变送器、设备控制器；
所述的协议转换器包括CAN总线通信模块和协议转换模块；
所述的数据变送器包括CAN总线通信模块、A/D数据采集模块、八路传感器接口；
所述的设备控制器包括CAN总线通信模块和继电器模块，设备控制器有八路继电器控制接口，对配电箱大功率固态继电器进行开关量控制；
所述的配电箱设备包括固态继电器、开关电源、旋钮开关、端子排。
所述的远程后台管理中心各组成部分运行为：
所述的继电器控制模块用于继电器控制，相看相关设备所连接的继电器的开关状态，并通过控制继电器的开关来启动或者停止相关的设备；
所述的终端监控模块用于查看某一终端所采集的数据信息；
所述的测量环境模块用于人工手动发送命令使终端进行环境数据的采集；
所述的环境监控图模块用于将环境信息进行汇总成一张图表，使工作人员直观的查看环境变化的信息，用来进行数据分析；
所述的控制规则设置模块用于设置根据数据变送器采集到的信息进行继电器开关的控制，使终端机自动工作；
所述的刷卡权限设置模块用于设置在进行终端机按键操作前是否需要刷卡确认身份；
所述的上传数据时间间隔设置模块用于设置数据变送器自动上传数据的时间间隔；
所述的同步终端机时间模块设置终端设备中的时间，保证终端时间与服务器时间一致；
所述的通信测试模块用于测试终端机同PC机之机的通讯状态；
所述的设置结果查看模块用于查看控制规则、同步终端机时间等设置的结果；
所述的读取SD卡模块用于从SD卡中导入数据到业务管理***中。
所述的终端数据采集设备各组成部分运行为：
所述的终端主控模块对其各子模块进行统一的管理，并对各子模块通信状态进行初始化；
所述的CAN总线通信模块对智能主控终端和数据变送器、设备控制器、协议转换器之间的数据信息进行传输；
所述的RFID读卡模块对高频卡进行***和数据的读取及上传，实现信息识别及传输；
所述的LED显示模块用于显示按键信息和响应信息；
所述的键盘输入模块用于实时数据的录入及相关功能的快捷键录入；
所述的数据存储模块用于在上传数据的同时对数据进行二次存储，其以SD卡作为数据存储的设备，实现刷卡信息、继电器状态信息、传感器采集信息、键盘录入信息的数据备份；
所述的报警模块用于上传数据成功或失败时反馈信息的提示；
所述的JTAG模块用于在线仿真调试；
所述的协议转换模块对数据进行转换，实现CAN总线数据到PC机串口数据的转换；
所述的A/D数据采集模块用于将传感器的模拟信号转换成数字信号；
所述的八路传感器接口其中有五路数字传感器接口，三路模拟传感器接口；
所述的继电器模块用于对大功率继电器进行开关量控制。
所述的终端数据采集设备的CPU模块采用ARM7微处理器。
所述的智能主控终端采用STM32F105RBT6微处理器，协议转换器、数据变送器、设备控制器采用STM32F103C8T6微处理器。
所述的配电箱设备控制方式分自动控制和机械控制两种方式。
所述的继电器控制模块实现设备运行状态的远程查看，并远程控制设备的启动与停止。
所述的终端监控模块实时查看当前终端数据采集控制***所采集到的数据信息，并根据所设置的控制规则来进行环境信息的报警。
所述的控制规则设置模块能够根据数据变送器一路或多路输入所采集到的数据的最大值、最小值或平均值来控制一路或多路继电器开关的状态。
所述的读取SD卡模块能够将SD卡中记录的数据进行分析，并导入到业务***中，使终端采集***离线使用。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明的基于物联网的数据信息采集智能管控***可实现如下功能：自动监控：传统的自动监控是以检测固定的环境参数，当某项环境参数超标时，管理人员手动去控制相应的设备，本***的自动监测可实现全自动无人监测，当管理人员通过终端管理软件对智能主控终端设备环境参数预警值后，智能主控终端将采集的环境数据信息与预警值比较，经分析处理后，判断哪项参数超标，然后报警并通过设备控制器去启动相应的机械设备，监测数据精准，可以在很大程度上减低人工费用，节省管理人员和操作人员的时间。
本发明的基于物联网的数据信息采集智能管控***，制控流程采用闭环控制，实现了对食品安全追溯、养殖业智能化管理、种植业智能化管理、仓储智能化管理的生产流程监控和追溯过程。终端数据采集设备中的智能主控终端、数据变送器、设备控制器稳定性高，可扩展性强。管理人员可在远程后台管理中心的服务器或终端管理软件客户端直接对养殖、畜牧、仓储的环境和机械设备进行在线监控。当管理人员不在时，***会根据用户设定的预警值来对当前的目标环境进行监控。智能主控终端特有的刷卡功能可实现对工作人员的身份识别及权限管理，没有权限的工作人员在持卡并刷卡后，将无法在智能主控终端上进行任何操作，但***将上传到终端管理软件中并对其存储。终端数据采集设备采用键盘式操作，简单易懂。本发明的基于物联网的数据信息采集智能管控***承载于CAN总线网线，保证了其布线的简便，安装工程难度较小。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明的网络原理示意图。
图2为本发明的终端数据采集设备原理示意图。
图3为本发明的配电箱的结构说明示意图。
图4为本发明的软件功能结构示意图。
具体实施方式
如图所示本发明是这样设计的：本发明的基于物联网的数据信息采集智能管控***，其中包括：远程后台管理中心、TCP/IP网络***、终端机***，所述终端机***包括：终端管理软件及终端数据采集设备。所述远程后台管理中心、终端管理软件通过TCP/IP网络***进行通讯连接。终端数据采集设备包括智能主控终端、协议转换器、数据变送器、设备控制器；本具体实施方式中终端数据采集设备的组网采取CAN总线技术进行管理。所述终端数据采集设备为行进数据采集、数据处理、上传数据、设备控制、操作使用的硬件设备。
其中所述的终端数据采集设备还包括配电箱设备，配电箱与设备控制器相连，设备控制器通过CAN总线与智能主控终端通讯，控制和上传机械设备的运行状态。用户通过终端管理软件平台直接对设备控制器进行监控，设备控制器与配电箱连接，配电箱与机械设备连接，从而实现对机械设备的直接监控。
其中，配电箱的控制方式分为自动控制和机械控制，两种控制方式的转换是通过配电箱上的旋转开关实现的，自动控制通过终端管理软件平台设置的预警值来控制机械设备的启动和停止，机械控制通过配电箱上的启动和停止按钮来控制设备的启动和停止。
智能主控终端采用双路CAN总线接口，一路与协议转换器相连，另一路与数据变送器和设备控制器相连；协议转换器通过串口线与PC机终端管理软件相连，并通过网络交换机与后台管理中心相连，实现本发明基于物联网的数据信息采集智能管控***的通讯。
开启智能主控终端，ARM7微处理器从存储芯片如Flash中读取启动信息进行初始化，IP地址由八段位拨码开关确定，范围从0到256，实现智能主控终端在CAN总线上的ID是唯一的，且CAN总线上最多可挂256个智能主控终端。
数据变送器和设备控制器IP地址由八段位拨码开关确定，数据变送器的CAN总线ID范围从2到51，设备控制器的CAN总线ID范围从52到100，实现一台智能主控终端可挂多个数据变送器和设备控制器，进行多点数据采集及多点设备控制。
智能主控终端包括终端主控模块、CAN总线通信模块、RFID读卡模块、LED显示模块、键盘输入模块、数据存储模块、报警模块、JTAG模块；协议转换器包括：CAN总线通信模块、协议转换模块；数据变送器包括：CAN总线通信模块、A/D数据采集模块；设备控制器包括：CAN总线通信模块、继电器控制模块；设备控制器可控制大型机械设备，如禽类养殖基地里可控的风机、湿帘、电灯；
本具体实施方式中，在该***中，该CAN总线模块用于智能主控终端、协议转换器、数据变送器和设备控制器之间的通讯，如管理人员通过PC机RS232串口，把回传传感器采集值的命令和回传继电器状态的命令下发到协议转换器，再由协议转换器把命令传到CAN总线上，各节点的智能主控终端对命令进行解析，确认本机地址是否和解析后命令中的地址一致，如果一致，则接收命令，并由智能主控终端下发命令到数据变送器和设备控制器，上传环境参数值和机械设备的运行状态，当然管理人员也可以通下发命令控制机械设备的运行状态和环境参数的预警值，
其中，所述协议转换器用于将CAN总线数据转制换成串口数据，通过串口线（RS232）与PC机相连，把数据信息上传到终端管理软件平台。
终端主控模块对其各子模块进行统一的管理，并对各子模块通信状态进行初始化，对采集的数据信息及机械设备的开关状态作分析、处理、控制，如：在禽类养殖基地，管理人员通过PC机下发预警值命令，终端主控模块把数据变送器采集的数据信息与预警值比较，根据比较结果控制机械设备，并实时把机械设备状态回传到PC机，
RFID读卡模块用于实现人员身份信息的读取，模块工作频率采用13.56兆赫兹，接口方式采用URAT，与ARM7微处理器的URAT接口相连，把读取的高频13.56MHz的标签卡***及卡内的相关信息传输给ARM7微处理器，处理器自动判断此***的操作权限，如此***有操作权限，工作人员可以通过键盘输入模块录入相关数据信息和进行相关快捷键的操作，如此卡没有权限，工作人员将不能对智能主控终端进行任何操作，
其中，所述的键盘输入模块为4*5键盘，用于实现数据录入及快捷键操作，键盘与ARM7微处理器GPIO口相连，
LED显示模块用于显示键盘操作实时输入的数据，以及刷卡、上传数据成功或失败时的返回信息，显示屏采用数码管方式，在环境恶劣以及低温的条件下能够正常工作，驱动芯片为MC74HC595和MAX7219CWG，并连接到ARM7微处理器GPIO口上，LED显示模块采用5分钟的省电模式，按键盘唤醒显示，远程PC机也可以进行唤醒，唤醒后5分钟无操作自动进入休眠状态，
数据存储模块用于存储刷卡信息、继电器状态信息、传感器采集信息、键盘录入信息的数据，采用SD卡存储方式，实现了数据的二次备份，存储信息的格式为TXT文本格式，
报警模块用于上传数据成功或失败时的声音提示，所述预警值是管理人员通过终端管理软件手动设置的，智能主控终端把通过数据变送器采集的环境信息上传到终端管理软件，经***分析处理后，与预警值比较，跟据比较的结果来控制机械设备。
JTAG模块用于程序的在线仿真、调试与下载，与ARM7微处理器的JTAG接口相连，当然也可以通过串口URAT对程序进行下载，
A/D数据采集模块用于把模拟信号转换成数字信号，数据变送器有八路传感器接口，五路为数字式传感器接口，三路为模拟传感器接口，采用ARM7微处理器自有的12位A/D对模拟量进行换算处理。
所述五路数字传感器接口为数字温湿度传感器接口，三路模拟传感器接口为氧气传感器、氨气传感器、光照传感器接口；根据应用和需求的不同，数字传感器接口和模拟传感器接口可连接不同类型的传感器，满足不同行业应用不同类型传感器的需求。
所述不同行业进一步包括养殖业、种植业、仓储及食品安全追溯。
远程后台管理中心采用C#语言，利用.net技术、串口通讯技术、数据库技术等关键技术实现了继电器控制、终端监控、测量环境、环境监控图、控制规则设置、上传数据时间间隔设置、同步终端机时间、通信测试、设置结果查询、读取SD卡等功能。远程后台管理中心通过串口与终端设备进行通讯，根据远程管理中心和终端设备的通讯协议，远程后台管理中心可实时接收终端设备传递过来的数据，进行解析，并存储到数据库中，供用户查询。同时，远程后台管理中心为用户提供操作界面，用户可通过相应的功能向终端机发送指令，可以进行通讯状态检测、继电器控制、控制传感器进行测量等。
智能主控终端、协议转换器、数据变送器、设备控制器通过CAN转换芯片ISO1050DUB实现数据通讯。
本发明终端数据采集设备的CPU模块均采用ARM7微处理器，智能主控终端采用STM32F105RBT6，协议转换器、数据变送器、设备控制器采用STM32F103C8T6，功能强大，性能稳定。
可读写存储芯片（Flash）、只读存储器（E2PROM）、外扩存储器（SD卡）用于存储程序信息、运行数据的存储及数据信息上传的二次备份。

Claims (10)

1.基于物联网的数据信息采集智能管控***其特征是：包括远程后台管理中心、TCP/IP网络***、终端机***，
所述的远程后台管理中心包括：继电器控制模块、终端监控模块、测量环境模块、环境监控图模块、控制规则设置模块、刷卡权限设置模块、上传数据时间间隔设置模块、同步终端机时间模块、通信测试模块、设置结果查看模块、读取SD卡模块，远程后台管理中心采用C#语言；
所述的终端机***包括终端管理软件和终端数据采集设备，且终端管理软件和远程后台管理中心通过TCP/IP网络***进行通讯；
所述的终端数据采集设备包括智能主控终端、协议转换器、数据变送器、设备控制器、配电箱设备，且智能主控终端采用双路CAN总线接口，一路与协议转换器相连，另一路与数据变送器和设备控制器相连，协议转换器通过串口线与PC机的终端管理软件相连，并通过TCP/IP网络***与后台管理中心相连，配电箱设备与设备控制器相连，设备控制器通过CAN总线通信模块与智能主控终端通讯连接；
所述的智能主控终端包括终端主控模块、CAN总线通信模块、RFID读卡模块、LED显示模块、键盘输入模块、数据存储模块、报警模块、JTAG模块，智能主控终端有两路CAN总线接口，CAN1总线接口主要连接协议转换器，同时并联多个智能主控终端，CAN2总线接口连接数据变送器、设备控制器；
所述的协议转换器包括CAN总线通信模块和协议转换模块；
所述的数据变送器包括CAN总线通信模块、A/D数据采集模块、八路传感器接口；
所述的设备控制器包括CAN总线通信模块和继电器模块，设备控制器有八路继电器控制接口，对配电箱大功率固态继电器进行开关量控制；
所述的配电箱设备包括固态继电器、开关电源、旋钮开关、端子排。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的数据信息采集智能管控***，其特征是所述的远程后台管理中心各组成部分运行为：
所述的继电器控制模块用于继电器控制，查看相关设备所连接的继电器的开关状态，并通过控制继电器的开关来启动或者停止相关的设备；
所述的终端监控模块用于查看某一终端所采集的数据信息；
所述的测量环境模块用于人工手动发送命令使终端进行环境数据的采集；
所述的环境监控图模块用于将环境信息进行汇总成一张图表，使工作人员直观的查看环境变化的信息，用来进行数据分析；
所述的控制规则设置模块用于设置根据数据变送器采集到的信息进行继电器开关的控制，使终端机自动工作；
所述的刷卡权限设置模块用于设置在进行终端机按键操作前是否需要刷卡确认身份；
所述的上传数据时间间隔设置模块用于设置数据变送器自动上传数据的时间间隔；
所述的同步终端机时间模块设置终端设备中的时间，保证终端时间与服务器时间一致；
所述的通信测试模块用于测试终端机同PC机之间的通讯状态；
所述的设置结果查看模块用于查看控制规则、同步终端机时间的设置的结果；
所述的读取SD卡模块用于从SD卡中导入数据到业务管理***中。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的数据信息采集智能管控***，其特征是所述的终端数据采集设备各组成部分运行为：
所述的终端主控模块对其各子模块进行统一的管理，并对各子模块通信状态进行初始化；
所述的CAN总线通信模块对智能主控终端和数据变送器、设备控制器、协议转换器之间的数据信息进行传输；
所述的RFID读卡模块对高频卡进行***和数据的读取及上传，实现信息识别及传输；
所述的LED显示模块用于显示按键信息和响应信息；
所述的键盘输入模块用于实时数据的录入及相关功能的快捷键录入；
所述的数据存储模块用于在上传数据的同时对数据进行二次存储，其以SD卡作为数据存储的设备，实现刷卡信息、继电器状态信息、传感器采集信息、键盘录入信息的数据备份；
所述的报警模块用于上传数据成功或失败时反馈信息的提示；
所述的JTAG模块用于在线仿真调试；
所述的协议转换模块对数据进行转换，实现CAN总线数据到PC机串口数据的转换；
所述的A/D数据采集模块用于将传感器的模拟信号转换成数字信号；
所述的八路传感器接口其中有五路数字传感器接口，三路模拟传感器接口；
所述的继电器模块用于对大功率继电器进行开关量控制。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的数据信息采集智能管控***，其特征是：所述的终端数据采集设备的CPU模块采用ARM7微处理器。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的数据信息采集智能管控***，其特征是：所述的智能主控终端采用STM32F105RBT6微处理器，协议转换器、数据变送器、设备控制器采用STM32F103C8T6微处理器。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的数据信息采集智能管控***，其特征是：所述的配电箱设备控制方式分自动控制和机械控制两种方式。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的数据信息采集智能管控***，其特征是：所述的继电器控制模块实现设备运行状态的远程查看，并远程控制设备的启动与停止。
8.根据权利要求1所述的基于物联网的数据信息采集智能管控***，其特征是：所述的终端监控模块实时查看当前终端数据采集控制***所采集到的数据信息，并根据所设置的控制规则来进行环境信息的报警。
9.根据权利要求1所述的基于物联网的数据信息采集智能管控***，其特征是：所述的控制规则设置模块能够根据数据变送器一路或多路输入所采集到的数据的最大值、最小值或平均值来控制一路或多路继电器开关的状态。
10.根据权利要求1所述的基于物联网的数据信息采集智能管控***，其特征在于：所述的读取SD卡模块能够将SD卡中记录的数据进行分析，并导入到业务***中，使终端采集***离线使用。
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