基于物联网机械设备在线监管系统设计

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1、基于物联网机械设备在线监管系统设计　　【摘要】本文先对物联网下机械设备在线监管系统结构和模块进行了分析。文章首先阐述了系统体系结构及主要模块设计，然后分析了设备在线监管系统的设计方案、指标及原理和系统的硬件结构与特点，最后对系统功能需求进行了分析。【关键词】机械设备，在线监管，系统设计中图分类号：TU85文献标识码：A一、前言近年来，我国在机械设备在线监管上虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，随着社会的不断发展，加强在基于物联网的机械设备在线监管系统设计的力度，对确保提高机械设备在线监管的水平有着重要意义。二、系统体系结构及主要模块设计1．

2、系统体系结构7系统根据物联网架构分为三层：感知层、网络层及应用层。其中感知层包括安装在机械设备上的无线传感器网络节点（即数据采集点）以及汇聚节点，它们构成了一个完整的WSN网络，完成待测参数数据的采集及汇聚；网络层包括有线及无线通信网络，主要负责数据的传输；应用层包括在物联网服务器上的分析程序，以及运行在移动终端上的客户端程序。节点通过传感器Ｓｅｎｓｏｒ采集相关信息（包括温度、湿度、加速度），进入节点的ＭＣＵ，通过ＺｉｇＢｅｅ网络汇聚到协调节点。协调节点对所收到的各终端节点进行数据融合，封装成一定的数据格式，通过串行端口传递到嵌人式网关。嵌入式网关从协调节点

3、的串口读取数据，对自定义协议进行解码，并在该嵌入式网关中构建ＴＣＰ服务器及ＷＥＢ服务器，对收到的数据按照ＴＣＰＩＰ协议格式进行封装，并等待各终端节点的连接，嵌入式网关完成的功能相当于一个简单的物联网中间件。在终端上通过ＴＣＰ连接网关，接收数据并进行实时分析和展示，并完成相关信息的告警及控制。2．模块设计从系统的角度看，分成传感器网络节点、嵌入式网关（中间件）以及终端三个部分。传感器节点设计主要包括节点MCU的选择和温湿度、振动传感器选择。首先，节点MCU选择了TexasＴｅｘａｓ7Instuments公司的CC2530F256。因为CC2530是基于MEMS

4、制造技术，把微处理器（内部集成增强型8051核），存储器和射频前端芯片整合在一起，那么制作出来的数据采集节点体积小，安装在待测设备的不同部位，能够实时体现该设备的运行状态，能反应设备的真实运行状况。并且具有超大容量ＲＡＭ和超大容量程序存储器，同时具有12位高精度和高速A／D转换，满足本设计对微处理器的要求。其次，选择了温湿度一体的SHTｌＸ系列的传感器。SHTｌｘ属于Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A／D转换器以及串行接口电路实现无缝连接，输出

5、完全标定的数字信号。于加速度传感器选择了美国模拟器件公司（ADI）的ADXL345ACCZ加速度传感器，本传感器是带有信号调理电路，提供数字电压输出（12C输出）的小量程、小外形、低功耗的3轴加速度计。能够对机械设备不同方向上的加速度进行检测，准确反映出设备的运行状态。三、设备在线监管系统的设计方案、指标及原理设备在线监管系统的设计思想是:采用ZigBee协议构建无线传感器网络，汇聚节点汇聚信息，并通过串口传输到嵌入式平台，完成对采集数据的分析处理，对设备进行实时监控。7节点通过传感器Sensor采集相关信息（包括温度、湿度、加速度），进入节点的MCU，通过

6、ZigBee网络汇聚到协调节点。协调节点对所收到的各终端节点进行数据融合，封装成一定的数据格式（后面有介绍），通过串行端口传递到嵌入式网关。嵌入式网关从协调节点的串口读取数据，对自定义协议进行解码，并在该嵌入式网关中构建TCP服务器及WEB服务器，对收到的数据按照TCP/IP协议格式进行封装，并等待各终端节点的连接，嵌入式网关完成的功能相当于一个简单的物联网中间件。在终端上通过TCP连接网关，接收数据并进行实时分析和展示，并完成相关信息的告警及控制。对于机械振动的测试，需要把传感器节点安装在机械设备上，这就要求节点具有较小的体积和可靠的性能。考虑到本设计需要

7、对大量数据进行处理，因此，考虑使用数据存储器和程序存储器偏大的微控制芯片。其次，本系统需要对多组模拟量进行采集分析，考虑到构造最小系统的条件约束，同时为了简化系统电路，提高系统稳定性。四、系统的硬件结构与特点大型压缩机组运行过程十分复杂,需监测的状态参数量大,包括轴振动、转速、轴位移、温度、压力等,为确保对这些参数的高速采集和实现各种功能,我们选择了主从分布式的多微机系统的树形结构形式,7系统由相互独立的主计算机、从计算机两部分组成,主计算机也称为上位机,采用美国公司生产的SYSTEMZMOD-EL60工业控制机;从计算机也称为前置机,采用STD标准工业总线

8、结构形式的微处理机系统,前置机本身也是一个主从计算机