一种基于边缘网关计算的泛在物联网环保设备基础平台的制作方法

1.本发明涉及物联网技术领域，具体是涉及一种基于边缘网关计算的泛在物联网环保设备基础平台。


背景技术：

2.物联网(internet of things，简称iot)是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。
3.物联网是新一代信息技术的重要组成部分，it行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物万联。由此，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
4.在制造业中，有很多设备需要进行监测，需要大量人力物力，耗人耗财，以前的老旧监测系统已经满足不了现在的生产需求，对很多设备难以改造和监测，甚至有些省市的环保平台只能监测设备是否运转，但是无法判断设备的运行状态于生产设备关联的老旧系统。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于边缘网关计算的泛在物联网环保设备基础平台。
6.本发明的技术方案是：一种基于边缘网关计算的泛在物联网环保设备基础平台，包括设备运行参数采集模块、lora传感器汇聚模块、数据缓存及通讯规约处理模块、数据运算机存储模块、本地数据显示查询模块、数据远传模块、4g发射模块；
7.所述设备运行参数采集模块是通过带lora通讯的智能仪表、霍尔电流传感器及霍尔电压传感器采集设备的运行参数，将采集的运行参数通过lora通讯传输到lora数字电台；
8.所述lora传感器汇聚模块通过数字电台轮询查询站点的方式，通过加密及解密程序读取每台仪表采集的数据；
9.所述数据缓存及通讯规约处理模块是采用西门子smartplc通过485通讯的方式将数字电台查询到的数据存储到plc的各个寄存器中，plc对每个仪表进行内存数据段的分
配，然后对所述lora传感器汇聚模块采集的数据进行初步运算及转换，然后将运算和转换后的数据按照编写好的通讯协议传递给通讯管理机中嵌入式系统的实时数据库；
10.所述数据运算机存储模块是采用arm10单片机单元的运算器构成的嵌入式系统；
11.所述本地数据显示查询模块包括上传单元、查询单元，所述上传单元是通过网络通讯管理机将本地的数据通过计算机传送到本地服务器，所述查询单元用于查询每台环保设备的运行状态、以及历史数据参数；
12.所述数据远传模块是网络通讯管理机将实时数据库的数据通过61850、modbus
‑
tcp、104协议经过所述4g发射模块采用mqtt的方式传送到云端服务器。
13.进一步地，所述运行参数采集模块所采集的运行参数包括供电电压及a、b、c每相的电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、峰值功率、平值功率、谷值功率、最大需量、反向功率，运行参数采集模块所采集的设备运行参数全面。
14.进一步地，所述数据运算机存储模块中的嵌入式系统中内置linux操作系统及sqlite关系型数据库 c语言运算脚本 js脚本，用于数据缓存和对通讯规约处理模块所传递的数据进行存储、运算、控制输出、报警、实时数据显示、历史数据显示、查询、通讯规约转换、数据远传。
15.进一步地，所述本地数据显示查询模块是通过大屏幕实时的、动态的显示出来每台环保设备的运行状态及运行数据，便于工作人员对设备的运行参数及运行状态进行实时监测。
16.进一步地，所述数据远传模块中的云端服务器为阿里云或华为云，可以采用租赁的方式进行使用，减小企业购买服务器的成本。
17.进一步地，所述数据远传模块中的云端服务器通过web方式经用户名及口令来访问部署在云端的数据库，或通过手机app访问云端的数据供不同等级的用户访问数据的功能，便于管理人员进行查看设备运行情况。
18.进一步地，所述运行参数通过lora通讯传输到lora数字电台的距离为1km，距离过远影响其信号的传递效率。
19.进一步地，本地数据显示查询模块还包括报警单元，所述报警单元用于监测各台设备的运行参数和运行状态，发现运行参数错误或运行状态出错后进行报警，报警方式包括蜂鸣器报警和屏幕显示，两种报警方式，便于工作人员及时处理故障。
20.进一步地，所述报警单元所监测的设备运行状态包括设备断电、待机、空载、轻载、重载、过载、缺相、失压、供电电压低、外部供电故障，监测信息全面，降低事故发生概率。
21.进一步地，所述设备运行参数采集模块的采集精度为0.5％，采集速度10毫秒，采集精度高，采集速度快。
22.本发明的有益效果是：
23.(1)本发明的系统平台安装简单，采用卡箍式结构能够快速的安装，对安装人员的要求不高，对设备的改造不需要图纸，解决了设备查资料难、安装改造难的问题，普通的电工10分钟可以改造一台设备。
24.(2)本发明建立了不同环保设备的控制数学模型，通过程序内建立的数学模型，可以识别设备的运行状态问题，可以做到提前预警，防患未然的效果。
25.(3)采集精度高、速度块，采集精度达到0.5％，采集速度10毫秒。
26.(4)具备控制的功能：内置在通讯管理机 plc中的软件实现了根据不同的运行环境及控制策略来响应不同的控制要求的功能，解决了国内大多数环保监测平台不能合理的控制生产型企业环保数据不达标的时候合理的控制相关的生产设备运行的问题，而且具备远程监控、加密可靠的问题。
附图说明
27.图1是本发明的结构框图。
28.图2是本发明在实际应用中的系统拓扑图。
29.图3是本发明在实际应用中大屏幕呈现的监测画面。
30.其中，1
‑
设备运行参数采集模块、2
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lora传感器汇聚模块、3
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数据缓存及通讯规约处理模块、4
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数据运算机存储模块、5
‑
本地数据显示查询模块、6
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数据远传模块、7
‑
4g发射模块、51
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上传单元、52
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查询单元、53
‑
报警单元。
具体实施方式
31.实施例1：
32.如图1所示，一种基于边缘网关计算的泛在物联网环保设备基础平台，包括设备运行参数采集模块1、lora传感器汇聚模块2、数据缓存及通讯规约处理模块3、数据运算机存储模块4、本地数据显示查询模块5、数据远传模块6、4g发射模块7；
33.设备运行参数采集模块1是通过带lora通讯的智能仪表、霍尔电流传感器及霍尔电压传感器采集设备的运行参数，将采集的运行参数通过lora通讯传输到lora数字电台；
34.lora传感器汇聚模块2通过数字电台轮询查询站点的方式，通过加密及解密程序读取每台仪表采集的数据；
35.数据缓存及通讯规约处理模块3是采用西门子smartplc通过485通讯的方式将数字电台查询到的数据存储到plc的各个寄存器中，plc对每个仪表进行内存数据段的分配，然后对lora传感器汇聚模块2采集的数据进行初步运算及转换，然后将运算和转换后的数据按照编写好的通讯协议传递给通讯管理机中嵌入式系统的实时数据库；
36.数据运算机存储模块4是采用arm10单片机单元的运算器构成的嵌入式系统；
37.本地数据显示查询模块5包括上传单元51、查询单元52，上传单元51是通过网络通讯管理机将本地的数据通过计算机传送到本地服务器，查询单元52用于查询每台环保设备的运行状态、以及历史数据参数；
38.数据远传模块6是网络通讯管理机将实时数据库的数据通过61850、modbus
‑
tcp、104协议经过4g发射模块7采用mqtt的方式传送到云端服务器。
39.运行参数采集模块1所采集的运行参数包括供电电压及a、b、c每相的电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、峰值功率、平值功率、谷值功率、最大需量、反向功率，运行参数采集模块1所采集的设备运行参数全面。
40.数据运算机存储模块4中的嵌入式系统中内置linux操作系统及sqlite关系型数据库 c语言运算脚本 js脚本，用于数据缓存和对通讯规约处理模块3所传递的数据进行存储、运算、控制输出、报警、实时数据显示、历史数据显示、查询、通讯规约转换、数据远传。
41.本地数据显示查询模块5是通过大屏幕实时的、动态的显示出来每台环保设备的
运行状态及运行数据，便于工作人员对设备的运行参数及运行状态进行实时监测。
42.数据远传模块6中的云端服务器为阿里云或华为云，可以采用租赁的方式进行使用，减小企业购买服务器的成本。
43.数据远传模块6中的云端服务器通过web方式经用户名及口令来访问部署在云端的数据库，或通过手机app访问云端的数据供不同等级的用户访问数据的功能，便于管理人员进行查看设备运行情况。
44.运行参数通过lora通讯传输到lora数字电台的距离为1km，距离过远影响其信号的传递效率。
45.设备运行参数采集模块1的采集精度为0.5％，采集速度10毫秒，采集精度高，采集速度快。
46.实施例2：
47.如图1所示，一种基于边缘网关计算的泛在物联网环保设备基础平台，包括设备运行参数采集模块1、lora传感器汇聚模块2、数据缓存及通讯规约处理模块3、数据运算机存储模块4、本地数据显示查询模块5、数据远传模块6、4g发射模块7；
48.设备运行参数采集模块1是通过带lora通讯的智能仪表、霍尔电流传感器及霍尔电压传感器采集设备的运行参数，将采集的运行参数通过lora通讯传输到lora数字电台；
49.lora传感器汇聚模块2通过数字电台轮询查询站点的方式，通过加密及解密程序读取每台仪表采集的数据；
50.数据缓存及通讯规约处理模块3是采用西门子smartplc通过485通讯的方式将数字电台查询到的数据存储到plc的各个寄存器中，plc对每个仪表进行内存数据段的分配，然后对lora传感器汇聚模块2采集的数据进行初步运算及转换，然后将运算和转换后的数据按照编写好的通讯协议传递给通讯管理机中嵌入式系统的实时数据库；
51.数据运算机存储模块4是采用arm10单片机单元的运算器构成的嵌入式系统；
52.本地数据显示查询模块5包括上传单元51、查询单元52，上传单元51是通过网络通讯管理机将本地的数据通过计算机传送到本地服务器，查询单元52用于查询每台环保设备的运行状态、以及历史数据参数；
53.数据远传模块6是网络通讯管理机将实时数据库的数据通过61850、modbus
‑
tcp、104协议经过4g发射模块7采用mqtt的方式传送到云端服务器。
54.运行参数采集模块1所采集的运行参数包括供电电压及a、b、c每相的电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、峰值功率、平值功率、谷值功率、最大需量、反向功率，运行参数采集模块1所采集的设备运行参数全面。
55.数据运算机存储模块4中的嵌入式系统中内置linux操作系统及sqlite关系型数据库 c语言运算脚本 js脚本，用于数据缓存和对通讯规约处理模块3所传递的数据进行存储、运算、控制输出、报警、实时数据显示、历史数据显示、查询、通讯规约转换、数据远传。
56.本地数据显示查询模块5是通过大屏幕实时的、动态的显示出来每台环保设备的运行状态及运行数据，便于工作人员对设备的运行参数及运行状态进行实时监测。
57.数据远传模块6中的云端服务器为阿里云或华为云，可以采用租赁的方式进行使用，减小企业购买服务器的成本。
58.数据远传模块6中的云端服务器通过web方式经用户名及口令来访问部署在云端
的数据库，或通过手机app访问云端的数据供不同等级的用户访问数据的功能，便于管理人员进行查看设备运行情况。
59.运行参数通过lora通讯传输到lora数字电台的距离为1km，距离过远影响其信号的传递效率。
60.本地数据显示查询模块5还包括报警单元53，报警单元53用于监测各台设备的运行参数和运行状态，发现运行参数错误或运行状态出错后进行报警，报警方式包括蜂鸣器报警和屏幕显示，两种报警方式，便于工作人员及时处理故障。
61.设备运行参数采集模块1的采集精度为0.5％，采集速度10毫秒，采集精度高，采集速度快。
62.实施例2相比实施例的显示查询模块5增加了报警单元，用于监测设备运行参数和运行状态。
63.实施例3：
64.如图1所示，一种基于边缘网关计算的泛在物联网环保设备基础平台，包括设备运行参数采集模块1、lora传感器汇聚模块2、数据缓存及通讯规约处理模块3、数据运算机存储模块4、本地数据显示查询模块5、数据远传模块6、4g发射模块7；
65.设备运行参数采集模块1是通过带lora通讯的智能仪表、霍尔电流传感器及霍尔电压传感器采集设备的运行参数，将采集的运行参数通过lora通讯传输到lora数字电台；
66.lora传感器汇聚模块2通过数字电台轮询查询站点的方式，通过加密及解密程序读取每台仪表采集的数据；
67.数据缓存及通讯规约处理模块3是采用西门子smartplc通过485通讯的方式将数字电台查询到的数据存储到plc的各个寄存器中，plc对每个仪表进行内存数据段的分配，然后对lora传感器汇聚模块2采集的数据进行初步运算及转换，然后将运算和转换后的数据按照编写好的通讯协议传递给通讯管理机中嵌入式系统的实时数据库；
68.数据运算机存储模块4是采用arm10单片机单元的运算器构成的嵌入式系统；
69.本地数据显示查询模块5包括上传单元51、查询单元52，上传单元51是通过网络通讯管理机将本地的数据通过计算机传送到本地服务器，查询单元52用于查询每台环保设备的运行状态、以及历史数据参数；
70.数据远传模块6是网络通讯管理机将实时数据库的数据通过61850、modbus
‑
tcp、104协议经过4g发射模块7采用mqtt的方式传送到云端服务器。
71.运行参数采集模块1所采集的运行参数包括供电电压及a、b、c每相的电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、峰值功率、平值功率、谷值功率、最大需量、反向功率，运行参数采集模块1所采集的设备运行参数全面。
72.数据运算机存储模块4中的嵌入式系统中内置linux操作系统及sqlite关系型数据库 c语言运算脚本 js脚本，用于数据缓存和对通讯规约处理模块3所传递的数据进行存储、运算、控制输出、报警、实时数据显示、历史数据显示、查询、通讯规约转换、数据远传。
73.本地数据显示查询模块5是通过大屏幕实时的、动态的显示出来每台环保设备的运行状态及运行数据，便于工作人员对设备的运行参数及运行状态进行实时监测。
74.进一步地，数据远传模块6中的云端服务器为阿里云或华为云，可以采用租赁的方式进行使用，减小企业购买服务器的成本。
75.数据远传模块6中的云端服务器通过web方式经用户名及口令来访问部署在云端的数据库，或通过手机app访问云端的数据供不同等级的用户访问数据的功能，便于管理人员进行查看设备运行情况。
76.运行参数通过lora通讯传输到lora数字电台的距离为1km，距离过远影响其信号的传递效率。
77.本地数据显示查询模块5还包括报警单元53，报警单元53用于监测各台设备的运行参数和运行状态，发现运行参数错误或运行状态出错后进行报警，报警方式包括蜂鸣器报警和屏幕显示，两种报警方式，便于工作人员及时处理故障。
78.报警单元53所监测的设备运行状态包括设备断电、待机、空载、轻载、重载、过载、缺相、失压、供电电压低、外部供电故障，监测信息全面，降低事故发生概率。
79.设备运行参数采集模块1的采集精度为0.5％，采集速度10毫秒，采集精度高，采集速度快。
80.实施例3相比实施例增加了报警单元监测运行状态的具体项目，全面监测设备的运行状态，不局限于只监测设备的启动状态和停机状态。
81.实验例：
82.如图2所示，图2是本系统在实际应用中的系统拓扑图，如图3所示，图3是本系统在大屏幕呈现的监测画面。