一种基于MQTT的船舶舱室液位报警系统的制作方法

一种基于mqtt的船舶舱室液位报警系统
技术领域
1.本实用新型涉及船舶远程监测技术领域，尤其是一种基于mqtt的船舶舱室液位报警系统。


背景技术：

2.mqtt(message queuing telemetry transport，消息队列遥测传输)协议是一种基于tcp 的发布/订阅型消息协议。mqtt协议可以在有限带宽下提供稳定可靠的消息通信服务，受到工业物联网领域的关注。
3.在船舶的航行过程中，有必要对船舱底部的液位进行一定的监测。但监测舱底液位相比于其它需要实时监测的数据信息，其对信息的时效性要求并没有其它数据高。因此使用常用的3g、4g通信协议传输舱底液位数据的实用性比较差，成本也比较高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例提供一种基于mqtt的船舶舱室液位报警系统。
5.本实用新型实施例提供了一种基于mqtt的船舶舱室液位报警系统，包括舱室液位传感器、岸端液位显示系统和mqtt协议网络i/o模块；其中所述舱室液位传感器与mqtt协议网络i/o模块建立有线连接，mqtt协议网络i/o模块与岸端液位显示系统建立无线连接；舱室液位传感器向mqtt协议网络i/o模块传输传感器采样值；mqtt协议网络i/o模块将传感器采样值转化为数字信号后传输至岸端液位显示系统；岸端液位显示系统接收到数字信号后，将数字信号根据量程换算为液位值并显示。
6.进一步地，所述舱室液位传感器具体包括传感器本体、安装法兰和信号接线盒；所述传感器本体通过安装法兰固定在舱室中；所述传感器本体通过密封传输线与信号接线盒连接；所述信号接线盒通过线缆与mqtt协议网络i/o模块连接。
7.进一步地，所述mqtt协议网络i/o模块包括多组网络io模块、网络交换机和无线发送基站；每一组网络io模块各自连接一个舱室液位传感器；多组网络io模块与网络交换机连接，网络交换机与无线发送基站连接；多组网络io模块通过网络交换机将传感器采样值传输至无线发送基站；无线发送基站将传感器采样值转化为数字信号后，通过无线网络将数字信号传输至岸端液位显示系统。
8.进一步地，所述岸端液位显示系统包括主控器和触摸屏；所述主控器将数字信号根据量程换算为液位值后存储在存储单元上，触摸屏从存储单元上获取液位值并显示。
9.进一步地，所述主控器和触摸屏通过modbus通信。
10.进一步地，所述存储单元的地址由主控器在预设地址段中自动编排。
11.进一步地，所述mqtt协议网络i/o模块形成的数字信号数据格式为xx:yy，其中xx 表示通道名称，yy表示传感器采样值。
12.进一步地，还包括mqtt认证服务器，所述mqtt认证服务器与岸端液位显示系统无线连接；所述mqtt认证服务器与mqtt协议网络i/o模块连接；所述mqtt认证服务器接收mqtt
协议网络i/o模块所发送的数字信号并转发至岸端液位显示系统。
13.上述本实用新型实施例中的一个技术方案具有如下优点：本实用新型的实施例可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，不仅可以减少网络的处理压力，而且让出更多的网络资源给实时性要求遥控控制服务。本实用新型还根据实时性的优先级不同进行分组，对实时性不高但分布很广的液位系统采用低开销的mqtt协议进行传输，使得在通信时实时性较高的遥控控制能够得到更高的处理资源，进一步提高了响应效率。
附图说明
14.图1是本实用新型一种基于mqtt的船舶舱室液位报警系统的整体结构图；
15.图2是本实用新型一种基于mqtt的船舶舱室液位报警系统中舱室液位传感器的安装示意图；
16.图3是本实用新型一种基于mqtt的船舶舱室液位报警系统中岸端液位显示系统的显示界面图；
17.图4是本实用新型一种基于mqtt的船舶舱室液位报警系统的数据交互示意图。
18.附图标记：1.传感器本体；2.法兰；3.信号接线盒。
具体实施方式
19.下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步解释和说明。
20.对于本实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
21.本实施例介绍了一种基于mqtt的船舶舱室液位报警系统的基本组成，整体框架参考图 1，包括舱室液位传感器、岸端液位显示系统和mqtt协议网络i/o模块；其中舱室液位传感器与mqtt协议网络i/o模块建立有线连接，mqtt协议网络i/o模块与岸端液位显示系统建立无线连接；舱室液位传感器向mqtt协议网络i/o模块传输传感器采样值；mqtt协议网络i/o模块将传感器采样值转化为数字信号后传输至岸端液位显示系统；岸端液位显示系统接收到数字信号后，将数字信号根据量程换算为液位值并显示。
22.下面具体说明本实施例各部分的组成
23.1.舱室液位传感器：舱室液位传感器的安装示意图参考图2。具体包括传感器本体1、安装法兰2和信号接线盒3；其中传感器本体通过安装法兰固定在舱室中，用于采集船舶机舱内液位的盖度信息；传感器本体通过密封传输线与信号接线盒连接，产生4-20ma的直流电信号传输至信号接线盒；信号接线盒通过线缆与mqtt协议网络i/o模块连接。
24.2.mqtt协议网络i/o模块：mqtt协议网络i/o模块包括多组网络io模块、网络交换机和无线发送基站；每一组网络io模块各自连接一个舱室液位传感器；多组网络io模块与网络交换机连接，网络交换机与无线发送基站连接；多组网络io模块通过网络交换机将传感器采样值传输至无线发送基站；无线发送基站将传感器采样值转化为数字信号后，通过无线网络将数字信号传输至岸端液位显示系统。在一部分实施例中，mqtt协议网络i/o模块形成的数字信号数据格式为xx:yy，其中xx表示通道名称，yy表示传感器采样值。本实施例
所使用mqtt协议网络i/o模块具有8路的ai输入模块，i/o模块定时采样各传感器毫安值并转为数字信号。进一步通过数据编组，形成数据格式 x1:11；x2:11；x3:11；x4:11；x5:11,x6:11,x6:11；x7:11；x8:11,的模式，采用发布/订阅模式，可发布液位信息，信息发布的主题格式为：模块的mac地址/模块编号/数据。
25.3.岸端液位显示系统：岸端液位显示系统包括主控器和触摸屏；主控器将数字信号根据量程换算为液位值后存储在存储单元上，触摸屏从存储单元上获取液位值并显示。本实施例中，主控器为高性能单片机，接受并解析船舶所传输的数据后，在触摸屏中使用对应的组态软件对液位进行显示。显示的具体示例参考图3；触摸屏与主控器的通信方式为modbus通信。本实施例中主控器支持双串口，每个串口均可提供提供标准的modbus格式数据帧，以方便集成于船舶的其他管理系统。本实施例中，还可以通过触摸屏在线修改mqtt服务器地址、用户名、密码、客户端id等mqtt连接信息。本实施例的岸端液位显示系统还具有主控器的订阅主题的增加和删除功能，以及订阅主题的与modbus数据段的开始地址对应关系映射关系。本实施例中液位数据使用2个相连的存储单元存储，每存储八个数据，则作为一个地址段写入。例如，序号为1的订阅的主题，获取后的数值将存规划的起始地址为40002，连续8个双字节存储器。那个序号为2的订阅的主题处理后的数据将在40002 2*8开始的地址段，以此类推，订阅主题通过序号进行映射后，将能够将模块的存储单元与界面上的液位关联显示的功能。主控器将获取到的液位将处理到的实际液位值*100，取整后进行传输，触摸屏获取到的数值需除以100，得到实际值。触摸屏的组态软件具备对每一个传感器的液位量程设定，传感器的零点漂移补偿修正。液位高、低报警，消音功能，液位柱形图显示功能，方便操作者使用。
26.4.在一部分实施例中，本系统还包括mqtt认证服务器，mqtt认证服务器与岸端液位显示系统通过网络(有线或无线均可)连接；mqtt认证服务器与mqtt协议网络i/o模块通过无线基站建立无线连接；mqtt认证服务器接收mqtt协议网络i/o模块所发送的数字信号并转发至岸端液位显示系统。本实施例采用自建mqtt服务器，mqtt服务器由一台 x86架构的工控机担当，运行ubuntu系统，具备有公网ip,运行有mqtt消息服务器软件，具有百万级别的用户连接能力。接收岸端的工控板的mqtt连接，船端的网络io模块的连接，承担着信息中转角色，同时进行mqtt设备接入服务器的认证。
27.本实施例的数据交互流程可以参考图4，舱室液位传感器将测量信号传输至mqtt协议网络i/o模块；mqtt协议网络i/o模块在岸端液位显示系统注册认证之后，定期向岸端液位显示系统发布数字信号以及获取订阅。岸端液位显示系统再将接收的数字信号传输至工控板进行数据处理和协议转换，触摸屏通过modbus向工控板获取液位值并显示。在液位超限时，触摸屏中会显示报警信息以向操作人员进行提示。
28.本实施例所保护的一种基于mqtt的船舶舱室液位报警系统，使用低成本的mqtt协议对舱室液位等时效性要求较低的信息进行传输，在保证了船舶数据上传的可靠性和安全性的前提下，降低了船舶的航行成本，受到船舶驾驶维护人员的青睐。
29.以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。