簡介

本文來自機(jī)智云開發(fā)者以飼料機(jī)組的重要組成部件粉碎機(jī)為研究對象，在對飼料生產(chǎn)工廠進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一款基于機(jī)智云平臺的粉碎機(jī)實(shí)時(shí)故障檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要組成部件為故障診斷終端、物聯(lián)網(wǎng)平臺、上位機(jī)軟件和智能手機(jī) APP等等。

故障檢測終端以STM32F103VET6為主控制芯片，結(jié)合傳感器部件與 ESP8266 芯片，實(shí)現(xiàn)對粉碎機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電信號、振動信號以及溫濕度信號的檢測與傳輸。

云端以機(jī)智云服務(wù)器為基礎(chǔ)，結(jié)合故障檢測終端，針對粉碎機(jī)故障種類搭建機(jī)智云云端服務(wù)器，以云端通信協(xié)議為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)機(jī)智云云端與故障檢測終端的信息交互。上位機(jī)界面采用 Lab VIEW 與 C 語言聯(lián)合編程，不僅對可視化界面進(jìn)行部署開發(fā)，并且使用 C 語言移植小波算法實(shí)現(xiàn)對故障原因的分析和診斷。手機(jī)APP的開發(fā)基于Android Studio 軟件，并且結(jié)合機(jī)智云云端，設(shè)計(jì)開發(fā)出了一款能夠與粉碎機(jī)故障檢測系統(tǒng)云監(jiān)測平臺進(jìn)行信息交互的手機(jī)應(yīng)用軟件，該軟件能夠通過 WiF i 實(shí)現(xiàn)與故障檢測終端信息的交互和控制。

基于機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺的粉碎機(jī)遠(yuǎn)程故障檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將云平臺技術(shù)、嵌入式技術(shù)、手機(jī)APP設(shè)計(jì)技術(shù)和故障檢測技術(shù)相結(jié)合，與現(xiàn)有故障檢測技術(shù)相比，在技術(shù)方面有顯著優(yōu)勢，并具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

進(jìn)入正文

基于粉碎機(jī)的工作特性和工作環(huán)境，本文進(jìn)行了基于機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺的粉碎機(jī)遠(yuǎn)程故障檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對粉碎機(jī)的遠(yuǎn)程故障檢測檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對粉碎機(jī)的遠(yuǎn)程故障檢測云平臺技術(shù)將診斷數(shù)據(jù)、診斷系統(tǒng)、診斷對象和監(jiān)控設(shè)施通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)對粉碎機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程故障監(jiān)測。

能夠?qū)崿F(xiàn)故障信息的自動獲取、智能信息管理以及信息整合，并且實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測，得到設(shè)備的實(shí)時(shí)信息，針對監(jiān)測到的問題及時(shí)發(fā)出警報(bào)信號，通知維修人員進(jìn)行處理，從而使運(yùn)行設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

包含各種傳感器和機(jī)智云平臺服務(wù)器的完整云平臺系統(tǒng)系統(tǒng)。故障診斷技術(shù)和云平臺技術(shù)的深度結(jié)合和互相滲入，使得粉碎機(jī)和基本通信設(shè)備更好地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了資源的有效利用，以及飼料機(jī)組的自動化、信息化、智能化，能夠更好地保證飼料的生產(chǎn)。因此，以云平臺為基礎(chǔ)，開展故障診斷系統(tǒng)的研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、硬件要求

1、準(zhǔn)確的信號檢測。要求使用傳感器能夠檢測粉碎機(jī)運(yùn)行時(shí)振動、電流、溫度和濕度信號，并且傳感器能夠在復(fù)雜工作條件下穩(wěn)定工作。

2、快速及精確的信號處理。要求控制芯片能夠?qū)z測到的信號及時(shí)且準(zhǔn)確的處理，對斷電、堵塞等故障直接做出判斷并報(bào)警。

3、穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。故障檢測終端需要安裝在生產(chǎn)線現(xiàn)場，所以穩(wěn)定性是對系統(tǒng)的基本要求，故障檢測終端要求可以在粉塵、噪聲條件下長時(shí)間穩(wěn)定工作。

二、軟件要求：

1、獨(dú)立上位機(jī)軟件。要求粉碎機(jī)故障診斷器可以使用串口或者 RS485 直接與上位機(jī)相連，并將設(shè)備運(yùn)行信息導(dǎo)入上位機(jī)組態(tài)軟件。軟件的主要功能要求有參數(shù)配置、監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲、溫濕度動態(tài)曲線顯示、控制信號發(fā)送和故障報(bào)警等功能。

2、機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺：

要求遠(yuǎn)程PC端客戶在沒有上位機(jī)軟件的情況下可以登錄機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)時(shí)查看粉碎機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，要求平臺既有良好的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性。

3、與物聯(lián)網(wǎng)平臺相關(guān)聯(lián)的手機(jī)客戶端。要求在客戶身旁沒有 PC 機(jī)的情況下，依然能夠通過與智能云平臺相關(guān)聯(lián)的手機(jī)客戶端了解粉碎機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，要求客戶端具有良好的運(yùn)行效率，并且響應(yīng)時(shí)間低于 2 秒。

三、粉碎機(jī)故障檢測系統(tǒng)的總體架構(gòu)

根據(jù)粉碎機(jī)遠(yuǎn)程故障檢測系統(tǒng)功能需求，可以將故障檢測系統(tǒng)分為三部分，分別為由傳感器和故障診斷器組成的故障檢測終端，由上位機(jī)和手機(jī) APP 組成的客戶終端，由無線網(wǎng)絡(luò)和機(jī)智云服務(wù)器組成的機(jī)智云終端。用戶在客戶終端通過因特網(wǎng)向故障診斷器發(fā)出請求，故障診斷器在接收到請求之后向傳感器發(fā)送信號采集命令，傳感器接收到命令之后開始對制粒機(jī)進(jìn)行信號采集。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)傳感器傳輸?shù)焦收显\斷器，由無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器中，再經(jīng)過因特網(wǎng)傳輸?shù)较鄳?yīng)的客戶端，具體如圖 2.1 所示。

四、云平臺選擇

我選擇了機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺完成故障檢測系統(tǒng)的搭建。機(jī)智云是領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)和云服務(wù)平臺，AIoT全棧（綜合）物聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)領(lǐng)先者，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺優(yōu)秀技術(shù)供應(yīng)商，在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等新一代信息技術(shù)領(lǐng)域擁有豐富的產(chǎn)品和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，目前已服務(wù)全球200+國家/地區(qū)，業(yè)務(wù)覆蓋交通物流、新能源、工業(yè)互聯(lián)、醫(yī)療健康、消費(fèi)電子等眾多行業(yè)，在國內(nèi)多個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)市場覆蓋率領(lǐng)先。詳情至www.gizwits.com了解更多或咨詢在線客服。

首先對粉碎機(jī)故障檢測系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，并根據(jù)功能需求設(shè)計(jì)總體方案。根據(jù)系統(tǒng)需求選取 STM32F103VET6 微控制器芯片作為核心控制芯片，針對故障種類，選用DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器來檢測飼料的溫度和濕度，選用 LSMZJ1-0.5 電流互感器作為粉碎機(jī)故障檢測系統(tǒng)的電信號傳感器，選用壓電振動敲擊傳感器檢測粉碎機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動信號。對故障診斷器的通信方式進(jìn)行了闡述，選用 WIFI 無線通訊方式將故障診斷終端接入互聯(lián)網(wǎng)，選取RS485串口將故障檢測終端檢測的傳感器信號傳輸給上位機(jī)。對云平臺進(jìn)行了闡述，選取機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺來完成故障檢測系統(tǒng)的搭建。

五、配置入網(wǎng)

使用 GAgent 固件將故障檢測終端接入機(jī)智云需要經(jīng)過三個(gè)步驟，

1、設(shè)備上電連接。這時(shí) GAgent 向設(shè)備端發(fā)送請求，設(shè)備端接收到請求之后向運(yùn)行GAgent 固件回復(fù)設(shè)備信息，如果設(shè)備正常工作，那么就將回復(fù) GAgent 所發(fā)射出去的心跳包，心跳包 55S 一次，超出三次未回應(yīng)則連接失敗。

2、配置入網(wǎng)。借助 ESP8266 接收通過 UPD 廣播方式傳送而來的局域網(wǎng)賬號和密碼，進(jìn)而連接局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與機(jī)智云的通信。

設(shè)備的綁定。故障檢測終端在實(shí)現(xiàn)與機(jī)智云的通信之后發(fā)送綁定命令。

六、設(shè)備接入機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺方案

在本文中主要使用了機(jī)智云的WIFI接入方式，如圖 5.7 所示，故障檢測終端通過 WIFI 連接云平臺實(shí)現(xiàn)故障信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

七、機(jī)智云開發(fā)流程

接入機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺首先要進(jìn)行賬戶的注冊，然后創(chuàng)建產(chǎn)品，再對設(shè)備和應(yīng)用進(jìn)行調(diào)試。確定產(chǎn)品可以滿足目標(biāo)需求之后，可以向機(jī)智云官方提出發(fā)布請求，機(jī)智云公司會在云端為產(chǎn)品提供獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境，具體的接入流程如圖 5.8 所示

八、機(jī)智云云端服務(wù)器的搭建

機(jī)智云云端服務(wù)器的搭建可分為四步，首先是注冊登錄機(jī)智云賬號，然后進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)建和技術(shù)方案的選定，最后根據(jù)故障檢測終端傳來的數(shù)據(jù)創(chuàng)建對應(yīng)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行設(shè)備和應(yīng)用開發(fā)。

登陸注冊賬號，進(jìn)入開發(fā)者中心，點(diǎn)擊創(chuàng)建新產(chǎn)品按鈕，進(jìn)入產(chǎn)品創(chuàng)建界面，開始粉碎機(jī)故障檢測儀機(jī)智云終端的創(chuàng)建，具體操作如：

圖 5.12所示。檢測儀機(jī)智云終端的創(chuàng)建

數(shù)據(jù)點(diǎn)的創(chuàng)建

創(chuàng)建數(shù)據(jù)點(diǎn)是產(chǎn)品創(chuàng)建過程中非常重要的一環(huán)，數(shù)據(jù)點(diǎn)的主要作用是描述粉碎機(jī)故障檢測終端所主要檢測的對象以及參數(shù)，是粉碎機(jī)故障檢測終端功能的抽象描述。如圖5.13 所示在數(shù)據(jù)點(diǎn)創(chuàng)建之后，終端設(shè)備便可以與機(jī)智云網(wǎng)絡(luò)相互發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖 5.13 數(shù)據(jù)點(diǎn)功能概述

為了在最大程度上滿足機(jī)智云設(shè)備對于流量和資源的要求，機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型做出了詳細(xì)的劃分，具體結(jié)構(gòu)如圖 5.14 所示。并且使用一個(gè)字節(jié)來表示機(jī)智云數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的最小功能單位，以降低流量消耗。

九、產(chǎn)品發(fā)布

產(chǎn)品的發(fā)布在機(jī)智云的云端服務(wù)器搭建成功后，用戶只需將設(shè)備數(shù)據(jù)接入云平臺進(jìn)行相關(guān)測試，機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺為開發(fā)者提供了完整的運(yùn)行測試環(huán)境，代碼自動生成等等。如果產(chǎn)品開發(fā)成功可以向機(jī)智云提出申請，進(jìn)行產(chǎn)品的發(fā)布。

在產(chǎn)品發(fā)布完成后，設(shè)備監(jiān)控平臺會運(yùn)行在正式的服務(wù)器上，并擁有獨(dú)立的云端運(yùn)行環(huán)境，使設(shè)備可以24小時(shí)在線使用。在發(fā)布前，設(shè)備只能運(yùn)行在測試服務(wù)器， API 每天最多調(diào)用 500 次，只適用于產(chǎn)品的調(diào)試階段。發(fā)布后，設(shè)備運(yùn)行在正式服務(wù)器，擁有獨(dú)立的云端運(yùn)行環(huán)境，設(shè)備連接不受限制，并且機(jī)智云官方會主動提供與其他產(chǎn)品合作的機(jī)會，具體如圖 5.16 所示。

十、搭建Android開發(fā)平臺

使用機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺的應(yīng)用開發(fā)功能，生成安卓平臺代碼，云平臺自動生成的代碼只是一個(gè)框架，使用該框架，APP可以準(zhǔn)確的連接機(jī)智云云平臺。并且在這個(gè)框架的基礎(chǔ)上，開發(fā)者可以進(jìn)行設(shè)置和擴(kuò)展APP 具體功能。

十一、APP控制界面

粉碎機(jī)遠(yuǎn)程故障檢測系統(tǒng) APP 的控制界面的主要功能是展示粉碎機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，并且具有控制設(shè)備運(yùn)行功能。在控制界面中，用戶可以直觀的觀察到粉碎機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度、濕度以及電流的大小。當(dāng)溫度、濕度或者電流信號大小超出規(guī)定范圍之內(nèi)，控制界面會根據(jù)相應(yīng)信息判斷故障種類，并對該故障進(jìn)行精確報(bào)警。用戶也可以通過點(diǎn)擊報(bào)警模塊，控制故障檢測終端發(fā)出刺耳的警報(bào)聲，從而提醒現(xiàn)場工作人員粉碎機(jī)出現(xiàn)故障。

編輯：lyn