基于物联网的工厂智能监控系统设计

基于物联网的工厂智能监控系统设计

孙群

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摘要: 随着科学技术的不断进步，各个领域的生产方式必然会发生巨大的变化。物联网技术作为新时代的重要科技成果，必然会对生产技术产生重要影响。与传统智能监控系统相比，基于物联网的智能监控系统更具有技术性，其智能灵敏度远高于传统智能监控系统。因此，目前的技术人员已经开始探索基于物联网技术的监控系统设计路径。本文介绍了工厂物联网设备监控系统的设计体系结构，并展望了未来的发展方向。

关键词：物联网；工厂智能监控；系统设计

1  基础软件层

基础软件层包括智能工厂物联网设备监控系统所需的软件模块，如操作系统、设备驱动程序、辅助支撑程序等。智能工厂物联网设备监控系统的操作系统采用LINUX操作系统。LINUX是开源的，没有黑盒技术，其具有体积小、效率高、内核更新快等特点。LINUX可以定制，最小的系统内核大约是134KB。同时，LINUX是免费的操作系统,在价格上极具竞争力。LINUX支持多CPU、多硬件平台，是一个跨平台的系统。到目前为止，它支持20或30个CPU，具有稳定的性能，可定制，并且易于开发和使用。同时，LINUX内核的结构在网络方面是非常完整的。LINUX对TCP/IP（网络中最常用的协议）提供了最全面的支持，包括对10M、100M、千兆以太网、无线网络、光纤甚至卫星网络的支持。因此，LINUX可以作为智能工厂物联网设备监控系统的操作系统。

智能工厂物联网设备监控系统中使用的数据通信控制模块为无阻塞输入/输出，即无阻塞数据输入/输出读/写控制。传统上使用的是阻塞数据读写控制，这需要线程无限期地等待数据进入，这会消耗系统资源。非阻塞数据读写使用观察者模式监控端口，只有在写数据时才通知线程，大大提高了系统效率。

设备接口驱动模块主要用于分析物联网的各种终端设备，并将终端设备接入系统。终端设备是监控系统的眼睛和手臂。通过终端设备，可以对生产环境和被测设备进行监控和分析，图形化显示方便用户控制。终端设备包括各种环境传感器，如温湿度传感器、光传感器、人体红外传感器、二氧化碳传感器，以及相关控制器如PLC、单片机及上位机等，包括智能插座、智能空调控制器、照明控制器等。终端设备发送的数据通过NIO数据层接收和分析，分析后的数据传输到上层应用程序进行处理。

2基于物联网的工厂智能监控系统硬件设计要点

2.1终端连接设备设计

从技术角度来看，终端连接装置在监控系统的实际运行中起着不可替代的核心作用。各部件采集的信息需要通过终端连接设备进行传输，以实现连接传感器设备和协调控制设备的目的。在确认信息的准确性后，传感器采集的信息将连续传输到系统控制终端设备。控制节点将检测到信息，并根据信息内容发送相应的指令，最终实现对系统整体硬件结构的实时控制。终端设备主要包括以下几个方面：一是传感器设备，包括湿、烟、敏、红外等类型的冲压芯片；二是控制器设备，包括PLC、上位机以及自动喷淋控制开关、照明控制开关等；三是单片机设备，包括集成电路、ATmega256.0G集成芯片，支持8.0KB独立编译空间的A/D实时转换。

2.2中心协调器

在基于物联网技术的智能监控系统中，设置中央协调器的功能，实时采集和接收设备的节点数据，并将控制质量同步发送到系统上的机器结构，从而实现系统功能的采集和调用。根据本次功能设计的目的，技术人员在实际设计过程中应注意基于中央协调器结构、外接键盘鼠标装置和中央协调器连接方式的优化控制，充分利用LCD终端界面，实现系统运行过程中的人机交互，保证系统监控指令的协调有序发布。

3基于物联网技术的智能工厂监控系统软件设计要点

3.1终端节点信息收集设计

在完成系统硬件支撑结构的设计后，技术人员开始设计项目运行终端节点在物联网支持下的信息采集方法。这个过程如图1所示。

图 1 基于物联网的终端节点信息获取流程

根据图1所示的流程，系统在IP网络技术的支持下接收主要监控任务。在捕获应用层的时间和指令后，物联网通过APP功能调用系统。在计算机的终端部分，这个函数主要表示为_ProcessEvent()。与此同时，终端应用层处理功能开始工作_来确定和处理Evt事件，以确定它是否是一条需求指令。在此过程中，假设终端传感器通过collectProcess()函数收集工厂中产生的温度、湿度等参数。初始信息采集完成后，通过ZigBee端口进行无线传输和无线传输。中央协调控制终端接收到信息后，判断其是否工作。在此过程中，如果信息是需求事件信息，则直接启动传输；否则，信息将继续被调用，并对其进行AF判断。满足条件的信息将输出到工程控制指挥，并启动相应的控制节点，实现项目运行或生产预警。否则，信息需要通过信息通信指令在系统内不断传递，直到识别出的信息和需求准确满足实际需要为止。

3.2监控信息通信传输协议

在基于物联网的智能监控系统的实际设计过程中，为了保证采集到的信息在系统终端具有良好的通信和输出精度，在信息采集过程完成后，需要使用相应的通信传输协议作为支撑，以保证监控系统中通信信息传输的可靠性。技术人员在实际通信传输协议筛选过程中，应注意确定AGCP格式是否符合计算机系统标准协议的要求。一般情况下，[parameter]=[具体值1，具体值2，…，指定值n]可以表示协议的统一格式。

技术人员在判断信息通信协议的格式符合标准要求后，应及时开展变型设计工作。在具体设计中，可以假设通信协议为X，因此协议参数可以用“X0~Xn”表示。同时，技术人员可以使用“?”，当当前变量传递值所携带的信息时，赋值模式监视并调用当前变量。例如，X0、X1、X2表示工厂温度、湿度、烟雾浓度等，在直接检索调度接口中实现协议参数的分配。技术人员在实际工作过程中可根据项目的实际操作要求，对通信协议参数进行赋值。在实际工作过程中，应注意对传感器获取的信息进行主动和被动描述，从而完成通信传输协议的设计。

4对比实验

为了验证本文研究的基于物联网的工厂智能监控系统的有效性，技术人员设计了与其他常规系统的对比实验。在实验设计中，使用LINUX内核3.50.23正式版本的终端计算机设备，内核目录中包含系统独立运行的各种脚本。同时，技术人员还在实验过程中规划和安排必要的程序配置和系统运行环境。实验采用B/S系统结构，计算机程序和系统环境开发工具采用VS2015，终端应用服务器和工程数据分别采用Microsoft IIS和SQL server。在实验过程中，技术人员正常设计项目运行参数，启动系统运行2小时。环境参数调整完成后，系统重新运行。

基于物联网的工厂智能监控系统具有较高的信息灵敏度，能够及时获取植物环境参数的变化，而常规系统无法及时预警烟雾和温度的变化。由此可见，本文所研究的智能监测系统具有监测灵敏度强的优点。

结论

制造业已经进入大数据时代，智能制造需要高性能的计算机和网络基础设施，传统的设备控制和信息处理已不能满足要求，基于物联网的智能制造指日可待。物联网提供了一个共享的计算资源池（WEB服务器应用程序和存储）。当数据采集和监控系统安装在本地计算机上时，它可以将数据发送到服务器进行处理、存储和分发，并在必要时接收服务器的指令。随着物联网与工厂的不断结合和应用，将会出现新的工业体系。

参考文献

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