基于无线网络与gprs的管道隔膜泵远程监控系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于无线网络与GPRS的管道隔膜栗远程监控系统及方法，属于远程监控技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，远程监控系统技术应用在社会的很多领域，特别是近几年，网络新时代的到来，更是给监控系统输入了新的血液，很多行业都需要远程监控系统的参与。管道输送作为既铁路运输、公路运输、海陆运输、航空运输之后的第五大运输方式，由于管道运输的零污染、低能耗等优点，现在被越来越多的行业所认可和使用。近年来，管道输送发展很快，保证管道安全、平稳的输送就变得由为重要。
[0003]隔膜栗是管道输送的核心设备之一，它是管道输送的动力输出装置，所以保证隔膜栗的有效运行就变得很重要，当通过振动监测发现隔膜栗出现异常，能够做到及时发现，及时处理就变得十分重要。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:本发明提供一种基于无线网络与GPRS的管道隔膜栗远程监控系统及方法，为了解决当管道隔膜栗在运行中出现问题时，工作人员难以监测发现故障，不易第一时间去处理管道隔膜栗发生故障的问题，
本发明技术方案是:基于无线网络与GPRS的管道隔膜栗远程监控系统，包括数据采集传输模块、数据分析连接器、远程监控平台；
所述数据采集传输模块包括传感器模块、STM32单片机1、NRF24L01无线射频模块I;传感器模块、STM32单片机1、NRF24L01无线射频模块I依次连接;整个系统的传感器模块是安装在管道隔膜栗的轴向、径向和垂直方向上；
所述数据分析连接器包括NRF24L01无线射频模块Π、STM32单片机Π、PC机、GPRS无线传输模块;NRF24L01无线射频模块Π、STM32单片机Π、PC机、GPRS无线传输模块依次连接，GPRS无线传输模块通过无线Internet网络与远程监控平台的服务器连接，服务器与客户端连接。
[0005]所述传感器模块用于感知管道隔膜栗的振动信息，所述STM32单片机I负责对信息进行采集并处理，所述NRF24L01无线射频模块I用于把STM32单片机I处理后的信息发送到数据分析连接器；
所述NRF24L01无线射频模块Π用来收集数据采集传输模块采集到的信息并传输给STM32单片机Π，所述STM32单片机Π负责对信息进行整合处理，再传给PC机进行信号加工处理分析，得到故障识别结果信息，所述GPRS无线传输模块将这些信息发送至远程监控平台的数据库，方便用户进行查看和分析。
[0006]所述传感器模块是一种加速度传感器，加速度传感器是将振动所产生的压力转变成便于测量的电信号的测试仪器。
[0007]所述的STM32单片机I和STM32单片机Π具体都采用STM32F103ZET6芯片，进行数据的处理、存储，STM32单片机I和STM32单片机Π与NRF24L01无线射频模块1、NRF24L01无线射频模块Π均通过SPI总线传输。
[0008]所述的GPRS无线传输模块是采用无线通信技术，具体是采用西门子MC55GPRS模块，进行无线收发数据。
[0009]所述GPRS无线传输模块与远程监控平台中的服务器连接采用TCP/IP协议进行传输，服务器端是采用了 socket套接字异步通信，避免多个GPRS终端同时连接导致的通信阻塞的问题。
[0010]基于无线网络与GPRS的管道隔膜栗远程监控方法，所述方法的具体步骤如下:
A、数据采集传输模块中的传感器模块开始工作，获取管道隔膜栗的振动信息，然后通过串口将数据发给STM32单片机I，STM32单片机I对信息进行采集并处理，由于STM32单片机I本身自带SPI总线，能和NRF24L01之间进行通信，NRF24L01无线射频模块I再把STM32单片机I处理后的信息发送到数据分析连接器；
B、数据分析连接器内的NRF24L01无线射频模块Π收集数据采集传输模块采集到的信息并传输给STM32单片机Π，STM32单片机Π对信息再进行整合处理，再将STM32单片机Π处理的信号，传给PC机做进行进一步的信号分析和处理，得到故障识别结果信息，然后通过GPRS无线传输模块将信息，发送至Internet网络，最后经远程监控平台的服务器来接收数据，并存储到数据库中；
C、管道隔膜栗的振动信号存储在远程监控平台的数据库中，用户通过与远程监控平台的服务器连接的客户端来查看这些数据;有效地实现了实时远程监控管道隔膜栗的运行情况；
D、当客户端查看远程监控平台的数据库，如果发现数据采集传输模块采集到的信息显示管道隔膜栗振动出现故障时，用户将对管道隔膜栗控制命令发送至远程监控平台，远程监控平台对管道隔膜栗控制命令进行处理并发送至数据分析连接器，数据分析连接器内的GPRS无线传输模块接收命令并通过NRF24L01无线射频模块Π将命令发送至管道隔膜栗，管道隔膜栗根据命令，及时停止运行，同时安排工作人员到达现场进行设备维修，以保证管道隔膜栗的正常运行。
[0011]所述步骤B中，PC机对接收到的振动信号进行进一步分析与处理是采用基于EMD的波形特征参数分析法，其具体步骤如下:
步骤S1、将收集到的振动信号首先进行EMD算法处理，分解得到内模函数頂F分量；
步骤S2、对内模函数IMF分量提取裕度因数、脉冲因数特征参数；
步骤S3、对内模函数IMF分量再进行Hi Ibert变换，得到能量波形以及瞬时频率波形，进而获取故障诊断的峰值因数、峭度以及有效值特征参数；
步骤S4、根据故障诊断的特征参数进行故障判断识别，故障识别将裕度因数、脉冲因数、峰值因数、峭度以及有效值等特征参数按不同权重进行组合分析，从而判断是否发生故障，得到最终的故障判断识别结果信息。
[0012]所述NRF24L01无线射频模块I和NRF24L01无线射频模块Π实现数据传输，其最大发射功率、数据传输速率及通信地址等参数都是通过SPI接口进行设置的，最大的SPI速度可以达到lOMhz，传输速度快，抗干扰性强，所以NRF24L01在实际开发中得到广泛应用。
[0013]在计算机中，需要对接收到的信号进行进一步地算法分析处理。需要采用双工传输方式，即传输的是特征参数和波形数据，这样以来，就降低了无线传输网络的传输负载和能耗，从而提高了整个系统传输的效率。通常对振动信号的分析和检测，最简单和最直接的方法是采用在时域分析中的状态监测和故障诊断，但是实际系统中测得的管道隔膜栗振动信号却大多为非平稳的、非线性的，且当局部故障规模较小时，故障信息容易被背景噪声淹没掉。而基于经验模态分解(empirical mode decomposit1n，EMD)的波形特征参数分析法经试验证明可有效地分辨和识别管道隔膜栗的不同工作状态和故障类型。基于经验模态分解的波形特征参数分析法能有效地分辨和识别管道隔膜栗的不同工作状态和故障类型。
[0014]本发明的有益效果是:
本发明可以实现远程无线数据传输，使用GPRS无线传输模块，这是一种无线通信技术，通过基站就可以远程地传输数据，具有十分地高效便捷的作用。
[0015]本发明具有便捷，高效的特点，STM32单片机控制的NRF24L01无线射频模块成本低，数据传输速率快，多个数据采集传输模块连接，数据采集传输模块把处理后的信息通过数据分析连接器传到远程监控平台的数据库存储，节约存储设备。
[0016]本发明中通过使用EMD的波形特征参数分析法，可以较好地识别出管道隔膜栗运行中是否出现故障，通过这种分析方法就可以得到较好地诊断结果，具有十分好的实用效果O
[0017]方便用户进行查看和分析，当接收到的一些故障信息时，用户会将对管道隔膜栗控制命令发送至远程监控平台，远程监控平台对管道隔膜栗控制命令进行处理并发送至数据分析连接器，数据分析连接器内的GPRS接收命令，并通过NRF24L01无线射频模块将命令发送至管道隔膜栗控制端，管道隔膜栗就会根据命令，及时停止运行，同时安排工作人员到达现场进行设备维修，以保证管道隔膜栗的正常运行，便于企业的生产安全，同时整体结构简单，工作稳定，便于推广。
【附图说明】
[0018]图1本发明的监控系统的结构示意图；
图2本发明的数据采集传输模块结构示意图；
图3本发明的数据分析连接器结构示意图；
图4本发明的远程监控方法流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
[0020]实施例1:如图1-4所示，基于无线网络与GPRS的管道隔膜栗远程监控系统，包括数据采集传输模块、数据分析连接器、远程监控平台；
所述数据采集传输模块包括传感器模块、STM32单片机1、NRF24L