一种基于物联网的远程仪表监测装置及方法

本发明属于物联网，尤其涉及一种基于物联网的远程仪表监测装置及方法。

背景技术：

1、传统工厂对日常仪表的维护与检测，主要通过技术人员凭经验逐个检测、或者使用检测器检测，并采用手抄的方式记录检测结果，消耗人力大、效率低、无法及时反馈、容易出现失误，对工厂的生产极为不利。

2、少部分推出的智能仪表通信模式单一，只支持近距离通信，当一些移动设备(如机器人)处于移动状态时，会因距离过远发生信号中断，这种智能仪表极少具有调节通信模式的功能，且缺少反馈，难以保证通信的流畅及可靠性。

3、针对以上问题本发明设计了一种基于物联网技术的新型远程仪表监测方法，该方法可远程同时对多仪表进行检测，除了可以让现场的工作人员即时看到仪表数据，与此同时直接将数据上传至服务器进行实时监控与数据存储，并能根据实际需求，动态调节通信模式，兼顾了通信质量及能量损耗。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于物联网的远程仪表监测装置及方法，以解决上述的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的一种基于物联网的远程仪表监测装置及方法的具体技术方案如下：

3、一种基于物联网的远程仪表监测装置，包括感知层、网络层、应用层三个部分，所述感知层包括控制器、传感器、nb-iot无线传输模块及执行器，所述控制器与传感器、控制器与nb-iot无线传输模块均采用串口通信，实现数据的双向传输，所述网络层包括nb-iot基站以及onenet云平台，所述nb-iot基站的作用是调制解调感知层传输的数据，将其按照网络数据包格式封装后通过lwm2m转发至onenet云平台；在云服务器部署实时转发消息的程序用于转存至数据库以及上位机；所述onenet云平台向下通过nb-iot基站下发控制指令给感知层，从而控制感知层的执行器，所述应用层包括多路工厂仪表上电后电流电压显示通道，用于查看不同设备的实时数据并控制设备；从onenet云平台数据库调取指定时间段数据，并且生成输出不同格式表格保存至本地；所述控制器通过串口，以at指令控制nb-iot无线传输模块与云平台进行通信，并将数据传至云平台。

4、进一步的，包括供电模块，负责对工厂设备和所述监测装置进行供电，所述感知层的控制器包括stm32主控，负责接受终端的采集数据并按照通信协议编程后，将数据通过物联网模块发送到云平台，所述nb-iot无线传输模块负责终端和云服务器之间的无线远距离通信，所述传感器包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路，所述电压采集电路负责采集仪表电压值，所述电流采集电路负责采集仪表电流值，所述温度采集电路负责采集当前环境温度值；所述onenet云平台通过nb-iot无线传输模块接收传感器的检测结果和数据进行统一管理，并且能通过人为的设置参数阈值来检测数据是否出现异常，当对应的数值超过所设定的阈值的时候，会触发警告信息，能以短信或者邮件的信息告知监测管理员。

5、进一步的，所述温度传感器型号为pt100，所述控制器型号为stm32f103vet6。

6、进一步的，所述应用层包括led屏，所述led屏用于显示温度传感器pt100和电压电流采集电路采集的数据。

7、进一步的，所述应用层包括客户端，所述客户端用于实时查看数据以及调取过往数据，并控制工厂设备。

8、本发明还公开了一种基于物联网的远程仪表监测装置的监测方法，包括通信切换方法，所述通信切换方法包括如下步骤：

9、步骤1：对当前通讯距离估计计算，根据初始时刻无限通讯距离测量数据，确定此时设备初始化默认通信机制；

10、步骤2：在本设备位于远近距离信号通讯距离边界时，根据信号平稳程度，对控制器发送信号进行通讯方式切换；

11、步骤3：本设备通过发送认证请求帧，开始认证过程，认证请求帧是本设备用来告知新ap它的身份而发送的信息；

12、步骤4：新ap通过发送认证响应帧对认证请求作出响应，以表明新ap是接受本设备还是拒绝本设备；

13、步骤5：一旦认证过程成功完成，本设备就发送重关联请求帧给新的ap；步骤6：最后，这个新的ap发送一个包含接收或者拒绝本设备信息的重关联响应帧。

14、进一步地，近距离采用433m无线通信，远距离采用3/4g及lora无线通信。

15、进一步地，用控制器收集无线信道数字通信带宽测量数据，并通过计算分析确定每一周期机器人的通信机制，进而向控制器发送切换指令，对独立执行通信任务的2个收发机并行设置，433m无线通信以及lora无线通信选择及切换的具体流程如下：

16、步骤1：对当前通讯距离估计计算，根据初始时刻无限通讯距离测量数据，确定此时设备初始化默认通信机制，无线通信距离计算公式用式(1)表示：

17、los＝32.44+20lgd+20lgf(1)

18、式(1)中los、d、f分别对应传输损耗、传世距离、通信频率，具体切换通信模式时根据计算结果，预估通信距离，选择通信方式；

19、步骤2：在设备位于远近距离信号通讯距离边界时，根据信号平稳程度，对控制器发送信号进行通讯方式切换，提取时间序列信号特征统计量的计算公式如式(2)(3)(4)(5)所示：

20、

21、

22、γ(t，s)＝e[(xt-μt)(xs-μs)]   (4)

23、

24、式中，μt、γ(t，s)、ρ(t，s)分别为信号均值、方差、自协方差、自相关系数，根据上述计算结果，若满足下列条件，则时间序列宽平稳满足，该指标作为衡量无线信号质量平稳性的指标之一：

25、1、任取t∈t，有

26、2、任取t∈t，有ext＝μ，其中μ为常数；

27、3、任取t，s，k∈t，k+s-t∈t,有γ(t，s)＝γ(k，k+s-t)。

28、进一步地，设备在和当前ap断开连接之前，就事先找到可能关联的ap集。

29、进一步地，通信模式切换方式为软切换，所述软切换是同一频率不同基站之间的切换，在切换过程中，移动台同时与原基站和新基站都保持着通信链路，一直到进入新基站并测量到新基站的传输质量满足指标要求后，才断开与原基站的连接。

30、本发明的一种基于物联网的远程仪表监测装置及方法具有以下优点：

31、本发明基于移动物联网技术对仪表进行检查，免去了抄表的麻烦，而且不会出现漏抄、错抄等问题，利用mqtt传输协议将数据存储至云服务器数据库，并设计pc客户端以及手机app方便企业随时对数据调取和分析。

32、本发明采用了物联网技术，对设备的使用距离没有限制，一些仪表制造企业的员工出差对本公司仪表进行维护时，可以直接将目前仪表的状态上传至服务器，方便公司对目前产品在市场上的使用情况进行检测，并对产品进行优化。

33、本发明不但可以上传数据至服务器，还可以通过上位机对装置进行控制，可以在工厂内长时间部署，达到在不动用人力的情况下，随时在移动端开启本装置对仪表进行检测与监控，极大降低人力成本，提高生产效率。

34、同时，本发明可根据通信距离、信道优劣、能耗需求等条件，综合考虑当前所需的通信模式，可在最大程度上保证通信的可靠性，减少信息丢失及能量浪费。