基于机智云物联网平台的无线粉碎机

Kara

摘  要

本文来自机智云开发者以饲料机组的重要组成部件粉碎机为研究对象，在对饲料生产工厂进行充分调研的基础上，设计出一款基于机智云平台的粉碎机实时故障检测系统。该系统的主要组成部件为故障诊断终端、物联网平台、上位机软件和智能手机 APP等等。

故障检测终端以STM32F103VET6为主控制芯片，结合传感器部件与 esp8266 芯片，实现对粉碎机运行时产生的电信号、振动信号以及温湿度信号的检测与传输。

云端以机智云服务器为基础，结合故障检测终端，针对粉碎机故障种类搭建机智云云端服务器，以云端通信协议为基础，实现机智云云端与故障检测终端的信息交互。上位机界面采用 Lab VIEW 与 C 语言联合编程，不仅对可视化界面进行部署开发，并且使用 C 语言移植小波算法实现对故障原因的分析和诊断。手机APP的开发基于Android Studio 软件，并且结合机智云云端，设计开发出了一款能够与粉碎机故障检测系统云监测平台进行信息交互的手机应用软件，该软件能够通过 WiF i 实现与故障检测终端信息的交互和控制。

基于机智云物联网平台的粉碎机远程故障检测系统设计，将云平台技术、嵌入式技术、手机APP设计技术和故障检测技术相结合，与现有故障检测技术相比，在技术方面有显著优势，并具有较强的实用性。

关键词：粉碎机；故障检测；嵌入式；物联网平台；小波算法；上位机；APP

粉碎机

基于粉碎机的工作特性和工作环境，本文进行了基于机智云物联网平台的粉碎机远程故障检测系统设计，以实现对粉碎机的远程故障检测检测系统设计，以实现对粉碎机的远程故障检测云平台技术将诊断数据、诊断系统、诊断对象和监控设施通过网络结合为一体，实现对粉碎机的实时监控和远程故障监测。

能够实现故障信息的自动获取、智能信息管理以及信息整合，并且实现对运行设备的实时监测，得到设备的实时信息，针对监测到的问题及时发出警报信号，通知维修人员进行处理，从而使运行设备处于良好的运行状态。

包含各种传感器和机智云平台服务器的完整云平台系统系统。故障诊断技术和云平台技术的深度结合和互相渗入，使得粉碎机和基本通信设备更好地结合在一起，实现了资源的有效利用，以及饲料机组的自动化、信息化、智能化，能够更好地保证饲料的生产。因此，以云平台为基础，开展故障诊断系统的研究，具有重要的现实意义。

一，硬件要求：

1、准确的信号检测。要求使用传感器能够检测粉碎机运行时振动、电流、温度和湿度信号，并且传感器能够在复杂工作条件下稳定工作。2、快速及精确的信号处理。要求控制芯片能够对检测到的信号及时且准确的处理，对断电、堵塞等故障直接做出判断并报警。 3、稳定的运行环境。故障检测终端需要安装在生产线现场，所以稳定性是对系统的基本要求，故障检测终端要求可以在粉尘、噪声条件下长时间稳定工作。

二，软件要求：

1、独立上位机软件。要求粉碎机故障诊断器可以使用串口或者 RS485 直接与上位机相连，并将设备运行信息导入上位机组态软件。软件的主要功能要求有参数配置、监测数据存储、温湿度动态曲线显示、控制信号发送和故障报警等功能。

2、机智云物联网平台：

要求远程PC端客户在没有上位机软件的情况下可以登录机智云物联网平台，实时查看粉碎机的运行状态，要求平台既有良好的可靠性、安全性、实时性。

3、与物联网平台相关联的手机客户端。要求在客户身旁没有 PC 机的情况下，依然能够通过与智能云平台相关联的手机客户端了解粉碎机运行状态，要求客户端具有良好的运行效率，并且响应时间低于 2 秒。

三，粉碎机故障检测系统的总体架构

根据粉碎机远程故障检测系统功能需求，可以将故障检测系统分为三部分，分别为由传感器和故障诊断器组成的故障检测终端，由上位机和手机 APP 组成的客户终端，由无线网络和机智云服务器组成的机智云终端。用户在客户终端通过因特网向故障诊断器发出请求，故障诊断器在接收到请求之后向传感器发送信号采集命令，传感器接收到命令之后开始对制粒机进行信号采集。采集到的数据经传感器传输到故障诊断器，由无线网络发送到服务器中，再经过因特网传输到相应的客户端，具体如图 2.1 所示。

四，云平台选择

我选择了机智云物联网平台完成故障检测系统的搭建。机智云是领先的物联网开发和云服务平台，AIoT全栈（综合）物联网平台服务领先者，工业互联网平台优秀技术供应商，在物联网、云计算、大数据和人工智能等新一代信息技术领域拥有丰富的产品和实施经验，目前已服务全球200+国家/地区，业务覆盖交通物流、新能源、工业互联、医疗健康、消费电子等众多行业，在国内多个行业实现市场覆盖率领先。详情至www.gizwits.com了解更多或咨询在线客服。

首先对粉碎机故障检测系统进行需求分析，并根据功能需求设计总体方案。根据系统需求选取 STM32F103VET6 微控制器芯片作为核心控制芯片，针对故障种类，选用DHT11 数字温湿度传感器来检测饲料的温度和湿度，选用 LSMZJ1-0.5 电流互感器作为粉碎机故障检测系统的电信号传感器，选用压电振动敲击传感器检测粉碎机在运行过程中产生的振动信号。对故障诊断器的通信方式进行了阐述，选用 WIFI 无线通讯方式将故障诊断终端接入互联网，选取RS485串口将故障检测终端检测的传感器信号传输给上位机。对云平台进行了阐述，选取机智云物联网平台来完成故障检测系统的搭建。

五，配置入网

使用 GAgent 固件将故障检测终端接入机智云需要经过三个步骤， 1、设备上电连接。这时 GAgent 向设备端发送请求，设备端接收到请求之后向运行GAgent 固件回复设备信息，如果设备正常工作，那么就将回复 GAgent 所发射出去的心跳包，心跳包 55S 一次，超出三次未回应则连接失败。 2、配置入网。借助 ESP8266 接收通过 UPD 广播方式传送而来的局域网账号和密码，进而连接局域网，实现与机智云的通信。

设备的绑定。故障检测终端在实现与机智云的通信之后发送绑定命令。

六，设备接入机智云物联网平台方案

在本文中主要使用了机智云的WIFI接入方式，如图 5.7 所示，故障检测终端通过 WIFI 连接云平台实现故障信息的远程监控。

七，机智云开发流程

接入机智云物联网平台首先要进行账户的注册，然后创建产品，再对设备和应用进行调试。确定产品可以满足目标需求之后，可以向机智云官方提出发布请求，机智云公司会在云端为产品提供独立的运行环境，具体的接入流程如图 5.8 所示

八，机智云云端服务器的搭建

机智云云端服务器的搭建可分为四步，首先是注册登录机智云账号，然后进行产品的创建和技术方案的选定，最后根据故障检测终端传来的数据创建对应的数据节点，进行设备和应用开发。

登陆注册账号，进入开发者中心，点击创建新产品按钮，进入产品创建界面，开始粉碎机故障检测仪机智云终端的创建，具体操作如：

图 5.12所示。检测仪机智云终端的创建

数据点的创建

创建数据点是产品创建过程中非常重要的一环，数据点的主要作用是描述粉碎机故障检测终端所主要检测的对象以及参数，是粉碎机故障检测终端功能的抽象描述。如图5.13 所示在数据点创建之后，终端设备便可以与机智云网络相互发送数据。

图 5.13 数据点功能概述

为了在最大程度上满足机智云设备对于流量和资源的要求，机智云物联网平台的数据节点对传输的数据类型做出了详细的划分，具体结构如图 5.14 所示。并且使用一个字节来表示机智云数据节点的最小功能单位，以降低流量消耗。

九，产品发布

产品的发布在机智云的云端服务器搭建成功后，用户只需将设备数据接入云平台进行相关测试，机智云物联网平台为开发者提供了完整的运行测试环境，代码自动生成等等。如果产品开发成功可以向机智云提出申请，进行产品的发布。

在产品发布完成后，设备监控平台会运行在正式的服务器上，并拥有独立的云端运行环境，使设备可以24小时在线使用。在发布前，设备只能运行在测试服务器， API 每天最多调用 500 次，只适用于产品的调试阶段。发布后，设备运行在正式服务器，拥有独立的云端运行环境，设备连接不受限制，并且机智云官方会主动提供与其他产品合作的机会，具体如图 5.16 所示。

十，搭建Android开发平台

使用机智云物联网平台的应用开发功能，生成安卓平台代码，云平台自动生成的代码只是一个框架，使用该框架，APP可以准确的连接机智云云平台。并且在这个框架的基础上，开发者可以进行设置和扩展APP 具体功能。

十一，APP控制界面

粉碎机远程故障检测系统 APP 的控制界面的主要功能是展示粉碎机的实时运行状况，并且具有控制设备运行功能。在控制界面中，用户可以直观的观察到粉碎机运行时温度、湿度以及电流的大小。当温度、湿度或者电流信号大小超出规定范围之内，控制界面会根据相应信息判断故障种类，并对该故障进行精确报警。用户也可以通过点击报警模块，控制故障检测终端发出刺耳的警报声，从而提醒现场工作人员粉碎机出现故障。

机智云云端显示