朱建偉,盛 強(qiáng),劉 威,饒賓期

(1.湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電與汽車(chē)工程學(xué)院,浙江 湖州 313000;2.湖州市機(jī)器人系統(tǒng)集成與智能裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 湖州 313000;3.中國(guó)計(jì)量大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,浙江 杭州 310018)

居民生活和工業(yè)生產(chǎn)引發(fā)污泥量迅猛增長(zhǎng)現(xiàn)象,已經(jīng)一定程度上阻礙我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展,因此污泥處理設(shè)備已成為必須攻克的課題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)每天需要處理數(shù)億立方米的污水,至少產(chǎn)生5 000萬(wàn)噸(以含水率80%計(jì)算)附加污泥量急需有效處理,使得大多數(shù)污水處理廠(chǎng)都在超負(fù)荷運(yùn)行[1-3]。國(guó)內(nèi)外在污泥干燥領(lǐng)域,已普遍用熱泵低溫干化技術(shù),避免二次污染發(fā)生。

國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)熱泵低溫干化已有了相關(guān)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。Kurt等[4]用太陽(yáng)能儲(chǔ)能干燥裝置對(duì)污泥進(jìn)行熱干化,污泥含固率可提高到90%,但太陽(yáng)能干化裝置占地面積比較大。Al-Otoom等[5]提出了一種半聯(lián)動(dòng)式太陽(yáng)能干燥系統(tǒng),提高了污泥脫水效率,但難以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。Zhang等[6]通過(guò)低溫污泥熱泵干燥系統(tǒng)的試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)干燥室出口濕空氣溫度和干燥速率隨蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和空氣質(zhì)量流量等發(fā)生變化。李榮康等[7]通過(guò)PLC提高閉式熱泵污泥低溫干化系統(tǒng)的自動(dòng)化水平,研究發(fā)現(xiàn)了其節(jié)能效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的熱風(fēng)干化和真空干化。然而,目前污泥熱泵干化設(shè)備位置布置分散,難以實(shí)時(shí)監(jiān)控,不能很好地解決集群管控問(wèn)題。

為此,國(guó)內(nèi)學(xué)者廣泛研究了物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)在熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用[8]。傅偉良等[9]通過(guò)研究指出,污泥顆粒大小是干燥速率主要影響因素,同時(shí)需優(yōu)化協(xié)調(diào)污泥內(nèi)部與外部傳熱傳質(zhì)。朱志偉[10]通過(guò)WebAccess組態(tài)軟件與以太網(wǎng)結(jié)合的方式,用PLC遠(yuǎn)程控制泵房?jī)?nèi)大型水泵和輔機(jī)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了供水泵站無(wú)人值守目標(biāo)。張茹[11]對(duì)重油開(kāi)采工藝及熱泵組生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析,對(duì)軟件和硬件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)和測(cè)試,建立了泵組監(jiān)控狀態(tài)預(yù)估模型。韓肖俠[12]以佳木斯東區(qū)污水處理廠(chǎng)為例,應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了污水處理廠(chǎng)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

目前的研究均未能有效地解決污泥熱泵干化設(shè)備的集群管控、實(shí)時(shí)檢測(cè)等問(wèn)題,本文將應(yīng)用最新的云端物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)軟、硬件和污泥熱泵干化物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái),研究開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控設(shè)備,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)性和智能化。

1 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控總體方案研究

1.1 系統(tǒng)功能需求

以嘉興市某公司的污泥熱泵低溫干化機(jī)為例,利用熱泵產(chǎn)生的熱能,通過(guò)對(duì)流熱空氣與污泥接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)以蒸發(fā)污泥內(nèi)水分,從而對(duì)污泥進(jìn)行脫水干燥。干燥系統(tǒng)整體工作流程如圖1。

圖1 干化機(jī)工作原理

該工作系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)干化機(jī)內(nèi)部重要環(huán)境因子實(shí)時(shí)采集,上傳到云端并進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化處理,同時(shí)利用所采集數(shù)據(jù)對(duì)干化機(jī)熱泵系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和切條機(jī)等的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)故障聯(lián)動(dòng)報(bào)警、干化機(jī)遠(yuǎn)程控制和輸送網(wǎng)帶運(yùn)行速度的動(dòng)態(tài)調(diào)控。

1.2 總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體方案如圖2,物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)模型,多種傳感器作為感知層采集環(huán)境因子,NB-IoT模組作為網(wǎng)絡(luò)層與云端服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程通信和數(shù)據(jù)交換,Web端物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與服務(wù)器通過(guò)TCP/IP通信,物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)作為應(yīng)用層對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用。

圖2 系統(tǒng)整體方案

1.3 監(jiān)控因子選擇

熱風(fēng)溫濕度、風(fēng)速、污泥厚度是對(duì)干化效果影響最大的因素,物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)需要通過(guò)傳感器采集的參數(shù)間接地監(jiān)測(cè)熱泵干化機(jī)內(nèi)各主要部件的運(yùn)行狀況、污泥干化效果的預(yù)測(cè)[13]。

1)熱風(fēng)的溫濕度:由于污泥性質(zhì)的復(fù)雜性、污泥進(jìn)料的誤差性和干化過(guò)程影響因素的多樣性,本研究進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化,只考慮干化前和干化后的變化量,在出風(fēng)口和回風(fēng)口兩個(gè)位置設(shè)置溫濕度傳感器。采用RS-WS-N01-MW型溫濕度傳感器,其具體技術(shù)參數(shù)如表1。參考熱泵系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)參數(shù),出風(fēng)口熱風(fēng)溫濕度始終維持在(70 ℃/17%RH)左右,熱風(fēng)經(jīng)過(guò)兩層輸送帶與污泥進(jìn)行傳熱傳質(zhì),到達(dá)回風(fēng)口時(shí)溫濕度維持在(40 ℃/90%RH)左右。

表1 溫濕度傳感器技術(shù)參數(shù)

2)熱風(fēng)風(fēng)速:熱泵干化機(jī)內(nèi)熱風(fēng)在干燥箱、熱泵系統(tǒng)、主風(fēng)機(jī)三者之間不斷循環(huán),經(jīng)過(guò)兩層污泥后,回風(fēng)口處由于機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)流體的約束作用,使得熱風(fēng)流動(dòng)方向呈水平方向?；仫L(fēng)口的風(fēng)速數(shù)據(jù)用一個(gè)RS-FS10-V型風(fēng)速傳感器測(cè)得,采樣時(shí)間間隔是2 min,采樣數(shù)據(jù)如圖3。

圖3 回風(fēng)口風(fēng)速變化

風(fēng)速傳感器具體技術(shù)參數(shù)如表2。由于單純測(cè)量回風(fēng)口平面內(nèi)一點(diǎn)的風(fēng)速不能代表整個(gè)平面風(fēng)速值,采用網(wǎng)格劃分測(cè)定法進(jìn)行監(jiān)測(cè),將回風(fēng)口均勻地劃分為48個(gè)100 mm×100 mm的小正方形,用自動(dòng)化夾具根據(jù)標(biāo)定好的48個(gè)測(cè)量點(diǎn),依次移動(dòng)單個(gè)風(fēng)速傳感器,完成測(cè)量每個(gè)小正方形中心位置的風(fēng)速并進(jìn)行疊加,確定平均風(fēng)速值?？紤]到污泥的黏粘性,輸送網(wǎng)帶上污泥的鋪設(shè)厚度會(huì)產(chǎn)生差異,正常運(yùn)行時(shí)回風(fēng)口風(fēng)速在4～6 m/s范圍內(nèi)不斷波動(dòng),如圖3。

表2 風(fēng)速傳感器技術(shù)參數(shù)

3)污泥厚度:由于污泥的布置不均勻,用紅外傳感器很難準(zhǔn)確測(cè)量污泥厚度,而超聲波測(cè)距傳感器主要用于平面測(cè)距。所以本系統(tǒng)在切條機(jī)下布置超聲波測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污泥的厚度,并能通過(guò)污泥厚度數(shù)據(jù)判斷是否超出正常的閾值范圍,如圖4。

圖4 污泥厚度變化

切條機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下,污泥厚度一直在25～35 mm厚度范圍內(nèi)波動(dòng),通過(guò)厚度數(shù)據(jù)是否異常來(lái)判定切條機(jī)和輸送網(wǎng)帶運(yùn)行狀態(tài)是否正常。本文選用TELESKY公司的US-100型號(hào)超聲波測(cè)距模塊,將其固定安裝于污泥層的正上方,其具體技術(shù)參數(shù)如表3。

表3 超聲波傳感器技術(shù)參數(shù)

4)繼電器模塊:物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)熱泵干化機(jī)的遠(yuǎn)程開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī),并設(shè)定出泥含水率。通過(guò)STM32單片機(jī)內(nèi)污泥含水率預(yù)測(cè)模型來(lái)預(yù)測(cè)含水率,當(dāng)未達(dá)到設(shè)定要求時(shí),需要控制輸送網(wǎng)帶的運(yùn)行和污泥在干化機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間。因此,設(shè)置繼電器模塊控制干化機(jī)的開(kāi)關(guān)機(jī)和輸送網(wǎng)帶的運(yùn)行。

2 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

污泥熱泵干化機(jī)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析與計(jì)算系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)組成。其中終端系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析與計(jì)算系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)三部分,是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需功能的基礎(chǔ)部分,終端系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖5。

圖5 終端系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

溫濕度傳感器采用RS485通信方式,通信協(xié)議選取Modbus-RTU,傳輸協(xié)議采用通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議,數(shù)據(jù)幀格式由地址域、功能碼、數(shù)據(jù)、CRC校驗(yàn)組成[14],NB-IoT與STM32單片機(jī)用串口3實(shí)現(xiàn)異步串行通信。傳感器將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到STM32,STM32F103芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,動(dòng)態(tài)調(diào)整輸送網(wǎng)帶運(yùn)行,保證出泥含水率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)單片機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成JSON格式后,通過(guò)串口3發(fā)送到NB-IoT模組,NB-IoT模組與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)通過(guò)MQTT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)終端數(shù)據(jù)上報(bào),云端命令接收。

1)NB-IoT電路設(shè)計(jì):NB-IoT模組采用上海移遠(yuǎn)公司的BC26[15],其RF_ANT引腳是射頻天線(xiàn)接口,用于連接無(wú)線(xiàn)通信天線(xiàn),預(yù)留了SIM卡電路接口,用于讀取NB-IoT專(zhuān)用的SIM卡信息,本系統(tǒng)所采用的SIM卡由中國(guó)移動(dòng)通信有限公司提供。

2)繼電器電路設(shè)計(jì):本系統(tǒng)選用驅(qū)動(dòng)電壓5 V的繼電器,能夠?qū)?～250 V的交流電壓進(jìn)行控制。繼電器主要用于控制熱泵干化機(jī)的開(kāi)機(jī)電源和輸送網(wǎng)帶的運(yùn)行,考慮到后續(xù)擴(kuò)展的需要,控制板上設(shè)置了四個(gè)繼電器,其原理圖如圖6。

圖6 繼電器原理圖

3)MCU控制板設(shè)計(jì):集成了STM32F103單片機(jī)的最小系統(tǒng)及其所需的外圍器件,同時(shí)也集成了NB-IoT通信模組的BC26芯片、通信串口、通信天線(xiàn)、SIM卡電路和電源電路。將所有模塊集成在一塊板子上,布置在干化機(jī)控制柜內(nèi),便于電磁隔離。同時(shí)根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求設(shè)計(jì)了相關(guān)外設(shè),包括三個(gè)串口通信模塊、RS485通信模塊、RS232通信模塊、ADC/DAC模塊和LED燈組等。

2.2 終端驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)遵循整體方案流程圖,通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)功能,并進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試,使整個(gè)系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu),整體方案流程如圖7。

圖7 系統(tǒng)軟件整體方案流程圖

1)NB-IoT:采用MQTT協(xié)議,內(nèi)嵌了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)議棧的NB-IoT無(wú)線(xiàn)通信IC?？梢蕴峁┳畲?4 kb/s下行速率和66 kb/s上行速率的數(shù)據(jù)傳輸,且模塊為極小尺寸LCC緊湊型封裝模塊[16]。主要目的是為輕量級(jí)、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、低功耗、遠(yuǎn)程云端托管的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[17]。MQTT協(xié)議的運(yùn)行架構(gòu)如圖8。

圖8 MQTT協(xié)議運(yùn)行架構(gòu)

NB-IoT模組是整個(gè)終端系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信中繼節(jié)點(diǎn),通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)建立連接。傳感器數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)STM32單片機(jī)預(yù)處理,打包成JSON格式數(shù)據(jù),通過(guò)MQTT協(xié)議從約定好的發(fā)布主題通道上傳到云端服務(wù)器,物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)調(diào)用后臺(tái)服務(wù)器應(yīng)用數(shù)據(jù)。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)下控制命令時(shí),通過(guò)訂閱主題通道傳送到NB-IoT模塊,再經(jīng)串口傳輸給STM32單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)控制動(dòng)作。

2)繼電器控制軟件設(shè)計(jì):在監(jiān)控系統(tǒng)中,繼電器的作用是控制熱泵干化機(jī)的開(kāi)關(guān)機(jī)和輸送網(wǎng)帶的運(yùn)行。為便于后續(xù)擴(kuò)展開(kāi)發(fā),加了四個(gè)繼電器,用PC0-PC3四個(gè)GPIO口分別控制。繼電器的軟件驅(qū)動(dòng)用JDQ_Init()函數(shù)初始化,在main()函數(shù)內(nèi)編程,JDQ=1繼電器吸合,JDQ=0繼電器斷開(kāi)。

3 污泥干化物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備接入云平臺(tái)

本研究所采用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是架構(gòu)在阿里云飛天系統(tǒng)上的云端托管平臺(tái)。在產(chǎn)品管理頁(yè)可以查看產(chǎn)品信息、Topic類(lèi)列表、服務(wù)端訂閱等信息,根據(jù)自定義功能,創(chuàng)建名為Wuni_nbiot的設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)設(shè)備創(chuàng)建成功之后,自動(dòng)分配給設(shè)備專(zhuān)用三元組(ProductKey、DeviceName、DeviceSecret)。STM32單片機(jī)編程時(shí),將三元組嵌入到程序內(nèi)部,用MQTT協(xié)議與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)連接,作為認(rèn)證信息,設(shè)備連接云端開(kāi)發(fā)采用阿里云提供的PythonSDK進(jìn)行后端開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)設(shè)備ALink上云,三元組驗(yàn)證正確,Web端顯示設(shè)備上云成功。設(shè)備上云連接完成后,即可利用發(fā)布Topic和訂閱Topic進(jìn)行上下行通信。

3.2 Web可視化設(shè)計(jì)

在Web可視化開(kāi)發(fā)組件內(nèi),創(chuàng)建導(dǎo)航頁(yè)面布局,根據(jù)需要,在監(jiān)測(cè)大屏頁(yè)面設(shè)計(jì)合適展示大屏,直觀(guān)地展示設(shè)備地理位置分布、設(shè)備上線(xiàn)狀況、設(shè)備消息量和日期等信息。同時(shí)可根據(jù)項(xiàng)目需求,自定義展示信息模塊調(diào)用后臺(tái)的數(shù)據(jù)API接口即可。

設(shè)備管理頁(yè)面添加了設(shè)備開(kāi)關(guān)機(jī)旋鈕和地理定位信息窗口,用于設(shè)備的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī),地理定位信息窗口調(diào)用空間可視化服務(wù)內(nèi)的地理位置信息,以衛(wèi)星地圖的方式展示出來(lái),如圖9。

圖9 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備管理頁(yè)面

通過(guò)可視化實(shí)時(shí)曲線(xiàn)表展示出風(fēng)口和回風(fēng)口的溫濕度、絕對(duì)濕度和污泥含水率數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)顯示和查看均可根據(jù)時(shí)間和設(shè)備名稱(chēng)進(jìn)行選擇,中間時(shí)鐘組件顯示當(dāng)前時(shí)間,如圖10。

圖10 溫濕度監(jiān)測(cè)界面

3.3 定位與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于干化設(shè)備位置固定不變,采用控制臺(tái)設(shè)置干化設(shè)備所處的經(jīng)緯度,終端設(shè)備所上報(bào)的出風(fēng)口溫度和絕對(duì)濕度數(shù)值為邏輯觸發(fā)條件。用Python腳本編程對(duì)上報(bào)數(shù)據(jù)預(yù)處理,將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)到條件判斷模塊,正常運(yùn)行條件是65 ℃

3.4 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)與終端設(shè)備通過(guò)MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)了上行和下行的雙向通信,云端向終端設(shè)備下發(fā)控制命令上載到物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái),調(diào)用API下發(fā){”P(pán)owerSwitch”:1}或{”P(pán)owerSwitch”:0}命令控制干化機(jī)開(kāi)、關(guān)機(jī)。終端設(shè)備會(huì)通過(guò)設(shè)備屬性設(shè)置Topic:/sys/a1xgm7rxGZn/MYM{deviceName}/thi-ng/service/property/set接收到JSON格式的控制命令,需要通過(guò)JSON格式解析程序CJSON獲取字段值,1:開(kāi)機(jī),0:關(guān)機(jī)。STM32單片機(jī)對(duì)下發(fā)命令做出控制繼電器動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)干化機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī),調(diào)試程序嵌入到旋鈕開(kāi)關(guān)的交互開(kāi)發(fā)組件內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)通過(guò)Web端旋鈕開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程控制干化機(jī)的開(kāi)關(guān)機(jī)動(dòng)作。

4 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試與分析

4.1 系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境

根據(jù)污泥熱泵干化特點(diǎn),測(cè)試地點(diǎn)選擇在嘉興某公司污泥熱干化處理現(xiàn)場(chǎng),將系統(tǒng)的傳感器放入干化機(jī)內(nèi)部,進(jìn)行為期5 d的測(cè)試,如圖11。

圖11 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

4.2 終端設(shè)備測(cè)試

主要測(cè)試溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、超聲波傳感器與STM32單片機(jī)的通信是否正常,采集回傳的數(shù)據(jù)是否正確,能否按照程序設(shè)計(jì)的采集周期進(jìn)行穩(wěn)定數(shù)據(jù)采集。通過(guò)不斷改變外界環(huán)境,經(jīng)過(guò)多次測(cè)試,傳感器能夠快速地進(jìn)行響應(yīng),數(shù)據(jù)能在測(cè)試板的LCD屏幕上正常刷新顯示,如圖12。

圖12 LCD數(shù)據(jù)顯示

BC26入網(wǎng)成功后,進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)上報(bào)和云端下發(fā)命令,經(jīng)測(cè)試,數(shù)據(jù)上報(bào)成功,并能實(shí)時(shí)刷新。云端下發(fā)命令成功,STM32單片機(jī)能夠接收下發(fā)命令,進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作響應(yīng)。首先在PC端安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng),使用USB轉(zhuǎn)串口模塊連接到BC26提供串口調(diào)試,供電由單片機(jī)板子提供,如圖13。

圖13 BC26入網(wǎng)測(cè)試

4.3 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)測(cè)試

本文借助IoT Studio工具開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)云平臺(tái)登錄頁(yè)面和Web可視化界面,可通過(guò)指定網(wǎng)址,注冊(cè)賬號(hào)登錄系統(tǒng),登錄方式有賬號(hào)登錄和手機(jī)驗(yàn)證登錄兩種,如圖14。

圖14 系統(tǒng)登錄頁(yè)面

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,系統(tǒng)能夠正常登錄,并且可視化界面顯示清晰、數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)能夠直觀(guān)顯示。

以熱泵和風(fēng)機(jī)故障報(bào)警為例,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了故障報(bào)警測(cè)試。將熱泵正常運(yùn)行溫度閾值設(shè)為0～40 ℃,絕對(duì)濕度閾值設(shè)為20～24 g/m3,超過(guò)該閾值,表明熱泵出現(xiàn)故障。風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行風(fēng)速閾值為2.5～3.5 m/s,不斷的改變外界環(huán)境因子,測(cè)試運(yùn)行情況如圖15。

圖15 移動(dòng)端故障報(bào)警

在阿里云RDS控臺(tái)內(nèi)創(chuàng)建名為wuni_nbiot的數(shù)據(jù)庫(kù),創(chuàng)建了溫濕度、風(fēng)速、污泥厚度、含水率數(shù)據(jù)表。在云產(chǎn)品流轉(zhuǎn)服務(wù)中將數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,然后流轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)庫(kù)。經(jīng)過(guò)測(cè)試,數(shù)據(jù)能夠正常流轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)庫(kù),數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)可直接進(jìn)行分析和管理。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文應(yīng)用云端物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件,以STM32、NB-IoT和阿里云為核心開(kāi)發(fā)了一種集數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸、設(shè)備上云和故障報(bào)警等功能于一體的污泥熱泵干化專(zhuān)用智能監(jiān)控設(shè)備,并進(jìn)行了穩(wěn)定性測(cè)試,研究結(jié)果表明如下。

1)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段,利用傳感器陣列組成數(shù)據(jù)采集模塊,以STM32為控制核心設(shè)計(jì)了軟硬件系統(tǒng),完成NB-IoT模組通信,研發(fā)了一種能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸、設(shè)備上云、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障報(bào)警等功能的污泥熱泵干化專(zhuān)用智能監(jiān)控設(shè)備。

2)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的污泥熱泵干化機(jī)結(jié)合,可以更好地遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、控制設(shè)備運(yùn)行、Web端遠(yuǎn)程監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的集群管理。

3)經(jīng)過(guò)對(duì)污泥熱泵干化的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備在實(shí)際使用中各方面性能表現(xiàn)的分析,相較于過(guò)去的污泥熱泵干化監(jiān)控方法,該設(shè)備能夠更快地完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和有效監(jiān)控、報(bào)警,且具有操作簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)、易于二次開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。