干货案例：智能电机温度在线监测方案（全部开源+设计实施方案）

来源：物联网应该这样做

一、系统架构图

二、应用层

2.1、人机交互

    满足网关设备与扎花厂在同一局域网内，用户即可通过访问浏览器一样查看当前电机温度及设置预警参数。

2.2、用户登录界面

    

• 打开浏览器访问IP地址“192.168.XX.XX”

• 进入用户登录界面如上图所示

• 输入用户名“admin”

• 输入密码“123456”

• 点击确认进行界面切换/点击取消进行重新输入

2.3、温度实时数据显示界面

• 电机编号：温度传感器与相对应电机的编码，有效范围（01-50）

• 温度一：单台电机温度传感器一的实时值

• 温度二：单台电机温度传感器二的实时值

• 温度三：单台电机温度传感器三的实时值

• 温度有效值：当三个传感器正常时，显示其平均值，当一只出现故障时，去除错误数据，进行平均计算

• 当前状态：未超过上限设定值为“正常”，反之提示“超过上限”

2.4、温度预警参数设定界面

• 电机编号：温度传感器与相对应电机的编码，有效范围（01-50）。

• 温度上限值：单台电机温度上限预警值设定。

• 语音报警：温度超过上限后，则通过语音进行播报“01号电机，温度超过上限，当前温度为xx℃”。

• 报警灯：温度超过上限后，则报警灯开始闪烁，用于警示工作人员。

• 推送次数：当前报警触发后，推送次数值设定。

• 推送间隔：当前报警触发后，每次推送的时间间隔，单位为秒。

三、运算层

3.1、数据存储转发

• 数据解析后形成电机温度实时数据表。

• 数据表放置与发送数据缓存区中。

• HTTP服务器实时获取数据缓存区中数据。

3.2、数据接收解析

• 无线接收到数据，由数据解析方法进行解析。
• 解析后形成电机温度实时数据表。

3.3、无线自组网协议

• 星型拓扑网络：

  • LoRa扩频无线通信技术在1Kbps的速率下在市区环境下，单跳覆盖3KM，使用简单的星型组网就能够建立LoRa微功率网络，而GFSK调制的芯片经常需要树型或者MESH等复杂的路由网络。

• 智能网关：

  • 一个LoRa网络中仅有一个智能网关。

  • 星型网络中总控制器，负责网络协调。

  • 初始化、终止、转发网络中的消息。

  • 星型私有网络与以太网桥梁。

  • 一分钟内完成50台节点温度数据采集。

• 温度节点：

  • 一个LoRa网络可容纳50个温度节点。

  • LoRa无线自组网终端节点，入网后，实时发送温度数据。

  • 温度传感器数据采集。

3.4、预警参数设定

• 从web前端获取预警参数表。

• 参数解析后更新到内存中。

• 预警任务根据内存参数信息执行动作。

3.5、BSP板级支持包

• RTC驱动

  • 提供实时时钟硬件驱动层

• SPI驱动

  • 提供SPI驱动接口硬件驱动层

• 看门狗驱动

  • 提供防止程序跑飞硬件驱动层

• 预警灯驱动

  • 提供灯光报警控制硬件驱动层

• 串口通信驱动

  • 提供串口调试硬件驱动层

• SD卡驱动

  • 提供SD卡硬件驱动层

• 以太网驱动

  • 提供以太网硬件驱动层

• LoRa驱动

  • 提供LoRa射频模块硬件驱动层

• 语音播报驱动

  • 提供语音报警信息驱动层

四、传输层

4.1、物联网为什么到现在才开始爆发

• 过去70%的传感器及设备无法连接！

• 2G/3G/4G、WIFI只解决了视频、图像、语音的等方面应用。

• 2G/3G/4G/功耗大、成本高、覆盖并不完善。

• WIFI、ZIGBEE、蓝牙距离短，很多应用场景无法满足；

• 那些需要电池供电，广域覆盖、又需要长时间低功耗待机的设备无法适应。

4.2、LoRa技术优势

• 164dB链路预算 、距离>15km

• 快速、灵活的基础设施易组网且投资成本较少

• LoRa节点模块仅用于通讯电池寿命长达10年

• 免牌照的频段 网关/路由器建设和运营 、节点/终端成本低

4.3、LoRa扩频技术

• 用户数据的原始信号与扩展编码位流进行XOR（异或）运算。

• 生成发送信号流，这样的调制带来的影响是传输信号的带宽有显著添加（扩展了频谱）。

• 从各种类型的噪声和多径失真中获得免疫性；得到信噪比的增益。

• 使用扩频通信抗干扰性更强，通信距离更远。

五、感知层

5.1、数据采集

• 为了保证温度准确性和可靠性，每台电机安装三只温度传感器。

• 温度测量范围为-55℃~+125℃，测量精度为±0.5℃。

• 数字温度传感器，体积小，成本低，抗干扰能力强。

5.2、数据发送

• 采用LoRa扩频通信技术，与网关进行交互，定时发送温度数据。

5.3、能量管理

• 采用AC220V转DC5V内置电源模块

• 工作模式共计三种：

  • 射频发送数据

  • 温度采集

  • 低功耗模式

  • 平时处于低功耗模式

5.4、掉电检测

• 内置市电检测电路，当市电断电后，采用超级电容供电，并发送一次温度数据（温度+电源状态）。

六、产品设计

6.1、甘特图计划表