CN102707688A - 一种基于云的粮情监控系统和粮情监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于云的粮情监控系统，包括现场终端模块，用于获取粮库现场的各项监控信息和/或控制粮库的现场设备；测控模块，用于实现现场终端模块与云端模块的信息交互；云端模块，通过网络与测控模块和管理终端进行信息交互；管理终端,用于动态加载设置在云端模块的测控软件，并通过网络与云端模块进行信息交互。本发明通过使用基于云的粮情监控系统，使工作人员能够利用任意一个具有上网功能的管理终端动态加载设置在云端模块的测控软件，随时实现对粮情的实时监测、控制现场设备或更改运转参数，不再受到地域和时间限制，能够避免在各个管理终端均要进行多次软件升级的繁琐工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种粮情监控系统和粮情监控方法，尤其涉及一种基于云的粮情监控系统和粮情监控方法。
背景技术
目前，现有的粮情测控系统大多包括测量单元、控制执行单元、数据传输单元、管理终端单元。测量单元用于实现粮情的数据采集；数据传输单元用于实现粮情信号的传输，多采用有线传输或者无线传输方式进行；管理终端是人机界面单元，管理终端上必须预先安装操作软件，用于实现人机对话以及对粮情信号处理等功能。现有的粮情测控系统通过联网可以实现远程操作，实现对粮食温度、湿度等信息的远程监控，同时对粮库现场的风机、影像系统等进行远程控制。
公开号为CN202083937U的专利《一种太阳能无线智能化联网控制平台》公开了一种粮情测控方案，包括测控微机、远程微机、测控主机、多个并联的测控分机、温度传感器、标准扩充接口、数据总线、电源部分、查询及控制单元以及多个数据传输单元。该专利所述的测控主机在上游与测控微机及远程微机联接，在下游与测控分机联接；测控分机在下游与标准扩充接口联接；数据传输单元采用微功率无线中继式数据转发、误码重发的数据传输机制；电源部分包括电池和太阳能板，电池为数据传输单元供电，太阳能板为电池充电，可实现粮库信息的计算机信息化管理与自动控制。该专利由于必须在测控微机预先安装粮情测控软件，当软件升级维护时，必须由用户手动获取新版软件并安装；如用户不会安装，维护人员必须亲临现场，带来额外的费用开支和麻烦。同时，工作人员在操作时只能在本地管理终端上进行操作，一旦工作人员离开管理终端，就无法正常管理粮库。现有的一些远程协助工具，如腾讯QQ软件的远程协助等虽然可以实现对本地管理终端的远程操作，但是其远程操作仅限于桌面操作，无法实现数据共享。虽然可以开发一套网络软件，达到粮库远程测控的效果，但必须再次进行软件开发,并且必须本地计算机配合方可完成；而且必须预先安装网络软件，存在诸多不便之处。如果借助移动通信网络实现对本地管理终端的远程操作，也仅限于手机短信模式，其效果远不能与工作人员在本地终端上进行操作相比。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于云的粮情监控系统和粮情监控方法，能够在任意一个具有上网功能的管理终端随时实现对粮情的实时监测,控制现场设备或更改运转参数，同时能够避免在各个管理终端均要进行多次软件升级的繁琐工作。
本发明采用下述技术方案：
一种基于云的粮情监控系统，包括现场终端模块，用于获取粮库现场的各项监控信息和/或控制粮库的现场设备；测控模块，用于实现现场终端模块与云端模块的信息交互；云端模块，通过网络与测控模块和管理终端进行信息交互；管理终端,用于动态加载设置在云端模块的测控软件，并通过网络与云端模块进行信息交互。
所述的测控模块包括网络测控主机和测控分机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块和网络测控主机进行数据传输，网络测控主机直接利用网络与云端模块进行信息交互，所述的网络测控主机包括第三电源模块、第三中央处理单元、第三数据存储单元、第三通讯模块和网络接入模块，第三中央处理单元分别连接第三数据存储单元、第三通讯模块和网络接入模块，第三电源模块为第三中央处理单元、第三数据存储单元、第三通讯模块和网络接入模块供电；所述的测控分机包括第二电源模块、第二中央处理单元和第二通讯模块，第二中央处理单元连接第二通讯模块，第二电源模块为第二中央处理单元和第二通讯模块供电。
所述的测控模块包括本地计算机和测控分机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过本地计算机接入网络与云端模块进行信息交互，所述的测控分机包括第二电源模块、第二中央处理单元和第二通讯模块，第二中央处理单元连接第二通讯模块，第二电源模块为第二中央处理单元和第二通讯模块供电。
所述的测控模块还包括测控主机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过有线或无线的方式与测控主机进行数据传输，测控主机通过本地计算机接入网络与云端模块进行信息交互，所述的测控主机包括第一电源模块、第一中央处理单元、第一数据存储单元和第一通讯模块，第一中央处理单元分别连接第一数据存储单元和第一通讯模块，第一电源模块为第一中央处理单元、第一数据存储单元和第一通讯模块供电。
所述的测控分机中第二电源模块包括太阳能板和通过太阳能板进行充电的电池模块。
所述的现场终端模块包括粮情测量单元和/或现场设备控制模块，粮情测量单元包括温湿度传感器，粮情测量单元通过有线或无线的方式与测控分机进行数据传输，现场设备控制模块包括门窗控制模块和/或风机控制模块和/或摄像控制模块，现场设备控制模块通过有线或无线的方式与测控分机或测控主机或网络测控主机进行数据传输。
一种基于云的粮情监控方法，包含以下步骤
A: 通过现场终端模块获取粮库现场各项监控信息和/或实现粮库现场设备控制；
B: 测控模块实现现场终端模块与云端模块的信息交互；
C: 云端模块通过网络与测控模块和管理终端进行信息交互。
所述A步骤中的现场终端模块包括粮情测量单元和/或现场设备控制模块，粮情测量单元包括温湿度传感器，现场设备控制模块包括门窗控制模块和/或风机控制模块和/或摄像控制模块。
所述B步骤中的测控模块采用测控分机和本地计算机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过本地计算机接入网络与云端模块进行信息交互。
所述B步骤中的测控模块还包括测控主机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过有线或无线的方式与测控主机进行数据传输，测控主机通过本地计算机接入网络与云端模块进行信息交互。
所述B步骤中的测控模块包括测控分机和网络测控主机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过有线或无线的方式与网络测控主机进行数据传输，网络测控主机直接利用网络与云端模块进行信息交互。
所述粮情测量单元采用深＋浅休眠间歇工作模式，测控分机与粮情测量单元之间采用深＋浅唤醒机制；所述的测控分机采用浅休眠间歇工作模式，测控分机和测控主机或网络测控主机之间采用浅唤醒机制。
本发明通过使用基于云的粮情监控系统，使工作人员能够利用任意一个具有上网功能的管理终端动态加载设置在云端模块的测控软件，实现对粮情的实时监测,控制现场设备或更改运转参数，不再受到地域限制，能够避免在各个管理终端均要进行多次软件升级的繁琐工作，结构简单，易于实现；通过进一步使用间歇工作模式和唤醒机制，极大地提高了设备的工作时间，保证设备长时间稳定的工作。
附图说明
图1为本发明所述的基于云的粮情监控系统的原理框图；
图2为本发明所述现场终端模块的原理框图；
图3为测控模块采用测控分机和网络测控主机时本发明所述的基于云的粮情监控系统的原理框图；
图4为本发明所述网络测控主机的原理框图；
图5为测控模块采用测控分机和本地计算机时本发明所述的基于云的粮情监控系统的原理框图；
图6为测控模块采用测控分机、测控主机和本地计算机时本发明所述的基于云的粮情监控系统的原理框图；
图7为本发明所述测控主机的原理框图；
图8为本发明所述测控分机的原理框图；
图9为本发明所述的基于云的粮情监控方法的流程图；
图10为本发明所述的云服务器的原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的基于云的粮情监控系统包括现场终端模块、测控模块、云端模块和管理终端。所述的现场终端模块用于获取粮库现场的各项监控信息和/或控制粮库的现场设备；测控模块用于实现现场终端模块与云端模块的信息交互；云端模块通过网络与测控模块和管理终端进行信息交互；管理终端, 用于动态加载设置在云端模块的测控软件，并通过网络与云端模块进行信息交互。
所述的云端模块为云服务器，云服务器上安装有测控软件、Microsoft SQL Server数据库，并设置有Socket云端数据交换端口。云服务器是在云计算(cloud computing)概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。所述的云服务器将网络上可供利用的服务器或存储设备整合利用，在一组集群服务器上虚拟出多个类似独立服务器的部分，集群中每个服务器上都有云服务器的一个镜像，从而大大提高了虚拟服务器的安全稳定性，除非所有的集群内服务器全部出现问题，云服务器才会无法访问。因此，云服务器并不单指某一台服务器，而是集群内一个服务器或多个服务器的组合。测控软件可利用微软公司的Silverlight技术，实现跨平台跨终端的软件加载操作与云端数据共享。在进行云端模块设置时，首先使用Microsoft Visual Studio编写Silverlight应用程序，然后使用FTP工具将程序上传至云服务器，并在云服务器上安装配置好Microsoft SQL Server数据库和Socked云端数据交换端口；用户使用管理终端接入互联网，通过域名访问云服务器，动态加载设置在云服务器上的测控软件，并通过测控软件直接与现场及局域网设备通讯或者通过Socket云数据交换端口连接任意位置的硬件设备；最后数据上传至云服务器的SQL Server数据库中的该用户数据存储区，或存储至现场测控模块内用。当测温软件版本更新时，只需使用FTP工具将新版Silverlight应用程序重新上传，用户端无需任何设置即可享用最新版本。
所述的管理终端包括任何具有上网功能的台式计算机、笔记本电脑、平板电脑、PDA、智能手机等。使用者可通过上述各种管理终端在任何位置接入互联网，通过域名访问云服务器，在动态加载测控软件后即可实现对本系统的各项应用。
如图2所示，现场终端模块包括一个或多个粮情测量单元和/或现场设备控制模块。粮情测量单元包括温湿度传感器，粮情测量单元与测控模块进行有线或无线形式的数据传输。现场设备控制模块包括门窗控制模块和/或风机控制模块和/或影像控制模块，用于对粮库现场的门窗、风机和摄像机设备进行控制，同时现场设备控制模块还接收门窗、风机和摄像机设备工作状态的反馈信号。现场控制模块通过继电器开关电路，直接控制门窗、风机和摄像机的电源，实现弱电控制强电的功能，控制器可采用宏晶单片机STC系列集成电路，此技术属于现有技术，在此不再赘述。
粮情测量单元和现场设备控制模块可通过电缆与测控模块进行有线方式的数据传输；粮情测量单元和现场设备控制模块也可通过Nordic公司生产的NRF905集成电路与测控模块进行无线方式的数据传输。
测控模块通过有线或无线方式与现场终端模块进行数据传输，测控模块与云端模块通过网络进行信息交互。本发明中可采用以下三种形式的测控模块来实现云概念接入功能。
方式1：如图3所示，测控模块采用测控分机和网络测控主机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过有线或无线的方式与网络测控主机进行数据传输，网络测控主机利用自带的网络接入模块接入网络与云端模块进行信息交互。如图4所示，所述的网络测控主机包括第三电源模块、第三中央处理单元、第三数据存储单元、第三通讯模块和网络接入模块，第三中央处理单元分别连接第三数据存储单元、第三通讯模块和网络接入模块，第三电源模块为第三中央处理单元、第三数据存储单元、第三通讯模块和网络接入模块供电。第三电源模块采用220V交流电，第三通讯模块采用Nordic公司生产的NRF905集成电路，网络接入模块采用H1102NL集成电路结合TP-LINK上网3G路由器，兼备有线Internet网络接入与无线3G移动通讯网络接入能力，网络测控主机可通过网线、GPRS、CDMA或者3G网络与云端模块进行信息交互。
方式2：如图5所示，测控模块包括测控分机和本地计算机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过RS485转RS232接口与本地计算机连接，利用本地计算机的网络与云端模块进行信息交互。
方式3：如图6所示，测控模块包括测控分机、测控主机和本地计算机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过有线或无线的方式与测控主机进行数据传输，测控主机再通过RS232接口与本地计算机连接，利用本地计算机的网络与云端模块进行信息交互。如图7所示，所述的测控主机包括第一电源模块、第一中央处理单元、第一数据存储单元和第一通讯模块，第一中央处理单元分别连接第一数据存储单元和第一通讯模块，第一电源模块为第一中央处理单元、第一数据存储单元和第一通讯模块供电。第一通讯模块采用Nordic公司生产的NRF905集成电路。
以上三种方式中所述的测控分机结构相同，如图8所示，均包括第二电源模块、第二中央处理单元和第二通讯模块，第二中央处理单元连接第二通讯模块，第二电源模块为第二中央处理单元和第二通讯模块供电。第二通讯模块采用Nordic公司生产的NRF905集成电路。第二电源模块包括太阳能板和可通过太阳能板进行充电的电池模块。太阳能板的功率最低为1/2瓦，电池最低采用3.7V，500mAh的锂电池，在本实施例中，无线测控分机使用的电池采用3.7V，1000mAh的锂电池，太阳能板的功率为1/2瓦。
在以上三种方式中，当需要采集多个粮仓的粮情信息时，可以在每个需要监控的粮库现场都设置测控分机，将测控主机、网络测控主机或本地计算机设置在机房，多个测控分机通过有线与测控主机、网络测控主机或本地计算机之间进行数据传输或通过无线与测控主机、网络测控主机进行数据传输，网络测控主机或本地计算机再通过网络与云端模块进行信息交互。当采用本地计算机时，工作人员在本地计算机上即可直接实现对本发明所述的粮情监控系统进行相关本地操作。由于测控主机和网络测控主机分别设置有第一数据存储单元和第三数据存储单元，可以存储现场测量终端测得的相关数据。
本发明中，测控主机、测控分机和粮情测量单元中的第一、第二和第四通讯模块采用CMS（通信管理控制系统）元件，通讯模块的正常待机电流消耗在40mA左右，1000mAh的电池能够维持通讯模块连续工作不过25个小时。为了使通讯模块能够达到3个月的工作时间，需要将电流消耗降低100倍。因此，将测控分机的第二通讯模块的连续工作模式转换为浅间歇工作模式，即将正常工作的时间分段，每隔3秒工作0.03秒，不工作的时间段就进入掉电模式从而达到降低能耗的效果。电能消耗计算工式为： 0.03s*40mA/3s＝0.4mA。由于测控分机的第二通讯模块采用浅间歇工作模式，就必须同时引入唤醒机制。本发明中，测控分机采用的是浅唤醒机制。由于测控分机内的第二通讯模块大部分时间不处于工作状态，测控主机或网络测控主机要向测控分机发送指令时，就要持续一定频率的发送与指令反馈查询，当测控分机接收到指令后必须在0.03秒的周期内回应测控主机或网络测控主机。为了给唤醒机制加速，当接收到指令后测控分机要维持正常工作模式5秒。因此浅唤醒机制的指令响应周期为x+(n-1)*0.03。x为首指令响应时间，n为指令重发次数。在本实施例中，首指令响应时间最长为3s。
测控分机采用浅休眠间歇工作模式，测控分机和无线测控主机或测控分机和网络测控主机之间采用浅唤醒机制，使测控分机在采用1000mAh的锂电池时，能够维持正常工作3个月左右，而采集周期最多只延长3秒的时间。测控分机采用的锂电池可通过太阳能板进行充电，使测控分机使用时间达到10年以上。
当粮情测量单元与测控分机采用无线方式传输数据时，由于粮情测量单元始终处于无光环境下工作，一旦安装必须保证工作时间能够达到3-5年。因此，粮情测量单元内的第四通讯模块采用间歇工作模式+深/浅唤醒机制，深休眠时段每隔4秒工作0.003秒，浅休眠时段每隔3秒工作0.03秒。电能消耗计算工式为 0.003s*40mA/4s＝0.03mA。
由于同个粮仓内的多个粮情测量单元被同一个测控分机控制，此测控分机一次唤醒指令可以同时将同个粮仓内的所有粮情测量单元一并唤醒，这样就可以引入更深一层的节能机制。粮情测量单元内的第四通讯模块在无指令时处在深休眠状态，当需要其工作时，由测控分机持续5秒的唤醒指令使其进入浅休眠状态，然后再按照浅休眠的指令机制完成采集及通讯过程，1分钟内无指令，粮情测量单元内的无线通讯模块再度进入深休眠模式。深/浅唤醒机制的指令响应周期为(5+x)+(n-1)*0.03)，(5+x)为首指令响应时间，n为指令重发次数。在本实施例中，首指令响应时间最长为8s。
粮情测量单元采用深＋浅休眠间歇工作模式，测控分机与粮情测量单元之间采用深＋浅唤醒机制，使粮情测量单元在使用4000mAH的高能电池时，能够维持正常待机时间130000小时，约14年，同时每个需要监控的粮库现场仅增加5秒的采集时间。由于粮情测量单元每采集一次信息的电能消耗相当于待机24小时的电能消耗，按粮情测量单元每天采集一次信息进行计算，可正常使用约7年，考虑到电池自身的能量损耗以及电池接入系统时未必饱和，最终保守数字正常使用3－5年。
如图9所示，本发明所述的一种基于云的粮情监控方法，其特征在于：包含以下步骤
A: 通过现场终端模块获取粮库现场各项监控信息和/或实现对粮库现场设备的控制；
B: 测控模块实现现场终端模块与云端模块的信息交互；
C: 云端模块通过网络与测控模块和管理终端进行信息交互。
所述A步骤中的现场终端模块包括上文所述的一个或多个粮情测量单元和/或现场设备控制模块，粮情测量单元包括温湿度传感器，现场设备控制模块包括门窗控制模块和/或风机控制模块和/或影像控制模块。所述B步骤中测控模块可采用上文所述三种形式的测控模块来实现云概念接入功能。同时，所述粮情测量单元采用深＋浅休眠间歇工作模式，测控分机与粮情测量单元之间采用深＋浅唤醒机制。所述的测控分机采用浅休眠间歇工作模式，测控分机和测控主机或测控分机与网络测控主机之间采用浅唤醒机制。
Claims (12)
1.一种基于云的粮情监控系统，其特征在于：包括现场终端模块，用于获取粮库现场的各项监控信息和/或控制粮库的现场设备；测控模块，用于实现现场终端模块与云端模块的信息交互；云端模块，通过网络与测控模块和管理终端进行信息交互；管理终端,用于动态加载设置在云端模块的测控软件，并通过网络与云端模块进行信息交互。
2.根据权利要求1所述的基于云的粮情监控系统，其特征在于：所述的测控模块包括网络测控主机和测控分机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块和网络测控主机进行数据传输，网络测控主机直接利用网络与云端模块进行信息交互，所述的网络测控主机包括第三电源模块、第三中央处理单元、第三数据存储单元、第三通讯模块和网络接入模块，第三中央处理单元分别连接第三数据存储单元、第三通讯模块和网络接入模块，第三电源模块为第三中央处理单元、第三数据存储单元、第三通讯模块和网络接入模块供电；所述的测控分机包括第二电源模块、第二中央处理单元和第二通讯模块，第二中央处理单元连接第二通讯模块，第二电源模块为第二中央处理单元和第二通讯模块供电。
3.根据权利要求1所述的基于云的粮情监控系统，其特征在于：所述的测控模块包括本地计算机和测控分机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过本地计算机接入网络与云端模块进行信息交互，所述的测控分机包括第二电源模块、第二中央处理单元和第二通讯模块，第二中央处理单元连接第二通讯模块，第二电源模块为第二中央处理单元和第二通讯模块供电。
4.根据权利要求3所述的基于云的粮情监控系统，其特征在于：所述的测控模块还包括测控主机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过有线或无线的方式与测控主机进行数据传输，测控主机通过本地计算机接入网络与云端模块进行信息交互，所述的测控主机包括第一电源模块、第一中央处理单元、第一数据存储单元和第一通讯模块，第一中央处理单元分别连接第一数据存储单元和第一通讯模块，第一电源模块为第一中央处理单元、第一数据存储单元和第一通讯模块供电。
5.根据权利要求2、3或4所述的基于云的粮情监控系统，其特征在于：所述的测控分机中第二电源模块包括太阳能板和通过太阳能板进行充电的电池模块。
6.根据权利要求5所述的基于云的粮情监控系统，其特征在于：所述的现场终端模块包括粮情测量单元和/或现场设备控制模块，粮情测量单元包括温湿度传感器，粮情测量单元通过有线或无线的方式与测控分机进行数据传输，现场设备控制模块包括门窗控制模块和/或风机控制模块和/或摄像控制模块，现场设备控制模块通过有线或无线的方式与测控分机或测控主机或网络测控主机进行数据传输。
7.一种基于云的粮情监控方法，其特征在于：包含以下步骤
A: 通过现场终端模块获取粮库现场各项监控信息和/或实现粮库现场设备控制；
B: 测控模块实现现场终端模块与云端模块的信息交互；
C: 云端模块通过网络与测控模块和管理终端进行信息交互。
8.根据权利要求7所述的一种基于云的粮情监控方法，其特征在于：所述A步骤中的现场终端模块包括粮情测量单元和/或现场设备控制模块，粮情测量单元包括温湿度传感器，现场设备控制模块包括门窗控制模块和/或风机控制模块和/或摄像控制模块。
9.根据权利要求7所述的一种基于云的粮情监控方法，其特征在于：所述B步骤中的测控模块采用测控分机和本地计算机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过本地计算机接入网络与云端模块进行信息交互。
10.根据权利要求9所述的一种基于云的粮情监控方法，其特征在于：所述B步骤中的测控模块还包括测控主机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过有线或无线的方式与测控主机进行数据传输，测控主机通过本地计算机接入网络与云端模块进行信息交互。
11.根据权利要求7所述的一种基于云的粮情监控方法，其特征在于：所述B步骤中的测控模块包括测控分机和网络测控主机，测控分机通过有线或无线的方式与现场终端模块进行数据传输，测控分机通过有线或无线的方式与网络测控主机进行数据传输，网络测控主机直接利用网络与云端模块进行信息交互。
12.根据权利要求9、10或11所述的一种基于云的粮情监控方法，其特征在于：所述粮情测量单元采用深＋浅休眠间歇工作模式，测控分机与粮情测量单元之间采用深＋浅唤醒机制；所述的测控分机采用浅休眠间歇工作模式，测控分机和测控主机或网络测控主机之间采用浅唤醒机制。
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