CN104483921B - 一种基于arm的通风机设备检测远程监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ARM的通风机设备检测远程监控系统及远程监控方法，由无线传感器网络负责数据的采集与传输，阀门控制模块控制入口管道的排风量以控制通风机的工作状态，通过基于ARM的监控平台负责数据的显示与处理以及远程控制；当监控平台发现数据异常时可无线远程控制电动阀门自动控制管道输出排风量，并可进一步启动自洁装置进行清理，实现通风机工作状态的智能远程监管，同时驱动报警电路、与移动手持设备建立无线连接，使得移动手持设备的持有者能实时掌握通风机工作状态，并可通过手动阀门手动调节，电动和手动阀门的双控互补模式利于及时处理故障，整体而言提高效率的同时，提升了易用性和兼容性，保证了系统的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及通风机运行状态的实时监测控制，属于设备检测监控领域。
背景技术
在环境净化监测系统中，通风机对引入新鲜空气，排除有害气体和粉尘等起到相当重要的作用，但是长时间、不间断地使用会使通风机出现堵塞等故障，不及时的进行风机清洁，将会影响排出气体的效率，影响工作进度。
而现有的通风机监测控制方式多采用智能仪表测量数据，需要人工进行定期巡查，这使得实时性变差，且监测点分散，浪费人力，物力和财力。采用数据采集卡或PLC获得监测数据，再通过网络连接至上位机显示的方法设备成本高，布线麻烦，需要线路维护，系统的稳定性受到极大的影响，且监测的可靠性也降低了很多，一旦出现问题，不能实时地与控制系统实现人机交互，更不能第一时间确定故障发生后的运行策略。
发明内容
发明目的：为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于ARM的通风机设备检测远程监控系统，同时提供了一种用于该远程监控系统的 远程监控方法，以通过ARM远程自动控制阀门实时处理通风机故障问题，进行报警的同时，向手持终端发出信息通知，以便工作人员第一时间知悉并及时处理。
技术方案：
为达到上述目的，本发明提供的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统，包括前端的数据采集和控制模块，以及后端的ARM监控平台；
所述数据采集和控制模块，包括：
无线传感器网络，包括用于采集通风机工作状态的数据参数的传感器节点，以及用于若干传感器节点和ARM监控平台之间数据传输、以及传感器节点任务管理的汇聚节点；
阀门控制模块，包括手动阀门、根据ARM监控平台发送的信号自动控制排风量的电动阀门；
所述后端的ARM监控平台，包括ARM处理器、显示模块、存储模块、报警模块、通信模块和手持终端，所述通信模块包括无线模块、串口和以太网口，所述存储模块、报警模块和通信模块均与ARM处理器相连，所述显示模块通过串口与ARM处理器相连，所述手持终端通过无线模块与ARM处理器通信连接；
所述ARM处理器用于实现显示模块、存储模块、报警模块、通信模块、手持终端、无线传感器网络和阀门控制模块之间的数据交互和信息控制。
优选的，所述传感器节点，包括2.4G无线模块、数据采集单元、数据处理控制单元；
所述数据采集单元，包括AD转换器和通过自组织的方式构成的采集通风机数据参数的风量传感器、风压传感器、功率传感器和噪声传感器，用于采集通风机的风量、风压、功率和噪声数据；
所述数据处理控制单元包括微处理器和存储器，该微处理器用于将经AD转换的各传感器采集的数据参数进行融合压缩处理后，通过2.4G无线模块多跳路由传输给汇聚节点。
优选的，所述汇聚节点，由2.4G无线模块、微处理器、电源模块、以太网口和串口组成；所述汇聚节点的微处理器，用于通过2.4G无线模块接收若干传感器节点发送的数据，并通过汇聚节点的以太网口或串口传输给ARM监控平台，同时用于通过汇聚节点的以太网口或串口接收来自ARM监控平台发出的监测任务，并通过2.4G无线模块传输给所述若干传感器节点。
优选的，所述阀门控制模块还包括安装在通风机上的自洁装置，以及用于与ARM监控平台无线通信的无线模块；所述电动阀门和手动阀门安装于通风机的管道入口处；
所述电动阀门，用于当传感器采集的数据超过预设阈值时，在ARM监控平台通过无线模块远程发送的信号控制下，自动调节通风机管道的排风量并驱动所述自洁装置工作，以实时控制通风机的工作状态；所述手动阀门，供人工控制通风机管道的排风量。在这种方案设计下，可通过电动阀门的自动控制延长通风机工作时长，实时控制通风机的工作状态；当监控中心监控平台发出报警信号时，也可以提醒工作人员及时手动关闭阀门，使通风机停止工作或进行清理。自动和手动处理并存，提高了易用性和安全性。
优选的，所述基于ARM的监控平台中，
所述显示模块的界面为VB编程实现；
所述存储模块的存储媒介为用于数据存储的SD卡；
所述ARM处理器为ARMv7-M处理器，
用于通过以太网口或串口接收汇聚节点发送的经传感器节点采集的通风机工作状态的数据参数，并通过以太网口或串口发送监测任务给所述汇聚节点，以最终传输给所述若干传感器节点；
同时用于判断通过以太网口或串口接收到的传感器采集的数据是否超过预设阈值，用于当判断为真时控制报警模块报警，并通过无线模块发送控制信号给电动阀门使其自动控制排风量，同时通过无线模块将报警信息同步发送给手持终端；
所述手持终端，用于通过无线模块从ARM处理器读取信息展示给终端用户，同时用于通过无线模块向ARM处理器发送终端控制信息。
优选的，上述无线模块包括3G、WIFI、蓝牙、GPRS或红外通信中的一种或两种以上无线通信模块。
优选的，上述手持终端包括手持设备或移动设备。
本发明同时提供的一种用于上述的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统的方法，包括如下步骤：
步骤1）ARM监控平台将监测任务通过汇聚节点发送给传感器节点；
步骤2）通过放置于监测点的若干传感器节点，实时采集通风机的风量、风压、功率和噪声等数据参数；
步骤3）将步骤2）采集的数据参数经AD转换后，通过汇聚节点发送给ARM监控平台；
步骤4）通过ARM监控平台的处理器，实时判断接收到的传感器采集的数据是否超过预设阈值，如是，则进入步骤5），如否，则跳回步骤2）；
步骤5）ARM监控平台通过无线模块发送控制信号给阀门控制模块的电动阀门，使其自动调节通风机管道的排风量并驱动安装在通风机上的自洁装置工作；同时控制报警模块报警用以提醒可通过手动阀门手动调节通风机管道的排风量；并将报警信息同步发送给手持终端；跳回步骤2）；
远程监控系统工作状态时，步骤2）至步骤5）往复循环。
优选的，所述步骤5）中，电动阀门自动调节通风机管道的排风量的原则为关闭管道口径的1/2。
上述基于ARM的监控平台采用ARMv7-M处理器为核心，ARMv7-M处理器是基于ARMCortex-M3内核产品，具有丰富的外设资源，FLASH、SRAM存储器，丰富的串行通信接口，能耗低，广泛的应用于控制领域，实时监控处理。
上述系统和方法发明的工作原理为：通过无线传感器网络中的传感器节点采集通风机的风量、风压、功率、噪声数据，AD采样后经过其微处理器处理由2.4G无线模块发送，数据经过传感器节点间逐跳传输，多跳路由到至汇聚节点，汇聚节点通过互联网或GPRS与ARM监控平台建立连接，发送数据至ARM监控平台以及根据ARM监控平台控制命令向传感器节点发送监测任务；当监控中心发现数据异常时可以通过无线方式远程控制电动阀门自动控制管道输出排风量，并可进一步启动安装在通风机上的自洁装置初步清理，实现通风机工作状态的智能远程监管，同时驱动报警电路、与移动手持设备建立无线连接，使得移动手持设备的持有者如相关工作人员能实时掌握通风机工作状态，并可通过手动阀门手动调节通风机管道的排风量，电动和手动阀门的双控互补模式有利于及时处理故障。整体而言，提高效率的同时，提升了易用性和兼容性，保证了系统工作的稳定性和可靠性。
有益效果：本发明提供的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统及方法，由前端的无线传感器网络负责数据的采集与传输，阀门控制模块控制入口管道的流量（即排风量）以控制通风机的工作状态，通过基于ARM的监控平台负责数据的显示、处理以及远程控制。采用无线传感器网络无需布线，安装方便，网络拓扑性好，可适时的添加或减少传感器节点，可通过监测任务管理采用轮流的休眠机制节约能耗，可部署区域广，成本低，体积小，便于维护，安全可靠；其中ARM处理器尤其是采用基于ARM M3核的芯片ARMv7-M，实时处理能力强，能够远程控制阀门控制模块，通过调节电动阀门关闭大小自动控制管道输出排风量，智能地远程监管通风机工作状态；电动阀门和手动阀门的双控互补模式有利于及时处理故障，提高效率；丰富的外围设备，可驱动报警电路，并与移动手持设备建立无线连接，使得移动手持设备的持有者如相关工作人员能实时掌握通风机工作状态；可大容量存储数据，实现数据共享，方便拓展其他功能，可靠性强，体积小，有效解决了传统监控系统可靠性差的问题。整体而言，本系统发明和方法发明可有效减轻人工定期采集记录监测数据的工作量，及时有效地对通风机故障进行控制处理，减少人力、物力的投资，显著提高效率。
附图说明
图1是本发明中基于ARM的通风机设备检测远程监控系统的结构示意图；
图2是图1中无线传感器网络的结构示意图；
图3是图2中传感器节点的结构示意图；
图4是本发明中基于ARM的通风机设备检测远程监控方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，本实施例对本发明不构成限定。
系统实施例：如图1所示，本系统实施例提供的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统，由两个部分组成，即前端的数据采集和控制模块，以及后端的ARM监控平台；
所述前端的数据采集和控制模块，包括：
无线传感器网络如图2所示，包括用于采集通风机工作状态的数据参数的传感器节点，以及用于若干（即一个或一个以上）传感器节点和ARM监控平台之间数据传输、以及传感器节点任务管理的汇聚节点；
阀门控制模块，包括手动阀门、根据ARM监控平台发送的信号自动控制排风量的电动阀门；
所述后端的ARM监控平台，包括ARM处理器、显示模块、存储模块、报警模块、通信模块，手持终端以及用于给ARM监控平台供电的电源模块，所述通信模块包括无线模块、串口和以太网口，所述存储模块、报警模块和通信模块均与ARM处理器相连，所述显示模块通过串口与ARM处理器相连，所述手持终端通过无线模块与ARM处理器通信连接；
所述ARM处理器用于实现显示模块、存储模块、报警模块、通信模块、手持终端、无线传感器网络和阀门控制模块之间的数据交互和信息控制。
其中所述传感器节点，如图3所示，包括2.4G无线模块、数据采集单元、数据处理控制单元；所述数据采集单元，包括AD转换器和通过自组织的方式构成的采集通风机数据参数的风量传感器、风压传感器、功率传感器和噪声传感器，用于采集通风机的风量、风压、功率和噪声数据；所述数据处理控制单元包括微处理器和存储器，该微处理器用于将经AD转换的各传感器采集的数据参数进行融合压缩处理后，通过2.4G无线模块对外传输。所述若干传感器节点逐跳进行传输，多跳路由将数据发送至汇聚节点。
其中所述汇聚节点，如图2所示，由2.4G无线模块、微处理器、电源模块、以太网口和串口组成；所述汇聚节点的微处理器，用于通过2.4G无线模块接收若干传感器节点发送的数据，并通过汇聚节点的以太网口或串口传输给ARM监控平台，同时用于通过汇聚节点的以太网口或串口接收来自ARM监控平台发出的监测任务，并通过2.4G无线模块传输给所述若干传感器节点。汇聚节点与ARM监控平台间通过互联网或GPRS连接，实现了后端的ARM监控平台与前端无线传感器网络之间的数据交互。
如图2所示，上述无线传感器网络中的传感器节点和汇聚节点通过2.4G无线模块进行通信。传感器节点中的参数采集传感器将采集的数据进行AD转换后由其微处理器进行数据的处理和控制，可以选择对外发送或存储至存储器。汇聚节点中的微处理器将来自传感器节点的数据通过以太网口传送出去，也可以用串口与ARM平台相连。
其中所述阀门控制模块还包括安装在通风机上的自洁装置，以及用于与ARM监控平台无线通信的无线模块；所述电动阀门和手动阀门安装于通风机的管道入口处，用于调节气体、粉尘的排出速度；所述电动阀门，用于当传感器采集的数据超过预设阈值时，在ARM监控平台通过无线模块远程发送的信号控制下，自动调节通风机管道的排风量，通过减小排风量延长通风机工作时长，以便为工作人员争取足够的清洁通风机的时间，此时风量感应器检测到排量减小时将启动安装在通风机上的自洁装置进行初步的清洁功能，以实时控制通风机的工作状态；所述手动阀门，供人工控制通风机管道的排风量。
其中，所述基于ARM的监控平台中，所述显示模块通过VB编程实现的显示界面在LCD上显示；所述存储模块的存储媒介为SD卡，用于存储数据并供调用读取数据库；所述ARM处理器为ARMv7-M处理器，
用于通过以太网口或串口接收汇聚节点发送的经传感器节点采集的通风机工作状态的数据参数，并通过以太网口或串口发送监测任务给所述汇聚节点，以最终传输给所述若干传感器节点；
同时用于判断通过以太网口或串口接收到的传感器采集的数据是否超过预设阈值，所述预设的阈值可根据通风机设备的新旧，损耗程度，处理排量的能力来设定调整；
用于当上述判断为真时控制报警模块报警，发出音频或闪烁LED，提醒工作人员注意以便及时处理，并通过无线模块发送控制信号给电动阀门使其自动控制排风量，同时通过无线模块将报警信息同步发送给手持终端，以便工作人员可根据需要通过手动阀门干预处理。
所述手持终端，用于通过无线模块从ARM处理器读取信息展示给终端用户，同时用于通过无线模块向ARM处理器发送终端控制信息。
上述无线模块包括3G、WIFI、蓝牙、GPRS或红外通信中的一种或两种以上无线通信模块。
上述手持终端包括手持设备或移动设备。工作人员可以使用手持移动设备，如手机，平板等通过3G、GPRS等无线方式与ARM处理器建立连接，以实时地、便捷地监视通风机的工作状态，并且可以接收来自ARM处理器的命令信息。
方法实施例：如图4所示，本方法实施例提供的用于上述基于ARM的通风机设备检测远程监控系统的方法，即基于ARM的通风机设备检测远程监控方法，包括如下步骤：
步骤1）ARM监控平台将监测任务通过汇聚节点发送给传感器节点；
步骤2）通过放置于监测点的若干传感器节点，实时采集通风机的风量、风压、功率和噪声等数据参数；
步骤3）将步骤2）采集的数据参数经AD转换后，通过汇聚节点发送给ARM监控平台；
步骤4）通过ARM监控平台的处理器，实时判断接收到的传感器采集的数据是否超过预设阈值，如是，则进入步骤5），如否，则跳回步骤2）；
步骤5）ARM监控平台通过无线模块发送控制信号给阀门控制模块的电动阀门，使其自动调节通风机管道的排风量并驱动安装在通风机上的自洁装置工作；同时控制报警模块报警用以提醒可通过手动阀门手动调节通风机管道的排风量；并将报警信息同步发送给手持终端；跳回步骤2）；
远程监控系统工作状态时，步骤2）至步骤5）往复循环。
上述方法实施例中，步骤1）是随时可能根据ARM监控平台的控制命令触发的，该任务当然也可以来之手持终端向ARM监控平台发送的指令信息，一旦有新的监测任务，步骤2）至步骤5）会在新的监测任务的前提下往复循环，继续进行新一轮的远程监测与控制。
其中所述步骤5）中，电动阀门自动调节通风机管道的排风量的原则为关闭管道口径的1/2。即每次需要调节时，关闭自动阀门使其口径缩小为之前的一半，从而自动调节通风机管道的排风量。当然也可以根据需要设为其他调整原则，比如关闭自动阀门使其有效通风的截面面积缩小为之前的一半或者2/3，从而实现通风机管道排风量的自动调节。
本系统实施例和方法实施例系统采用无线传感器网络，无需布线，安装方便，节约能耗且便于维护，通过ARM远程智能控制阀门，实时处理通风机故障问题，报警并同时将报警信息同步无线发送给手持终端，有利于工作人员及时处理。
以上实施列对本发明不构成限定，相关工作人员在不偏离本发明技术思想的范围内，所进行的多样变化和修改，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于ARM的通风机设备检测远程监控系统，其特征在于，包括前端的数据采集和控制模块，以及后端的ARM监控平台；
所述数据采集和控制模块，包括：
无线传感器网络，包括用于采集通风机工作状态的数据参数的传感器节点，以及用于若干传感器节点和ARM监控平台之间数据传输、以及传感器节点任务管理的汇聚节点；
阀门控制模块，包括手动阀门、根据ARM监控平台发送的信号自动控制排风量的电动阀门；
所述后端的ARM监控平台，包括ARM处理器、显示模块、存储模块、报警模块、通信模块和手持终端，所述通信模块包括无线模块、串口和以太网口，所述存储模块、报警模块和通信模块均与ARM处理器相连，所述显示模块通过串口与ARM处理器相连，所述手持终端通过无线模块与ARM处理器通信连接；
所述ARM处理器用于实现其与显示模块、存储模块、报警模块、通信模块、手持终端、无线传感器网络和阀门控制模块之间的数据交互，以及其对显示模块、存储模块、报警模块、通信模块、手持终端、无线传感器网络和阀门控制模块的信息控制；
所述传感器节点，包括2.4G无线模块、数据采集单元、数据处理控制单元；所述数据采集单元，包括AD转换器和通过自组织的方式构成的采集通风机数据参数的风量传感器、风压传感器、功率传感器和噪声传感器，用于采集通风机的风量、风压、功率和噪声数据；
所述阀门控制模块还包括安装在通风机上的自洁装置，以及用于与ARM监控平台无线通信的无线模块；所述电动阀门安装于通风机的管道入口处；所述电动阀门，用于当传感器采集的数据超过预设阈值时，在ARM监控平台通过无线模块远程发送的信号控制下，自动调节通风机管道的排风量并驱动所述自洁装置工作，以实时控制通风机的工作状态。
2.根据权利要求1所述的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统，其特征在于：所述数据处理控制单元包括微处理器和存储器，该微处理器用于将经AD转换的各传感器采集的数据参数进行融合压缩处理后，通过2.4G无线模块多跳路由传输给汇聚节点。
3.根据权利要求1所述的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统，其特征在于：所述汇聚节点，由2.4G无线模块、微处理器、电源模块、以太网口和串口组成；所述汇聚节点的微处理器，用于通过2.4G无线模块接收若干传感器节点发送的数据，并通过汇聚节点的以太网口或串口传输给ARM监控平台，同时用于通过汇聚节点的以太网口或串口接收来自ARM监控平台发出的监测任务，并通过2.4G无线模块传输给所述若干传感器节点。
4.根据权利要求1所述的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统，其特征在于：所述手动阀门安装于通风机的管道入口处；所述手动阀门，供人工控制通风机管道的排风量。
5.根据权利要求1所述的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统，其特征在于：所述基于ARM的监控平台中，
所述显示模块的界面为VB编程实现；
所述存储模块的存储媒介为用于数据存储的SD卡；
所述ARM处理器为ARMv7-M处理器，
用于通过以太网口或串口接收汇聚节点发送的经传感器节点采集的通风机工作状态的数据参数，并通过以太网口或串口发送监测任务给所述汇聚节点，以最终传输给所述若干传感器节点；
同时用于判断通过以太网口或串口接收到的传感器采集的数据是否超过预设阈值，用于当判断为真时控制报警模块报警，并通过无线模块发送控制信号给电动阀门使其自动控制排风量，同时通过无线模块将报警信息同步发送给手持终端；
所述手持终端，用于通过无线模块从ARM处理器读取信息展示给终端用户，同时用于通过无线模块向ARM处理器发送终端控制信息。
6.根据权利要求5所述的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统，其特征在于：所述无线模块包括3G、WIFI、蓝牙、GPRS或红外通信中的一种或两种以上无线通信模块。
7.根据权利要求5所述的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统，其特征在于：所述手持终端包括手持设备或移动设备。
8.一种用于权利要求1至7任一权利要求所述的基于ARM的通风机设备检测远程监控系统的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1)ARM监控平台将监测任务通过汇聚节点发送给传感器节点；
步骤2)通过放置于监测点的若干传感器节点，实时采集通风机包括风量、风压、功率和噪声的数据参数；
步骤3)将步骤2)采集的数据参数经AD转换后，通过汇聚节点发送给ARM监控平台；
步骤4)通过ARM监控平台的处理器，实时判断接收到的传感器采集的数据是否超过预设阈值，如是，则进入步骤5)，如否，则跳回步骤2)；
步骤5)ARM监控平台通过无线模块发送控制信号给阀门控制模块的电动阀门，使其自动调节通风机管道的排风量并驱动安装在通风机上的自洁装置工作；同时控制报警模块报警用以提醒可通过手动阀门手动调节通风机管道的排风量；并将报警信息同步发送给手持终端；跳回步骤2)；
远程监控系统工作状态时，步骤2)至步骤5)往复循环。
9.根据权利要求8所述的用于基于ARM的通风机设备检测远程监控系统的方法，其特征在于：所述步骤5)中，电动阀门自动调节通风机管道的排风量的原则为关闭管道口径的1/2。
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