CN104539628B - 基于ZigBee的设备监控系统及其监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ZigBee的设备监控系统，包括MCU控制单元，MCU控制单元设置于设备上；传感器，GPS模块，ZigBee模块、设备维护中心服务器；ZigBee模块包括至少一ZigBee子节点、至少三个ZigBee协调器；传感器、GPS模块、ZigBee子节点设置于设备上；传感器、GPS模块、ZigBee子节点连接于MCU控制单元；ZigBee协调器安装于设备外部环境的预定地点。本发明还公开了一种基于ZigBee的设备监控系统的监控方法。本发明能够保证设备在运输过程中的安全；保障设备使用的安全；实现设备实时监控报警的功能，提高了设备维护效率，节约设备维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及设备监控领域，特别是涉及一种基于ZigBee的设备监控系统及其监控方法。
背景技术
在现有的工业设备运输和使用过程中，设备在初次安装完成之后，往往就由设备的使用方单方面地对其进行监管和使用。在设备投入生产后，使用状态下的设备无法与设备制造维护方形成进一步信息远程交互，设备制造维护方也无法对设备进行在线的实时监控以及专业的维护。这样的结果往往是只有在设备发生了故障，导致生产停顿后，才由设备使用方通知设备制造维护方进行设备的维护，这对设备使用方造成了较大的损失。同时，对于某些特殊的设备，其初次安装完成之后，往往不允许使用方擅自对设备进行移动。因此，在这里对于设备的安装位置的实时定位也是设备监控中的一个重要环节。在这样的背景下，需要一种设备的监控方法，在设备的使用过程中，设备的制造维护方能够对设备的位置以及运行的重要参数进行实时的监控预警，防止设备使用方擅自移动设备，并能够对设备进行远程的诊断维护。
发明内容
本发明的目的是：提供一种基于ZigBee的设备监控系统，它能够实时对设备进行运输定位，室内安装位置定位，以及对设备运行状态、运行参数进行远程监控，实现了对于设备的远程诊断维护，方便设备的在线维护，防止设备出现由于故障紧急停机的状况，保障了设备的安全。
本发明的另一个目的是：提供一种基于ZigBee的设备监控系统的监控方法。
本发明的基于ZigBee的设备监控系统的技术方案是：一种基于ZigBee的设备监控系统，它包括
一MCU控制单元，所述MCU控制单元设置于设备上，用于控制设备的运行状态，以及用于处理数据信息；
至少一传感器，所述传感器设置于设备上；所述传感器连接于所述MCU控制单元；所述传感器用于采集及传递设备在生产过程中的运行参数信息；
一GPS模块；所述GPS模块设置于设备上；所述GPS模块连接于所述MCU控制单元；所述GPS模块用于采集及传递设备运输过程中的实时位置信息；
至少一ZigBee模块、一设备维护中心服务器；所述ZigBee模块包括至少一ZigBee子节点、至少三个ZigBee协调器；
所述ZigBee子节点设置于设备上；所述ZigBee子节点连接于所述MCU控制单元，所述ZigBee子节点用于将所述MCU控制单元处理后的数据信息传递至所述ZigBee协调器；
所述ZigBee协调器安装于设备外部环境的预定地点，所述ZigBee协调器用于接收所述ZigBee子节点传递的数据信息,并将所述ZigBee子节点传递的数据信息传递至所述设备维护中心服务器；
所述设备维护中心服务器用于监控设备运输及运行状态，以及用于向所述MCU控制单元发送控制指令。
下面对上述技术方案进行进一步解释。
所述ZigBee协调器设置有3~6个，每一所述ZigBee协调器用于获取设备上所述ZigBee子节点的RSSI数值，以及用于将获取的RSSI数值传递至所述设备维护中心服务器。
所述设备维护中心服务器
用于接收每一ZigBee协调器发送至的RSSI数值；以及
用于测定设备的位置信息；以及
用于判定设备生产时的初始位置信息与测定的位置信息是否一致。
它还设置有一GPRS模块，所述ZigBee协调器通过所述GPRS模块向所述设备维护中心服务器传递数据信息。
本发明的基于ZigBee的设备监控系统的监控方法的技术方案是：一种基于ZigBee的设备监控系统的监控方法，它包括以下步骤，
S1：设备运输时，将设备装车；
S2： GPS模块每隔设定的时间间隔采集一次设备的实时位置信息，以及通过ZigBee模块向设备维护中心服务器传递实时位置信息；
S3：所述设备维护中心服务器通过所述GPS模块所采集的实时位置信息判断位置是否发生偏差，若发生偏差，则进入步骤S4；若一致，则进入步骤S5；
S4：进入警报阶段或人工处理阶段；
S5：判断是否到达预定地点，若到达预定地点，则卸货，停止运输监控；若未到达预定地点，则返回步骤S2；
S6：设备进入使用状态时，安装设备；
S7：确定设备的初始位置，并将初始位置储存至所述设备维护中心服务器；
S8：传感器每隔设定时间间隔采集及传递一次设备在生产过程中的运行参数信息；
S9：每一所述ZigBee协调器每隔设定时间间隔获取一次设备上所述ZigBee子节点的RSSI数值，并将所述ZigBee协调器获取的RSSI数值及所述传感器采集的参数信息传递至所述设备维护中心服务器；
S10：所述设备维护中心服务器对RSSI数值及运行参数信息进行处理。
下面对上述技术方案进行进一步解释。
步骤S10中所述设备维护中心服务器对RSSI数值进行处理包括以下步骤，
S1011：判断设备是否在初始位置，若在初始位置，则返回步骤S8，若不在初始位置，则进入步骤S1012；
S1012：所述设备维护中心服务器向使用方发送报警信息，并通过MCU控制单元控制设备运行状态；
S1013：检查设备，排除故障，返回步骤S1011。
步骤S10中所述设备维护中心服务器对运行参数信息进行处理包括以下步骤，
S1021：判断设备运行参数是否异常，若无异常，则返回步骤S8，若有异常，则进入步骤S1022；
S1022：警告设备使用方，通过采集的数据进行远程诊断；
S1023：诊断是否可通过远程维护解决异常，若可，则进入步骤S1024，若不可，则进入步骤S1025；
S1024：重新配置设备运行参数进行，进行设备维护，返回步骤S1021；
S1025：警告设备使用方紧急停机，迅速制定初步故障解决方案；
S1026：设备检查维修，排除故障，返回步骤S1021。
本发明的优点是：本发明的基于ZigBee的设备监控系统及其监控方法，它对设备的位置信息进行监控，能够保证设备在运输过程中的安全；在车间中的位置监控能够对设备使用者在设备安装后的设备位置更改进行监控，以此防止使用者擅自移动设备，保障了设备的安全；能够实现设备运行状态的实时监控报警的功能，通过无线采集的方式，节约布线成本，使数据的采集更加灵活方便；通过ZigBee通信可以实现远程配置设备参数来进行远程维护或者根据采集到的信息进行初步设备维护方案的制定，提高了设备维护效率，同时节约设备维护成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明实施例的模块示意图。
图2是本发明实施例的运输过程中系统分布关系示意图。
图3是本发明实施例的生产过程中系统分布关系示意图。
图4是本发明实施例的三点定位原理示意图。
图5是本发明实施例的运输过程中系统监控步骤流程图。
图6是本发明实施例的生产过程中系统监控步骤流程图。
其中：1 MCU控制单元；2 传感器；3 GPS模块；4 设备维护中心服务器；5 ZigBee子节点；6 ZigBee协调器；7 GPRS模块。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种基于ZigBee的设备监控系统，它包括
设备的机械部件，设备的机械部件为设备完成生产任务的机械机构；以及如下监控系统部分。
一MCU控制单元1，MCU控制单元1设置于设备上。MCU控制单元1用于控制设备的运行状态，以及用于处理数据信息。控制单元MCU能够控制设备的各项运行参数，控制设备的运行，并且收集来自各传感器2的数据，收集GPS数据，进行数据处理等工作；并且能够实现与ZigBee子节点5之间的数据通信。
至少一传感器2，传感器2设置于设备上；传感器2连接于MCU控制单元1。传感器2用于采集及传递设备在各种生产过程中的运行参数信息。设备中的传感器2采集的设备生产过程中的重要生产参数信息，为设备维护中心进行设备的监控以及诊断提供数据基础。
一GPS模块3，GPS模块3设置于设备上；GPS模块3连接于MCU控制单元1。GPS模块3用于采集及传递设备运输过程中等室外的实时位置信息，以此完成设备在运输过程以及在室外情况下的实时位置监控。
至少一ZigBee模块、一设备维护中心服务器4。 ZigBee模块包括至少一ZigBee子节点5、至少三个ZigBee协调器6。
其中，ZigBee子节点5设置于设备上；ZigBee子节点5连接于MCU控制单元1。ZigBee子节点5用于设备与ZigBee协调器6之间的无线通信，用于将MCU控制单元1处理后的数据信息传递至ZigBee协调器6。ZigBee子节点5能够将MCU所收集的数据进行上传。同时，ZigBee子节点5能够与多个协调器之间进行通信，亦可实现设备的定位。ZigBee协调器6安装于设备外部环境的预定地点，比如，ZigBee协调器6安装在运输设备的货车车厢中以及分布在生产车间的四周。ZigBee协调器6用于与设备的ZigBee子节点5之间进行数据通信，用于将ZigBee子节点5传递至的数据信息传递至设备维护中心服务器4。
一GPRS模块7，GPRS模块7则用于ZigBee协调器6与设备维护中心服务器4之间的远程数据通信；ZigBee协调器6通过GPRS模块7向设备维护中心服务器4传递数据信息。
设备维护中心服务器4用于监控设备运输及运行状态，设备维护中心服务器4对ZigBee模块收集的各设备的实时数据进行处理分析，监控设备运行状态，对设备非正常状态进行预警判断，并对设备进行远程维护以及诊断；以及设备维护中心服务器4用于向所述MCU控制单元1发送控制指令。
如图2所示，在设备运输过程中：首先需在物流运输车辆的车厢中安装ZigBee协调器6以及GPRS通信设备。
GPS模块3每隔一定的时间（设定的时间间隔）读取一次GPS位置信息，并通过各自的ZigBee子节点5往车厢中的ZigBee协调器6发送采集到的GPS数据，之后通过车厢中的GPRS模块7实现数据的上传，做到设备在运输过程中的实时位置监控。
GPRS模块7用于接收车辆车厢中的ZigBee协调器6采集到的数据，并通过GPRS网络上传到设备维护中心服务器4。
ZigBee协调器6通过GPRS模块7将数据发送至设备维护中心服务器4并将数据进行存储分析，若发现GPS数据存在异常，如车辆出现在预订路线之外的区域，则进行人为的检查干预。
如图3所示，在设备生产过程中：设备在安装完成之后，为了防止设备使用方擅自移动设备造成不必要的损失，需要对设备进行实时的定位。首先将ZigBee协调器6安装在车间的四周，通过至少三个协调器与设备的ZigBee子节点5进行数据通信，获取其通信的信号强度(RSSI：Received Signal Strength Indicator)数值，通过以太网上传至设备维护中心服务器4。
如图4所示，ZigBee协调器6设置有3~6个，本实施例设置为3个。本实施例采用三点定位原理进行设备的定位，通过布设在生产车间四周的任意三个ZigBee协调器6即可进行设备的定位。
在设备完成安装之后，即确定并记录了该设备初始安装所在的位置。在之后的生产过程中，每一ZigBee协调器6用于获取设备上ZigBee子节点5的RSSI数值，以及用于将获取的RSSI数值传递至所述设备维护中心服务器4。
具体的：每隔一定的时间，设备的ZigBee子节点5与周围的ZigBee协调器6需要进行通信以传递数据，ZigBee协调器6在进行数据接收的同时，记录下通信的接收信号强度（RSSI：Received Signal Strength Indicator），根据RSSI数值与距离的关系公式，可以得到ZigBee子节点5与ZigBee协调器6之间的距离，也就是能够得到设备与ZigBee协调器6之间的距离。利用距离设备最近的三个ZigBee协调器6，获取间隔距离，通过三点定位法，即可得到该设备位置。将得到的设备位置信息与初始安装位置进行对比，若对比结果发现发生了较大的位移偏差，则人为设备发生了人为的移动，设备维护中心向设备使用方发送相关报警信息，并采取相应的措施保证设备的安全。
其中，设备维护中心服务器4用于接收每一ZigBee协调器6发送至的RSSI数值；以及设备维护中心服务器4通过三点定位算法确定设备的平面位置，用于测定设备的位置信息；以及与初始安装位置进行对比，查看使用方是否擅自移动了设备位置用于判定设备，判断生产时的初始位置信息与测定的位置信息是否一致。设备维护中心服务器4通过GPRS网络以及以太网收集设备的位置、生产信息，并进行计算处理，对设备的运行状况进行评估诊断，进行设备的远程监控以及维护。
设备在生产过程中，每隔一定的时间，通过各传感器2采集设备的生产信息以及设备的运行参数，并将数据通过ZigBee子节点5模块上传到设备维护中心服务器4，设备维护中心服务器4对数据进行处理分析，若发现生产信息或者设备的运行参数出现异常，则可通知设备使用方，告知设备异常。若需紧急停机，设备维护中心服务器4可以通过ZigBee协调器6向设备的ZigBee子节点5发送停机指令，使MCU控制单元1控制设备进行紧急停机。根据设备上传的设备运行参数，设备维护中心能够了解设备的运行状态，当发现设备运行参数存在异常，若能够通过远程维护的方式解决，则设备维护中心服务器4可通过ZigBee协调器6将数据写入设备的ZigBee子节点5模块，对MCU控制单元1中的设备运行参数进行重新配置，对设备进行维护。若通过诊断，无法通过远程维护解决，则可根据上传的设备参数信息，迅速制定初步故障解决方案，提高维护效率。
实施例2，如图5、图6所示，一种基于ZigBee的设备监控系统的监控方法，它包括以下步骤。
S1：设备运输时，将设备装车。
S2：GPS模块3每隔设定的时间间隔采集一次设备的实时位置信息，以及通过ZigBee模块向设备维护中心服务器4传递实时位置信息。
具体的：货车车厢中安装有ZigBee协调器6以及GPRS模块7，ZigBee协调器6在运输过程中与设备上的ZigBee子节点5进行通讯，GPS模块3获取相关位置信息并将位置信息通过ZigBee模块传递至设备维护中心服务器4。GPRS模块7则负责将ZigBee协调器6采集到的数据通过GPRS网络进行上传。在运输过程中，设备中的GPS模块3每隔一定的时间t（假定取3分钟）读取GPS位置信息，并通过各自的ZigBee子节点5向ZigBee协调器6发送GPS位置信息。
S3：所述设备维护中心服务器4通过所述GPS模块3所采集的实时位置信息判断位置是否发生偏差，若发生偏差，则进入步骤S4；若一致，则进入步骤S5。
具体的：设备维护中心服务器4存储该数据以供历史追溯，设备维护中心服务器4将数据进行存储分析，同时判断位置信息是否发送异常。
S4：进入警报阶段或人工处理阶段。
具体的：若发现设备位置即GPS数据存在异常（如车辆出现在预订路线之外的区域），则进行报警以及人为干预检查。
S5：判断是否到达预定地点，若到达预定地点，则卸货，停止运输监控；若未到达预定地点，则返回步骤S2。
具体的：若设备到达了目的地，则卸货，停止运输监控。反之，则间隔时间t进行重复上述过程。
S6：设备进入使用状态时，安装设备。
S7：确定设备的初始位置，并将初始位置储存至所述设备维护中心服务器4。
S8：传感器2每隔设定时间间隔采集及传递一次设备在生产过程中的运行参数信息。
具体的：设备在生产过程中，每隔一定的时间t（假定取3分钟），设备上的传感器2采集设备运行参数，通过ZigBee子节点5发往设备周围的各个ZigBee协调器6。
S9：每一所述ZigBee协调器6每隔设定时间间隔获取一次设备上所述ZigBee子节点5的RSSI数值，并将所述ZigBee协调器6获取的RSSI数值及传感器2采集的参数信息传递至所述设备维护中心服务器4。
具体的：ZigBee协调器6安装于车间的四周（如图4所示），设备上的ZigBee子节点5与车间中的ZigBee协调器6进行通信，多个ZigBee协调器6接收该数据，ZigBee协调器6获取了传感器2采集的参数数据以及该次数据发送的信号强度值（RSSI数值）之后，并记录下通信的RSSI数值，通过以太网将获取的RSSI数值及传感器2采集的参数信息传递至所述设备维护中心服务器4。
S10：所述设备维护中心服务器4对RSSI数值及运行参数信息进行处理。
步骤S10中所述设备维护中心服务器4对RSSI数值进行处理包括以下步骤。
S1011：判断设备是否在初始位置，若在初始位置，则返回步骤S8，若不在初始位置，则进入步骤S1012。
S1012：所述设备维护中心服务器4向使用方发送报警信息，并通过MCU控制单元1控制设备运行状态。
具体的：将设备维护中心服务器4利用三点定位法得到的设备位置信息与初始位置进行对比，若对比结果发现发生了较大的位移偏差，则人为设备发生了人为的移动，即通过MCU控制该设备，向设备维护中心服务器4发送相关报警信息。
S1013：检查设备，排除故障，返回步骤S1011。通知设备使用方采取相应的措施保证设备的安全。
步骤S10中所述设备维护中心服务器4对运行参数信息进行处理包括以下步骤。
S1021：判断设备运行参数是否异常，若无异常，则返回步骤S8，若有异常，则进入步骤S1022。
S1022：警告设备使用方，通过采集的数据进行远程诊断。
具体的：设备维护中心服务器4对数据进行处理分析，若发现生产信息或者设备的运行参数出现异常，则可通知设备使用方，告知设备异常。
S1023：诊断是否可通过远程维护解决异常，若可，则进入步骤S1024，若不可，则进入步骤S1025。
S1024：重新配置设备运行参数进行，进行设备维护，返回步骤S1021。
具体的：当发现设备运行参数存在异常，若能够通过远程维护的方式解决，则设备维护中心服务器4可通过ZigBee协调器6将数据写入设备的ZigBee子节点5，对MCU控制单元1中的设备运行参数进行重新配置，对设备进行维护。
S1025：警告设备使用方紧急停机，迅速制定初步故障解决方案。
具体的：若需紧急停机，设备维护中心服务器4可以通过ZigBee协调器6向设备的ZigBee子节点5发送停机指令，使MCU控制单元1控制设备进行紧急停机。根据设备上传的设备运行参数，设备维护中心能够了解设备的运行状态。
S1026：设备检查维修，排除故障，返回步骤S1021。
具体的：若通过诊断，无法通过远程维护解决，则可根据上传的设备参数信息，迅速制定初步故障解决方案。故障排除后，返回步骤S1021，重复上述过程。
应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (7)
1.一种基于ZigBee的设备监控系统，其特征在于：它包括
一MCU控制单元，所述MCU控制单元设置于设备上，用于控制设备的运行状态，以及用于处理数据信息；
至少一传感器，所述传感器设置于设备上；所述传感器连接于所述MCU控制单元；所述传感器用于采集及传递设备在生产过程中的运行参数信息；
一GPS模块；所述GPS模块设置于设备上；所述GPS模块连接于所述MCU控制单元；所述GPS模块用于采集及传递设备运输过程中的实时位置信息；
至少一ZigBee模块、一设备维护中心服务器；所述ZigBee模块包括至少一ZigBee子节点、至少三个ZigBee协调器；
所述ZigBee子节点设置于设备上；所述ZigBee子节点连接于所述MCU控制单元，所述ZigBee子节点用于将所述MCU控制单元处理后的数据信息传递至所述ZigBee协调器；
所述ZigBee协调器安装于设备外部环境的预定地点，所述ZigBee协调器用于接收所述ZigBee子节点传递的数据信息,并将所述ZigBee子节点传递的数据信息传递至所述设备维护中心服务器；
所述设备维护中心服务器用于监控设备运输及运行状态，以及用于向所述MCU控制单元发送控制指令。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的设备监控系统，其特征在于：所述ZigBee协调器设置有3~6个，每一所述ZigBee协调器用于获取设备上所述ZigBee子节点的RSSI数值，以及用于将获取的RSSI数值传递至所述设备维护中心服务器。
3.根据权利要求2所述的基于ZigBee的设备监控系统，其特征在于：所述设备维护中心服务器
用于接收每一ZigBee协调器发送至的RSSI数值；以及
用于测定设备的位置信息；以及
用于判定设备生产时的初始位置信息与测定的位置信息是否一致。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee的设备监控系统，其特征在于：它还设置有一GPRS模块，所述ZigBee协调器通过所述GPRS模块向所述设备维护中心服务器传递数据信息。
5.一种基于ZigBee的设备监控系统的监控方法，其特征在于：它包括以下步骤，
S1：设备运输时，将设备装车；
S2： GPS模块每隔设定的时间间隔采集一次设备的实时位置信息，以及通过ZigBee模块向设备维护中心服务器传递实时位置信息；
S3：所述设备维护中心服务器通过所述GPS模块所采集的实时位置信息判断位置是否发生偏差，若发生偏差，则进入步骤S4；若一致，则进入步骤S5；
S4：进入警报阶段或人工处理阶段；
S5：判断是否到达预定地点，若到达预定地点，则卸货，停止运输监控；若未到达预定地点，则返回步骤S2；
S6：设备进入使用状态时，安装设备；
S7：确定设备的初始位置，并将初始位置储存至所述设备维护中心服务器；
S8：传感器每隔设定时间间隔采集及传递一次设备在生产过程中的运行参数信息；
S9：每一ZigBee协调器每隔设定时间间隔获取一次设备上ZigBee子节点的RSSI数值，并将所述ZigBee协调器获取的RSSI数值及所述传感器采集的参数信息传递至所述设备维护中心服务器；
S10：所述设备维护中心服务器对RSSI数值及运行参数信息进行处理。
6.根据权利要求5所述的基于ZigBee的设备监控系统的监控方法，其特征在于：步骤S10中所述设备维护中心服务器对RSSI数值进行处理包括以下步骤，
S1011：判断设备是否在初始位置，若在初始位置，则返回步骤S8，若不在初始位置，则进入步骤S1012；
S1012：所述设备维护中心服务器向使用方发送报警信息，并通过MCU控制单元控制设备运行状态；
S1013：检查设备，排除故障，返回步骤S1011。
7.根据权利要求5所述的基于ZigBee的设备监控系统的监控方法，其特征在于：步骤S10中所述设备维护中心服务器对运行参数信息进行处理包括以下步骤，
S1021：判断设备运行参数是否异常，若无异常，则返回步骤S8，若有异常，则进入步骤S1022；
S1022：警告设备使用方，通过采集的数据进行远程诊断；
S1023：诊断是否可通过远程维护解决异常，若可，则进入步骤S1024，若不可，则进入步骤S1025；
S1024：重新配置设备运行参数进行，进行设备维护，返回步骤S1021；
S1025：警告设备使用方紧急停机，迅速制定初步故障解决方案；
S1026：设备检查维修，排除故障，返回步骤S1021。
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| 基于ZigBee技术的设备监控系统设计;孙彩云,等;《水电能源科学》;20101130;第28卷(第11期);全文 * |
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