CN108429819A - 基于物联网的人工智能烤烟系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于物联网的人工智能烤烟系统及其方法，该系统包括烤烟单元、服务器以及数据处理单元；烤烟单元，用于对烟叶进行烘烤，获取烘烤温度参数并通过消息报文的方式发送；服务器，用于接收消息报文，根据消息报文进行持久化、冗余处理、负载扩容、参数存储、固件和软件升级管理以及烘烤过程的实时监控；数据处理单元，用于协助服务器进行消息报文的处理。本发明通过带有烘烤控制器的烤烟单元、基于物联网的服务器以及数据处理单元，还设置移动终端，利用服务器对烤烟单元进行远程控制、监控、软件和固件的升级以及容错的处理，实现高可扩展性，远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
Description
技术领域
本发明涉及烟草烘烤系统，更具体地说是指基于物联网的人工智能烤烟系统及其方法。
背景技术
烟叶烘烤是烟叶生产的最后一个环节，是将成熟鲜烟叶中潜在物质转化形成优质卷烟原料的过程。烘烤决定了烟叶最终的品质好坏，在烟叶生产链条上占据核心地位，是价值提升的关键节点。
随着现代烟草农业建设深入发展，行业加大烟草基础设施建设投入，特别是密集烤房的建设与推广，使烟叶烘烤设施设备水平大幅提升，调制技术规范化、专业化程度进一步提高，操控性能有了一定改善，但是烘烤科技创新仍存在一些薄弱环节与发展不相适应的问题，人工凭经验的烘烤方式已经成为了烟叶生产的弱点和短板，已成为制约现代烟叶生产发展的技术瓶颈。目前多种形式智能化烘烤系统的技术，无法远程控制，只能凭借专业人士的经验来现场烘烤，未达到系统级别的安全性、高可扩展性、容错性以及实时性，未能处理实际使用情况中的随机错误，无法实现针对每一次烘烤工艺的专属定制烘烤。
因此，有必要设计一种新的烤烟系统，实现远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高可扩展性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供基于物联网的人工智能烤烟系统及其方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：基于物联网的人工智能烤烟系统，包括烤烟单元、服务器以及数据处理单元；
所述烤烟单元，用于对烟叶进行烘烤，获取烘烤温度参数并通过消息报文的方式发送；
所述服务器，用于接收消息报文，根据消息报文进行持久化、冗余处理、负载扩容、参数存储、固件和软件升级管理以及烘烤过程的实时监控；
所述数据处理单元，用于协助服务器进行消息报文的处理。
其进一步技术方案为：所述烤烟单元包括烘烤控制器、温湿度传感器、烤箱、通风排湿结构以及供热结构，所述温湿度传感器、通风排湿结构以及供热结构分别与所述烘烤控制器连接，所述温湿度传感器位于烤箱内，用于获取烤箱内的温度参数。
其进一步技术方案为：所述服务器包括物联网API网关、OTA管理云模块、服务器集群模块、消息队列集群模块、数据库集群模块以及监控集群模块；
所述物联网API网关，用于对服务器集群模块进行安全保护以及流量控制；
所述OTA管理云模块，用于采用OTA方式对烘烤控制器进行固件和软件升级管理；
所述服务器集群模块，用于设备管理逻辑、设备消息处理、设备数据以及烘烤数据管理，并根据烤箱的数量以及用户数量进行负载扩容；
所述消息队列集群模块，用于对消息队列中的消息进行持久化和冗余处理；
所述数据库集群模块，用于进行设备管理、设备固件、软件管理、在时序数据库内进行索引和存储设备心跳监测参数；
所述监控集群模块，用于对烤烟单元进行实时监控。
其进一步技术方案为：所述数据库集群模块包括关系数据库以及非关系型数据库。
其进一步技术方案为：所述系统还包括管理单元；
所述管理单元，用于实时查看烘烤情况和异常报警情况，对烤烟单元进行远程操作。
其进一步技术方案为：所述管理单元包括移动终端以及管理平台。
本发明还提供了基于物联网的人工智能烤烟系方法，所述方法包括以下具体步骤：
获取当前烘烤状态相关数据，并将所读取的数据通过消息报文的方式发送；
对消息报文进行消息持久化处理，并在时序数据库进行索引；
发送监控请求，向时序数据库查询实时设备监控数据；
实时分析消息数据流，检测设备健康状态，在异常状态发生时将报警情况推送至移动终端。
其进一步技术方案为：所述方法还包括：
烤烟单元获取设备所被分配的消息主题；
获取移动终端对指定设备的控制指令；
根据控制指令，获取服务器的对应指令请求；
服务器根据控制通信协议，将控制指令转换为对应的消息报文；
服务器将转换后的消息报文发送至指定的消息主题，并监听消息队列中执行结果；
烤烟单元收到控制指令后执行相应指令；
烤烟单元发送控制指令的执行结果至消息主题；
服务器监听收到消息主题接收的执行结果，并将结果返回给移动终端。
其进一步技术方案为：所述方法还包括：
烤烟单元每次启动时，对服务器发送设备状态；
服务器根据设备状态内的版本和数据库中最新版本号进行比对，判断两者是否一致；
若不一致，则返回更新代码；
烤烟单元收到更新代码后，利用移动终端提示用户进行软件固件升级；
在确认进行固件软件升级后，烤烟单元向服务器发起更新请求；
服务器调取数据库中所需更新的软件和固件二进制压缩包，并缓存至OTA管理云模块；
服务器向OTA管理云模块请求对指定设备更新缓存的软件和固件二进制压缩包；
OTA管理云模块向烤烟单元发送更新包以及更新指令；
烤烟单元收到完整更新包，并安装更新包，重启设备。
其进一步技术方案为：所述方法还包括：
烤烟单元出现停机或损坏时，对设备进行重启或更换新控制器；
烤烟单元启动后与服务器进行状态同步；
服务器检查数据库中当前炉次最新状态，检测当前炉次是否完成；
若检测到当前炉次未完成，则返回最后烘烤状态以及正在使用的烘烤曲线；
烤烟单元收到服务器返回数据后，根据返回的状态和烘烤曲线，还原重启或更换之前的烘烤状态，并自动继续烘烤。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的基于物联网的人工智能烤烟系统，通过带有烘烤控制器的烤烟单元、基于物联网的服务器以及数据处理单元，还设置移动终端，利用服务器对烤烟单元进行远程控制、监控、软件和固件的升级以及容错的处理，其中，服务器内设置的物联网API网关、OTA管理云模块、服务器集群模块、消息队列集群模块、数据库集群模块以及监控集群模块，大部分采用分布式集群方式，实现高可扩展性，远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明具体实施例提供的基于物联网的人工智能烤烟系统的结构框图；
图2为本发明具体实施例提供的基于物联网的人工智能烤烟系方法的流程图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1～2所示的具体实施例，本实施例提供的基于物联网的人工智能烤烟系统，可以运用在大量多批次的烟叶烘烤过程中，实现远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高可扩展性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
如图1所示，本实施例提供了基于物联网的人工智能烤烟系统，其特征在于，包括烤烟单元1、服务器2以及数据处理单元3。
烤烟单元1，用于对烟叶进行烘烤，获取烘烤温度参数并通过消息报文的方式发送。
服务器2，用于接收消息报文，根据消息报文进行持久化、冗余处理、负载扩容、参数存储、固件和软件升级管理以及烘烤过程的实时监控。
数据处理单元3，用于协助服务器2进行消息报文的处理。
对于上述的烤烟单元1包括烘烤控制器11、温湿度传感器12、烤箱13、通风排湿结构15以及供热结构14，温湿度传感器12、通风排湿结构15以及供热结构14分别与烘烤控制器11连接，温湿度传感器12位于烤箱13内，用于获取烤箱13内的温度参数。
上述的通风排湿结构15可以为风扇或者小型除湿机，供热结构14可以为加热管或者加热器等。
烘烤控制器11为本系统核心物联网终端，本系统采用烘烤控制器11可在烘烤时烤箱13内传感器数据读取并与云端进行数据上报，同时实现通过消息队列响应服务器2端指令。
更进一步地，上述的服务器2包括物联网API网关21、OTA管理云模块22、服务器集群模块26、消息队列集群模块23、数据库集群模块24以及监控集群模块25。
物联网API网关21，用于对服务器集群模块26进行安全保护以及流量控制。采用API网关设计模式，通过API网关对物联网云API服务器2进行安全保护，流量控制等。
OTA管理云模块22，用于采用OTA方式对烘烤控制器11进行固件和软件升级管理。
服务器集群模块26，用于设备管理逻辑、设备消息处理、设备数据以及烘烤数据管理，并根据烤箱13的数量以及用户数量进行负载扩容。
消息队列集群模块23，用于对消息队列中的消息进行持久化和冗余处理。
数据库集群模块24，用于进行设备管理、设备固件、软件管理、在时序数据库内进行索引和存储设备心跳监测参数。
监控集群模块25，用于对烤烟单元1进行实时监控。
对于上述的服务器集群模块26具体是分布式API服务器2集群，该集群负责设备管理逻辑，设备消息处理以及设备数据，烘烤数据管理等，该集群为分布式架构，单台服务器2、单个API示例均为可独立运行，集群可根据烤箱13的数量，用户数量，请求负载随时进行扩容。
对于上述的消息列队集群模块，以消息队列服务作为服务器2与烤烟单元1通信的核心组件，实现系统与终端设备之间的低耦合度关联。并增加系统对终端网络和逻辑的容错性。消息队列采用分布式部署方式，消息队列中的消息均被持久化和冗余处理，将消息丢失的风险最小化。
上述的数据库集群模块24包括关系数据库以及非关系型数据库。关系数据库与非关系型数据库构成服务器2内部的分布式数据库集群，使用关系型数据库进行设备管理、设备固件、软件管理；并通过非关系型数据库索引和存储烤烟单元1的心跳监测数据，实现可随时查询和实时监控的设备事件时序数据库。
对于上述的监控集群模块25，使用单独的分布式部署的监测服务集群对大量正在运行的烤烟单元1进行实时监控，基于消息队列的消息实时性，单独的监测服务则监听相应单台设备的心跳监测消息，通过分析每条独立消息内数据进行实时设备状态报警。
另外，上述的系统还包括管理单元4；管理单元4，用于实时查看烘烤情况和异常报警情况，对烤烟单元1进行远程操作。管理单元4包括移动终端41以及管理平台42。
针对移动端客户，使用基于移动系统消息推送服务的封装服务接口进行报警或系统通知消息推送，用户可在移动终端41或电脑上实时查看烘烤情况和异常报警情况，同时可通过移动终端41对烤烟单元1进行远程操作。
本系统基于物联网消息协议实现对烤烟单元1的远程监控，具体实现方式为：烘烤控制器11通过指定间隔时间读取当前烘烤状态相关数据，包括但不限于当前烘烤干湿球温度等，并将所读取的数据通过消息报文的方式发送至消息队列集群模块23；服务器2通过监听消息队列集群模块23听取各个设备发送的消息报文，在把消息持久化至时序数据库并索引；用户通过移动终端41或桌面浏览器发送监控请求向时序数据库查询实时设备监控数据；服务器2通过实时分析消息数据流，检测设备健康状态，在异常状态发生，例如超温，低温情况时将报警情况推送至用户移动设备。
本系统基于物联网消息队列服务实现对烤烟单元1的远程控制。具体实现方式为：烤烟单元1通过本地监听方式监听设备所被分配的指定消息主题；用户通过移动终端41的APP或浏览器发起对指定设备的控制指令；控制指令通过移动终端41APP或浏览器对服务器2发起对应指令请求；服务器2根据控制通信协议，将指令转换为对应的消息报文；服务器2将转换后的消息报文发送至指定设备的消息主题，同时开始监听消息队列中执行结果；烤烟单元1收到指令消息后执行相应指令；烤烟单元1发送相应指令执行结果至消息主题；服务器2监听收到执行结果，并将结果返回给移动终端41。
本系统基于OTA组件实现单个或多个控制箱固件和软件的远程更新，具体实现方式为：烘烤设备每次启动时，对服务器2进行设备状态报告，包括当前设备固件和软件版本号；服务器2根据所受到设备版本和数据库中最新版本号进行比对，如需设备更新，则返回更新代码；设备收到更新代码后，在设备端提示用户进行软件固件升级；在用户确认进行固件软件升级后，烤烟单元1向服务器2发起更新请求；服务器2调取数据库中所需更新的软件固件二进制压缩包，并缓存至OTA管理云模块22缓存；服务器2向OTA管理云模块22请求对指定设备更新缓存的软件固件二进制压缩包；OTA管理云模块22向设备发送更新包以及更新指令；烤烟单元1收到完整更新包并安装成功后，重启设备并回复原有流程。
在生产环境的使用中，烤烟单元1由于各种原因(例如，雷击)随时可出现停机、损坏的情况。本系统可实现在设备停机损坏后，重启、修复、或更换机器以后，并不影响当前炉次的烟叶烘烤状态，具体实现方式为：、设备出现停机、损坏；人工对设备进行重启，或更换新控制器；设备启动后与API服务器2进行状态同步；服务器2检查数据库中当前炉次最新状态，如检测到当前炉次未完成，则返回最后烘烤状态以及正在使用的烘烤曲线；烤烟单元1收到服务器2返回数据后，根据返回的状态和烘烤曲线还原重启或更换之前的烘烤状态，并自动继续烘烤。
上述的设备指代的是烤烟单元1。
上述的数据处理单元具体是基于大数据处理以及机器学习进行消息报文的处理。
上述的基于物联网的人工智能烤烟系统，通过带有烘烤控制器11的烤烟单元1、基于物联网的服务器2以及数据处理单元3，还设置移动终端41，利用服务器2对烤烟单元1进行远程控制、监控、软件和固件的升级以及容错的处理，其中，服务器2内设置的物联网API网关21、OTA管理云模块22、服务器集群模块26、消息队列集群模块23、数据库集群模块24以及监控集群模块25，大部分采用分布式集群方式，实现高可扩展性，远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
如图2所示，本发明还提供了基于物联网的人工智能烤烟系方法，该方法包括以下具体步骤：
S1、获取当前烘烤状态相关数据，并将所读取的数据通过消息报文的方式发送；
S2、对消息报文进行消息持久化处理，并在时序数据库进行索引；
S3、发送监控请求，向时序数据库查询实时设备监控数据；
S4、实时分析消息数据流，检测设备健康状态，在异常状态发生时将报警情况推送至移动终端41。
上述的S1步骤至S4步骤，实现了对烤烟单元1的烘烤监控。
另外，于其他实施例，上述的方法还包括：
S101、烤烟单元1获取设备所被分配的消息主题；
S102、获取移动终端41对指定设备的控制指令；
S103、根据控制指令，获取服务器2的对应指令请求；
S104、服务器2根据控制通信协议，将控制指令转换为对应的消息报文；
S105、服务器2将转换后的消息报文发送至指定的消息主题，并监听消息队列中执行结果；
S106、烤烟单元1收到控制指令后执行相应指令；
S107、烤烟单元1发送控制指令的执行结果至消息主题；
S108、服务器2监听收到消息主题接收的执行结果，并将结果返回给移动终端41。
上述的S101至S108步骤，基于物联网消息队列服务实现对烤烟单元1的远程控制。
更进一步地，上述的方法还包括：
S201、烤烟单元1每次启动时，对服务器2发送设备状态；
S202、服务器2根据设备状态内的版本和数据库中最新版本号进行比对，判断两者是否一致；
S203、若不一致，则返回更新代码；
S204、烤烟单元1收到更新代码后，利用移动终端41提示用户进行软件固件升级；
S205、在确认进行固件软件升级后，烤烟单元1向服务器2发起更新请求；
S206、服务器2调取数据库中所需更新的软件和固件二进制压缩包，并缓存至OTA管理云模块22；
S207、服务器2向OTA管理云模块22请求对指定设备更新缓存的软件和固件二进制压缩包；
S208、OTA管理云模块22向烤烟单元1发送更新包以及更新指令；
S209、烤烟单元1收到完整更新包，并安装更新包，重启设备。
上述的S201步骤至S209步骤，基于OTA组件实现单个或多个控制箱固件和软件的远程更新。
另外，对于上述的方法还包括：
S301、烤烟单元1出现停机或损坏时，对设备进行重启或更换新控制器；
S302、烤烟单元1启动后与服务器2进行状态同步；
S303、服务器2检查数据库中当前炉次最新状态，检测当前炉次是否完成；
S304、若检测到当前炉次未完成，则返回最后烘烤状态以及正在使用的烘烤曲线；
S305、烤烟单元1收到服务器2返回数据后，根据返回的状态和烘烤曲线，还原重启或更换之前的烘烤状态，并自动继续烘烤。
在生产环境的使用中，烤烟单元1由于各种原因(例如，雷击)随时可出现停机、损坏的情况。上述的S301步骤至S305步骤，可实现在设备停机损坏后，重启、修复、或更换机器以后，并不影响当前炉次的烟叶烘烤状态，从而及时提高容错性。
上述的基于物联网的人工智能烤烟方法，通过带有烘烤控制器11的烤烟单元1、基于物联网的服务器2以及数据处理单元3，还设置移动终端41，利用服务器2对烤烟单元1进行远程控制、监控、软件和固件的升级以及容错的处理，其中，服务器2内设置的物联网API网关21、OTA管理云模块22、服务器集群模块26、消息队列集群模块23、数据库集群模块24以及监控集群模块25，大部分采用分布式集群方式，实现高可扩展性，远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.基于物联网的人工智能烤烟系统，其特征在于，包括烤烟单元、服务器以及数据处理单元；
所述烤烟单元，用于对烟叶进行烘烤，获取烘烤温度参数并通过消息报文的方式发送；
所述服务器，用于接收消息报文，根据消息报文进行持久化、冗余处理、负载扩容、参数存储、固件和软件升级管理以及烘烤过程的实时监控；
所述数据处理单元，用于协助服务器进行消息报文的处理。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的人工智能烤烟系统，其特征在于，所述烤烟单元包括烘烤控制器、温湿度传感器、烤箱、通风排湿结构以及供热结构，所述温湿度传感器、通风排湿结构以及供热结构分别与所述烘烤控制器连接，所述温湿度传感器位于烤箱内，用于获取烤箱内的温度参数。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的人工智能烤烟系统，其特征在于，所述服务器包括物联网API网关、OTA管理云模块、服务器集群模块、消息队列集群模块、数据库集群模块以及监控集群模块；
所述物联网API网关，用于对服务器集群模块进行安全保护以及流量控制；
所述OTA管理云模块，用于采用OTA方式对烘烤控制器进行固件和软件升级管理；
所述服务器集群模块，用于设备管理逻辑、设备消息处理、设备数据以及烘烤数据管理，并根据烤箱的数量以及用户数量进行负载扩容；
所述消息队列集群模块，用于对消息队列中的消息进行持久化和冗余处理；
所述数据库集群模块，用于进行设备管理、设备固件、软件管理、在时序数据库内进行索引和存储设备心跳监测参数；
所述监控集群模块，用于对烤烟单元进行实时监控。
4.根据权利要求3所述的基于物联网的人工智能烤烟系统，其特征在于，所述数据库集群模块包括关系数据库以及非关系型数据库。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于物联网的人工智能烤烟系统，其特征在于，所述系统还包括管理单元；
所述管理单元，用于实时查看烘烤情况和异常报警情况，对烤烟单元进行远程操作。
6.根据权利要求5所述的基于物联网的人工智能烤烟系统，其特征在于，所述管理单元包括移动终端以及管理平台。
7.基于物联网的人工智能烤烟系方法，其特征在于，所述方法包括以下具体步骤：
获取当前烘烤状态相关数据，并将所读取的数据通过消息报文的方式发送；
对消息报文进行消息持久化处理，并在时序数据库进行索引；
发送监控请求，向时序数据库查询实时设备监控数据；
实时分析消息数据流，检测设备健康状态，在异常状态发生时将报警情况推送至移动终端。
8.根据权利要求7所述的基于物联网的人工智能烤烟方法，其特征在于，所述方法还包括：
烤烟单元获取设备所被分配的消息主题；
获取移动终端对指定设备的控制指令；
根据控制指令，获取服务器的对应指令请求；
服务器根据控制通信协议，将控制指令转换为对应的消息报文；
服务器将转换后的消息报文发送至指定的消息主题，并监听消息队列中执行结果；
烤烟单元收到控制指令后执行相应指令；
烤烟单元发送控制指令的执行结果至消息主题；
服务器监听收到消息主题接收的执行结果，并将结果返回给移动终端。
9.根据权利要求7所述的基于物联网的人工智能烤烟方法，其特征在于，所述方法还包括：
烤烟单元每次启动时，对服务器发送设备状态；
服务器根据设备状态内的版本和数据库中最新版本号进行比对，判断两者是否一致；
若不一致，则返回更新代码；
烤烟单元收到更新代码后，利用移动终端提示用户进行软件固件升级；
在确认进行固件软件升级后，烤烟单元向服务器发起更新请求；
服务器调取数据库中所需更新的软件和固件二进制压缩包，并缓存至OTA管理云模块；
服务器向OTA管理云模块请求对指定设备更新缓存的软件和固件二进制压缩包；
OTA管理云模块向烤烟单元发送更新包以及更新指令；
烤烟单元收到完整更新包，并安装更新包，重启设备。
10.根据权利要求7所述的基于物联网的人工智能烤烟方法，其特征在于，所述方法还包括：
烤烟单元出现停机或损坏时，对设备进行重启或更换新控制器；
烤烟单元启动后与服务器进行状态同步；
服务器检查数据库中当前炉次最新状态，检测当前炉次是否完成；
若检测到当前炉次未完成，则返回最后烘烤状态以及正在使用的烘烤曲线；
烤烟单元收到服务器返回数据后，根据返回的状态和烘烤曲线，还原重启或更换之前的烘烤状态，并自动继续烘烤。
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