CN111595745A - 基于云端数据库的粉尘检测报警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于云端数据库的粉尘检测报警系统，包括粉尘数据采集模块，用于实时监测空间中的粉尘量并将所采集的信号实时传送到云端数据库；云平台模块，接收粉尘数据采集模块传送的数据转存时序数据库，并对数据库中的数据进行统计分析，将统计的结果发送至实时监控模块；实时监控模块，通过向云平台发送的订阅主题不间断的接收实施数据，并比较是否超过设定的阈值范围发出报警信息。本发明所开发的基于云端数据库所建立的粉尘检测报警系统，能够在无人环境下也能准确监测环境数据，实现了一种稳定、方便、高效的无人粉尘监测管理系统。
Description
技术领域
本发明属于安全生产领域，具体涉及一种基于云端数据库的粉尘检测报警系统。
背景技术
随着国家经济持续快速健康发展和新时期“工业4.0”规划的提出，我国的工业实力持续增强，并朝智能化绿色化无人化方向迅速发展。在工业生产过程中，由于其本身属性，生产环境较为复杂，特殊行业中甚至具有高危险性。工业生产环境的粉尘因素构成了工业生产环境的危险性。例如2014年昆山中荣金属制品公司生产车间爆炸事件便是铝合金生产车间粉尘引起的爆炸事故，造成的负面影响极其恶劣。在工业生产中对生产环境中的粉尘进行实时监控并及时采取相应措施，能够大幅度的防范此类恶性事故的发生。利用网络与软件的监控，可避免在这过程中浪费人力物力，正好符合当今方便快捷的工作节奏。因此可以利用物联网以及各类传感技术，能够将物体与互联网相连接，从而实现远程监控、自动报警、控制维护等功能。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于云端数据库的粉尘检测报警系统。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于云端数据库的粉尘检测报警系统，包括粉尘数据采集模块、云平台模块和实时监控模块；
粉尘数据采集模块，用于实时监测空间中的粉尘量并将所采集的信号实时传送到云端数据库；
云平台模块，接收粉尘数据采集模块传送的数据转存时序数据库，并对数据库中的数据进行统计分析，将统计的结果发送至实时监控模块；
实时监控模块，通过向云平台发送的订阅主题不间断的接收实施数据，并比较是否超过设定的阈值范围发出报警信息。
作为本发明的进一步改进，所述粉尘数据采集模块包括
粉尘浓度探测模块，获取单位体积内颗粒的等效粒径以及不同粒径的颗粒数目；
模数转换电路，将粉尘浓度探测模块输入的电信号转换为数字信号；
控制芯片，用于接收模数转换电路输入的数字信号，输出粉尘浓度测定值；
以及通信模块，用于与云平台模块进行通信传输数据。
作为本发明的进一步改进，所述云平台模块包括
通信模块，通过使用MQTT通信协议与粉尘数据采集模块和云平台模块传送数据；
数据库模块，被配置根据所获取的粉尘数据中所包含的主题，各个主题所对应的内容和信息，将其整合一条数据行进行存储；
查询模块，被配置为根据所接收到的查询请求采用分段查询法从数据库中提取数据进行统计。
作为本发明的进一步改进，所述的查询模块中包括分段模块和统计分析模块，
分段模块，被配置为对请求查询时间段内的数据进行分段；
统计分析模块，被配置为先按照分段的时间依次对数据进行分析分析统计，每完成一段的数据统计将该段的统计结果与之前统计的结果进行比较，获取变化趋势。
作为本发明的进一步改进，所述的分段模块基于实时监控模块向云平台发送的订阅主题对请求查询时间段内的数据进行查询统计。
作为本发明的进一步改进，所述统计分析模块对每段数据统计的结果包括最大值、最小值和平均值。
作为本发明的进一步改进，所述数据行为对应于粉尘信息的最高主题以及包括监测地点、监测时间、粉尘监测值和粉尘传感器mac地址的分级主题整合的一条数据行。
作为本发明的进一步改进，所述实时监控模块包括
数据接收模块，被配置为实时接收统计结果数据；
数据显示模块，被配置为将接收的结果数据以可视化的曲线或图表形式显示；
报警模块，被配置通过判定监测的值是否高于设定的阈值激发报警信号。
作为本发明的进一步改进，所述的粉尘数据采集模块向所述云平台模块上传数据的时间频率小于1秒。
本发明的有益效果：本发明所开发的基于云端数据库所建立的粉尘检测报警系统，能够在无人环境下也能准确监测环境数据，实现了一种稳定、方便、高效的无人粉尘监测管理系统。
附图说明
图1为本发明中的系统工作的流程示意图；
图2为粉尘浓度探测模块的电路结构图；
图3为云平台模块的工作流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示本发明所建立的基于云端数据库的粉尘检测报警系统，包括粉尘数据采集模块、云平台模块和实时监控模块三个组成部分。其中，粉尘数据采集模块，用于实时监测空间中的粉尘量并将所采集的信号实时传送到云端数据库；云平台模块，接收粉尘数据采集模块传送的数据转存时序数据库，并对数据库中的数据进行统计分析，将统计的结果发送至实时监控模块供；实时监控模块，通过向云平台发送的订阅主题不间断的接收实施数据，并比较是否超过设定的阈值范围发出报警信息。
其中所述的粉尘数据采集模块包括粉尘浓度探测模块、模数转换电路、控制芯片以及通信模块。
如图2所示的所述的粉尘浓度探测模块的电路图包括对角方向安装发光二极管和光电晶体管，是基础光散射原理制成的。具体的测量原理为粉尘浓度的微小粒子和分子在自然光的照射下会发生光的散射现象，而模块内部对角安放着的发光二极管和光电晶体管能够探测到该现象并且得到散射后的光强度，且同一时刻模块还会吸收微小的来源于照射光的能量。当一束单色光平行入射至被监测颗粒空间时，将受到颗粒与分子散射和吸收的影响，光强将会衰减。这样一来就可求得入射光通过待测浓度场的相对衰减率。相对衰减率的大小在一定范围内基本上能线性反应浓度场粒子的相对浓度。再按照标定方法就可求得待测浓度场的颗粒物等效粒径以及颗粒数目，从而得到粉尘浓度。标定方法指的是对角方向安装发光二极管和光电晶体管并利用Mie散射的基本公式。即从光电晶体管接收散射后的光强度，从而得到光强与时间的变化关系曲线，基于米氏算法，可以求得单位体积内不同粒径存在的颗粒数目。
所述的模数转换电路为ADC0832芯片。该芯片接收粉尘探测模块输出的模拟电压信号，并且将其转换成数字信号，用以传输给控制中心。
所述的控制芯片为基于STC89C52单片机。该单片机接收传过来的数字信号，并且将其输出为粉尘浓度的测定值。
所述的通信模块为利用ESP8622WIFI模块构成串口通信模块，用于与云平台模块进行通信传输数据上数据。
所述的云平台模块以MQTT传输协议为基础，通过无线WIFI进行通信，在建立会话连接后，粉尘数据采集模块最多间隔1s向云平台模块上传一组采集的数据。
MQTT协议是一种发布-订阅形式的传输协议，云端利用MQTT协议经过互联网获得消息传输的方式来接收粉尘数据采集模块传递到云端的数据。
云端利用MQTT协议的订阅主题获得关于数据的详细信息，如粉尘监测地点、粉尘传感器的mac地址、监测时间和粉尘监测值等等，并将以上信息整合成一条位于时序数据库influxDB中的数据行，由此实现将粉尘数据转存至时序数据库influxDB中的过程。
以上所提到的粉尘数据转存(粉尘信息整合成一条数据行)的具体实现步骤如下：
云端根据订阅主题的最高级主题(粉尘信息)获取其他等级主题，如图3中所示的、
监测地点、监测时间、粉尘监测值以及粉尘传感器mac地址。
2.利用除最高级外的其他等级主题内容获得相关信息，与数据内容一并存入influxDB数据库中，其中需要用到的主题转存的对应规则如下：
| 一行influxDB数据的组成部分 | MQTT协议发布的消息内容或其他 |
| measurement(数据表) | msg.topic里表示数据名的级别 |
| tags.mac(索引) | msg.topic里表示粉尘传感器mac地址的级别 |
| ields.place(数据内容之监测地点) | msg.topic里表示次级地点的级别 |
| fields.value(数据内容之监测值) | msg.payload里的消息内容 |
| time(监测时间) | 系统接收到MQTT数据时的时间 |
待云平台模块接收到手机APP请求后，其查询模块进行数据查询：
云端有专门用于前端(手机APP)查询数据的API网络接口(可以实现数据库的数据共享)，按照手机APP用户需求(所要查询的内容)，从数据库中提取数据并统计。云端通过flask网络应用框架获得手机APP的功能请求后，根据请求进行分段查询，分段查询是为了防止一次性查询询数据过大：从保存有数据行的influxDB数据库中提取粉尘数据并同时统计数据。
例如，通过获取的“监测时间”这一主题进行查询，其具体步骤如下：
1.将所要求的查询的时间范围以间隔时间进行分段，通常选用的时间间隔为0.5s，要求查询的时间范围越大，分段就越多。
2.按照所分段的时间，依次对数据库中符合所要查询的监测地点的粉尘数据进行查询并统计当段时间的平均值、最大最小值、获得到达最大最小值的时间及因果趋势，存在内存处。
3.每完成一小分段的数据查询和统计后都与上一段的统计结果作比较，根据比较结果取代或保留暂存的最大最小值、到达最大最小值的时间及其因果趋势。对于最终的平均值，则通过对暂存的各段的所有平均值总体求平均值。被统计的数据都是通过MQTT订阅主题保存到infiuxDB中的数据
4.完成全部的查询和统计后将结果打包成数组列表返回至前端(手机APP)的数据接收模块响应。
所述的实时监控模块采用的是手机APP，包括数据接收模块、实时曲线图显示模块、报警模块以及UI登陆注册模块。所述的实时曲线图显示模块利用MPAndroidchart插件将所接收的数据以曲线图的形式显示出来。所的报警模块，通过判定监测的值是否高于设定的阈值激发报警信号，所述的阈值根据各个产房的具体需求设定。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种基于云端数据库的粉尘检测报警系统，其特征在于：包括粉尘数据采集模块、云平台模块和实时监控模块；
粉尘数据采集模块，用于实时监测空间中的粉尘量并将所采集的信号实时传送到云端数据库；
云平台模块，接收粉尘数据采集模块传送的数据转存时序数据库，并对数据库中的数据进行统计分析，将统计的结果发送至实时监控模块；
实时监控模块，通过向云平台发送的订阅主题不间断的接收实施数据，并比较是否超过设定的阈值范围发出报警信息。
2.根据权利要求1所述的基于云端数据库的粉尘检测报警系统，其特征在于：所述粉尘数据采集模块包括
粉尘浓度探测模块，获取单位体积内颗粒的等效粒径以及不同粒径的颗粒数目；
模数转换电路，将粉尘浓度探测模块输入的电信号转换为数字信号；
控制芯片，用于接收模数转换电路输入的数字信号，输出粉尘浓度测定值；
以及通信模块，用于与云平台模块进行通信传输数据。
3.根据权利要求1所述的基于云端数据库的粉尘检测报警系统，其特征在于：所述云平台模块包括
通信模块，通过使用MQTT通信协议与粉尘数据采集模块和云平台模块传送数据；
数据库模块，被配置根据所获取的粉尘数据中所包含的主题，各个主题所对应的内容和信息，将其整合一条数据行进行存储；
查询模块，被配置为根据所接收到的查询请求采用分段查询法从数据库中提取数据进行统计。
4.根据权利要求3所述的基于云端数据库的粉尘检测报警系统，其特征在于：所述的查询模块中包括分段模块和统计分析模块，
分段模块，被配置为对请求查询时间段内的数据进行分段；
统计分析模块，被配置为先按照分段的时间依次对数据进行分析分析统计，每完成一段的数据统计将该段的统计结果与之前统计的结果进行比较，获取变化趋势。
5.根据权利要求4所述的基于云端数据库的粉尘检测报警系统，其特征在于：所述的分段模块基于实时监控模块向云平台发送的订阅主题对请求查询时间段内的数据进行查询统计。
6.根据权利要求4或5所述的基于云端数据库的粉尘检测报警系统，其特征在于：所述统计分析模块对每段数据统计的结果包括最大值、最小值和平均值。
7.根据权利要求3所述的基于云端数据库的粉尘检测报警系统，其特征在于：所述数据行为对应于粉尘信息的最高主题以及包括监测地点、监测时间、粉尘监测值和粉尘传感器mac地址的分级主题整合的一条数据行。
8.根据权利要求1所述的基于云端数据库的粉尘检测报警系统，其特征在于：所述实时监控模块包括
数据接收模块，被配置为实时接收统计结果数据；
数据显示模块，被配置为将接收的结果数据以可视化的曲线或图表形式显示；
报警模块，被配置通过判定监测的值是否高于设定的阈值激发报警信号。
9.根据权利要求1所述的基于云端数据库的粉尘检测报警系统，其特征在于：所述的粉尘数据采集模块向所述云平台模块上传数据的时间频率小于1秒。
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