CN112859752A - 一种激光绣花机远程监控管理系统 - Google Patents

Abstract

一种激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于包括：包括：激光器、耦合光纤、采集装置、服务端和前端应用，其中所述激光器发出的光通过耦合光纤之后输出，所述采集装置采集耦合光纤输出的激光参数数据，并将所述数据封包后通过无线通信传输到所述服务端；所述服务端包括消息队列服务器、web客户端后端和数据库，所述web客户端后端监听所述数据库租赁信息表中是否有至少一个激光绣花机设备到期，如果有至少一个激光绣花机设备到期，向所述至少一个激光绣花机设备发送控制信号的数据包给消息队列服务器，并控制所述至少一个激光绣花机设备接收并关停所述激光器。采用本发明的系统能降低监测的人力成本和时间成本，提高管理效率。

Description

一种激光绣花机远程监控管理系统

技术领域

本发明属于远程监控管理领域，具体涉及一种激光绣花机远程监控管理系统。

背景技术

激光绣花是利用激光的特殊性能，通过激光控制系统与传统绣花机相融合，实现在不同材质的面料上进行立体切割，随着激光绣花机的广泛应用，目前已经形成规模化，也出现了一些租赁绣花机的用户，为了保证激光绣花的质量，需要同时对多台激光绣花机进行控制，为了保证激光绣花的质量，需要实时监测激光输出端的工作数据，但是这需要较高的人力成本和时间成本，此外，对于租赁用户的现场管理控制和及时处理尤其困难，因此，亟需一种激光绣花机远程管理系统。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的激光绣花机远程监控管理系统。

根据本发明的一个方面，提供一种激光绣花机远程监控管理系统，包括：激光器、耦合光纤、采集装置、服务端和前端应用，其中所述激光器发出的光通过耦合光纤之后输出，所述采集装置采集耦合光纤输出的激光参数数据，并将所述数据封包后通过无线通信传输到所述服务端；所述服务端包括消息队列服务器、web客户端后端和数据库，所述消息队列服务器实时缓存所述采集装置发送的数据；所述web客户端后端通过消息队列服务器订阅所述采集装置的主题，及时从消息队列服务器取出数据，并存储在数据库里；所述web客户端后端监听所述数据库租赁信息表中是否有至少一个激光绣花机设备到期，如果有至少一个激光绣花机设备到期，向所述至少一个激光绣花机设备发送控制信号的数据包给消息队列服务器，并控制所述至少一个激光绣花机设备接收并关停所述激光器。

所述激光参数数据包括ID、电流、电压、功率、脉宽，其中ID用于区分多个激光器的数据。

所述数据库存储电压数据表，激光器信息表，用户信息表，工厂信息表，租赁信息表。

进一步，web客户端后端触发数据库的触发器，使数据库完成联动修改表格操作。

所述web客户端后端触发数据库的触发器，使数据库完成联动修改表格操作，具体为：web客户端后端触发更改租赁信息表中的状态值，同时数据库监听租赁信息表的状态值是否改变，有改变则在租赁信息表更新之后，数据库的触发器清除租赁信息表中的租赁设备ID、租赁时间的值。

所述web客户端后端为所述前端应用提供相关的接口，当用户访问web前端应用操作界面时，将请求web客户端后端的对应接口，web客户端后端将接收前端应用的请求，对数据进行处理并返回结果和页面给前端应用进行显示。

所述监听监听所述数据库租赁信息表中是否有至少一个激光绣花机设备到期，具体为设置异步执行的定时器用于监听信息表的变动情况，每天在特定时间轮询一次查询租赁信息中到期时间是否是当天。

所述采集装置的主题为激光绣花机设备的ID，所述web客户端后端发送控制信号的数据包所带的主题也是该激光绣花机设备的ID，通过所述ID加以分类保存在数据库中。

所述采集装置包括MCU、采集模块、控制模块、电源模块、无线通讯模块、电压转换电路和控制电路，所述电源模块经电压转换电路获得合适的驱动电压，为MCU提供供电；所述采集模块用于采集耦合光纤输出的激光参数数据；所述MCU用于对采集的信号进行接收、处理并驱动所述控制模块执行控制指令，控制无线通讯模块进行传输和接收；所述无线通讯模块负责采集装置与服务端的无线通信。

无线通讯模块采用MQTT通信协议，其中MQTT通信协议通过MQTT报文通信，在报文中除了传输激光参数数据，还增加了采集时间的字段，便于服务端接收后按时间顺序存储。

控制报文一般由固定报头、可变报头以及有效负载组成，为了保证每个数据都能到达服务端，设置了QoS＝1，且为了保证数据的实时性。

采用上述系统不仅能监测激光绣花机的工作数据，降低监测的人力成本和时间成本，必要时(例如租赁用户超过租赁时长)还能及时向设备发送控制信号停止激光绣花机工作，从而降低维护成本，提高管理效率，用户还可以通过访问web客户端的形式，管理租赁的用户和订单信息，提高生产管理效率，提高行业竞争力。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1示出了本发明提供的激光绣花机远程监控管理系统的结构框图。

图2示出了采集装置的硬件设计框架图。

图3示例性示出采集装置软件设计框架图。

图4示出了采集装置、消息队列服务器、数据库、web客户端后端之间的数据交互过程示意图。

图5示例性示出了前端应用UI功能结构图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。

如图1所示，一种激光绣花机远程监控管理系统，包括：激光器、耦合光纤、采集装置、服务端和前端应用，其中所述激光器发出的光通过耦合光纤之后输出，所述采集装置采集耦合光纤输出的激光参数数据，包括ID、电流、电压、功率、脉宽，其中ID用于区分多个激光器的数据，并将所述数据封包后通过无线通信传输到所述服务端；所述服务端包括消息队列服务器、web客户端后端和数据库，所述消息队列服务器实时缓存所述采集装置发送的数据；所述web客户端后端通过消息队列服务器订阅所述采集装置的主题，及时从消息队列服务器取出数据，并存储在数据库里；所述数据库存储电压数据表，激光器信息表，用户信息表，工厂信息表，租赁信息表。所述web客户端后端监听所述数据库租赁信息表中是否有至少一个激光绣花机设备到期，如果有至少一个激光绣花机设备到期，向所述至少一个激光绣花机设备发送控制信号的数据包给消息队列服务器，并控制所述至少一个激光绣花机设备接收并关停所述激光器。而且web客户端后端触发数据库的触发器，使数据库完成联动修改表格操作。

所述web客户端后端触发数据库的触发器，使数据库完成联动修改表格操作，具体为：web客户端后端触发更改租赁信息表中的状态值，同时数据库监听租赁信息表的状态值是否改变，有改变则把用户信息表中对应ID行的Active值置零，在租赁信息表更新之后，数据库的触发器清除租赁信息表中的租赁设备ID、租赁时间的值。

采集装置

如图2所示，所述采集装置包括MCU、采集模块、控制模块、电源模块、无线通讯模块、电压转换电路和控制电路，所述电源模块经电压转换电路获得合适的驱动电压，为MCU提供供电；所述采集模块用于采集耦合光纤输出的激光参数数据；所述MCU用于对采集的信号进行接收、处理并驱动所述控制模块执行控制指令，控制无线通讯模块进行传输和接收；所述无线通讯模块负责采集装置与服务端的无线通信。其中所述控制电路由时钟和复位电路、JTAG下载电路、LED电路、电源滤波电路组成。

所述无线通讯模块设计基于BC20模块，采用无线低速率传输方式NB-IoT通信，来实现所述采集装置与服务端之间的无线通信。

图3为所述采集装置软件设计框架图，如图3所示，所述采集装置的MCU以stm32系列单片机作为核心芯片，采集耦合光纤输出的电压数据和电流数据，进行数据整合调试之后，通过NB-IoT无线通讯模块采用MQTT通信协议发送至服务端。另外，当采集装置接收到服务端发送来的控制信号数据包时，会控制实现激光绣花机的关闭/开启。所述的数据整合调试，即把接收到的电压和电流保存为字符串格式，再将该字符串转换成16进制的可直接发送的值，最后将保存的16进制数给NB-IoT进行下发操作。NB-IoT通信线程会先使用AT指令与服务端建立连接，并对16进制的采集数据按MQTT协议进行封包和发送，当发送NB-IoT发送成功时，LED指示灯会亮起。

其中MQTT协议通过MQTT报文通信，控制报文一般由固定报头、可变报头以及有效负载组成，本系统中为了保证每个数据都能到达服务端，设置了QoS＝1，且为了保证数据的实时性，在报文中除了传输电流电压，还增加了采集时间的字段，便于服务端接收后按时间顺序存储。所述采集装置发送的消息所带的主题为该采集设备的ID，服务端先订阅主题，之后采集装置发布主题的消息，服务端就能实时接收采集装置发布的消息。

服务端

所述服务端包括消息队列服务器、web客户端后端和数据库。服务端有以下功能：1、实时接收采集装置发送的数据，并对数据进行存储；2、对用户信息、激光器信息、租赁信息等进行增删查改的管理；3、判断激光绣花机用户的租赁时间，发送控制指令来操作控制关停激光器；4、为前端应用提供相关的接口。

1)数据库：

由于需要展示激光器的具体位置、需要对租赁激光器的用户进行管理，还需要获取激光器的工作电压数据，所以根据以上业务，数据库存储五张数据表，分别是电压数据表，激光器信息表，用户信息表，工厂信息表，租赁信息表。各表都设置了主键和外键，相互关联。当接收到采集装置发送来的数据包请求接口后，将解析数据包的内容分别存储到电压数据表的各个字段内。用户信息、激光器信息、工厂信息则在web客户端前端应用中填写表单，提交至数据库。租赁信息表是用于连接激光器信息和用户信息的，存储了激光器的租赁人，借出时间，归还时间，据此能够判断激光器租赁时间是否到期。

数据库中的数据表不是直接用SQL语句建立，而是通过在服务端设计数据模型，再把多个数据模型添加到数据库上下文，目的是把多个数据表关联在一个数据库中，然后向依赖关系注入容器中注册数据库上下文，并修改配置文件，连接数据库。这样就能在控制器中定义数据表的每个增删查改的方法。

以激光器状态表为例，其余表格建立的原理基本相同，不再赘述。首先在服务端建立数据模型，每个表格对应一个数据模型的类，数据模型中定义各个字段的数据类型以及方法，各个表格的数据模型建立完后，再在Models文件中建立数据库上下文，数据库上下文用于将各个数据模型关联起来，一个数据库上下文对应一个数据库。之后再采用依赖注入方式注册数据库上下文，即在Startup.cs文件中添加数据库连接字，最后，修改配置文件，添加数据库连接字。此时后端就已经设计好数据库的表结构了，对数据库的操作将通过在控制器中写对应函数来完成。

在本方案中，租赁到期流程、删除用户、修改用户电话，以及新增、删除和修改激光器信息都需要用到数据库的触发器。通过定时器每天在特定的时间点监听租赁信息表中是否有至少一个激光绣花机设备到期，如果有至少一个激光绣花机设备到期，触发HomeController中的MqttPub接口向消息队列服务器发送停止命令，触发RentInfoesController中Postinfos接口更改租赁信息表中的状态值。如果在改变了租赁信息表中的状态值后，数据库也有一系列的操作。数据库首先需要监听租赁信息表的Status值是否改变，有则把用户表中对应id行的Active值置零，在租赁信息表更新之后，数据库的触发器清除租赁信息表中Tenant_id、Tenant_phone、Rent_time的值。

如果需要删除用户或修改用户电话的，那么通过监听用户信息表，如果发生删除和修改操作，则触发器执行修改用户信息表和状态信息表。例如如果有删除用户，则同时删除带有用户ID的订单信息，并修改设备状态表中的rentid的字段。

如果需要删除和修改激光器信息，那么通过监听激光器信息表，如果发生修改操作，则触发器执行修改租赁信息中的状态值。如果发生删除操作，则执行删除设备状态表中的对应设备id的数据，删除带有此设备id的订单，同时发送停止指令。

2)消息队列服务器：

消息队列服务器是负责服务端与采集装置之间互相通信的单元，实时缓存采集装置发送的数据。Web客户端后端与消息队列服务器通信采用的是MQTT协议，首先Web客户端后端会查询数据库，获取所有激光绣花机设备的信息，并订阅主题，主题就是激光绣花机设备id。采集装置往消息队列服务端发送消息所带的主题也是该设备的id。只要web客户端后端先订阅主题，采集装置后发布主题的消息，消息队列服务器就能接收采集装置发布的消息。采集装置、消息队列服务器、数据库、web客户端后端之间的数据交互过程示意图如图4所示：

首先搭建消息队列服务器，然后在web客户端后端程序中下载MQTTnet的Nuget包，再注册mqttClient类中的Disconnected，Connected，ApplicationMessageReceived事件，创建建立连接函数，订阅函数、发布函数、接收函数。当注册的三个事件发生时，就会进入对应的函数。

建立连接函数ConnectMqtt主要是用于web客户端后端与消息消息队列服务器建立连接的。输入变量是mqtthelp类的对象，这个对象实例化了连接需要的IP地址、端口号、用户id、用户名和密码，如果连接不成功则返回错误信息。

订阅主题函数MqttSub是用于web客户端后端订阅主题的，web客户端后端只有订阅了主题才会收到发布者发布这个主题的消息。web客户端后端与消息队列服务器建立连接后，可以用mqttClient.SubscribeAsync方法传入主题内容订阅主题。

发布主题函数MqttPub是用于web客户端后端发布消息的，需要传入mqtthelp的对象和消息的内容。在函数中设置了传送消息的保证级别QoS，以保证数据的完整性，设置了至少分发一次。

接收消息函数MqttClient_ApplicationMessageReceived中，需要传入事件源sender和事件参数EventArgs。事件参数中有MqttApplicationMessageReceived类的对象，这个类中定义了topic和payload字段，表示这条消息来自的topic以及具体消息的内容。获取payload就能查看消息的内容。

(a)从消息队列服务器到数据库过程：消息队列服务器会将二进制报文转化为JASON的形式，从消息队列服务器中取回的消息是以JSON的形式，之后再调用web客户端后端存储状态信息的接口，将数据存入数据库中。

(b)从Web客户端后端到消息队列服务器过程：首先实例化mqtt的对象，里面包括具体的主题、与连接相关的ip地址、端口号，消息id。通过调用mq.ConnectMqtt(mq)与消息队列服务器建立连接，连接成功后再通过mq.MqttSub(mq)订阅主题，最后通过mq.MqttPub(mq,message.Text)发送消息。在控制命令中，message.Text＝“stop”。

3)web客户端后端

Web客户端后端通过消息队列服务器订阅所述采集装置的主题，及时从消息队列服务器取出数据，并存储在数据库里。所述web客户端后端监听所述数据库租赁信息表中是否有至少一个激光绣花机设备到期，如果有至少一个激光绣花机设备到期，向所述至少一个激光绣花机设备发送控制信号的数据包给消息队列服务器，并控制所述至少一个激光绣花机设备接收并关停所述激光器，而且web客户端后端触发数据库的触发器，使数据库完成联动修改表格操作，具体为：web客户端后端触发更改租赁信息表中的状态值，同时数据库监听租赁信息表的状态值是否改变，有改变则在租赁信息表更新之后，数据库的触发器清除租赁信息表中的租赁设备ID、租赁时间的值。Web客户端后端负责进行数据处理、提供web应用前端和消息队列服务器的接口。为方便后端业务开发，web客户端后端会对数据库表格进行检索修改等操作，封装的一些接口函数，比如调取某设备一天的数据，调取某设备最新数据等等，采用.Net Core的框架，以及一些工具类库(例如：MQTTnet等)。Web客户端后端部署在云服务器之上。它将识别采集装置发送过来的数据，并通过设备id加以分类保存在数据库当中。当前端应用向Web客户端后端请求相关数据时，web客户端后端负责响应和处理相关请求，返回结果和页面给前端。当后端服务程序发起控制命令时，将通过MQTT协议将控制命令传输到MQTT消息队列服务器，等待设备开启后读取。

Web客户端后端的接口函数分为两部分，一部分是与消息队列服务器通信用到的接口，另一部分是前端业务逻辑需要展示数据的接口。前端业务逻辑需要展示数据的接口如表1所示：

表1

在本申请中，设置定时器是用于监听数据表的变动情况。比如监控到租赁到期，在后端主函数中设计异步执行的定时器，每天轮询一次查询订单信息中到期时间是否是今天，如果是，则触发HomeController中的sendMsg接口向消息队列服务端发送停止命令，且触发RentInfoesController中PostRentinfos接口更改租赁信息表中的Status。

设置定时器的步骤是：首先需在nuget包管理器中下载Quartz库。其次，在main方法中调用RunProgram().GetAwaiter().GetResult()；异步执行,不影响其他进程。然后建立定时器函数RunProgram()，此函数首先设置开始执行的时间，再启动任务调度器await scheduler.Start()，然后定义一个要执行的具体任务的类，在这个类中定义要做的事情。调用触发器，将任务的类实例化对象传入进去，传入开始时间，给定这个任务一个分组，设置循环时间。

前端应用

前端应用具有管理员登录的功能、对激光器信息和用户信息的管理功能，以及查看激光器的实时数据的一个数据可视化界面。前端界面主要分为五个模块，有登录模块，设备分布图模块，个人中心模块，信息管理模块，和查看激光器状态模块。功能根据需求分析，具体的UI功能结构图如图5所示。

由于本系统的各个界面结构大致可分为表单、地图、表格、图表四个方面，所以分别从这四个方面选取登录界面、设备分布图界面、设备列表界面和激光器状态界面四个界面介绍前端界面的逻辑实现，其余界面实现步骤类似。整个前端网页是引入ElementUI控件和使用Vue.js框架和JavaScript语言编写。其编写模式是首先在前端项目的App.vue的<template>设置总体页面框架，在<router-view>标签内引入router文件下的index.js文件，这个文件是指明路由以及子路由，并在子路由内的组件中导入具体页面设计的vue文件。各个界面的vue文件内分两部分组成，<template>标签内是HTML的代码，<script>标签内放置JS代码，<style>标签内是CSS样式表。

(a)登录界面是进入系统的必要界面，用户登录需要对用户名和密码进行鉴权，管理员的用户名和密码是默认的，只可后台修改。识别为正常的用户才能访问系统。登录界面是一个由输入框组成的表单，点击登录后的匹配是由后端的Login函数完成，提示的登录成功和失败的信息是由前端的Login.vue完成的。

(b)首页是设备分布图，采用Echarts和百度地图的外部接口引入控件，采用ElementUI插件设置样式，数据通过export方法传入api/Lasers接口路由，连接后端接口导出，导出的形式是JSON格式，再通过解析，只获取包含精度、纬度，以及记录某个城市设备的个数的JSON数据，最后通过Echarts图表展示在界面上。在业务逻辑函数中，需要添加百度地图的ak密钥，就能调用百度地图的背景。通过把某个定位的经纬度传给百度地图api就能在地图上显示定位点。在Echarts图表中，传入城市名字和这个城市的设备数量，就能根据数量的多少显示地图上点的大小。

(c)设备列表页面的中心是个表格，表格采用的是ElementUI，表格的数据也是通过Table.vue中的export方法传入api/Lasers返回后端的数据的。

(d)激光器状态界面采用的Echarts的外部api来完成折线图样式，数据是通过export方法使用GET方法获取api/Metadatas的数据，再通过定义Echarts的数据上传格式，来完成数据的展示。

采用本监控管理系统不仅能监测激光绣花机的工作数据，降低监测的人力成本和时间成本，必要时(例如租赁用户超过租赁时长)还能及时向设备发送控制信号停止激光绣花机工作，从而降低维护成本，提高管理效率，用户还可以通过访问web客户端的形式，管理租赁的用户和订单信息，提高生产管理效率，提高行业竞争力。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

Claims (10)

1.一种激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于包括：激光器、耦合光纤、采集装置、服务端和前端应用，其中所述激光器发出的光通过耦合光纤之后输出，所述采集装置采集耦合光纤输出的激光参数数据，并将所述数据封包后通过无线通信传输到所述服务端；所述服务端包括消息队列服务器、web客户端后端和数据库，所述消息队列服务器实时缓存所述采集装置发送的数据；所述web客户端后端通过消息队列服务器订阅所述采集装置的主题，及时从消息队列服务器取出数据，并存储在数据库里；所述web客户端后端监听所述数据库租赁信息表中是否有至少一个激光绣花机设备到期，如果有至少一个激光绣花机设备到期，向所述至少一个激光绣花机设备发送控制信号的数据包给消息队列服务器，并控制所述至少一个激光绣花机设备接收并关停所述激光器。

2.如权利要求1所述的激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于：所述激光参数数据包括ID、电流、电压、功率、脉宽，其中ID用于区分多个激光器的数据。

3.如权利要求1所述的激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于：所述数据库存储电压数据表，激光器信息表，用户信息表，工厂信息表，租赁信息表。

4.如权利要求1所述的激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于：所述web客户端后端触发数据库的触发器，使数据库完成联动修改表格操作。

5.如权利要求4所述的激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于：所述web客户端后端触发数据库的触发器，使数据库完成联动修改表格操作，具体为：web客户端后端触发更改租赁信息表中的状态值，同时数据库监听租赁信息表的状态值是否改变，有改变则在租赁信息表更新之后，数据库的触发器清除租赁信息表中的租赁设备ID、租赁时间的值。

6.如权利要求1所述的激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于：所述web客户端后端为所述前端应用提供相关的接口，当用户访问web前端应用操作界面时，将请求web客户端后端的对应接口，web客户端后端将接收前端应用的请求，对数据进行处理并返回结果和页面给前端应用进行显示。

7.如权利要求1所述的激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于：所述监听所述数据库租赁信息表中是否有至少一个激光绣花机设备到期，具体为设置异步执行的定时器用于监听信息表的变动情况，每天在特定时间轮询一次查询租赁信息中到期时间是否是当天。

8.如权利要求1所述的激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于：所述采集装置的主题为激光绣花机设备的ID，所述web客户端后端发送控制信号的数据包所带的主题也是该激光绣花机设备的ID，通过所述ID加以分类保存在数据库中。

9.如权利要求1所述的激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于：所述采集装置包括MCU、采集模块、控制模块、电源模块、无线通讯模块、电压转换电路和控制电路，所述电源模块经电压转换电路获得合适的驱动电压，为MCU提供供电；所述采集模块用于采集耦合光纤输出的激光参数数据；所述MCU用于对采集的信号进行接收、处理并驱动所述控制模块执行控制指令，控制无线通讯模块进行传输和接收；所述无线通讯模块负责采集装置与服务端的无线通信。

10.如权利要求1所述的激光绣花机远程监控管理系统，其特征在于：无线通讯模块采用MQTT通信协议，其中MQTT通信协议通过MQTT报文通信，在报文中除了传输激光参数数据，还增加了采集时间的字段，便于服务端接收后按时间顺序存储。

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