CN114339652A - 一种基于物联网的生产管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于物联网的生产管理系统，包括无线传感器模块、管理模块和环境调节模块；无线传感器模块包括无线传感器节点和数据转发设备；数据转发设备用于将生产车间的监测区域分成面积相同的Q个区域；并分别计算每个区域中的传感器节点的数据传输能力值；将每个区域中数据传输能力值最大的无线传感器节点作为簇头节点，其余节点作为成员节点；成员节点用于获取监测区域的环境数据，并将环境数据传输至簇头节点；簇头节点用于将环境数据传输至转发设备；数据转发设备用于将环境数据传输至管理模块；管理模块用于基于环境数据生成环境调节指令；环境调节模块用于执行环境调节指令。本发明有利于降低对车间进行生产管理的工作量。
Description
技术领域
本发明涉及生产管理领域，尤其涉及一种基于物联网的生产管理系统。
背景技术
在对车间中的生产活动进行安全管理时，一般需要从设备安全和环境安全两方面进行管理。对环境进行管理一般通过视频监控和传感器监控的方式进行。现有技术中，对传感器的设置一般是均匀设置，在分簇时也是随机选取簇头，例如lecah协议等。但是，随机选取簇头的方式不利于均衡传感器的电量消耗，从而造成部分传感器节点过早消耗完电量，缩短了更换电池的周期，增大了后期运维的工作量。
发明内容
本发明的目的在于公开一种基于物联网的生产管理系统，解决现有的生产管理系统中随机选取簇头节点，不利于均衡传感器的电量消耗，增大后期运维的工作量的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于物联网的生产管理系统，包括无线传感器模块、管理模块和环境调节模块；
无线传感器模块包括无线传感器节点和数据转发设备；
数据转发设备用于将生产车间的监测区域分成面积相同的Q个区域；并分别计算每个区域中的传感器节点的数据传输能力值；将每个区域中数据传输能力值最大的无线传感器节点作为簇头节点，其余节点作为成员节点；
成员节点用于获取监测区域的环境数据，并将环境数据传输至簇头节点；
簇头节点用于将环境数据传输至转发设备；
数据转发设备用于将环境数据传输至管理模块；
管理模块用于基于环境数据生成环境调节指令；
环境调节模块用于执行环境调节指令。
优选地，基于物联网的生产管理系统还包括视频监控模块；
视频监控模块用于获取监测区域的监控视频，并将监控视频传输至管理模块；
管理模块还用于存储视频监控模块传输过来的监控视频，以及用于对监控视频进行可视化展示。
优选地，所述基于环境数据生成环境调节指令，包括：
将环境数据与预设的目标数据进行对比，若环境数据大于预设的目标数据，则生成用于降低环境数据的环境调节指令；
若环境数据小于预设的目标数据，则生成用于升高环境数据的环境调节指令。
优选地，所述生成用于降低环境数据的环境调节指令，包括：
计算环境数据和目标数据之间的差值的第一绝对值，基于第一绝对值生成用于降低环境数据的环境调节指令；
所述生成用于升高环境数据的环境调节指令，包括：
计算环境数据和目标数据之间的差值的第二绝对值，基于第二绝对值生成用于升高环境数据的环境调节指令。
优选地，所述环境调节模块包括通信单元、控制单元和调节单元；
通信单元用于与管理模块进行通信，接收管理模块发送过来的环境调节指令；
控制单元用于基于环境调节指令生成调节参数，并将调节参数发送至调节单元；
调节单元用于基于调节参数对环境调节设备进行控制。
本发明通过将监测区域进行分区，然后根据数据传输能力值获取每个区域中的簇头节点和成员节点，这种设置方式，能够避免现有的生产管理系统中，随机选取簇头的方式导致不利于均衡传感器的电量消耗，增大后期运维的工作量的现场的出现。有利于降低对车间进行生产管理的工作量。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1，为本发明一种基于物联网的生产管理系统的一种示例性实施例图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示的一种实施例，本发明提供了一种基于物联网的生产管理系统，包括无线传感器模块、管理模块和环境调节模块；
无线传感器模块包括无线传感器节点和数据转发设备；
数据转发设备用于将生产车间的监测区域分成面积相同的Q个区域；并分别计算每个区域中的传感器节点的数据传输能力值；将每个区域中数据传输能力值最大的无线传感器节点作为簇头节点，其余节点作为成员节点；
成员节点用于获取监测区域的环境数据，并将环境数据传输至簇头节点；
簇头节点用于将环境数据传输至转发设备；
数据转发设备用于将环境数据传输至管理模块；
管理模块用于基于环境数据生成环境调节指令；
环境调节模块用于执行环境调节指令。
本发明通过将监测区域进行分区，然后根据数据传输能力值获取每个区域中的簇头节点和成员节点，这种设置方式，能够避免现有的生产管理系统中，随机选取簇头的方式导致不利于均衡传感器的电量消耗，增大后期运维的工作量的现场的出现。有利于降低对车间进行生产管理的工作量。
优选地，所述环境数据包括温度、湿度、粉尘浓度等。
优选地，所述分别计算每个区域中的传感器节点的数据传输能力值，包括：
通过如下方式计算数据传输能力值：
其中，scidx(c)表示无线传感器节点c的数据传输能力值，α、β、δ表示预设的权重参数，dstbs(c)表示无线传感器节点c和数据转发设备之间的平均通信跳数，uneic表示所述区域中的所有无线传感器节点的集合；dstbs(s)表示uneic中的无线传感器节点s和数据转发设备之间的平均通信跳数，wst(c)表示无线传感器节点c和uneic中的无线传感器节点的之间进行通信的平均通信延时，wst(s)表示uneic中的无线传感器节点s和uneic中的无线传感器节点的之间进行通信的平均通信延时，Λ表示预设的通信延时参考值，sumfdst(c)表示uneic中与无线传感器节点c之间的距离小于无线传感器节点c的最大通信半径的无线传感器节点的数量；Γ表示预设的控制系数。
在上述实施例中，通过平均通信跳数、通信延时、距离小于最大通信半径的节点的数量来计算传输能力值，能够从多方面综合反映传感器节点的数据传输能力。从而选出综合能力高的传感器节点，有利于降低数据传输的平均电量消耗，延长传感器节点的平均工作时长。
优选地，所述数据转发设备还用于采用自适应的计算周期计算簇头节点的稳定性指数，若稳定性指数小于预设的稳定性指数阈值，则重新对簇头节点对应的区域进行分簇处理，重新获取簇头节点和成员节点。
现有的分簇方式一般是采用固定的周期，这样的设置方式不能与传感器节点的实际电量消耗情况以及数据传输情况相适应，频繁的分簇处理不仅影响了环境数据的传输效率，而且还浪费传感器节点的电量。因此，本发明通过自适应的计算周期来计算稳定性指数，然后再根据稳定性指数来判断是否需要重新分簇，能够在尽可能避免影响环境数据的传输效率的同时，节约传感器节点的电量消耗。
优选地，所述自适应的计算周期通过如下方式进行计算：
对于区域D中的簇头节点S，采用以下公式计算自适应的计算周期：
其中，vat(q)和vat(q+1)分别表示第q个计算周期的时间长度和第q+1个计算周期的时间长度，cvr(q)和cvr(q-1)分别表示第q个计算周期和第q-1个计算周期结束时簇头节点S的稳定性指数，spr表示预设的单位时间长度，thre表示预设的判断阈值。
本发明的计算周期能够与环境数据的传输情况相适应，若相邻的两个稳定性指数之间的差值大于等于预设的判断阈值，则表示环境数据的传输变化情况比较大，因此，本发明缩短了下一个计算周期的时间长度来适应这种情况，反之，则表示环境数据的传输变化情况变化不大，因此，适当延长计算周期，从而达到节约电量和避免降低环境数据的传输效率的目的。
优选地，自适应时间周期具有最大值和最小值，若vat(q+1)大于最大值，则vat(q+1)的值为最大值，若vat(q+1)小于最小值，则vat(q+1)的值为最小值。即vat(q+1)的取值只能在最大值和最小值之间。
优选地，q的值大于等于2。第一个自适应的计算周期和第二个自适应的计算周期均为预先设定的固定长度的时间。
优选地，所述稳定性指数通过如下方式计算：
其中，w1、w2、w3分别表示预先设定的比例系数，enrcs(h)表示簇头节点h的剩余电量，enrnw(h)表示簇头节点h的初始电量，lstbs(h)表示簇头节点h和数据转发设备之间的距离，ncstma表示簇头节点h所在的区域中的成员节点与数据转发设备之间的距离的最大值，ncstmi表示簇头节点h所在的区域中的成员节点与数据转发设备之间的距离的最小值，hneiu表示处于簇头节点h的最大通信半径范围内的成员节点的集合；lstidx(h,g)表示簇头节点h和hneiu中的成员节点g之间进行通信的丢包率，lstidxT表示预设的丢包率参考值，u1和u2分别表示预设的第一常数系数和第二常数系数。
在计算稳定性指数时，主要是从电量、距离、丢包率，成员节点数量等方面进行考虑，簇头节点剩余电量越大，与数据转发设备之间的距离越小，与成员节点之间的通信丢包率越低，则表示则稳定性指数越大，表示簇头节点的状态越稳定，此时不需要重新选取簇头。簇头的选取不再是采用固定的周期，而是与环境数据的传输情况相关，有利于提高本发明的分簇的自适应效果，从而节约传感器节点的电量。
优选地，基于物联网的生产管理系统还包括视频监控模块；
视频监控模块用于获取监测区域的监控视频，并将监控视频传输至管理模块；
管理模块还用于存储视频监控模块传输过来的监控视频，以及用于对监控视频进行可视化展示。
优选地，所述基于环境数据生成环境调节指令，包括：
将环境数据与预设的目标数据进行对比，若环境数据大于预设的目标数据，则生成用于降低环境数据的环境调节指令；
若环境数据小于预设的目标数据，则生成用于升高环境数据的环境调节指令。
优选地，所述生成用于降低环境数据的环境调节指令，包括：
计算环境数据和目标数据之间的差值的第一绝对值，基于第一绝对值生成用于降低环境数据的环境调节指令；
所述生成用于升高环境数据的环境调节指令，包括：
计算环境数据和目标数据之间的差值的第二绝对值，基于第二绝对值生成用于升高环境数据的环境调节指令。
具体的，例如，当环境数据为温度时，目标数据为26摄氏度，环境数据为29摄氏度，第一绝对值为3摄氏度，此时环境调节指令包括的环境数据类型、环境数据调节方向、环境数据调节幅度分别为：温度、降低、3摄氏度。此外，环境调节指令还包括了环境数据的采集坐标。
优选地，所述环境调节模块包括通信单元、控制单元和调节单元；
通信单元用于与管理模块进行通信，接收管理模块发送过来的环境调节指令；
控制单元用于基于环境调节指令生成调节参数，并将调节参数发送至调节单元；
调节单元用于基于调节参数对环境调节设备进行控制。
具体的，基于环境调节指令生成调节参数，包括：
根据环境数据的采集坐标确定环境数据类型和用于环境调节的设备；
根据环境数据调节幅度确定环境调节设备的功率和工作时间；
将环境调节设备的功率和工作时间作为调节参数。
具体的，环境调节设备包括空调、抽湿机、吸尘机等。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模
块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。
实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
Claims (5)
1.一种基于物联网的生产管理系统，其特征在于，包括无线传感器模块、管理模块和环境调节模块；
无线传感器模块包括无线传感器节点和数据转发设备；
数据转发设备用于将生产车间的监测区域分成面积相同的Q个区域；并分别计算每个区域中的传感器节点的数据传输能力值；将每个区域中数据传输能力值最大的无线传感器节点作为簇头节点，其余节点作为成员节点；
成员节点用于获取监测区域的环境数据，并将环境数据传输至簇头节点；
簇头节点用于将环境数据传输至转发设备；
数据转发设备用于将环境数据传输至管理模块；
管理模块用于基于环境数据生成环境调节指令；
环境调节模块用于执行环境调节指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的生产管理系统，其特征在于，还包括视频监控模块；
视频监控模块用于获取监测区域的监控视频，并将监控视频传输至管理模块；
管理模块还用于存储视频监控模块传输过来的监控视频，以及用于对监控视频进行可视化展示。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的生产管理系统，其特征在于，所述基于环境数据生成环境调节指令，包括：
将环境数据与预设的目标数据进行对比，若环境数据大于预设的目标数据，则生成用于降低环境数据的环境调节指令；
若环境数据小于预设的目标数据，则生成用于升高环境数据的环境调节指令。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的生产管理系统，其特征在于，所述生成用于降低环境数据的环境调节指令，包括：
计算环境数据和目标数据之间的差值的第一绝对值，基于第一绝对值生成用于降低环境数据的环境调节指令；
所述生成用于升高环境数据的环境调节指令，包括：
计算环境数据和目标数据之间的差值的第二绝对值，基于第二绝对值生成用于升高环境数据的环境调节指令。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的生产管理系统，其特征在于，所述环境调节模块包括通信单元、控制单元和调节单元；
通信单元用于与管理模块进行通信，接收管理模块发送过来的环境调节指令；
控制单元用于基于环境调节指令生成调节参数，并将调节参数发送至调节单元；
调节单元用于基于调节参数对环境调节设备进行控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220412 |