CN202793449U - 一种远程实时沼气运行参量云端监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种远程实时沼气运行参量云端监测设备(16)，包括模拟量传感器(1)、A/D转换器(2)、数字量采集接口(3)、核心处理器(4)、无线通讯单元(5)、电源管理单元(6)、电子标签处理单元(7)、USB测试接口(8)、外接电源接口(9)、模拟量接口(10)、数字量接口(11)、云端监测设备电子标签天线(12)、云端监测设备无线通信天线(13)、电子标签天线(14)、以及电子标签(15)。

Description

一种远程实时沼气运行参量云端监测设备

所属技术领域：

本实用新型是一种远程实时沼气运行参量监测设备，涉及云计算和远程实时数字监控技术领域，特别是提供了一种的远程实时沼气运行参量云端监测设备。 

背景技术：

沼气运行参量监测的作用是通过采集沼气的流量、浓度、PH值、压力和设备温度等运行参数，监测沼气发生器的运行状况。无论是沼气发生器的产气量还是沼气输送系统的运行参数都是一个连续动态数据集合，为保证沼气运行参量监测的准确性，首先要求监测系统具有实时监测和实时记录监测数据的功能；为提高监测数据的利用效率，还要求监测系统具有远程数据传输的功能；为及时处理监测结果，往往需要监测中心和监测终端具有人机交互功能。此外，由于受被监测设施位置环境条件的限制，往往要求监测终端具有体积小、功耗低、智能化水平高的特质。 

现阶段，沼气运行参量监测一般是由人工手持监测终端巡回检测，定时或批量将监测数据发送(或copy)到区域监测中心，再由区域监测中心上传到上级监测中心的模式。其中监测终端基本是由专用物理量传感器、数据处理器、人机界面设备(如显示、按键等)、通信模块、电源模块组成。现有系统的缺陷在于(a)监测系统需要人工干预，存在漏测瞒报的可能，导致监测可信度和数据可用度极低；(b)由于无法实现定点/连续/实时的监测，致使监测系统运行效率低；(c)监测终端成本高，无法实现监测终端与被监测设施的“1∶1”配置；(d)现有监测结果是面向监管机构的，被监测设备的使用者和沼气用户无法及时掌握沼气监测数据，使监测不能发挥指导沼气设施运行维护的作用。 

发明内容：

本实用新型所要解决的问题是：提供一种远程实时沼气运行参量云端监测设备，使其在基于云计算的远程实时沼气运行参量监测系统运行条件下，克服现有监测系统所存在的弊病。 

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：一种远程实时沼气运行参量云端监测设备，包括多种模拟物理量采样传感器单元、多种数字量采样单元、核心处理器单元、无线通讯单元、电源管理单元、现场调试单元和云端监测设备机壳，以及云端监测设备电子标签。所有单元之间都采用电信号连接，所有单元与机壳之间都采用机械连接。云端监测设备机壳包裹的所有单元与云端监测设备电子标签之间的信息是通过短距离无线通讯连接的，两者间无结构连接。 

所述的多种模拟物理量采样传感器单元是根据沼气监测需要配置的各种传感器和A/D转 换器，其中传感器用于将物理量转变为电信号，传感器包括气体传感器、温度传感器、压力传感器、PH值传感器、液位传感器等，其中A/D转换器用于将电信号转变为核心处理器可接受的数字信号，其中，核心处理器(4)对A/D转换器(2)、数字量采集接口(3)的数据进行读取、保存，并负责处理与所述无线通讯单位(5)之间的数据交换，其中，A/D转换器(2)用于将被模拟量传感器(1)转变成的电信号转变为核心处理器可接受的数字信号；所述的无线通讯单元(5)按照核心处理器中的程序要求实现云端监测设备与云计算中心的数据通信。 

所述的多种数字量采样单元是根据监测需要配置的各种数字信号采集接口，其中包括流量计、转速计、计数器、电子标签读写器、GPS定位等。 

所述的核心处理器单元是通用或专用嵌入式MCU和数据存储器，用于采集、处理计算由采样单元获取的数据，并将结果存储在数据存储器。核心处理器单元还负责处理与无线通讯单位之间的数据交换。 

根据本实用新型的远程实时沼气运行参量云端监测设备可以监测的设备包括户式沼气设备、各种规模的集中沼气设备。 

根据本实用新型的远程实时沼气运行参量云端监测设备可以作为基于云计算的远程实时沼气运行参量监测系统的云端监测设备。 

由于技术进步和集成度提高，有些新型核心处理器芯片集成了无线通讯功能和电子标签读写功能，可以将核心处理器单元、无线通讯单元及电子标签处理功能整合为一个单元。有些核心处理器还集成了多路A/D转换器，使云端监测设备中的A/D转换器可以省略。例如，在本实用新型的一个变型中，可以将核心处理器(4)、无线通讯单元(5)集成为嵌入式MCU，或者可以将核心处理器(4)、数字量采集接口(3)集成为嵌入式MCU，或者可以将核心处理器(4)、无线通讯单元(5)、数字量采集接口(3)可以集成为嵌入式MCU。 

所述的无线通讯单元是指各种可接入无线通信网络的远程无线通讯模块，现阶段为GSM/GPRS、CDMA、EVDO、各种标准的3G、Wi-Fi等和无线通讯天线，用于按照核心处理器中的程序要求实现云端监测设备与云计算中心的数据通信。 

所述的电源管理单元由电源管理芯片组、内置电池和外接电源组成，用于提供云端监测设备运行所需的电力供应。 

所述的现场调试接口是核心处理器的USB接口，在核心处理器中调试程序的管理下，将云端监测设备运行结果送达UBS接口，并经外接USB监控设备可以实现现场调试和设备维修。 

所述的云端监测设备机壳应满足沼气设备现场工况要求，是具备防爆、防火、防水、抗冲击的本安机壳。云端监测设备机壳固定于被监测沼气设备上。 

所述的云端监测设备电子标签是采用非接触式射频电子标签，电子标签与云端监测设备 之间的距离不能超过该电子标签标准许可的识别范围。电子标签以设备铭牌的形式固定于被监测沼气设备上，与云端监测设备机壳保持一定距离，用于标识被监测设备的唯一性，电子标签中的数字序列号UID为针对该设备的身份认证和数据加密的编/解码提供特征。 

附图说明

图1为本实用新型结构及内部连接关系示意图。 

图1中，1为模拟量传感器，2为A/D转换器，3为数字量采集接口，4为核心处理器，5为无线通讯单元，6为电源管理单元，7为电子标签处理单元，8为USB测试接口，9为外接电源接口，10为模拟量接口，11为数字量接口，12为云端监测设备电子标签天线，13为云端监测设备无线通信天线，14为电子标签天线，15为电子标签，16为云端监测设备。 

图2为采用本实用新型所构建的远程实时沼气运行参量监测系统架构。 

图2中，15为云端监测设备电子标签，16为云端监测设备，17为云计算中心，云计算中心是集服务器托管、数据库、呼叫中心、短信中心、网站内容服务以及网络安全功能于一体的第三方网络服务提供者，18为手机，19为云端访问设备，20为监测数据备份中心，21为广域无线网络，22为各类广域网络(包括有线、无线网络)。 

具体实施方式：

下面结合说明书附图对实施例加以详述。 

图1中核心处理器(4)的程序存储器中安装该嵌入式MCU的操作系统和整个云端监测设备的监控程序，系统启动后，电源管理单元(6)首先为核心处理器(4)供电，并在核心处理器(4)的控制下分别为各工作单元供电，整个系统在核心处理器(4)的控制下完成初始化。 

采用本实用新型所构成的设备工作可分为以下若干流程： 

1、云端设备状态检测流程 

此流程用于对云端监测设备及与之对应的电子标签进行身份认证，由此判断云端监测设备是否被移动(以避免发生谎报和瞒报)。云端监测设备依据RTF协议，通过云端设备电子标签天线(12)、电子标签天线(14)向电子标签(15)发送控制命令，电子标签(15)接到控制命令后自动返回本电子标签中的序列号UIDN，经电子标签处理单元(7)读出并送达核心处理器(4)，核心处理器(4)将设备生产时预存储在其中的该电子标签序列号UIDM与从电子标签(15)读出的序列号UIDN进行比较，如UIDN≠UIDM，表明云端设备被移动，则核心处理器(4)通过无线通讯单元(5)向云中心发出报错信息，中断后续操作。如UIDN＝UIDM，说明该云端监测设备的身份认证通过，可进行后续操作，在后续全部数据传输过程中，UIDN均作为数据加密的密钥。 

2、被监测物理量采集流程 

云端监测设备的模拟量接口(10)和数字量接口(11)分别与被监测沼气设备连接，被监测模拟量经传感器(1)转变为连续电信号，送达A/D转换器(2)，在核心处理器(4)的控制下，连续电信号转换成离散的数字序列，并送达核心处理器(4)；被监测的数字量经数字量采集接口(3)在核心处理器(4)的控制下送达核心处理器(4)；核心处理器(4)定时对A/D转换器(2)、数字量采集接口(3)的数据进行读取，并将结果保存在数据存储器中，由此完成了一次物理量采集。 

3、数据通讯流程 

核心处理器(4)启动无线通讯程序，控制无线通讯单元(5)通过广域无线网(21)使云端监测设备(16)与云计算中心(17)建立通讯，云端监测设备(16)将采集到且已经数字化的监测结果传送到云计算中心(17)，云计算中心(17)中的服务器对云端监测设备(16)上传的数据进行解码，并进行防伪判断和数据安全分析，将结果输入云计算中心(17)中的监测数据库，同时以浏览器、邮件、即时信息、短信等表现层软件作为公布监测结果和提交监测服务的界面。 

4、数据备份流程 

为确保监测数据安全可靠，系统配置了监测数据备份中心(20)，当云计算中心(17)每进行一次数据更新时，都会自动透过广域网(22)将数据在监测数据备份中心(20)中进行备份。 

5、远程监测流程。 

对本监测系统的访问和数据服务是通过各种具有Internet网络功能的云端访问设备(19)实现的。客户可以利用各种广域网络访问云计算中心，在云端访问设备(19)上输入云计算中心(17)的IP地址或域名，根据注册用户的访问权限，从云计算中心(17)的浏览器、邮件、即时信息获得监测结果。对于普通手机(18)，可以通过云计算中心(17)提供的短信服务获取监测结果。 

实施例 

一个由本实用新型所述的云端监测设备和云计算中心构建的远程实时沼气运行参量监测系统，同时对集中沼气发生器和户式沼气发酵池进行监测管理。 

系统启动后，云端监测设备(16)中的核心处理器(4)首先通过识别电子标签(15)对沼气设备进行身份认证，如认证未通过，核心处理器(4)即通过无线通讯单元(5)、云端监测设备无线通信天线(13)向云计算中心(17)发送报错信息。如认证通过，核心处理器(4)启动被监测物理量采集流程，数据采集流程结束后，核心处理器(4)启动数据通讯流程，数 据被传送到云计算中心(17)的服务器中，云计算中心(17)中的数据库管理软件自动处理该数据，内容处理软件自动生成监测数据报表，如发生云端设备报错现象，云计算中心(17)根据预设的报错处理规则，利用浏览器、邮件、即时信息对云端访问设备(19)和监测数据备份中心(20)发出报警信息，如客户注册为普通手机(18)，云计算中心(17)可以通过短信向手机(18)发出报警信息。 

县、市、省和国家沼气项目主管部门、所有沼气设备使用者和沼气用户均可利用云端访问设备(19)或手机(18)在自身所拥有的权限下访问远程沼气实时监测云计算中心，例如某市沼气主管部门即可以通过云计算中心网页查询本市沼气设备的整体运行状况，也可以访问查询某台沼气设备的详细监测数据。 

如某户式沼气用户在使用沼气时发现气量不够，可以用云端访问设备(19)登录沼气实时监测系统进行查询，如用户使用普通手机(18)，可以向云计算中心(17)发出查询服务请求短信，云计算中心(17)会自动以短信方式将该沼气池的监测数据交付手机(18)，沼气用户根据来自监测中心的沼气池的温度、压力、PH值、产气量数据及时对沼气池进行维护，采取调整酸碱度、调整沼气池温度、检查沼气池气密性等措施。 

再例如某集中沼气供应商为客户提供沼气能源，则客户和沼气供应商均可利用手机(18)或云端访问设备(19)访问基于云计算的远程实时沼气运行参量监测系统，查询任意时间段沼气的累计流量，以此作为沼气供气服务计费的依据。 

本实用新型的有益效果 

1、使用本实用新型所构建的远程沼气实时监测系统工作状况为全天候、全自动、定点、无需人工干预，杜绝了人工监测的漏测瞒报问题，数据加密算技术屏蔽了人工篡改数据的可能性，连续、实时监测，提高了系统运行效率。 

2、采用嵌入式MCU使云端监测设备具有低成本、低功耗，体积小的特点，可以实现户式沼气一户一测的配置需要，由于云服务具有巨大的系统容量，可实现集中沼气与户式沼气同平台监测。 

3、由于云服务支持所有智能设备，因此本系统对于监管机构、沼气发酵设备使用者、沼气用户均可提供监测数据服务，使监测在沼气设备管理和发酵设备日常使用维护中发挥积极作用。 

Claims (10)

1.一种远程实时沼气运行参量云端监测设备，其特征在于，所述云端监测设备包括模拟量传感器(1)、A/D转换器(2)、数字量采集接口(3)、核心处理器(4)、无线通讯单元(5)、电源管理单元(6)、电子标签处理单元(7)、USB测试接口(8)、外接电源接口(9)、模拟量接口(10)、数字量接口(11)、云端监测设备电子标签天线(12)、云端监测设备无线通信天线(13)、电子标签天线(14)、以及电子标签(15)，其中： 

核心处理器(4)对A/D转换器(2)、数字量采集接口(3)的数据进行读取、保存，并负责处理与所述无线通讯单位(5)之间的数据交换，其中，A/D转换器(2)用于将被模拟量传感器(1)转变成的电信号转变为核心处理器可接受的数字信号； 

所述的无线通讯单元(5)实现云端监测设备与云计算中心的数据通信。 

2.按照权利要求1所述的远程实时沼气运行参量云端监测设备，其特征在于，被监测设备包括：户式沼气设备、各种规模的集中沼气设备。 

3.按照权利要求1所述的远程实时沼气运行参量云端监测设备，其特征在于，所述远程实时沼气运行参量云端监测设备可以作为基于云计算的远程实时沼气运行参量监测系统的云端监测设备。 

4.按照权利要求1所述的远程实时沼气运行参量云端监测设备，其特征在于，所述的模拟量传感器(1)可以有多种，每种可以有多个。 

5.按照权利要求1所述的远程实时沼气运行参量云端监测设备，其特征在于，所述数字量采集接口(3)可以是多个。 

6.按照权利要求1所述的远程实时沼气运行参量云端监测设备，其特征在于，所述核心处理器(4)、所述无线通讯单元(5)可以集成为嵌入式MCU。 

7.按照权利要求1所述的远程实时沼气运行参量云端监测设备，其特征在于，所述核心处理器(4)、所述数字量采集接口(3)可以集成为嵌入式MCU。 

8.按照权利要求1所述的远程实时沼气运行参量云端监测设备，其特征在于，所述核心处 理器(4)、所述无线通讯单元(5)、所述数字量采集接口(3)可以集成为嵌入式MCU。 

9.按照权利要求1所述的远程实时沼气运行参量云端监测设备，其特征在于，所述电子标签(15)是采用非接触式射频电子标签。 

10.按照权利要求9所述的远程实时沼气运行参量云端监测设备，其特征在于，电子标签(15)与云端监测设备(16)之间的距离不能超过该电子标签标准许可的识别范围。 

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