基于物聯網的生產車間數據采集研究

楊為祿 李曉靜 陳開東

摘要：伴隨著我國社會經濟的不斷發展，物聯網在各行各業中的應用時間朝著更加寬泛的趨勢不斷的發展，在生產車間數據采集中融入物聯網技術能夠加快數據傳輸的速度，還有助于配合著無線網絡將信息發送到不同的節點中，用于后續的儲存以及分析，有效的提高了數據采集的效果和水平。基于此本文論述了物聯網技術在生產車間數據采集系統中的具體應用，旨在為實際工作提供重要的幫助。

關鍵詞：物聯網;生產車間;數據采集

一、物聯網的生產車間數據采集系統的總體設計

（一）無線傳感器技術

傳感器技術結合了物理知識，通過溫度來促進信息的形成，之后通過傳感器轉換為模擬量之后，再搭建為更加完善的數字模型，通過CPU的處理來提高整體的數據傳輸效果。傳感器技術主要是依據溫度在到達一定范圍時，與歷史參數進行相互的比對，既要進行當前溫度值的傳輸，還要結合之前所設定的溫度值進行相互的匹配進行數據的傳輸，方便人員提出更加科學的環境管理方案。從當前行業發展現狀來看，無線網絡可靠性功能利用傳感器節點組成完善的信息傳輸系統，之后再對傳感器的節電功能進行適當的擴展，這樣可以使傳感器節點覆蓋范圍更加的寬泛，有效提高了信息傳輸的速度。在實際工作中需要考慮無線傳感器數據傳輸可靠性的影響因素，提出更加科學的應對方案，從而保證后續工作的有序實施。

在無線通信系統運行的過程中，會受到路徑損耗或者是陰影效應的干擾，增加了隱患問題發生的概率，例如中斷問題和誤碼問題干擾非常的突出，這也是降低無線傳感器網絡數據傳輸可靠性的影響因素。當前節點計算能力和儲存能力制約了無線傳感器網絡運行效率的提高，特別是對于網絡流量過于凸顯時，無線傳感器會出現堵塞的問題，進一步的引發丟包問題的發生，影響后續數據的科學傳輸。因此在實際工作中需要加強對這一問題的深入性分析，提出更加科學的維護方案和應對措施，保證無線傳感器網絡數據傳輸能夠具備可靠性的特點，促進行業的進步以及發展。在無線傳感器網絡結構中，包含的是傳感節點和匯聚節點，在具體應用的過程中要滿足數據傳輸的要求，傳感節點負責感知信息，通過簡單處理之后，可以和其他節點進行相互的信息融合和交互。匯聚節點比較重要，主要是負責收集網絡內部的信息，并且經過綜合性的分析和計算之后，再通過外部網絡傳送至用戶的終端中，保證信息傳輸能夠具備可靠性的特征。無線傳感器網絡研究始于20世紀初，在當前研究方面取得一定的成就，在實際工作中需要深入的分析數據傳輸的可靠性，在既定條件內滿足用戶的需求和數據傳輸的能力，同時還需要了解數據傳輸的應用基礎，做好應用問題的深入性分析和研究，提高整體的工作效果。在實際研究時要融入新型的技術來保證數據的可靠性，傳輸要根據數據網絡可靠性的要求和標準型的特定的評價方法，以此來做好科學客觀地評價，之后，再將數據傳輸可靠性應用于不同的信息傳輸階段，優化整體的網絡結構。此外，還需要考慮不同節點的部署和能源消耗率等等，從而使得數據傳輸效果能夠得到全面的提高，推動行業的不斷進步和發展。

（二）通信技術

通信技術包含了感知軟件和互聯網，在整個物聯網中的應用優勢較為突出，感知元件要將物品的狀態上傳到相對應的互聯網平臺中，加快信息交互的速度之后，再傳遞給客戶端有效的監測和管理相對應的物品。物聯網是互聯網的科學延伸，主要是為了滿足人們在新時期下對各項業務的要求，逐漸的提高整體的應用效果。在通信技術應用的過程中具備低功耗和低成本的特點，特別是在遠程監控中用優勢較為突出。因此在實際工作中可以利用這一技術方案來增設不同的通信模塊，滿足各個體系在信息傳輸方面的要求，有效的提高了整體的運用效果。

（三）系統框架設計

在系統框架設計方面要以精準性為主要的工作指標，優化不同的性能體系，從而使整體運行效果能夠得到全面的提升。首先在實際工作中可以進行分辨率和采集精準參數的設計，將原始物理信息進行真實的還原，并且將其作為開發靈活和功耗較低的數據處理器，以此來為后續數據收集提供重要的基礎。在系統應用方面要搭建核心控制芯片，配合著溫度傳感器和二氧化碳傳感器等等等，將信號通過圖像的方式上傳到相對應的控制中心中之后，再通過無線傳感器網絡發送給數據神經網絡中進行數據的簡單處理，之后，再將處理后的數據上傳到工作人員的計算機中。滿足后續數據傳遞和分析要求，逐漸提高整體的運用效果。

二、硬件系統的設計

（一）傳感器模塊設計

在傳感器模塊設計方面，要根據生產車間的環境以及生產需求，在關鍵環節中配置溫度濕度的傳感器，通過科學的測量將數據進行有效的輸出。在傳感器配置方面要通過測量技術和單總線通信的方式，使系統能夠具備較強的穩定性，之后再選擇合適的溫度補償系統，使其能夠具備較長的工作時間。在具體應用的過程中輸出電流信號要和空氣中的溫度參數成正比，從而達到良好的感知效果，不斷的提升整體的系統運用水平。在后續工作中也可以配合著塵埃傳感器，感應空氣中的塵埃。傳感器內部包含了紅外線設備，能夠探測空氣中的反射光，通過檢測灰塵折射過后的光線來判斷其中的灰塵含量之后，再輸出相對應的信號，上傳到人員的計算機中，做出科學的管理。根據現場的環境提出完善的應對方案，凸顯信息傳遞本身的優勢，從而提高整體的建設效果。

（二）視頻監控模塊的設計

視頻監控模塊的設計在整個系統中的應用優勢也是較為突出的，并且也是重要的組成部分，在實際建設時可以通過電視閉路監控和手機等方式使得物聯網技術應用效果能夠得到全面的提高，并且在視頻監控模塊運用的過程中，要配合著其他的控制體系，以視頻監控為主的核心，輸出不同的信息，同時也可以方便用戶調控其中的數據格式和圖像質量，更好的識別相對應的物品來進行信息的傳遞，有效的提高了整體的設計效果。在系統設計方面要根據技術協議中的內容進行組網，并且融入了安全性較高的通信技術，通過遠距離的監控配合著雙向無線網絡，保證數據傳輸能夠具備較強的穩定性，以此來凸顯更高的性能。在技術實施時也可以配合著相對應的抗干擾技術，減少數據在傳輸時的影響因素，在節點中可以采取網絡拓撲式的結構，能夠將數據實時地傳遞到對應的終端設備中，有效地加快了數據的傳輸速度。

（三）電源模塊

數據的傳輸離不開電源模塊的支持，所以在實際工作中要根據實際的工作情況科學而有序地設置好電源模塊，從而使數據傳輸能夠具備較強的穩定性。在具體應用時要先利用穩壓器進行降壓處理，最大輸入電壓可以設置為20V，輸出電壓可以為4V左右，這一數值并不是絕對的，在實際設計時要根據車間的運行特點以及電路情況更加精準性的進行數值的優化設計，從而為后續數據傳輸提供重要的方向。在系統中要通過開關控制的方式啟動和開啟相對應的節點模塊單元，最大程度的減少其中的能源消耗問題，從而使得整體的數據采集效果能夠得到全面的提高，符合后續的使用要求。

三、軟件系統的設計

（一）信息收集和指令的發送

在信息搜集和指令發送中，要根據不同處理器的功能和硬件設備的使用控制模式來進行級別的科學調整，在主模塊上的傳感器重要獲取相對的數據信息之后，再通過一系列的加工以及處理，將信息顯示在信息屏幕中，在信息傳遞的過程中要設置不同的結構以及設備，以此來優化當前的建設模式。在終端節點中，要由單片機驅動程序和傳感器收發數據程序而共同的組成，要先重置相對應的模塊數據，之后再進行信息通道的定期掃描，當接收到指令時，要先在定位端口中進行信息的搜集之后，再讓單片機進入到休眠狀態，將信息傳送到移動終端中，優化整體的信息傳輸模式，為后續信息的使用提供重要的基礎。在信息傳遞時也可以融入先進的監控技術，及時的發現在信息傳遞方面所存在的問題，根據終端節點的特征，優化整體的信息傳輸流程，從而使整體信息傳輸效果能夠得到全面的提高。

（二）協調節點的設計

協調節點的設計關鍵在于網關的協調性，主要是起到良好的控制作用，協調器要更加科學有序地進行組網和檢驗分配，同時還需要向相關節點發送相對應的采集數據，從而使系統可以更加正常的運行。協調器在初始化之后通過自動組成在終端節點中加入網絡之后，再將數據傳送到協調器中，將數據打包通過傳送的上機位中進行顯示，以此來判斷各個控制器所發出指令的數據地址和網絡節點的位置是否是非常匹配的，如果是匹配的，那么要向各個終端發送相對應的數據，以此來達到良好的控制效果。在數據傳輸時，要使其具備較強的通暢性，考慮系統的應用要求以及標準優化當前的數據傳輸模塊，之后，再由無線指令發送到對應的移動終端中，以此來提高整體的處理效果。在完成這一部分設計時，要先進行系統功能的科學測試，首先可以進行傳感器模塊的測試，根據模擬實驗的環境來檢測數據采集系統的數據類型之后，再配合著測量數據來進行模塊數據精準度的測量，以此來滿足后續的數據傳輸要求及標準。值得注意的是在數據傳輸時難免會存在一定的誤差，但是需要將誤差控制在合理的范圍之中，避免對后續數據傳輸造成一定的影響。在實際工作中要根據通信模塊的特點進行科學的測試，其中的數據丟包率要控制在4%左右，各個系統的功能均要符合系統的設計要求，從而提高整體的設計效果。

（三）單片機技術

單片機技術在整個數據傳遞中所發揮的優勢較為突出，單片機的數據采集要通過封裝傳送到無線通信設備中，滿足后續的傳輸要求。在系統設計時需要做好各個參數的科學調配，滿足數據終端中的通信標準，不同的數據傳輸數據存在一定的差異性，因此在實際工作中需要根據接口協議和MCU的方式進行數據的傳輸，為后續的數據使用提供諸多的便捷。在后續使用的過程中，需要對各個節點的數據傳輸模式進行科學的調配，選擇不同的通信通道，以此來滿足相互通信的要求。另外在無線通信模塊中也要配合著相對應的電路連接，從而使整體數據傳輸通暢性能夠得到充分的保證。在系統設計方面要根據采集數據網絡的特點設置不同的應急方案，避免在數據傳輸時存在較多的影響因素，為實際數據傳輸提供更加穩定和高速的網絡連接模塊，從而使數據采集效果能夠得到全面的提升。在完成系統功能設計之后也要進行科學的調試，根據數據采集的要求以及標準，優化整體的技術模式，并且要考慮數據采集周邊的環境，遵循靈活性的工作原則來融入不同的技術模塊，從而使得系統設計水平能夠得到全面的提升。

結束語：

在當前生產車間數據采集系統設計方面，融入物聯網技術的優勢較為突出，因此需要相關設計人員考慮數據傳輸的要求以及標準，優化整體的數據采集模式，做好硬件和軟件的科學調配，提高系統之間的協調度，從而使得生產車間數據采集系統應用效果能夠得到全面的提升，為實際生產提供多樣性的便捷，促進行業的進步和發展。

參考文獻

[1]宋宮璽， 袁逸萍， 李曉娟. 基于物聯網的生產車間數據采集系統研究[J]. 裝備制造技術， 2014（12）：14-16.

[2]呂杰. 基于物聯網的沖壓車間生產數據采集與處理系統研究[D]. 江蘇大學， 2020.

[3]聶志. 基于物聯網的數字化車間制造過程數據采集與管理研究[D]. 南京航空航天大學， 2015.