一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统的制作方法

1.本发明属于试验箱管控技术领域，具体为一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统。


背景技术：

2.恒温恒湿箱是当今使用较为广泛的环境试验设备，不仅可以作为环境试验中检验材料在各种自然环境特性下的专用设备，也在各种耐高温、耐低温、耐干燥和耐湿性能的实验中发挥着关键作用，从而可以判别出各种材料、零器件等设施是否在可能出现的极端环境下保持正常的运行。当今市场对试验箱的需求量高速增长。
3.常见的试验箱管控系统在使用过程，不能实时监控试验箱内的温度，从而使得使用时较为不便。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统。
5.本发明采用的技术方案如下：一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，包括启动模块、参数采集模块、数据输入模块、温湿度控制输出模块、继电器模块、无线通信模块、物联网平台模块、应用层模块、设备接入模块、编码插件模块和服务器模块，其特征在于：所述启动模块的输出端连接有所述参数采集模块的输入端，所述参数采集模块的输出端连接有所述数据输入模块的输入端，所述数据输入模块的输出端连接有所述温湿度控制输出模块的输入端，所述温湿度控制输出模块的输出端连接有所述继电器模块的输入端，所述继电器模块的输出端连接有所述无线通信模块的输入端，所述无线通信模块的输出端连接有所述物联网平台模块的输入端，所述物联网平台模块的输出端连接有所述应用层模块的输入端。
6.在一优选的实施方式中，所述物联网平台模块的内部设置有设备接入模块、编码插件模块和服务器模块，所述设备接入模块、编码插件模块和服务器模块的整体输出端连接有所述物联网平台模块的输入端。
7.在一优选的实施方式中，所述参数采集模块采用的是基于铂电阻的pt100温度传感器，其温度的采集范围为-200℃至+850℃；该温度传感器采集环境温度的原理是依据电阻的热效应，一般采用恒流的形式，当电流流过该电阻时，电阻的电压会有规律的上升或者下降，由此可得出不同温度下对应的不同电阻值；
8.所述数据输入模块设计了8路输入，用于反馈试验箱的运行状态，每一路输入由tlp291芯片控制，tlp291芯片为光电耦合器，在试验箱运行过程中，把执行机构的运行状态作为di输入，并反馈给主控芯片，从而方便主控芯片判断执行机构的工作模式。
9.在一优选的实施方式中，所述温湿度控制输出模块通过pwm技术调整脉冲宽度并作为tlp291芯片的输入接口，单片机连接mcu_pid2端口，pid2端口连接外设，可实现对压缩
机等执行机构的控制，主要包括：控制试验箱启停的状态和执行机构的工作时间，从而实现温湿度的调整；
10.所述继电器模块选用的是g5nb-1a-e-24vdc继电器，设计了10个，该继电器与控制输出电路配合运行，在系统中设计了两片uln2003芯片用来驱动继电器工作。
11.在一优选的实施方式中，所述无线通信模块通过基于udp通道的coap协议完成传输过程，物联网云平台是作为服务端server，终端试验箱作为客户端client，通过云物联网平台提供的coap服务器地址：a15f2108c2.iot-coaps.cn-north-4.myhuaweicloud.com，端口：5683，完成通信连接，m5311模块与基站建立socket连接，设备连接入网之后，关闭psm模式，同时设定模块edrx周期。
12.在一优选的实施方式中，所述设备接入模块的流程包括以下步骤：
13.在开发界面中，通过新增消息按钮分别设置json类型对应的profile文件中的属性类型，两者相互映射，平台生成插件后可立即部署在定义的产品中。
14.在一优选的实施方式中，所述服务器模块选择云服务器，云服务器ecs可在任意地方直接调用，没有地理位置的限制，并且内存大小和使用规模可以根据业务需求改变，无需考虑设备受限的问题。
15.在一优选的实施方式中，所述服务器模块在使用时首先，对云服务器进行环境配置，云服务器采用linux系统，安装mysql数据库和tomcat应用服务器，配置jdk和python3等运行环境，同时设定安全组接口。
16.在一优选的实施方式中，所述应用层模块的前端主要是图形化界面的设计，同时与后端建立通信，读取后端的数据并在界面中显示，对数据进行可视化操作。
17.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
18.本发明中，物联网平台模块内部的模块根据物联网技术和智能试验箱的发展现状，总结了试验箱在远程监控方面存在的不足，从而提出设计基于物联网的试验箱的远程管控系统。本系统的硬件设计主要为终端层的设计。在终端层中主要实现数据的采集和无线传输。在硬件设计中介绍了主控模块、电源模块、信号输入模块、信号输出模块和无线传输模块，完成了对应的电路设计；通过pt100温度传感器采集箱内干球和湿球的温度，再计算得出对应的湿度，并通过nb-iot无线通信模块，以coap协议传输，将采集的数据传输至云平台中，同时也可接收由云平台转发的控制参数，从而使得整个系统在使用过程中，通过应用层模块可以对整个系统进行控制，云平台中设计profile文件和编解码插件，接收试验箱上传的数据并在云平台中实时显示。完成数据转发和规则引擎的设计，实现与云服务器通信，接收应用层下发的控制指令，并且当上传的数据异常时平台可推送报警信息，从而提高了整个系统的安全性，避免了由于人为疏忽造成的损失，使得整个系统的安全得到了进一步的保障。
附图说明
19.图1为本发明的系统框图；
20.图2为本发明中物联网平台模块系统框图。
21.图中标记：1-启动模块、2-参数采集模块、3-数据输入模块、4-温湿度控制输出模块、5-继电器模块、6-无线通信模块、7-物联网平台模块、8-应用层模块、9-设备接入模块、
10-编码插件模块、11-服务器模块。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.参照图1-2，
24.一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，包括启动模块1、参数采集模块2、数据输入模块3、温湿度控制输出模块4、继电器模块5、无线通信模块6、物联网平台模块7、应用层模块8、设备接入模块9、编码插件模块10和服务器模块11，启动模块1的输出端连接有参数采集模块2的输入端，参数采集模块2的输出端连接有数据输入模块3的输入端，数据输入模块3的输出端连接有温湿度控制输出模块4的输入端，温湿度控制输出模块4的输出端连接有继电器模块5的输入端，继电器模块5的输出端连接有无线通信模块6的输入端，无线通信模块6的输出端连接有物联网平台模块7的输入端，物联网平台模块7的输出端连接有应用层模块8的输入端。
25.物联网平台模块7的内部设置有设备接入模块9、编码插件模块10和服务器模块11，设备接入模块9、编码插件模块10和服务器模块11的整体输出端连接有物联网平台模块7的输入端。
26.参数采集模块2采用的是基于铂电阻的pt100温度传感器，其温度的采集范围为-200℃至+850℃。该温度传感器采集环境温度的原理是依据电阻的热效应，一般采用恒流的形式。当电流流过该电阻时，电阻的电压会有规律的上升或者下降，由此可得出不同温度下对应的不同电阻值；
27.数据输入模块3设计了8路输入，用于反馈试验箱的运行状态，每一路输入由tlp291芯片控制，tlp291芯片为光电耦合器，在试验箱运行过程中，把执行机构的运行状态作为di输入，并反馈给主控芯片，从而方便主控芯片判断执行机构的工作模式。
28.温湿度控制输出模块4通过pwm技术调整脉冲宽度并作为tlp291芯片的输入接口，单片机连接mcu_pid2端口，pid2端口连接外设，可实现对压缩机等执行机构的控制，主要包括：控制试验箱启停的状态和执行机构的工作时间，从而实现温湿度的调整；
29.继电器模块5选用的是g5nb-1a-e-24vdc继电器，设计了10个，该继电器与控制输出电路配合运行，在系统中设计了两片uln2003芯片用来驱动继电器工作。根据继电器的连通和断开状态实现对冷凝器、压缩机、风机和节流阀等执行机构的控制。
30.无线通信模块6通过基于udp通道的coap协议完成传输过程。物联网云平台是作为服务端server，终端试验箱作为客户端client，通过云物联网平台提供的coap服务器地址：
31.a15f2108c2.iot-coaps.cn-north-4.myhuaweicloud.com，端口：5683，完成通信连接。m5311模块与基站建立socket连接，设备连接入网之后，关闭psm模式，同时设定模块edrx周期。经过初始化之后，m5311模块通过ip和端口连接物联网平台。当数据缓存区有数据时，则上传缓存区中的数据。等待数据发送完成之后，检查是否存在新的数据，如果没有数据则模块进入休眠状态；如果存在数据，则重复上一步骤，继续向平台发送数据信息；
32.无线通信模块6当用户在应用层下发控制指令时，首先检测m5311模块是否连接在
网，保证设备入网之后，检查该模块是否为高功耗模式高功耗下可接收和发送数据，低功耗下只能发送数据，如果是，则可以接收来自云平台的控制指令，控制执行机构运行，从而调整试验箱的温度和湿度；如果不是，终端设备将无法接收用户下发的控制指令。
33.设备接入模块9的流程包括以下步骤：
34.1：登录：使用已经注册好的云账号和密码登录云平台；
35.2：设备接入iotda：作为实现设备接入的物联网平台；
36.3：创建产品：根据所开发系统的类型和开发产品的作用进行设置；本系统的硬件终端层选择m5311通信模块，以此进行相应的产品创建，并生成产品id；
37.4：建立profile文件：profile文件是完成产品模型的设置，是介绍设备类型和属性控制的文件；该文件中定义了产品的服务类型，在服务类型下可设定产品的属性控制变量；
38.5：编解码插件开发：根据上传数据的类型判断是否需要开发编解码插件，不同协议传输的数据类型不同；本系统中选择的是coap协议，该协议采用二进制数据流，物联网平台显示数据的类型为json类型，所以在物联网平台中需要完成编解码插件的开发，由编解码插件把硬件终端上传的数据转化为json类型，并且在平台中可查看上传的数据信息；
39.6：设备添加：在物联网平台中进行真实设备的注册，一般以设备的标识码进行认证；因为标识码具有唯一性，一个标识码对应一个nb-iot设备，设备成功添加后会生成唯一的设备id和设备密钥；
40.7：设备入网：将生成的设备id和设备密钥用于终端层的控制软件中，实现设备与物联网平台的对接；只有设备成功入网，终端层才能和云物联网平台通信；
41.8：设备在线：成功接入物联网平台后，可在设备管理界面中查看设备的状态。
42.编码插件模块10在开发界面中，通过新增消息按钮分别设置json类型对应的profile文件中的属性类型，两者相互映射，平台生成插件后可立即部署在定义的产品中。在后续开发中，可根据系统功能的增加或减少对编解码插件进行修改，编码插件模块10的编解码插件存在两个接口：stringdecode(byte[])和byte[]encode(string)。不同的编解码接口对应不同的消息：decode对应上行消息，本系统数据传输使用coap协议，所以该协议massage层中存放试验箱上传的数据信息，调用该接口进行解码，将数据显示在物联网平台中；encode对应下行消息，接收来自应用层下发的控制参数，调用该接口完成数据编码，将控制参数组装成coap报文发送回试验箱。
[0043]
服务器模块11选择云服务器，云服务器ecs可在任意地方直接调用，没有地理位置的限制，并且内存大小和使用规模可以根据业务需求改变，无需考虑设备受限的问题。
[0044]
服务器模块11在使用时首先，对云服务器进行环境配置。云服务器采用linux系统，安装mysql数据库和tomcat应用服务器，配置jdk和python3等运行环境，同时设定安全组接口。安全组接口即是开发人员根据系统具体需要实现的功能，定义的不同访问连接，为接收和转存数据做准备。这些设定好的规则相当于内网防火墙，可以保护同一个vpn中的云服务器免受黑客或者计算机病毒的危害。整个过程使用远程控制软件xshell和xftp进行设置，减轻开发难度。其次，完成服务器的配置后，为了方便用户的访问，可以设置公网ip。弹性公网ip是申请的独立ip地址，将ip绑定在云服务器上，通过安全组配置规则后，可以设定仅允许特定的ip地址远程连接云服务器，实现云服务器和internet的通信。用户可使用任
意电脑或智能通信设备以浏览器的方式登录云服务器，实现随时登录试验箱的管控界面
[0045]
应用层模块8的前端主要是图形化界面的设计，同时与后端建立通信，读取后端的数据并在界面中显示，对数据进行可视化操作；也可将用户在网页界面中下发的控制指令转发至后端，实现用户对终端设备的远程控制。前端根据javascript+html+css语言，在bootstrap框架和jquery库的配置下，使用jsp技术，利用html语言编写满足试验箱远程管控的动态网页界面；编写css语言进行网页样式设计；根据javascript设定好数据交互的接口。应用层模块8的后端进行逻辑控制，实现模型与数据库的连接和数据传输。后端可以与云平台连接和通信，接收由云平台转发的数据，并存入数据库服务器中；与前端进行通信，接收由前端发送的请求，并按照请求内容转发数据至前端。后端开发是依据mvc架构，在mvc架构下后端通过jdbc驱动连接mysql数据库。
[0046]
本发明中，物联网平台模块7内部的模块根据物联网技术和智能试验箱的发展现状，总结了试验箱在远程监控方面存在的不足，从而提出设计基于物联网的试验箱的远程管控系统。本系统的硬件设计主要为终端层的设计。在终端层中主要实现数据的采集和无线传输。在硬件设计中介绍了主控模块、电源模块、信号输入模块、信号输出模块和无线传输模块，完成了对应的电路设计；通过pt100温度传感器采集箱内干球和湿球的温度，再计算得出对应的湿度，并通过nb-iot无线通信模块，以coap协议传输，将采集的数据传输至云平台中，同时也可接收由云平台转发的控制参数，从而使得整个系统在使用过程中，通过应用层模块8可以对整个系统进行控制，云平台中设计profile文件和编解码插件，接收试验箱上传的数据并在云平台中实时显示。完成数据转发和规则引擎的设计，实现与云服务器通信，接收应用层下发的控制指令，并且当上传的数据异常时平台可推送报警信息，从而提高了整个系统的安全性，避免了由于人为疏忽造成的损失，使得整个系统的安全得到了进一步的保障。
[0047]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，包括启动模块(1)、参数采集模块(2)、数据输入模块(3)、温湿度控制输出模块(4)、继电器模块(5)、无线通信模块(6)、物联网平台模块(7)、应用层模块(8)、设备接入模块(9)、编码插件模块(10)和服务器模块(11)，其特征在于：所述启动模块(1)的输出端连接有所述参数采集模块(2)的输入端，所述参数采集模块(2)的输出端连接有所述数据输入模块(3)的输入端，所述数据输入模块(3)的输出端连接有所述温湿度控制输出模块(4)的输入端，所述温湿度控制输出模块(4)的输出端连接有所述继电器模块(5)的输入端，所述继电器模块(5)的输出端连接有所述无线通信模块(6)的输入端，所述无线通信模块(6)的输出端连接有所述物联网平台模块(7)的输入端，所述物联网平台模块(7)的输出端连接有所述应用层模块(8)的输入端。2.如权利要求1所述的一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，其特征在于：所述物联网平台模块(7)的内部设置有设备接入模块(9)、编码插件模块(10)和服务器模块(11)，所述设备接入模块(9)、编码插件模块(10)和服务器模块(11)的整体输出端连接有所述物联网平台模块(7)的输入端。3.如权利要求1所述的一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，其特征在于：所述参数采集模块(2)采用的是基于铂电阻的pt100温度传感器，其温度的采集范围为-200℃至+850℃；该温度传感器采集环境温度的原理是依据电阻的热效应，一般采用恒流的形式，当电流流过该电阻时，电阻的电压会有规律的上升或者下降，由此可得出不同温度下对应的不同电阻值；所述数据输入模块(3)设计了8路输入，用于反馈试验箱的运行状态，每一路输入由tlp291芯片控制，tlp291芯片为光电耦合器，在试验箱运行过程中，把执行机构的运行状态作为di输入，并反馈给主控芯片，从而方便主控芯片判断执行机构的工作模式。4.如权利要求1所述的一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，其特征在于：所述温湿度控制输出模块(4)通过pwm技术调整脉冲宽度并作为tlp291芯片的输入接口，单片机连接mcu_pid2端口，pid2端口连接外设，可实现对压缩机等执行机构的控制，主要包括：控制试验箱启停的状态和执行机构的工作时间，从而实现温湿度的调整；所述继电器模块(5)选用的是g5nb-1a-e-24vdc继电器，设计了10个，该继电器与控制输出电路配合运行，在系统中设计了两片uln2003芯片用来驱动继电器工作。5.如权利要求1所述的一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，其特征在于：所述无线通信模块(6)通过基于udp通道的coap协议完成传输过程，物联网云平台是作为服务端server，终端试验箱作为客户端client，通过云物联网平台提供的coap服务器地址：a15f2108c2.iot-coaps.cn-north-4.myhuaweicloud.com，端口：5683，完成通信连接，m5311模块与基站建立socket连接，设备连接入网之后，关闭psm模式，同时设定模块edrx周期。6.如权利要求1所述的一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，其特征在于：所述设备接入模块(9)的流程包括以下步骤：(1：登录：使用已经注册好的云账号和密码登录云平台；(2：设备接入iotda：作为实现设备接入的物联网平台；(3：创建产品：根据所开发系统的类型和开发产品的作用进行设置；本系统的硬件终端层选择m5311通信模块，以此进行相应的产品创建，并生成产品id；
(4：建立profile文件：profile文件是完成产品模型的设置，是介绍设备类型和属性控制的文件；该文件中定义了产品的服务类型，在服务类型下可设定产品的属性控制变量；(5：编解码插件开发：根据上传数据的类型判断是否需要开发编解码插件，不同协议传输的数据类型不同；本系统中选择的是coap协议，该协议采用二进制数据流，物联网平台显示数据的类型为json类型，所以在物联网平台中需要完成编解码插件的开发，由编解码插件把硬件终端上传的数据转化为json类型，并且在平台中可查看上传的数据信息；(6：设备添加：在物联网平台中进行真实设备的注册，一般以设备的标识码进行认证；因为标识码具有唯一性，一个标识码对应一个nb-iot设备，设备成功添加后会生成唯一的设备id和设备密钥；(7：设备入网：将生成的设备id和设备密钥用于终端层的控制软件中，实现设备与物联网平台的对接；只有设备成功入网，终端层才能和云物联网平台通信；(8：设备在线：成功接入物联网平台后，可在设备管理界面中查看设备的状态。7.如权利要求1所述的一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，其特征在于：所述编码插件模块(10)在开发界面中，通过新增消息按钮分别设置json类型对应的profile文件中的属性类型，两者相互映射，平台生成插件后可立即部署在定义的产品中。8.如权利要求1所述的一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，其特征在于：所述服务器模块(11)选择云服务器，云服务器ecs可在任意地方直接调用，没有地理位置的限制，并且内存大小和使用规模可以根据业务需求改变，无需考虑设备受限的问题。9.如权利要求1所述的一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，其特征在于：所述服务器模块(11)在使用时首先，对云服务器进行环境配置，云服务器采用linux系统，安装mysql数据库和tomcat应用服务器，配置jdk和python3等运行环境，同时设定安全组接口。10.如权利要求1所述的一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统，其特征在于：所述应用层模块(8)的前端主要是图形化界面的设计，同时与后端建立通信，读取后端的数据并在界面中显示，对数据进行可视化操作。

技术总结
本发明公开了一种基于物联网的恒温恒湿试验箱的远程管控系统。本发明中，通过PT100温度传感器采集箱内干球和湿球的温度，再计算得出对应的湿度，并通过NB-IoT无线通信模块，以CoAP协议传输，将采集的数据传输至云平台中，同时也可接收由云平台转发的控制参数，从而使得整个系统在使用过程中，通过应用层模块可以对整个系统进行控制，云平台中设计Profile文件和编解码插件，接收试验箱上传的数据并在云平台中实时显示。完成数据转发和规则引擎的设计，实现与云服务器通信，接收应用层下发的控制指令，并且当上传的数据异常时平台可推送报警信息，从而提高了整个系统的安全性，避免了由于人为疏忽造成的损失，使得整个系统的安全得到了进一步的保障。得到了进一步的保障。得到了进一步的保障。


技术研发人员：刘仕技 徐文贯
受保护的技术使用者：广州威德玛环境仪器有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/7/25