基于物联网的并条机监测系统设计与实现
发布时间：2020-06-29 12:13
【摘要】：随着物联网与云计算技术的发展,制造行业迎来了以数字化为基础,网络化作支撑,智能化为发展目标的转型浪潮。边缘计算通过在网络边缘侧提供智能服务,与云计算相互协调使能智能网关、智能系统等。并条工序作为改善棉条质量的关键一步,其生产的棉条质量对后续生产的纱线质量至关重要。并条机的运行状态监测与棉条质量的在线检测有利于修正并条机控制系统模型和工艺参数的修正以便进一步改善棉条质量。本文结合物联网技术与边缘计算架构设计了并条机的物联网监测系统。本文首先分析了并条机物联网监测系统的需求并对比了物联网常用的通信协议,在此基础上设计了并条机物联网的系统架构。然后设计了基于MQTT协议的物联网通信网关和物联网监测系统服务端系统,基于Epoll I/O复用机制改进了MQTT代理服务器的连接机制并且基于RPMsg实现了物联网网关与边缘计算节点之间的数据传输。本文深入分析了棉条波谱图的计算原理,并在分析了基于小波变换和傅里叶变换的棉条波谱图算法的基础上,设计了基于包络线算法的棉条波谱图计算方法。接着本文详细设计了边缘计算节点各功能模块的处理流程并结合A%、CV%的定义对其计算过程进行了优化,大大缩小了中间变量,防止发生数据溢出等问题。最后本文在Cortex-M4嵌入式平台上实现了边缘计算节点的各功能模块。本文设计并实现了并条机物联网监测系统,其可以远程监控并条机运行状态以及用于后期的智能分析。且试验表明其计算结果准确且系统运行稳定。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.44;TN929.5;TS103.224
【图文】：
Modubus RTU/TCP 的网络架构和基于 PROFI-BUS 和工业以太网的网络架构；在理论研究方面，东华大学研究团队 CAN 总线+NoSQL 的技术架构构建了织布制造过程的 CPS 系统[6]，郑州轻工业学院的研究团队开发了一套基于 eMQTT 代理服务器+web 服务器和 Raspberry Pi 核心板架构的织机信息化系统[7]。如图 1-1 所示，在 2015年米兰的 ITMA（国际纺织机械展览会）上，瑞士 Uster 公司首次展出了其全新的纺纱质量监控产品 USTER TESTER 6 并加入了全新的 USTER QUALITY EXPERT专家系统和 Q 助手。USTER QUALITY EXPERT 专家系统收集了 Uster 条干仪和Uster 监控系统在线测试数据，而且其具有很好的扩展性，可以接入更多的测试和监控仪器以提供更全面的纱线质量管理。而 Q 助手结合了 Uster 公司六十多年的应用经验，能够分析并快速警告纱线质量缺陷并给出合理的解决方案。如图 1-2 所示，在同年的展会上，瑞士 RIETER 也推出了 SPIDERweb 蛛网纱厂监控系统。该系统中的 Cockpit module 实现了设备的物联网功能，使得用户可以在移动终端上查看设备的运行状况。同时系统的 Alert 模块在系统出现故障时可以即时地向用户发送短信通知。
技术、IPV6、传感器网络硬件节点以及无线传感网络等方面[8]。在无线传感器网络方面，南京邮电大学开发了 MeshIDE 集成开发平台和 Disware 中间件；在传感器网络硬件节点方面，中科院计算机所开发了 GAINSJ、gainz 等节点系列[9]；在 IPv6 方面，华中科技大学刘致尧等人设计了物联网 IPv6 感知层的核心硬件[10]，南京邮电大学骆永清等人设计了一种物联网轻量级 IPv6 寻址及地址配置方法[11]。2016 年华为公司正式发布了用于构建蜂窝网络 NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）技术，以用于构建低功耗、广覆盖、支撑海量连接的物联网系统。1999 年IBM 和 Eurotech 公司开发了轻量级跨平台的消息传输协议——MQTT，其为物联网系统的消息传输提供了可靠保障。随着 2009 年欧盟发布《物联网战略研究线路图（Internet of Things Strategic Research Roadmap），日本也提出了“u-Japan 战略”和“I-Japan 战略”[12][13]。惠普、IBM 也分别建立了自己的传感器数据平台“地球中枢神经系统”（Central Nervous System of the Earth）[14]、“智慧星球”[15]，如图 1-31-4 所示。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.44;TN929.5;TS103.224
【图文】：
Modubus RTU/TCP 的网络架构和基于 PROFI-BUS 和工业以太网的网络架构；在理论研究方面，东华大学研究团队 CAN 总线+NoSQL 的技术架构构建了织布制造过程的 CPS 系统[6]，郑州轻工业学院的研究团队开发了一套基于 eMQTT 代理服务器+web 服务器和 Raspberry Pi 核心板架构的织机信息化系统[7]。如图 1-1 所示，在 2015年米兰的 ITMA（国际纺织机械展览会）上，瑞士 Uster 公司首次展出了其全新的纺纱质量监控产品 USTER TESTER 6 并加入了全新的 USTER QUALITY EXPERT专家系统和 Q 助手。USTER QUALITY EXPERT 专家系统收集了 Uster 条干仪和Uster 监控系统在线测试数据，而且其具有很好的扩展性，可以接入更多的测试和监控仪器以提供更全面的纱线质量管理。而 Q 助手结合了 Uster 公司六十多年的应用经验，能够分析并快速警告纱线质量缺陷并给出合理的解决方案。如图 1-2 所示，在同年的展会上，瑞士 RIETER 也推出了 SPIDERweb 蛛网纱厂监控系统。该系统中的 Cockpit module 实现了设备的物联网功能，使得用户可以在移动终端上查看设备的运行状况。同时系统的 Alert 模块在系统出现故障时可以即时地向用户发送短信通知。
技术、IPV6、传感器网络硬件节点以及无线传感网络等方面[8]。在无线传感器网络方面，南京邮电大学开发了 MeshIDE 集成开发平台和 Disware 中间件；在传感器网络硬件节点方面，中科院计算机所开发了 GAINSJ、gainz 等节点系列[9]；在 IPv6 方面，华中科技大学刘致尧等人设计了物联网 IPv6 感知层的核心硬件[10]，南京邮电大学骆永清等人设计了一种物联网轻量级 IPv6 寻址及地址配置方法[11]。2016 年华为公司正式发布了用于构建蜂窝网络 NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）技术，以用于构建低功耗、广覆盖、支撑海量连接的物联网系统。1999 年IBM 和 Eurotech 公司开发了轻量级跨平台的消息传输协议——MQTT，其为物联网系统的消息传输提供了可靠保障。随着 2009 年欧盟发布《物联网战略研究线路图（Internet of Things Strategic Research Roadmap），日本也提出了“u-Japan 战略”和“I-Japan 战略”[12][13]。惠普、IBM 也分别建立了自己的传感器数据平台“地球中枢神经系统”（Central Nervous System of the Earth）[14]、“智慧星球”[15]，如图 1-31-4 所示。
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 周济;;智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J];中国机械工程;2015年17期
2 赖梓昌;杨斌;;异构多核的全高清H264解码系统设计[J];单片机与嵌入式系统应用;2015年01期
3 姚穆;;我国纺织产业面临的挑战与对策[J];棉纺织技术;2014年02期
4 徐e
本文编号：2733849
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/2733849.html
