基于物联网的原浆啤酒智能保鲜销售终端控制系统的制作方法

本发明涉及原浆啤酒的保鲜设备技术领域，尤其涉及基于物联网的原浆啤酒智能保鲜销售终端控制系统。

背景技术：

原浆啤酒的存储对环境要求十分苛刻，对二氧化碳压力、环境温度的要求很高。现有的原浆啤酒保鲜设备普遍技术含量较低，大部分仅仅实现了压力、温度等参数的测量，测量精度不够高，而且并没有与物联网技术相结合，不能做到远程监测和控制，更无法通过数据库对销售情况进行分析。现有的原浆啤酒保鲜技术严重影响的原浆保鲜啤酒的推广。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供基于物联网的原浆啤酒智能保鲜销售终端控制系统，可实现电压、重量、压力和温度等参数的精确测量，可以实现本地控制以及远程控制，很好的保证设备的安全有效运行，同时利用数据挖掘技术对销售数据进行分析，为用户制定合理的进货和销售方案。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于物联网的原浆啤酒智能保鲜销售终端控制系统，包括测量模块，所述测量模块将测量数据发送给主控模块，所述主控模块与功率模块、显示模块及无线通信模块连接，所述无线通信模块与网络监控系统通信；所述功率模块驱动制冷机及压力调节器的工作；

所述网络监控系统包括权限管理模块，所述权限管理模块为参数设置模块、密码修改模块及控制方式切换模块提供权限服务，所述参数设置模块对数据库进行数据的读写，所述数据库通过数据传输层与所述无线通信模块和云服务器进行通信，所述数据库为数据挖掘模块提供数据，人机交互展示单元展示测量模块测得的数据信息、参数设置的数据信息及数据挖掘模块提供的销售数据与天气、地理位置的关联关系。

所述测量模块包括依次连接的传感器单元、信号调理电路及AD转化电路，传感器单元包括电压互感器、压力变送器、称重传感器和温度传感器，电压互感器安装在PCB板上，测量控制系统的工作电压；压力变送器和温度传感器安装在啤酒保鲜桶内，测量啤酒保鲜桶内的压力和温度，称重传感器安装在啤酒保鲜桶的底座上，测量啤酒保鲜桶内啤酒的重量；信号调理电路将传感器单元采集的信号进行滤波和放大。

所述功率模块包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入端连接所述主控模块的输出端，光电耦合器的输出端通过三极管连接制冷机控制继电器和压力控制继电器，所述制冷机控制继电器和压力控制继电器分别与制冷机和二氧化碳罐连接；

当桶内温度高于设定的上限温度时，主控模块发送制冷机工作指令，功率模块接收此指令，闭合制冷机控制继电器，制冷机开始工作；当桶内温度达到设定的下限温度时，主控模块发送制冷机停机指令，功率模块接收此指令，断开制冷机控制继电器，制冷机停止工作；

当桶内压力低于下限压力时，主控模块发送压力调节器工作指令，功率模块接收此指令，闭合压力控制继电器，连接二氧化碳罐的电磁阀动作，向桶内进气，当桶内压力达到设定的最高压力时，主控模块发送压力调节器停机指令，功率模块接收此指令，断开压力控制继电器，连接二氧化碳罐的电磁阀闭合，停止往桶内进气。

所述数据库包括监视数据数据库和控制数据数据库，所述监视数据数据库用于存储测量模块测得的数据，所述控制数据数据库用于存储控制过程产生的数据。

所述控制方式切换模块包括本地控制模块、远程控制模块和停机状态，

本地控制模块工作状态下，主控模块首先根据无线通信模块发送的命令判断属于哪种控制方式，然后接收测量模块发送的实时参数，由显示模块进行上下限参数的设定，主控模块根据设定的上下限参数判断是否启动制冷机和压力调节器；

远程控制模块工作状态下，通过网络监控系统进行上下限参数设置，主控模块根据设定的上下限参数判断是否启动制冷机和压力调节器；

停机工作状态下，所述控制系统进入死机状态，不起调节作用。

所述无线通信模块包括GPRS模块、3G模块和WiFi模块，无线通信模块接收主控模块发送的实时数据，并通过http方式将数据发送到云服务器中；无线通信模块还能够接收网络监控系统返回的控制命令并发送给主控模块。

所述GPRS模块包括单片机和SIM900，所述单片机与所述主控模块通信，同时所述单片机与所述SIM900连接；

单片机获取主控模块发送的数据，并进行数据校验，若校验不正确，将数据舍弃，若数据校验正确，则把数据发送至所述网络监控系统；数据发送成功后，网络监控系统返回相应的控制指令，单片机接收此命令，并对数据进行校验，若校验通过，则把控制指令发送到主控模块。

所述SIM900获取经纬度信息进行定位，基于聚类分析技术的数据挖掘算法，数据挖掘模块找出销售数据与天气、地理位置影响因素的联系，为用户提供一个进货和销售建议。

所述显示模块包括与所述主控模块连接的单片机，所述单片机与液晶面板、按键和EEPROM数据存储单元连接，所述显示模块上电后先从EEPROM数据存储单元中读取上次设置的参数，然后接收主控模块发送的实时测量数据，并在液晶面板上进行显示；

设置的参数包括：温度上下限、压力上下限、制冷机延迟时间、制冷机最长运行时间、压力调节器最长运行时间及数据上传网络间隔时间。

所述显示模块上电后还能够进行参数校准，参数校准包括：重量一次校准、重量二次校准及温度校准；当参数修改了以后，会把数据存储在EEPROM中，并发送至主控模块；

其中，称重一次校准为无酒状态下通过标准砝码进行称重校准，称重二次校准为有酒状态下通过标准砝码进行称重校准，温度校准为通过标准温度计进行校准，有效保证传感器的精度。

本发明的有益效果：

本发明采用了物联网技术、智能控制技术和数据挖掘技术，实现对啤酒保鲜桶工作电压、温度、重量和压力等参数的精确测量，保证设备安全有效运行，根据最优阈值进行精确控制，有效保证啤酒的新鲜度，重量变化可以反映销售数据能够对销售数据进行数据挖掘，从而为用户制定合理的进货和销售方案，提高用户的经济效益。

本发明的网络监控系统，能够实现云共享，利于远程控制，可以随时随地进行参数修改，在本地控制工作状态、远程控制工作状态和停机状态之间进行切换。

附图说明

图1(a)为本发明的整体结构图；图1(b)为网络监控系统的结构图；

图2(a)为电压互感器工作的电路图，图2(b)为称重传感器工作的电路图，图2(c)为温度传感器工作的电路图；

图3是功率模块电路图；

图4(a)是显示模块的单片机部分电路图；图4(b)是显示模块除单片机以外的电路图；

图5(a)为SIM900模块电路图；图5(b)为GPRS模块中单片机的电路结构图；

图6是主控模块电路图；

图7是监视数据接收与存储的过程；

图8是控制数据发送与存储的过程；

图9是显示模块工作流程图；

图10是无线通信模块工作流程图；

图11是主控模块工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1(a)-图1(b)所示，基于物联网的原浆啤酒智能保鲜销售终端控制系统，包括测量模块，所述测量模块将测量数据发送给主控模块(如图5所示主控模块的电路图)，所述主控模块与功率模块、显示模块及无线通信模块连接，所述无线通信模块与网络监控系统通信；所述功率模块驱动制冷机及压力调节器的工作；

所述网络监控系统包括权限管理模块，所述权限管理模块为参数设置模块、密码修改模块及控制方式切换模块提供权限服务，所述参数设置模块对数据库进行数据的读写，所述数据库通过数据传输层与所述无线通信模块和云服务器进行通信，所述数据库为数据挖掘模块提供数据，人机交互展示单元展示测量模块测得的数据信息、参数设置的数据信息及数据挖掘模块提供的销售数据与天气、地理位置的关联关系。

所述测量模块包括依次连接的传感器单元、信号调理电路及AD转化电路，传感器单元包括电压互感器、压力变送器、称重传感器和Pt100热电偶温度传感器，电压互感器安装在PCB板上，测量控制系统的工作电压；压力变送器和Pt100热电偶温度传感器安装在啤酒保鲜桶内，测量啤酒保鲜桶内的压力和温度，称重传感器安装在啤酒保鲜桶的底座上，测量啤酒保鲜桶内啤酒的重量；信号调理电路将传感器单元采集的信号进行滤波和放大。

如图2(a)-图2(c)所示，测量模块由电压检测、温度检测、压力检测、重量检测四部分构成，检测信号经过信号调理电路调理后，进入主控模块，进行进一步分析处理。

电压检测单元

如图2(a)所示，电压检测单元包括，一个电压互感器和信号调理电路。信号调理电路包括：放大电路、整流电路、滤波电路。电压互感器得到一个平均值大约为2MA的交流信号，经过放大和整流后，得到一个直流电压，进入单片机进行AD转化，进而计算出实际电压。

温度检测单元

如图2(c)所示，温度检测设计单元包括：一个温度传感器、信号调理电路和ADC芯片。传感器采用三线制的热电偶温度传感器Pt100，在调理电路中使用低温票的高精密电阻。ADC芯片采用的亚诺德半导体公司的极低功耗的24位模数转换器AD7780，测量误差可以控制在0.2℃之内。

压力检测单元设计

压力检测设计单元包括：一个压力变送器和信号调理电路。压力变送器输出电压为0-5V，可以直接进入单片机进入AD转化。

重量检测设计

如图2(b)所示，重量检测设计电路包括一个重量传感器、信号调理电路和ADC芯片。重量传感器输出信号为0-15mv电压信号，可以直接进入ADC芯片进行AD转化。ADC芯片采用亚诺德半导体公司的极低功耗的24位模数转换器AD7780，实际测量精度可以达到0.01Kg。

如图3所示，所述功率模块包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入端连接所述主控模块的输出端，光电耦合器的输出端通过三极管连接制冷机控制继电器和压力控制继电器，所述制冷机控制继电器和压力控制继电器分别与制冷机和二氧化碳罐连接；

当设备工作电压过低或过高时，功率模块将停止工作，有效保护制冷机的使用寿命。

当桶内温度高于设定的上限温度时，主控模块发送制冷机工作指令，功率模块接收此指令，闭合制冷机控制继电器，制冷机开始工作；当桶内温度达到设定的下限温度时，主控模块发送制冷机停机指令，功率模块接收此指令，断开制冷机控制继电器，制冷机停止工作；

当桶内压力低于下限压力时，主控模块发送压力调节器工作指令，功率模块接收此指令，闭合压力控制继电器，连接二氧化碳罐的电磁阀动作，向桶内进气，当桶内压力达到设定的最高压力时，主控模块发送压力调节器停机指令，功率模块接收此指令，断开压力控制继电器，连接二氧化碳罐的电磁阀闭合，停止往桶内进气。

精确测量桶内啤酒的实时重量，直接反映销售数据。

制冷机控制继电器和压力控制继电器所在的电路类似，如图3所示为其中一个的电路示意图，继电器采用12V供电的电磁继电器，在硬件设计上装有压敏电阻，光耦等器件提高系统的为稳定性。

所述数据库包括监视数据数据库和控制数据数据库，所述监视数据数据库用于存储测量模块测得的数据，所述控制数据数据库用于存储控制过程产生的数据。

如图7为监视数据接收与存储的过程，监视数据数据库接受无线通信模块的数据，首先验证有效性，若无效则丢弃该数据，若有效则分解数据并写入监视数据数据库，结合设置的参数进行智能判断，在温度过高、重量过低、重量变化时做出相应的控制指令。

如图8为控制数据发送与存储的过程，网络监控系统可以封装为手机或电脑登录客户端，用户通过手机或电脑登录客户端，发送链接请求，从而与云服务器建立链接，并发送控制参数，云服务器接收到控制参数后对其进行分析，若符合控制逻辑，将其存储在数据库中，从而实现远程控制。

所述控制方式切换模块包括本地控制模块、远程控制模块和停机状态，

本地控制模块工作状态下，主控模块首先根据无线通信模块发送的命令判断属于哪种控制方式，然后接收测量模块发送的实时参数，由显示模块进行上下限参数的设定，主控模块根据设定的上下限参数判断是否启动制冷机和压力调节器；

远程控制模块工作状态下，通过网络监控系统进行上下限参数设置，主控模块根据设定的上下限参数判断是否启动制冷机和压力调节器；

停机工作状态下，所述控制系统进入死机状态，不起调节作用。

所述无线通信模块包括GPRS模块、3G模块和WiFi模块，无线通信模块接收主控模块发送的实时数据，并通过http方式将数据发送到云服务器中；无线通信模块还能够接收网络监控系统返回的控制命令并发送给主控模块。

如图5(a)-如图5(b)所示，所述GPRS模块包括单片机和SIM900，所述单片机与所述主控模块通信，同时所述单片机与所述SIM900连接；

如图10所示，单片机获取主控模块发送的数据，并进行数据校验，若校验不正确，将数据舍弃，若数据校验正确，则把数据发送至所述网络监控系统；数据发送成功后，网络监控系统返回相应的控制指令，单片机接收此命令，并对数据进行校验，若校验通过，则把控制指令发送到主控模块。

可以设置数据发送频率，使系统调节更灵活，并能有效平衡服务器负载，节省数据流量。

灵活的看门狗及硬件复位设计，实现了网络故障恢复的功能，可有效解决网络故障引起的模块死机现象，保证无线通信模块永不掉线。

所述SIM900获取经纬度信息进行定位，基于聚类分析技术的数据挖掘算法，数据挖掘模块找出销售数据与天气、地理位置影响因素的联系，为用户提供一个进货和销售建议。

如图4(a)-图4(b)所示为显示模块的电路结构示意图，所述显示模块包括与所述主控模块连接的单片机，所述单片机与液晶面板、按键和EEPROM数据存储单元连接，所述显示模块上电后先从EEPROM数据存储单元中读取上次设置的参数，然后接收主控模块发送的实时测量数据，并在液晶面板上进行显示；显示模块工作流程具体如图9所示。

设置的参数包括：温度上下限、压力上下限、制冷机延迟时间(温度达到上限后并持续一段时间，启动制冷机，防止因温度波动造成误启动)、制冷机最长运行时间、压力调节器最长运行时间及数据上传网络间隔时间。

所述显示模块上电后还能够进行参数校准，参数校准包括：称重一次校准、称重二次校准及温度校准，其中，称重一次校准为无酒状态下通过标准砝码进行称重校准，称重二次校准为有酒状态下通过标准砝码进行称重校准，温度校准为通过标准温度计进行校准，可以有效保证传感器的精度；当参数修改了以后，会把数据存储在EEPROM中，并发送至主控模块。

主控模块的设计如图6所示，整个主控模块是本发明的核心，它将各个模块联系起来组成一个智能控制系统。

系统上电后，主控模块将上次系统断电时间和本次系统开机时间记录下来，发送给无线通信模块，无线通信模块将此时间上传至网络监控系统，用户登陆后可以看到这两个时间。

主控模块接收来自显示模块和无线通信模块的控制命令，判断出是本地控制、远程控制还是停机状态。然后根据实时测量数据判断是否启动制冷机或压力调节器。

主控模块的工作方法如图11所示，系统上电后，首先从EEPROM中读取存储的参数。主控模块可以分别接收显示模块和无线模块发送的参数，并可以判断系统的工作模式：本地控制、远程控制或停机状态。主控模块将传感器测量的数据与设定的阀值进行比较，若温度过高，并且电压正常，则启动制冷机；若压力过低，则启动压力调节器。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。