[发明专利]基于MQTT协议的微波烧结实时远程监控系统

权利要求书

1.基于MQTT协议的微波烧结实时远程监控系统，其特征是：包括监测数据采集传感器、物联网网关、MQTT消息服务器、流式传感器数据处理平台、监测客户端；所述监测数据采集传感器用于采集微波烧结过程中的状态信息，包括功率和温度，此外使用数字电位器实现烧结功率的远程调节；所述物联网网关用于实现传感器的物联网接入，通过MQTT客户端使用移动通信网发布传感器数据；所述MQTT消息服务器为MQTT消息的发布、订阅提供网络服务，同时完成监测数据的持久化；所述流式传感器数据处理平台用于实时检测传感器数据中的异常点，并对异常数据进行标记；所述监测客户端用于向用户可视化展示微波烧结设备的当前运行状态，包括Android客户端和网页版的JavaScript客户端；其中，所述监测数据采集传感器包括红外测温仪、电流表，温度信息采集使用红外测温仪，红外测温仪的位置为烧结腔体观察窗的正上方，该红外测温仪将辐射功率转换成电信号，该信号在补偿环境温度之后进行模拟输出，使用Arduino微控制的模拟输入IO口捕获该信号后进行模数转换得到温度的数字信号值；功率信息采集使用电流表采集微波发生器的阴极电流，电流表使用RS485总线输出电流值，通过RS485转TTL接入Arduino微控制器，完成电流值的读取；使用数字电位器实现Arduino微控制器对微波发生器功率的控制功能，数字电位器采用型号的X9C103S；所述流式传感器数据处理平台使用Spark Streaming流式大数据处理框架，SparkStreaming从MQTT中获取数据，使用Mllib中的流式K-means聚类算法对数据进行处理，并将处理后的数据推送到实时仪表板；异常检测算法采用自下向上策略的层次聚类算法，它首先将数据集中的每个样本视为初始聚类簇，然后将距离最近的两个聚类簇合并，如此往复，直至达到预设数目的聚类簇数量。

2.根据权利要求1所述的基于MQTT协议的微波烧结实时远程监控系统，其特征是：所述物联网网关硬件由Raspberry Pi Model 3 B+构成，Raspberry Pi 使用USB接口对接Arduino微控制器获取其发送的传感器数据；使用eclipse/paho.mqtt.python库在Raspberry Pi中实现MQTT客户端，完成MQTT消息的发布和订阅；每台微波烧结设备使用一Arduino微控制器与Raspberry Pi物联网网关通信，网关负责物联网节点的接入控制，物联网网关保存一张节点接入控制表，包含节点ID和验证结果，当节点第一次接入网关时，其验证结果为未验证，当该节点ID被管理平台验证通过后，验证结果修改为允许接入，若该节点ID被管理平台验证失败后，验证结果修改为禁止接入，若是黑名单，则验证结果修改为黑名单，对于禁止接入和黑名单，网关收到该节点的数据包后，对数据包进行丢弃处理。

3.根据权利要求1所述的基于MQTT协议的微波烧结实时远程监控系统，其特征是：所述MQTT消息服务器由EMQ构成，EMQ服务器配置关闭匿名登录并开启emqx_auth_mysql插件，使用MySQL数据库中的表mqtt_user进行用户验证和表mqtt_acl进行访问控制验证；MQTT消息采用JSON数据交换格式；使用QoS0发布描述烧结装置状态的监测数据，使用QoS2发布功率远程调整命令；采用订阅通配符主题方案订阅EMQ服务器上的所有MQTT主题，将收到的消息实时存储到MongoDB数据库。

4.根据权利要求1所述的基于MQTT协议的微波烧结实时远程监控系统，其特征是：所述Android客户端通过在Service组件中基于eclipse/paho.mqtt.java库实现MQTT客户端订阅MQTT消息，然后通过BroadCast将监测数据发送到前端Layout，完成数据的可视化显示；所述JavaScript客户端通过eclipse/paho.mqtt.javascript库在Web页面中实现MQTT客户端订阅MQTT消息，然后将接收到的数据通过Web仪表盘组件展示，完成数据的可视化展示。