[发明专利]基于数字孪生的车间环境监测装置及监测方法

权利要求书

1.基于数字孪生的车间环境监测装置，其特征在于,该系统包含传感及控制模块、集中模块、云平台和应用模块；

所述传感及控制模块负责监测数据的采集及功能控制，传感及控制模块的传感器包括烟雾、温度及湿度；

传感及控制模块的控制器包括喷淋器及风扇；

ZigBee节点包括单片机系统电路、电池供电电路及外围接口电路；

其中，集中模块负责监测数据的收集及上传，设置一个ZigBee节点作为ZigBee协调器，完成ZigBee自组网内各个监测点数据的收集和命令下发；利用NB-IoT网络与ZigBee协调器进行串口通信，作为ZigBee自组网的网关，负责将数据上传到云平台及控制命令接收；云平台利用OneNET云平台，完成数据的存储及管理；应用模块采用WEB架构，基于OneNET平台提供的API及开发工具，搭建应用终端，远程查看监测数据及远程控制。

2.如权利要求1所述的基于数字孪生的车间环境监测装置，其特征在于，所述传感及控制模块包括ZigBee节点、传感器和控制器三个部分，传感器中的温湿及度传感器利用DHT11数字温湿度传感器，传感器中的烟雾传感器利用MQ-2烟雾传感器，当车间温湿度过高时自动或者手动开启风扇进行降温除湿，当烟雾传感器监测到室内烟雾浓度过高时，向协调器发送警报信号，手动或者自动开启喷淋设备。

3.如权利要求2所述的基于数字孪生的车间环境监测装置，其特征在于，所述集中模块由ZigBee协调器和NB-IoT节点两部分组成，完成ZigBee自组网的创建及组网管理，集中来自不同ZigBee监测节点的信息，ZigBee监测节点的信息包括温湿度、烟雾量、电池电量和报警信息，最后通过串口传输给NB-IoT节点；

所述NB-IoT节点利用BC28模组，协调器CC2530使用串口1(P0_4、P0_5)与NBIoT节点进行串口通信，实现发送AT指令或接收控制信息。

4.如权利要求3所述的基于数字孪生的车间环境监测装置，其特征在于，云平台利用Web架构，控制台自动生成Web应用链接，利用浏览器或OneNET手机端APP远程监测及控制；

所述应用模块利用OneNET云平台的应用管理功能搭建Web应用，工作台提供数据管理，对数据存储及调用，不同类型控件可绑定对应设备的数据源，控件包括显示类曲线、仪表、图片和控制类开关、旋钮、命令框，控件状态与数据源对应关系实现一对一或多对一，界面设计包括三部分：阈值设置及报警标志、数据显示折线图、设备及工作模式控制。

5.如权利要求4所述的基于数字孪生的车间环境监测方法，其特征在于，该监测方法的步骤为：

步骤S1：数据预处理；

步骤S2：将数据作为车间环境的状态信号，分别记为：[P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7]；

步骤S3：选取深度神经网络模型分别以参数[P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7]为输出，采用麻雀搜索算法优化的方法训练深度神经网络模型，并计算模型输出与实际值之间的残差信号；

步骤S4：计算残差序列的T²统计量，以每个样本的[P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7]7个参数的残差为输入，计算样本残差的T²统计量；

步骤S5：利用核密度估计法确定T²统计量的报警限；若车间实时运行数据的T²统计量超出控制限，则说明车间存在异常，否则车间处于正常状态。

6.如权利要求5所述的基于数字孪生的车间环境监测方法，其特征在于，所述步骤S1中，数据预处理对数据进行归一化处理，表达式为：

式中：x_ij为第j个变量对应的第i个数据；max(x_j)为第j个变量的最大值；min(x_j)为第j个变量的最小值；x'ij为变换之后的值。