基于NB—IoT網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)家具檢測技術(shù)研究

盛驍駿　鐘文翰　王武康

摘要：NB-IoT即窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band -Internet of Things），是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種，具有低成本、低功耗、廣覆蓋等特點。NB-IoT技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)、智慧消防、智能井蓋、智能路燈、智能水表、共享單車電子圍欄等領(lǐng)域，在質(zhì)量檢測領(lǐng)域應(yīng)用還處于探索階段。本文結(jié)合研究所家具檢測設(shè)備現(xiàn)狀，利用NB-IoT等技術(shù)對耐疲勞類試驗設(shè)備進行智慧化改造，以達到機器換人的目的。

關(guān)鍵詞：NB-IoT；物聯(lián)網(wǎng)；家具檢測

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）01-0078-02

1 目前設(shè)備現(xiàn)狀

我所下屬國家家具產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（浙江）是由我所組建，經(jīng)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和國家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會授權(quán)的，專業(yè)從事家具及相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗工作的國家級技術(shù)機構(gòu)。中心設(shè)有家具及原輔材料檢測實驗室、室內(nèi)環(huán)境檢測實驗室、材種鑒定實驗室、裝飾裝修材料檢測實驗室以及化學(xué)分析實驗室，擁有各類檢測設(shè)備400余臺套。隨著信息化項目的不斷推進，我所目前通過智慧檢測項目建成了直讀式光譜儀智慧檢測項目，監(jiān)督抽查移動平臺，工作流程監(jiān)管系統(tǒng)，提高了檢測效率。

但目前中心設(shè)備還存在一些亟需解決的問題：

（1）比如耐疲勞類試驗設(shè)備，一般需要幾萬次要好幾天（有時候可能更長）的連續(xù)試驗。試驗過程中工作人員無法一直觀察試驗過程，特別是夜間試驗時，試驗過程數(shù)據(jù)無法實時保留，導(dǎo)致對檢測結(jié)果判定存在不確定性；

（2）耐疲勞類試驗設(shè)備意外停止運行或者出現(xiàn)問題時，工作人員無法第一時間獲知情況并對設(shè)備進行處理，導(dǎo)致試驗停頓或者需要重新試驗，影響工作效率；

（3）當(dāng)被檢物出現(xiàn)損壞時如果沒有第一時間獲知信息進行處理，會對耐疲勞類試驗設(shè)備造成損壞。比如腳輪磨損試驗，椅子腳輪損壞時會對試驗設(shè)備的金屬板進行摩擦，造成損壞，甚至引起火災(zāi)。椅子坐墊和靠背損壞時，會造成設(shè)備進行空拉或空敲，從而損壞設(shè)備；

（4）試驗過程中，耐疲勞類試驗設(shè)備無法判斷被檢物是否出現(xiàn)了損壞情況，會繼續(xù)做實驗。比如腳輪磨損試驗，具體腳輪是在做第幾次時出現(xiàn)損壞無法得知，工作人員只能靠經(jīng)驗估摸算次數(shù)，造成數(shù)據(jù)不嚴(yán)謹(jǐn)；

（5）試驗過程中，工作人員需要不時的進實驗室巡查，查看實驗狀況，影響工作效率。

2 方案概述

隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)、計算機技術(shù)的高速發(fā)展，自動控制技術(shù)、傳感技術(shù)逐漸被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)與民用上，這恰恰也給檢測機構(gòu)提供了設(shè)備智能化的解決方案。

本方案就是運用NB-IoT技術(shù)+傳感技術(shù)+視頻影像技術(shù)+數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)等集成的新的檢測解決方案。

3 實現(xiàn)目標(biāo)

由于耐疲勞類試驗設(shè)備有24小時持續(xù)多天的連續(xù)試驗特性，利用NB-IOT技術(shù)、傳感技術(shù)、視頻技術(shù)、遠控電源技術(shù)等多方位監(jiān)控管理耐久性試驗過程，實現(xiàn)系統(tǒng)自動采集數(shù)據(jù)并計算，對試驗過程中發(fā)生的意外進行自動報警、自動處理，提高工作效率，防止設(shè)備損壞，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，保證嚴(yán)謹(jǐn)性，達到機器換人的目的。

4 本方案涉及主要技術(shù)

4.1 NB-IoT技術(shù)

我們正進入萬物互聯(lián)的時代，隨著智慧城市、智能小區(qū)、大數(shù)據(jù)時代的來臨，無線通信將實現(xiàn)萬物連接。很多企業(yè)預(yù)計未來全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將是千億級的時代。中國移動推出了NB-IoT萬物物聯(lián)技術(shù)支撐，利用ONE-NET云平臺實現(xiàn)萬物物聯(lián)，本方案將基于此技術(shù)實現(xiàn)檢測設(shè)備的互聯(lián)互訪。

4.2 傳感技術(shù)

利用傳感技術(shù)，結(jié)合位移、角度、加速度、重力加速度等變化算法，根據(jù)不同檢測設(shè)備監(jiān)測其實驗情況。

4.3 云數(shù)據(jù)平臺

設(shè)備運行過程中會產(chǎn)生海量的實驗過程數(shù)據(jù)，平臺解決了如何取舍、壓縮、計算、保留這些數(shù)據(jù)。比如腳輪磨損試驗過程中，一分鐘會產(chǎn)生1800條數(shù)據(jù)，一天會產(chǎn)生2592000條數(shù)據(jù)。要精確地對試驗過程進行監(jiān)控和預(yù)報警，需要計算海量數(shù)據(jù)得到模板數(shù)據(jù)，其中涉及到很多特定的算法。云數(shù)據(jù)平臺通過提供這些數(shù)據(jù)，對將來的決策、模板數(shù)據(jù)的調(diào)用提供依據(jù)。

5 子系統(tǒng)介紹

5.1 NB-IoT系統(tǒng)

5.1.1 實現(xiàn)功能

傳感器實時采集的檢測設(shè)備數(shù)據(jù)通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，利用中國移動的ONE-NET云平臺對NB-IoT模組進行管理和數(shù)據(jù)上傳處理中轉(zhuǎn)。

5.1.2 特點

（1）覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)；

（2）使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護帶或獨立載波三種部署方式，與現(xiàn)有中心網(wǎng)絡(luò)共存；

（3）NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年，實驗人員不用頻繁進行更換；

（4）具備支撐海量連接的能力，NB-IoT一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接，可以對數(shù)量龐大的檢測設(shè)備進行統(tǒng)一管理。

5.2 遠程視頻集成系統(tǒng)

5.2.1 實現(xiàn)功能

實驗員可以在任何地方、任何時間利用手機、平板、電腦等終端實時查看實驗情況，無須再到實驗現(xiàn)場。

5.2.2 特點

現(xiàn)有市面上視頻監(jiān)控都是獨立系統(tǒng)，無法實現(xiàn)與智能物聯(lián)創(chuàng)新平臺的集成，本子系統(tǒng)通過特有監(jiān)控設(shè)備進行編碼、解碼，將視頻點播集成進智能物聯(lián)創(chuàng)新平臺，實現(xiàn)單點登錄，一平臺多任務(wù)等功能。

5.3 傳感系統(tǒng)

5.3.1 實現(xiàn)功能

根據(jù)不同的實驗設(shè)備定制不同的傳感應(yīng)用，對實驗數(shù)據(jù)進行實時采集，包括位移、角度傾斜、加速度、重力加速度等數(shù)據(jù)。

5.3.2 特點

（1）高速率采集數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)每秒采集20組精確數(shù)據(jù)，提供計算依據(jù)；

（2）自供電模式，低功率工作，可以支撐24小時工作模式12天的周期，讓安裝部署更加方便；

（3）小體積大功能，火材盒的大小完成所有的數(shù)據(jù)采集；

（4）無任何外接線材更加方便，市面上還沒有同時滿足這些技術(shù)特點的傳感器。

5.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)

5.4.1 實現(xiàn)功能

傳感器采集的數(shù)據(jù)通過NB-IOT網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)對數(shù)據(jù)進行分析、計算，保留有用數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫。

5.4.2 特點

（1）多種算法集成服務(wù)，通過云計算生成模板數(shù)據(jù)；

（2）文件數(shù)據(jù)庫和通用數(shù)據(jù)庫集成使用，提高處理效率；

（3）保留大量原始數(shù)據(jù)，通過各種運算生成決策數(shù)據(jù)；

（4）多服務(wù)并行，支撐多設(shè)備數(shù)據(jù)并線接收；

（5）子母服務(wù)，保證服務(wù)端的穩(wěn)定性；

（6）三維數(shù)據(jù)計算分析，達到實驗過程預(yù)警、告警、采取緊急措施的精確性。

5.5 檢測設(shè)備智能物聯(lián)創(chuàng)新平臺

5.5.1 實現(xiàn)功能

中控平臺，管理查看所有本系統(tǒng)集成的所有設(shè)備實驗情況。

5.5.2 特點

（1）在線管理：工作人員通過互聯(lián)網(wǎng)隨時登錄系統(tǒng)，沒有時間和地點限制；

（2）權(quán)限管理：不同工作人員實現(xiàn)不同權(quán)限實驗設(shè)備在線管理；

（3）遠程視頻監(jiān)控：任何地點、任何時間通過系統(tǒng)隨時查看實時實驗過程影像；

（4）數(shù)據(jù)呈現(xiàn)：重要數(shù)據(jù)以圖形、曲線等形式直觀展現(xiàn)，工作人員可以在界面查看所有實驗過程；

（5）預(yù)警：實驗過程中有數(shù)據(jù)異常發(fā)生，但還沒到需要采取措施的情況下，對工作人員進行預(yù)報警；

（6）痕跡保留：實驗中途意外停止，工作人員可以回放實驗過程，系統(tǒng)自動告知異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時間點，運行次數(shù)等準(zhǔn)確信息；

（7）數(shù)據(jù)處理：工作人員根據(jù)預(yù)設(shè)方案，提取有價值的數(shù)據(jù)報表。

5.6 緊急預(yù)處理系統(tǒng)

5.6.1 實現(xiàn)功能

實驗過程出現(xiàn)意外，通過短信、微信、甚至主動撥打電話的方式通知工作人員進行處理，在一定時間內(nèi)未獲得工作人員處理，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)條件主動停止試驗，甚至切斷電源。

5.6.2 特點

（1）由系統(tǒng)自動完成，無需人工干預(yù)；

（2）通過遠程IP電源，系統(tǒng)自動對指定電源進行切斷停止試驗處理；

（3）多種預(yù)報警通知方式。

6 結(jié)語

隨著智能科技產(chǎn)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)動發(fā)展，一個新的時代離我們越來越近，物聯(lián)網(wǎng)將顛覆互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)也許只是時間問題，人們的生活將進入一個新的紀(jì)元。檢測機構(gòu)也應(yīng)該抓住機遇，不斷通過新技術(shù)進行技術(shù)改革，最大限度的降低人力成本，提高檢測效率，實現(xiàn)經(jīng)濟與社會效益的最大化目標(biāo)。

參考文獻

[1] 趙渤鍇.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建設(shè)工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)，2018，（1）：134-135.

Abstract：NB-IoT， the Narrow Band-Internet of Things， is a kind of Internet of Things technology with low cost， low power consumption and wide coverage. NB-IoT technology has been widely used in smart agriculture， smart fire protection， intelligent manhole cover， intelligent street lamps， smart water meters， shared bicycle electronic fences， etc.， and the application in quality inspection is still in the exploration stage. In this paper， based on the current situation of furniture testing equipment in the institute， the NB-IoT and other technologies are used to intelligently modify the fatigue-resistant test equipment to achieve the purpose of machine substitution.

Key words：NB-IoT；Internet of Things； furniture inspection