使用Azure IoT Hub對熱交換器進(jìn)行熱分析

描述

熱交換器被認(rèn)為是工業(yè)過程中廣泛使用的最常見類型的交換器之一。該交換器由一個(gè)不同尺寸的容器組成，其中包含許多管子。傳遞熱量的速率取決于幾個(gè)因素，例如進(jìn)料溫度和濕度、外殼直徑、管的數(shù)量、管的幾何形狀、擋板間距和切割間距。因此，溫度分析對于保持管內(nèi)正確的溫度并診斷其中的故障變得非常重要。采取正確的措施可以增加設(shè)備的容錯(cuò)能力。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已安裝在許多工業(yè)應(yīng)用中，例如民用基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)監(jiān)測、水輪機(jī)的振動(dòng)分析等，并且在消除許多工業(yè)并發(fā)癥方面做得非常好。

在本教程中，我們將介紹無線溫度和濕度傳感器及其在熱交換器熱分析中的優(yōu)勢。所以在這里我們將演示以下內(nèi)容：

• 無線溫度和濕度傳感器。
• 使用這些傳感器進(jìn)行溫度分析。
• 使用無線網(wǎng)關(guān)設(shè)備收集和分析數(shù)據(jù)。
• 使用 Azure 發(fā)布和訂閱傳感器數(shù)據(jù)。

硬件和軟件規(guī)格

軟件規(guī)范

• Azure 帳戶
• Arduino IDE

硬件規(guī)格

• ThingHz 無線溫度傳感器。
• FTDI程序員
• 跳線。

物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程無線溫濕度傳感器

這些是工業(yè)級長距離溫度和濕度傳感器，傳感器分辨率為 ±1.7%RH ±0.6° C。僅由 2 節(jié) AA 電池（隨附）供電，使用壽命為 500,000 次無線傳輸，您可以期望實(shí)現(xiàn)高達(dá)長達(dá) 10 年的電池壽命取決于環(huán)境條件和傳輸間隔可以由您選擇。可選地，該傳感器可以由外部供電。這些傳感器的范圍為 2 英里，帶有板載天線。使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該范圍可達(dá)到 28 英里。

獲取溫度和濕度值

我們從無線溫度和濕度傳感器獲得以下值：

• 攝氏溫度
• 華氏溫度
• 相對濕度
• 電池使用情況

然后在 Azure IoT 中心對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和分析。若要開始設(shè)置 Azure IoT 中心，請閱讀本教程。為了發(fā)送值 Azure IoT 中心，應(yīng)遵循以下過程。

Azure IoT 中心遵循 MQTT 協(xié)議以發(fā)布和訂閱數(shù)據(jù)。

• Azure 函數(shù)是 azure 門戶提供的另一個(gè)重要功能。使用 Azure 函數(shù)，我們可以在云中編寫一段代碼或函數(shù)。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們正在解析包含原始傳感器數(shù)據(jù)的 JSON，并使用 Azure 函數(shù)從中獲取真實(shí)的溫度和濕度值。要設(shè)置 Azure 功能，請遵循本教程。
• 我們將使用解析后的 JSON 原始數(shù)據(jù)獲取真實(shí)的溫度和濕度數(shù)據(jù)

public static async Task Run(HttpRequestMessage req, TraceWriter log)
{  
double humidity;  
int rawTemp;  
double Ctemp;  
double Ftemp;  
double voltage;  
string utcEnque;  
string devFormat;  
string utcProcess;  
log.Info("C# HTTP trigger function processed a request: " + content);  
JArray array = JArray.Parse($"{await req.Content.ReadAsStringAsync()}");//parsing the JSON array   
foreach(dynamic message in array){      
utcProcess = message.EventProcessedUtcTime;      
utcEnque = message.EventEnqueuedUtcTime;      
humidity = ((message.Humid1)*256 + (message.Humid2))/100;      
rawTemp = ((message.Temp1)*256 + (message.Temp2));      
Ctemp = rawTemp /100.0;         
Ftemp = Ctemp *1.8 + 32;       
int bat = ((message.Bat1)*256 + (message.Bat2));      
voltage = 0.00322 * bat;      
string utcTime = utcProcess.ToString();      
DateTime localDateTime = DateTime.Parse(utcTime);       
DateTime utcDateTime = localDateTime.ToUniversalTime();      
string usTimeZone = "US Eastern Standard Time";      
TimeZoneInfo ust = TimeZoneInfo.FindSystemTimeZoneById(usTimeZone);      
DateTime dateTime = TimeZoneInfo.ConvertTime(utcDateTime, ust);      
log.Info(dateTime.ToString("dd/MM/yyyy HH:mm:ss"));    }return req.CreateResponse(HttpStatusCode.OK, "Executed");  } public class Message{    
[JsonProperty("temp1")]    
public int temp1 { get; set; }    
[JsonProperty("temp2")]    
public int temp2 { get; set; }    
[JsonProperty("humid1")]    
public int humid1 { get; set; }    
[JsonProperty("humid2")]    
public int humid2 { get; set; }    
[JsonProperty("bat1")]    
public int bat1 { get; set; }    
[JsonProperty("bat2")]    
public int bat2 { get; set; }  }

在 PowerBi 中分析數(shù)據(jù)

我們正在使用 Power BI 來可視化數(shù)據(jù)。它提供了分析數(shù)據(jù)的交互式方法。此數(shù)據(jù)可以以折線圖、條形圖、餅圖等形式進(jìn)行解釋。首先在 Power Bi 中創(chuàng)建一個(gè)帳戶并登錄到您的帳戶。在上一篇文章中，我們設(shè)置了 Power Bi 并使用流分析作業(yè)將數(shù)據(jù)發(fā)送到 Power Bi。在這篇文章中，我們使用 Azure 功能將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給 Bi。要設(shè)置 Power Bi，請閱讀此博客。

有四種方法可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到 Power Bi：

• 將數(shù)據(jù)從 IoT 中心直接流式傳輸?shù)?Power Bi。
• 使用 API 向 Power Bi 發(fā)送數(shù)據(jù)。
• 使用網(wǎng)絡(luò)鉤子函數(shù)
• 使用 PubNub。

在我們的例子中，我們使用 Power BI API 并從 azure 函數(shù)向 Power BI 發(fā)送 HTTP 響應(yīng)。可視化面板中列出了不同的圖形、折線圖、Pi 圖等。我們可以通過從可視化面板中選擇任何圖表來創(chuàng)建圖表。

我們還可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為 Excel 表格或 CSV 格式。在后期可用于數(shù)據(jù)分析。

PowerBI 的 Azure 函數(shù)代碼

從 JSON 中解析所有 JSON 對象，并獲取溫度、濕度等的真實(shí)值。這里的產(chǎn)品是一個(gè)產(chǎn)品類對象，我們在其中存儲解析的值。

Product product = new Product();foreach(dynamic message in array){humidity = ((message.humid1)*256 + (message.humid2))/100;      
rawTemp = ((message.temp1)*256 + (message.temp2));      
Ctemp = rawTemp /100.0;         
Ftemp = Ctemp *1.8 + 32;       
int bat = ((message.bat1)*256 + (message.bat2));      
voltage = 0.00322 * bat;      
utcProcess = message.EventProcessedUtcTime;      
utcEnque = message.EventEnqueuedUtcTime;      
product.Ctemperature = Ctemp;      
product.Ftemperature = Ftemp;      
product.humid = humidity;      
product.battery = voltage;     
//product.dateTime = ;         
product.EventProcessedUtcTime=utcProcess;       
product.EventEnqueuedUtcTime=utcEnque;     }public class Product{  
public double Ctemperature{get; set;}  
public double humid{get; set;}  
public double battery{get; set;}  
//public double dateTime{get; set;}  
public string EventProcessedUtcTime { get; set; }  
public string EventEnqueuedUtcTime { get; set; }  
public double Ftemperature{get; set;}}

• 現(xiàn)在創(chuàng)建一個(gè)變量來存儲 Power Bi 的連接字符串
• 創(chuàng)建 HTTP 客戶端實(shí)例

string connString = "https://api.powerbi.com/beta/***************";  HttpClient client = new HttpClient();

• 我們需要發(fā)送 JSON 給 Bi 供電。因此，使用模型類對象序列化 Json。
• 將轉(zhuǎn)換后的 JSON 作為 HTTP 請求發(fā)送到 power bi。

string output = JsonConvert.SerializeObject(product);     HttpContent httpContent = new StringContent("[" + output + "]");       
HttpResponseMessage response = await client.PostAsync(connString, httpContent);     response.EnsureSuccessStatusCode();

Power BI 中的數(shù)據(jù)可視化

在這里，我們在不同的日期和時(shí)間可視化我們的傳感器數(shù)據(jù)。我們可以分別看到不同日子內(nèi)濕度、溫度和電池使用量的百分比變化。

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使用 SendGrid 的無線溫度傳感器 Azure 電子郵件托管

軟件即服務(wù)（Saas 應(yīng)用程序）提供了另一個(gè)令人驚嘆的功能，稱為 SendGrid。在 Microsoft Azure 中，SendGrid 支持迅速將電子郵件通知傳遞給不同的用戶。

此博客中描述了發(fā)送網(wǎng)格的設(shè)置。

在這里，我們將描述使用 Azure 功能發(fā)送電子郵件通知的代碼。

• 添加這些依賴項(xiàng)，“Send Grid”用于訪問 SendGrid 郵件服務(wù)。

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#r "SendGrid"using Newtonsoft.Json;using Newtonsoft.Json.Linq;
using System.Net;using System.Net.Mail;
using SendGrid.Helpers.Mail;using Microsoft.Extensions.Logging;

• 從郵件、smtp 端口、用戶名、密碼、smtp 主機(jī)、郵件主題和郵件正文創(chuàng)建用于存儲到郵件的變量。

string fromMail="enter from mail";string toMail="enter to mail";int smtpPort = 587;
string smtpUserName="Enter your smtp send grid username";  
string smtpPassword = "enter sendgrid password";  
string smtpHost = "smtp.sendgrid.net";  
string subject = "Temperature Alert!!!";  
string mailMessage = "Temperature has reached beyond 30";

• 創(chuàng)建 MailMessage 和 SmtpClient 的實(shí)例

MailMessage mail = new MailMessage(fromMail,toMail);SmtpClient smtpClient = new SmtpClient();

• 設(shè)置端口、傳遞方法、smtp 主機(jī)、用戶憑據(jù)郵件正文和主題到 Smtp 客戶端和郵件消息對象。

smtpClient.Port = smtpPort;smtpClient.DeliveryMethod = SmtpDeliveryMethod.Network;
smtpClient.UseDefaultCredentials = false;
smtpClient.Host = smtpHost;
smtpClient.Credentials = new System.Net.NetworkCredential(smtpUserName,smtpPassword);
mail.Subject = subject;mail.Body = mailMessage;

• 設(shè)置端口、傳遞方法、smtp 主機(jī)、用戶憑據(jù)郵件正文和主題到 Smtp 客戶端和郵件消息對象。

smtpClient.Port = smtpPort;smtpClient.DeliveryMethod = SmtpDeliveryMethod.Network;
smtpClient.UseDefaultCredentials = false;
smtpClient.Host = smtpHost;
smtpClient.Credentials = new System.Net.NetworkCredential(smtpUserName,smtpPassword);
mail.Subject = subject;mail.Body = mailMessage;

• 每當(dāng)溫度超過 30 度閾值時(shí)。用戶將收到一封郵件到所描述的電子郵件 ID。

if(product.Ctemperature > 30.00){              smtpClient.Send(mail);     }

通知結(jié)果

• 每次溫度超過 30 度標(biāo)記時(shí)，都會向用戶發(fā)送自動(dòng)電子郵件通知。
• 發(fā)送網(wǎng)格每次都將電子郵件通知傳遞給同一主題。我們不必在收件箱中向下滾動(dòng)來搜索最后發(fā)送的消息。只需搜索溫度警報(bào)！你會得到消息列表。

整體代碼

此設(shè)置的固件可在此GitHub 存儲庫中找到。