技术领域
[0001] 本
发明涉及
烟草烘烤系统，更具体地说是指基于物联网的人工智能烤烟系统及其方法。
背景技术
[0002] 烟叶烘烤是烟叶生产的最后一个环节，是将成熟鲜烟叶中潜在物质转化形成优质
卷烟原料的过程。烘烤决定了烟叶最终的品质好坏，在烟叶生产链条上占据核心地位，是价值提升的关键
节点。
[0003] 随着现代烟草农业建设深入发展，行业加大烟草
基础设施建设投入，特别是密集烤房的建设与推广，使烟叶烘烤设施设备
水平大幅提升，调制技术规范化、专业化程度进一步提高，操控性能有了一定改善，但是烘烤科技创新仍存在一些薄弱环节与发展不相适应的问题，人工凭经验的烘烤方式已经成为了烟叶生产的弱点和短板，已成为制约现代烟叶生产发展的技术
瓶颈。目前多种形式智能化烘烤系统的技术，无法远程控制，只能凭借专业人士的经验来现场烘烤，未达到系统级别的安全性、高可扩展性、容错性以及实时性，未能处理实际使用情况中的随机错误，无法实现针对每一次烘烤工艺的专属定制烘烤。
[0004] 因此，有必要设计一种新的烤烟系统，实现远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高可扩展性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服
现有技术的
缺陷，提供基于物联网的人工智能烤烟系统及其方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：基于物联网的人工智能烤烟系统，包括烤烟单元、
服务器以及
数据处理单元；
[0007] 所述烤烟单元，用于对烟叶进行烘烤，获取烘烤
温度参数并通过消息报文的方式发送；
[0008] 所述服务器，用于接收消息报文，根据消息报文进行持久化、冗余处理、负载扩容、参数存储、
固件和
软件升级管理以及烘烤过程的实时监控；
[0009] 所述数据处理单元，用于协助服务器进行消息报文的处理。
[0010] 其进一步技术方案为：所述烤烟单元包括烘烤
控制器、温湿度
传感器、
烤箱、通
风排湿结构以及供热结构，所述温
湿度传感器、
通风排湿结构以及供热结构分别与所述烘烤控制器连接，所述温湿度传感器位于烤箱内，用于获取烤箱内的温度参数。
[0011] 其进一步技术方案为：所述服务器包括物联网API网关、OTA管理
云模
块、服务器集群模块、消息队列集群模块、
数据库集群模块以及监控集群模块；
[0012] 所述物联网API网关，用于对服务器集群模块进行安全保护以及流量控制；
[0013] 所述OTA管理云模块，用于采用OTA方式对烘烤控制器进行固件和软件升级管理；
[0014] 所述服务器集群模块，用于设备管理逻辑、设备消息处理、设备数据以及烘烤数据管理，并根据烤箱的数量以及用户数量进行负载扩容；
[0015] 所述消息队列集群模块，用于对消息队列中的消息进行持久化和冗余处理；
[0016] 所述数据库集群模块，用于进行设备管理、设备固件、软件管理、在时序数据库内进行索引和存储设备心跳监测参数；
[0017] 所述监控集群模块，用于对烤烟单元进行实时监控。
[0018] 其进一步技术方案为：所述数据库集群模块包括关系数据库以及非关系型数据库。
[0019] 其进一步技术方案为：所述系统还包括管理单元；
[0020] 所述管理单元，用于实时查看烘烤情况和异常报警情况，对烤烟单元进行远程操作。
[0021] 其进一步技术方案为：所述管理单元包括移动终端以及管理平台。
[0022] 本发明还提供了基于物联网的人工智能烤烟系方法，所述方法包括以下具体步骤：
[0023] 获取当前烘烤状态相关数据，并将所读取的数据通过消息报文的方式发送；
[0024] 对消息报文进行消息持久化处理，并在时序数据库进行索引；
[0025] 发送监控
请求，向时序数据库查询实时设备监控数据；
[0026] 实时分析消息数据流，检测设备
健康状态，在异常状态发生时将报警情况推送至移动终端。
[0027] 其进一步技术方案为：所述方法还包括：
[0028] 烤烟单元获取设备所被分配的消息主题；
[0030] 根据控制指令，获取服务器的对应指令请求；
[0031] 服务器根据控制通信协议，将控制指令转换为对应的消息报文；
[0032] 服务器将转换后的消息报文发送至指定的消息主题，并监听消息队列中执行结果；
[0033] 烤烟单元收到控制指令后执行相应指令；
[0034] 烤烟单元发送控制指令的执行结果至消息主题；
[0035] 服务器监听收到消息主题接收的执行结果，并将结果返回给移动终端。
[0036] 其进一步技术方案为：所述方法还包括：
[0037] 烤烟单元每次启动时，对服务器发送设备状态；
[0038] 服务器根据设备状态内的版本和数据库中最新版本号进行比对，判断两者是否一致；
[0039] 若不一致，则返回更新代码；
[0040] 烤烟单元收到更新代码后，利用移动终端提示用户进行软件固件升级；
[0041] 在确认进行固件软件升级后，烤烟单元向服务器发起更新请求；
[0042] 服务器调取数据库中所需更新的软件和固件二进制压缩包，并缓存至OTA管理云模块；
[0043] 服务器向OTA管理云模块请求对指定设备更新缓存的软件和固件二进制压缩包；
[0044] OTA管理云模块向烤烟单元发送更新包以及更新指令；
[0045] 烤烟单元收到完整更新包，并安装更新包，重启设备。
[0046] 其进一步技术方案为：所述方法还包括：
[0047] 烤烟单元出现停机或损坏时，对设备进行重启或更换新控制器；
[0048] 烤烟单元启动后与服务器进行状态同步；
[0049] 服务器检查数据库中当
前炉次最新状态，检测当前炉次是否完成；
[0050] 若检测到当前炉次未完成，则返回最后烘烤状态以及正在使用的烘烤曲线；
[0051] 烤烟单元收到服务器返回数据后，根据返回的状态和烘烤曲线，还原重启或更换之前的烘烤状态，并自动继续烘烤。
[0052] 本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的基于物联网的人工智能烤烟系统，通过带有烘烤控制器的烤烟单元、基于物联网的服务器以及数据处理单元，还设置移动终端，利用服务器对烤烟单元进行远程控制、监控、软件和固件的升级以及容错的处理，其中，服务器内设置的物联网API网关、OTA管理云模块、服务器集群模块、消息队列集群模块、数据库集群模块以及监控集群模块，大部分采用分布式集群方式，实现高可扩展性，远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
[0053] 下面结合
附图和具体
实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
[0054] 图1为本发明具体实施例提供的基于物联网的人工智能烤烟系统的结构
框图；
[0055] 图2为本发明具体实施例提供的基于物联网的人工智能烤烟系方法的
流程图。
具体实施方式
[0056] 为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
[0057] 如图1～2所示的具体实施例，本实施例提供的基于物联网的人工智能烤烟系统，可以运用在大量多批次的烟叶烘烤过程中，实现远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高可扩展性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
[0058] 如图1所示，本实施例提供了基于物联网的人工智能烤烟系统，其特征在于，包括烤烟单元1、服务器2以及数据处理单元3。
[0059] 烤烟单元1，用于对烟叶进行烘烤，获取烘烤温度参数并通过消息报文的方式发送。
[0060] 服务器2，用于接收消息报文，根据消息报文进行持久化、冗余处理、负载扩容、参数存储、固件和软件升级管理以及烘烤过程的实时监控。
[0061] 数据处理单元3，用于协助服务器2进行消息报文的处理。
[0062] 对于上述的烤烟单元1包括烘烤控制器11、温湿度传感器12、烤箱13、通风排湿结构15以及供热结构14，温湿度传感器12、通风排湿结构15以及供热结构14分别与烘烤控制器11连接，温湿度传感器12位于烤箱13内，用于获取烤箱13内的温度参数。
[0063] 上述的通风排湿结构15可以为风扇或者小型除湿机，供热结构14可以为加
热管或者加热器等。
[0064] 烘烤控制器11为本系统核心物联网终端，本系统采用烘烤控制器11可在烘烤时烤箱13内
传感器数据读取并与云端进行数据上报，同时实现通过消息队列响应服务器2端指令。
[0065] 更进一步地，上述的服务器2包括物联网API网关21、OTA管理云模块22、服务器集群模块26、消息队列集群模块23、数据库集群模块24以及监控集群模块25。
[0066] 物联网API网关21，用于对服务器集群模块26进行安全保护以及流量控制。采用API网关设计模式，通过API网关对物联网云API服务器2进行安全保护，流量控制等。
[0067] OTA管理云模块22，用于采用OTA方式对烘烤控制器11进行固件和软件升级管理。
[0068] 服务器集群模块26，用于设备管理逻辑、设备消息处理、设备数据以及烘烤数据管理，并根据烤箱13的数量以及用户数量进行负载扩容。
[0069] 消息队列集群模块23，用于对消息队列中的消息进行持久化和冗余处理。
[0070] 数据库集群模块24，用于进行设备管理、设备固件、软件管理、在时序数据库内进行索引和存储设备心跳监测参数。
[0071] 监控集群模块25，用于对烤烟单元1进行实时监控。
[0072] 对于上述的服务器集群模块26具体是分布式API服务器2集群，该集群负责设备管理逻辑，设备消息处理以及设备数据，烘烤数据管理等，该集群为分布式架构，单台服务器2、单个API示例均为可独立运行，集群可根据烤箱13的数量，用户数量，请求负载随时进行扩容。
[0073] 对于上述的消息列队集群模块，以消息队列服务作为服务器2与烤烟单元1通信的核心组件，实现系统与终端设备之间的低耦合度关联。并增加系统对终端网络和逻辑的容错性。消息队列采用分布式部署方式，消息队列中的消息均被持久化和冗余处理，将消息丢失的风险最小化。
[0074] 上述的数据库集群模块24包括关系数据库以及非关系型数据库。关系数据库与非关系型数据库构成服务器2内部的分布式数据库集群，使用关系型数据库进行设备管理、设备固件、软件管理；并通过非关系型数据库索引和存储烤烟单元1的心跳监测数据，实现可随时查询和实时监控的设备事件时序数据库。
[0075] 对于上述的监控集群模块25，使用单独的分布式部署的监测服务集群对大量正在运行的烤烟单元1进行实时监控，基于消息队列的消息实时性，单独的监测服务则监听相应单台设备的心跳监测消息，通过分析每条独立消息内数据进行实时设备状态报警。
[0076] 另外，上述的系统还包括管理单元4；管理单元4，用于实时查看烘烤情况和异常报警情况，对烤烟单元1进行远程操作。管理单元4包括移动终端41以及管理平台42。
[0077] 针对移动端客户，使用基于移动系统消息推送服务的封装服务
接口进行报警或系统通知消息推送，用户可在移动终端41或电脑上实时查看烘烤情况和异常报警情况，同时可通过移动终端41对烤烟单元1进行远程操作。
[0078] 本系统基于物联网消息协议实现对烤烟单元1的远程监控，具体实现方式为：烘烤控制器11通过指定间隔时间读取当前烘烤状态相关数据，包括但不限于当前烘烤干
湿球温度等，并将所读取的数据通过消息报文的方式发送至消息队列集群模块23；服务器2通过监听消息队列集群模块23听取各个设备发送的消息报文，在把消息持久化至时序数据库并索引；用户通过移动终端41或桌面浏览器发送监控请求向时序数据库查询实时设备监控数据；服务器2通过实时分析消息数据流，检测设备健康状态，在异常状态发生，例如超温，低温情况时将报警情况推送至用户移动设备。
[0079] 本系统基于物联网消息队列服务实现对烤烟单元1的远程控制。具体实现方式为：烤烟单元1通过本地监听方式监听设备所被分配的指定消息主题；用户通过移动终端41的APP或浏览器发起对指定设备的控制指令；控制指令通过移动终端41APP或浏览器对服务器
2发起对应指令请求；服务器2根据控制通信协议，将指令转换为对应的消息报文；服务器2将转换后的消息报文发送至指定设备的消息主题，同时开始监听消息队列中执行结果；烤烟单元1收到指令消息后执行相应指令；烤烟单元1发送相应指令执行结果至消息主题；服务器2监听收到执行结果，并将结果返回给移动终端41。
[0080] 本系统基于OTA组件实现单个或多个控制箱固件和软件的远程更新，具体实现方式为：烘烤设备每次启动时，对服务器2进行设备状态报告，包括当前设备固件和软件版本号；服务器2根据所受到设备版本和数据库中最新版本号进行比对，如需设备更新，则返回更新代码；设备收到更新代码后，在设备端提示用户进行软件固件升级；在用户确认进行固件软件升级后，烤烟单元1向服务器2发起更新请求；服务器2调取数据库中所需更新的软件固件二进制压缩包，并缓存至OTA管理云模块22缓存；服务器2向OTA管理云模块22请求对指定设备更新缓存的软件固件二进制压缩包；OTA管理云模块22向设备发送更新包以及更新指令；烤烟单元1收到完整更新包并安装成功后，重启设备并回复原有流程。
[0081] 在生产环境的使用中，烤烟单元1由于各种原因(例如，
雷击)随时可出现停机、损坏的情况。本系统可实现在设备停机损坏后，重启、修复、或更换机器以后，并不影响当前炉次的烟叶烘烤状态，具体实现方式为：、设备出现停机、损坏；人工对设备进行重启，或更换新控制器；设备启动后与API服务器2进行状态同步；服务器2检查数据库中当前炉次最新状态，如检测到当前炉次未完成，则返回最后烘烤状态以及正在使用的烘烤曲线；烤烟单元1收到服务器2返回数据后，根据返回的状态和烘烤曲线还原重启或更换之前的烘烤状态，并自动继续烘烤。
[0082] 上述的设备指代的是烤烟单元1。
[0083] 上述的数据处理单元具体是基于
大数据处理以及
机器学习进行消息报文的处理。
[0084] 上述的基于物联网的人工智能烤烟系统，通过带有烘烤控制器11的烤烟单元1、基于物联网的服务器2以及数据处理单元3，还设置移动终端41，利用服务器2对烤烟单元1进行远程控制、监控、软件和固件的升级以及容错的处理，其中，服务器2内设置的物联网API网关21、OTA管理云模块22、服务器集群模块26、消息队列集群模块23、数据库集群模块24以及监控集群模块25，大部分采用分布式集群方式，实现高可扩展性，远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
[0085] 如图2所示，本发明还提供了基于物联网的人工智能烤烟系方法，该方法包括以下具体步骤：
[0086] S1、获取当前烘烤状态相关数据，并将所读取的数据通过消息报文的方式发送；
[0087] S2、对消息报文进行消息持久化处理，并在时序数据库进行索引；
[0088] S3、发送监控请求，向时序数据库查询实时设备监控数据；
[0089] S4、实时分析消息数据流，检测设备健康状态，在异常状态发生时将报警情况推送至移动终端41。
[0090] 上述的S1步骤至S4步骤，实现了对烤烟单元1的烘烤监控。
[0091] 另外，于其他实施例，上述的方法还包括：
[0092] S101、烤烟单元1获取设备所被分配的消息主题；
[0093] S102、获取移动终端41对指定设备的控制指令；
[0094] S103、根据控制指令，获取服务器2的对应指令请求；
[0095] S104、服务器2根据控制通信协议，将控制指令转换为对应的消息报文；
[0096] S105、服务器2将转换后的消息报文发送至指定的消息主题，并监听消息队列中执行结果；
[0097] S106、烤烟单元1收到控制指令后执行相应指令；
[0098] S107、烤烟单元1发送控制指令的执行结果至消息主题；
[0099] S108、服务器2监听收到消息主题接收的执行结果，并将结果返回给移动终端41。
[0100] 上述的S101至S108步骤，基于物联网消息队列服务实现对烤烟单元1的远程控制。
[0101] 更进一步地，上述的方法还包括：
[0102] S201、烤烟单元1每次启动时，对服务器2发送设备状态；
[0103] S202、服务器2根据设备状态内的版本和数据库中最新版本号进行比对，判断两者是否一致；
[0104] S203、若不一致，则返回更新代码；
[0105] S204、烤烟单元1收到更新代码后，利用移动终端41提示用户进行软件固件升级；
[0106] S205、在确认进行固件软件升级后，烤烟单元1向服务器2发起更新请求；
[0107] S206、服务器2调取数据库中所需更新的软件和固件二进制压缩包，并缓存至OTA管理云模块22；
[0108] S207、服务器2向OTA管理云模块22请求对指定设备更新缓存的软件和固件二进制压缩包；
[0109] S208、OTA管理云模块22向烤烟单元1发送更新包以及更新指令；
[0110] S209、烤烟单元1收到完整更新包，并安装更新包，重启设备。
[0111] 上述的S201步骤至S209步骤，基于OTA组件实现单个或多个控制箱固件和软件的远程更新。
[0112] 另外，对于上述的方法还包括：
[0113] S301、烤烟单元1出现停机或损坏时，对设备进行重启或更换新控制器；
[0114] S302、烤烟单元1启动后与服务器2进行状态同步；
[0115] S303、服务器2检查数据库中当前炉次最新状态，检测当前炉次是否完成；
[0116] S304、若检测到当前炉次未完成，则返回最后烘烤状态以及正在使用的烘烤曲线；
[0117] S305、烤烟单元1收到服务器2返回数据后，根据返回的状态和烘烤曲线，还原重启或更换之前的烘烤状态，并自动继续烘烤。
[0118] 在生产环境的使用中，烤烟单元1由于各种原因(例如，雷击)随时可出现停机、损坏的情况。上述的S301步骤至S305步骤，可实现在设备停机损坏后，重启、修复、或更换机器以后，并不影响当前炉次的烟叶烘烤状态，从而及时提高容错性。
[0119] 上述的基于物联网的人工智能烤烟方法，通过带有烘烤控制器11的烤烟单元1、基于物联网的服务器2以及数据处理单元3，还设置移动终端41，利用服务器2对烤烟单元1进行远程控制、监控、软件和固件的升级以及容错的处理，其中，服务器2内设置的物联网API网关21、OTA管理云模块22、服务器集群模块26、消息队列集群模块23、数据库集群模块24以及监控集群模块25，大部分采用分布式集群方式，实现高可扩展性，远程控制烟草烘烤，达到高安全性、高容错性以及实时性，能远程处理实际使用情况中的随机错误。
[0120] 上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以
权利要求书为准。
