使用Azure IoT Hub对热交换器进行热分析

描述

热交换器被认为是工业过程中广泛使用的最常见类型的交换器之一。该交换器由一个不同尺寸的容器组成，其中包含许多管子。传递热量的速率取决于几个因素，例如进料温度和湿度、外壳直径、管的数量、管的几何形状、挡板间距和切割间距。因此，温度分析对于保持管内正确的温度并诊断其中的故障变得非常重要。采取正确的措施可以增加设备的容错能力。

无线传感器网络已安装在许多工业应用中，例如民用基础设施的结构监测、水轮机的振动分析等，并且在消除许多工业并发症方面做得非常好。

在本教程中，我们将介绍无线温度和湿度传感器及其在热交换器热分析中的优势。所以在这里我们将演示以下内容：

• 无线温度和湿度传感器。
• 使用这些传感器进行温度分析。
• 使用无线网关设备收集和分析数据。
• 使用 Azure 发布和订阅传感器数据。

硬件和软件规格

软件规范

• Azure 帐户
• ArduinoIDE

硬件规格

• ThingHz 无线温度传感器。
• FTDI程序员
• 跳线。

物联网远程无线温湿度传感器

这些是工业级长距离温度和湿度传感器，传感器分辨率为 ±1.7%RH ±0.6° C。仅由 2 节 AA 电池（随附）供电，使用寿命为 500,000 次无线传输，您可以期望实现高达长达 10 年的电池寿命取决于环境条件和传输间隔可以由您选择。可选地，该传感器可以由外部供电。这些传感器的范围为 2 英里，带有板载天线。使用网状网络架构，该范围可达到 28 英里。

获取温度和湿度值

我们从无线温度和湿度传感器获得以下值：

• 摄氏温度
• 华氏温度
• 相对湿度
• 电池使用情况

然后在 AzureIoT中心对这些数据进行可视化和分析。若要开始设置 Azure IoT 中心，请阅读本教程。为了发送值 Azure IoT 中心，应遵循以下过程。

Azure IoT 中心遵循 MQTT 协议以发布和订阅数据。

• Azure 函数是 azure 门户提供的另一个重要功能。使用 Azure 函数，我们可以在云中编写一段代码或函数。在这个项目中，我们正在解析包含原始传感器数据的 JSON，并使用 Azure 函数从中获取真实的温度和湿度值。要设置 Azure 功能，请遵循本教程。
• 我们将使用解析后的 JSON 原始数据获取真实的温度和湿度数据

publicstatic async Task Run(HttpRequestMessage req, TraceWriterlog){doublehumidity;intrawTemp;doubleCtemp;doubleFtemp;doublevoltage;string utcEnque;string devFormat;string utcProcess;log.Info("C#HTTP trigger function processed a request: " + content);JArrayarray= JArray.Parse($"{await req.Content.ReadAsStringAsync()}");//parsing theJSONarrayforeach(dynamic messageinarray){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;intbat = ((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")); }returnreq.CreateResponse(HttpStatusCode.OK, "Executed"); }publicclassMessage{[JsonProperty("temp1")]publicinttemp1 {get;set; }[JsonProperty("temp2")]publicinttemp2 {get;set; }[JsonProperty("humid1")]publicinthumid1 {get;set; }[JsonProperty("humid2")]publicinthumid2 {get;set; }[JsonProperty("bat1")]publicintbat1 {get;set; }[JsonProperty("bat2")]publicintbat2 {get;set; } }

在 PowerBi 中分析数据

我们正在使用 Power BI 来可视化数据。它提供了分析数据的交互式方法。此数据可以以折线图、条形图、饼图等形式进行解释。首先在 Power Bi 中创建一个帐户并登录到您的帐户。在上一篇文章中，我们设置了 Power Bi 并使用流分析作业将数据发送到 Power Bi。在这篇文章中，我们使用 Azure 功能将传感器数据发送给 Bi。要设置 Power Bi，请阅读此博客。

有四种方法可以将数据发送到 Power Bi：

• 将数据从 IoT 中心直接流式传输到 Power Bi。
• 使用 API向 Power Bi 发送数据。
• 使用网络钩子函数
• 使用 PubNub。

在我们的例子中，我们使用 Power BI API 并从 azure 函数向 Power BI 发送 HTTP 响应。可视化面板中列出了不同的图形、折线图、Pi 图等。我们可以通过从可视化面板中选择任何图表来创建图表。

我们还可以将数据导出为 Excel 表格或 CSV 格式。在后期可用于数据分析。

PowerBI 的 Azure 函数代码

从 JSON 中解析所有 JSON 对象，并获取温度、湿度等的真实值。这里的产品是一个产品类对象，我们在其中存储解析的值。

Product product =newProduct();foreach(dynamic messageinarray){humidity = ((message.humid1)*256+ (message.humid2))/100;rawTemp = ((message.temp1)*256+ (message.temp2));Ctemp = rawTemp /100.0;Ftemp = Ctemp *1.8+32;intbat = ((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; }publicclassProduct{publicdoubleCtemperature{get;set;}publicdoublehumid{get;set;}publicdoublebattery{get;set;}//publicdoubledateTime{get;set;}publicstring EventProcessedUtcTime {get;set; }publicstring EventEnqueuedUtcTime {get;set; }publicdoubleFtemperature{get;set;}}

• 现在创建一个变量来存储 Power Bi 的连接字符串
• 创建 HTTP 客户端实例

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

• 我们需要发送 JSON 给 Bi 供电。因此，使用模型类对象序列化 Json。
• 将转换后的 JSON 作为 HTTP 请求发送到 power bi。

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

Power BI 中的数据可视化

在这里，我们在不同的日期和时间可视化我们的传感器数据。我们可以分别看到不同日子内湿度、温度和电池使用量的百分比变化。

使用 SendGrid 的无线温度传感器 Azure电子邮件托管

软件即服务（Saas 应用程序）提供了另一个令人惊叹的功能，称为 SendGrid。在 Microsoft Azure 中，SendGrid 支持迅速将电子邮件通知传递给不同的用户。

此博客中描述了发送网格的设置。

在这里，我们将描述使用 Azure 功能发送电子邮件通知的代码。

• 添加这些依赖项，“Send Grid”用于访问 SendGrid 邮件服务。

#r"SendGrid"usingNewtonsoft.Json;usingNewtonsoft.Json.Linq;usingSystem.Net;usingSystem.Net.Mail;usingSendGrid.Helpers.Mail;usingMicrosoft.Extensions.Logging;

• 从邮件、smtp端口、用户名、密码、smtp 主机、邮件主题和邮件正文创建用于存储到邮件的变量。

stringfromMail="enter from mail";stringtoMail="enter to mail";intsmtpPort =587;stringsmtpUserName="Enter your smtp send grid username";stringsmtpPassword ="enter sendgrid password";stringsmtpHost ="smtp.sendgrid.net";stringsubject ="Temperature Alert!!!";stringmailMessage ="Temperature has reached beyond 30";

• 创建 MailMessage 和 SmtpClient 的实例

MailMessage mail =newMailMessage(fromMail,toMail);SmtpClient smtpClient =newSmtpClient();

• 设置端口、传递方法、smtp 主机、用户凭据邮件正文和主题到 Smtp 客户端和邮件消息对象。

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;

• 设置端口、传递方法、smtp 主机、用户凭据邮件正文和主题到 Smtp 客户端和邮件消息对象。

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;

• 每当温度超过 30 度阈值时。用户将收到一封邮件到所描述的电子邮件 ID。

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

通知结果

• 每次温度超过 30 度标记时，都会向用户发送自动电子邮件通知。
• 发送网格每次都将电子邮件通知传递给同一主题。我们不必在收件箱中向下滚动来搜索最后发送的消息。只需搜索温度警报！你会得到消息列表。

整体代码

此设置的固件可在此GitHub 存储库中找到。