振南技术干货集：制冷设备大型IoT监测项目研发纪实（1）
注解目录
1.制冷设备的监测迫在眉睫
1.1 冷食的利润贡献
1.2 冷设监测系统的困难
（制冷设备对于便利店为何如何重要？了解一下你所不知道的便利店和新零售行业。关于电力线载波通信的论战。）
2、电路设计
2.1 防护电路
2.1.1 强电防护
2.1.2 弱电防护
（浪涌、脉冲群、静电、过压、雷击，你的电路扛得住吗？加些防护吧。）
2.2 电路复用（电路设计，仔细思考一下，不要作重复劳动。）
3、协议设计
3.1 内外机通信协议
（电力线通信环境是复杂而恶劣的。振南设计的时分复用与冗余编码协议，了解一下。）
3.2 主机与 WIFI Agent 通信协议
（乐鑫 ESP8266 连接 WIFI，数据上私有云。Json 了解一下。）
4、自动化生产与测试
4.1 自动化烧录
4.2 自动化测试
（芯片预处理、自动化烧录和测试，半个月生产 9000 套硬件，看看我是如何作到的。）
5、工程测试与安装
5.1 工程测试（手机蓝牙远程调试）
5.2 工程安装
（看我们上天入地安装设备。蓝牙调试，几十米外无线烧录，一部手机全搞定。）
6、冷设监测数据分析
（开放一些内部数据，看看实际效果。）
7、冷设监测故障预判作用评估
6.1 故障预判时效
6.2 对维修保养的验收指导作用
6.3 故障报警受气温的影响
（努力没有白费，省下的是实实在在的真金白银。）
8、冷设预警的典型案例
1）申虹路某店
2）恒通商务园某店
（这里有 ABC IOT 系统的内部监测数据，一切的努力都归结于这些曲线上。）
有人曾经问过马斯克一个问题:“Paypal已经让你成为亿万富翁,如果我是你的话我就去迪拜投资一个豪华宾馆,肯定稳赚,又何必去冒搞航天的巨大风险,可能让你血本无归!”马斯克说:“我崇尚技术,热爱创新和挑战自我,我是不会去作那些没有技术含量的事情的。”
马斯克是振南的偶像,就如同钢铁侠已富可敌国,但还是保持着一颗工程师的初心,在不断地寻求技术创新。这些都是不会被金钱迷惑志向的人，是伟大的。
那些由互联网行业转作实业的大佬,大多都有这样的潜质。在我的经历中,我在前 EF网CEO 所创始的 ABC供职过几年,主要还是在做IOT 智能硬件这个方向。有人会说:“我知道 ABC是作便利店的,它需要什么IOT 硬件自主研发,或者说很多设备是现成的,直接采购就好了。”因为他在搞一个概念叫“智慧门店”或者说“无人门店”,他想用新兴的互联网、物联网技术来进行便利店的管理,从而降低人员与运营成本。
OK,那我问一下大家:“一家真正的便利店里(那些小超市不算),什么设备是最重要的、最值得我们去监测的?”对,就是制冷设备! (也许你对便利店这个行业并不了解,但我认为这并不影响你阅读本章的内容。)
制冷设备的监测迫在眉睫
1.1 冷食的利润贡献率
首先不要认为冷食只有冰激凌、饮料这些,还有保鲜和现制食品,比如水果、奶制品、盒饭等，其实便利店内部对制冷设备的依赖是巨大的:
(1) 每家店后方都配备有冷库(用于放置食材,冷饮备货等),如图 8.1 所示(2) 营业区有风幕柜、冷藏柜、冷饮柜等,如图 8.2 所示。
在每年的 5~8 月份。ABC 的冷食营业额占比很大,如图 8.3 所示。可以看到,单单风幕柜一项的营业额(毛利率)就占总营业额(毛利率)的 30%左右,再加上冷库食材便餐、冷柜冷饮冰激凌等,冷食的营业额可能占总营业额的 50%~60%。所以一旦制冷设备故障，营业额损失将是巨大的。
我们还忽略了一大块损失,可谓比以上有形的损失更亚重:空调如果故障了，三伏天店里
图8.1 便利店后方内部的冷库(后补冷库)
图8.2 便利店营业区的冷柜与风幕柜
热得像蒸笼,这将对便利店品牌造成无法估计的影响。
综上所述，可以说冷设故障对便利店的打击将是毁灭性的。
有人可能会说:“是机器就一定会坏,及时维修不就好了。”说起来简单,及时维修有两个重要因素 时效要短与问题定位要准确。
很多时候冷设故障都是外机故障不易发觉,再加之室温并不会骤然上升,而是会继续维持一段时间的低温。所以,这就造成维修时效很难得到保证。等到报修,再到上门,通常要经历半天甚至几天的时间。这么长时间的故障使得冷食变质废弃,继而造成损失，当然同时也影响营业额。
再就是.就算维修人员可以及时赶到现场。能否立即找到问题点。迅速修好也是存疑的尤其是重要部件损坏,需要更换的时候，比如压缩机,通常一等就是半个月。有人问:“冷设修不上,难道就眼睁睁地看着冷食废弃吗? 没有一点办法?”当然有一些治
图8.3 某便利店冷食与总营业额的对比曲线
标不治本的方法,比如商品物料串库(就是先转移到其他临近店去)、用干冰为冷设外机散热(让外机解除热保护)等。这些方法可以为冷设维修争取一些时间,减少损失。
ABC的老板是互联网出身,他非常相信物联网的技术力量,相信数据模型与物理世界的对应关系和规律,所以他提出了要实现一套“冷设监测预警系统”,以下简称 CME。
1.2 CME系统的难点
要了解 CME系统的难点,就要先了解一下冷设的基本结构,如图8.4所示。
图8.4 制冷设备的基本结构示意
关于制冷原理振南已经在“倾斜传感器并不简单”一章中有所提及,不再赘述。很显然,制冷设备的易损部件大多在室外机,比如压缩机、风扇、各种管线阀门等等。我们要监测的外机管线与压缩机的温度,以及电力线上的电流(功率),详见图 8.5。
这里略显有些专业了,读者姑且看之:
①液管 ② 进气 ③吸气 ④排气 ⑤机油
OK。我们可以开发一个智能硬件采集这几个点的温度,以及电源电流值。
图8.5 制冷设备监测主要5个测点位置
问题是:采到的监测数据怎么上传到 IOT 云平台。这就是 CME 系统的难点先来看一下真正的外机实物,如图 8.6 所示
图8.6 制冷设备的外机
在这之前,其实已有人思考过外机监测数据如何上传平台的问题。无非两种方案:第一种方法:使用诸如 NBIOT、CAT1 之类的通过运营商网络直接上传平台;第二种方法:想办法把外机数据先传到店内,通过店内的 WiFi 上传平台。前者是首先被 PASS 掉的,主要原因是:外机基本都是金属封闭的,影响信号:每年都要有资费的支出。第二种方法的关键是如何将外机数据传到店内,要知道外机与室内之间只有一条电力线,再无额外的通信线。
针对这一问题我带领硬件研发团队(核心人员是我和宏涛)和几位前人作了一些讨论(所谓前人是先前接手这一项目的研发人员)。
“我觉得可以用电力线载波,这样不用单独拉线,直接利用现有的电力线实现通信。”我提出了我的方案。
“电力线载波我们已经试过了,不行的。”他们不屑地说。
“怎么不行?”
“制冷外机有强冲击(浪涌)，电力猫会被烧掉!”我基本知道是怎么回事了,他们都不是做电子的,而只会用现成的设备做集成他们用了电力猫加工控机的方案。如图 8.7 所示。
图 8.7 电力猫与嵌入式工控机
ABC 的研发大多是跟随老板一同再创业的互联网从业人员,他们很精通高级编程语言,比如 Python,Golang,但是对于单片机却并不在行。所以在他们的硬件项目里大量的使用了嵌人式工控机,里面运行了 Android 或 Linux,这样就极大地降低了开发门槛。
但是有些硬件项目并不是仅仅把嵌入式软件搞定就 OK 了，它还涉及较深的电力电子方面的知识。比如冷设外机,我知道他们的初衷,如图 8.8 所示。
图8.8 基于电力猫与嵌入式工控机的冷设外机监测示意图
制冷设备外机的工作方式是间歇性的,它的压缩机会不断地启停,这是因为制冷是一个动态调节过程,将被降温空间或物体的温度高于设定温度时,外机即会工作,反之则停机。在启停的瞬间,会在电力线上产生较大的浪涌,瞬时电压可能跳到几千伏,如果电器没有浪涌防护电路,那就很可能被损坏
一般的电力猫防浪涌能力都较弱。所以直接使用电力猫来通信.其寿命无法得到保证。在浪涌较为严重时，可能连同工控机一起烧掉。
当然，使用这种方案的弊端还有一点就是成本较高。
振南的硬件研发团队仍然使用电力线载波来实现通信,但是我们会专门设计电路,挑选耐操的电力线通信模块,以及针对强干扰环境设计专门的通信协议,来保障整套冷设监测系统的可靠性、稳定性与长寿命。