一种用于物联网的数据采集装置及方法与流程

本发明涉及物联网应用中的数据采集技术领域，特别是涉及一种用于物联网的数据采集装置及方法。

背景技术：

在工业物联网应用中，数据采集器作为数据收集装置，通常都是以透传的方式工作，在工业设备和云服务器之间建立一个数据通讯的管道，为了让数据采集器可以在多种不同的工业设备和服务器之间建立通讯，以增加通用性，通常都会在数据采集器中增加协议解析、协议转换等可编程程序。但无论如何，这样的数据采集器其本质上只是起到了通讯桥梁的作用，没有主动根据需求在不同场景采集数据的能力。

在实际应用中，因网络传输速度和云服务器对采集到的数据进行保存的最小粒度限制，通常都不可能做到对工业设备进行每秒一次甚至多次的数据采集和保存工作，也没必要（因为大部分的过程数据是没有价值），特别是在同时监控成百上千台工业设备的场景下，通常只能以较大粒度（采样间隔在10秒以上）采集和保存数据，这导致无法扑捉到工业设备在某一事件发生瞬间的数据，例如：1.当需要在某流程中采集某事件发生时，采集某端口的状态或某参数的数值；2.当需要采集某事件发生前或后一段时间的数据；3.当需要采集某流程过程中的全部数据等。

有鉴于此，特提出本发明，以改正上述现有技术的不足之处。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明提供了一种用于物联网的数据采集装置及方法，数据采集装置用以解决现有技术的数据采集器无法主动根据采集需求，在不同场景采集预设数据的能力;数据采集方法用以解决现有网络在物联网技术条件下，为了在云服务器和设备之间，不需要通过频繁快速的数据交互，去采集（捕捉）设备的某事件发生瞬间的数据，或某短暂流程中的数据。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于物联网的数据采集装置，其包括硬件接口模块、可预设采集速率的设备交互模块、可历史数据缓存模块、环形实时数据缓存模块、可预设采集条件的监测模块、可预设采集需求的数据获取模块、数据存储模块、数据压缩加密模块，所述硬件接口模块、可历史数据缓存模块、环形实时数据缓存模块、可预设采集条件的监测模块分别与可预设采集速率的设备交互模块连接，所述环形实时数据缓存模块、可预设采集条件的监测模块分别与可预设采集需求的数据获取模块连接，所述可历史数据缓存模块、可预设采集需求的数据获取模块分别与数据存储模块连接，所述数据存储模块与数据压缩加密模块连接，所述硬件接口模块与设备连接，所述数据压缩加密模块通过互联网与云服务器连接。

本发明的进一步改进为，所述可预设采集速率的设备交互模块用查询的方式以被采集设备所能接受的最短采集间隔周期与设备之间进行数据交互，获取设备的各种数据，保存到历史数据缓存模块和环形实时数据缓存模块中，同时还传送到可预设采集条件的监测模块中。

本发明的进一步改进为，所述可预设采集条件的监测模块按预设采集条件对可预设采集速率的设备交互模块所采集的数据进行监测，当发现设备在运行中有符合预设的数据采集条件时，立刻按预设的数据采集条件从环形实时数据缓存模块中获取所需数据，并压缩加密后打包传送到云服务器。

本发明的进一步改进为，所述可预设采集需求的数据获取模块按预设采集需求的配置到环形实时数据缓存模块中获取数据，其预设采集需求的参数包括采集的数据点个数、采集的数据名称集合、以最新数据采集点为参考的采集方向。

本发明的进一步改进为，所述历史数据缓存模块根据预设的采集间隔周期，保存来自可预设采集速率的设备交互模块所采集的数据，并定期通过数据压缩加密模块传送到云服务器。

本发明的进一步改进为，所述可预设采集条件的监测模块的预设采集条件包括设备的运行状态、工作流程、运行参数、报警内容，可单一条件或任意组合条件。

本发明的进一步改进为，所述可预设采集条件的监测模块有多组相同的采集条件程序组，根据需要可预设为不同的采集条件，以允许采集装置同时根据多个采集条件监测设备。

本发明的进一步改进为，所述可预设采集需求的数据获取模块有多组相同的采集需求程序组，根据需要可预设为不同的采集需求条件，与可预设采集条件的监测模块配套使用。

本发明的进一步改进为，所述数据存储模块是以环形数据结构组织的存储器，用来保存7类不同数据，分别是：1.整个装置所需的硬件端口配置数据；2.和设备配套的通讯协议解析配置数据；3.发送到云服务器时未完成的数据（保存到下次连接时再发送）；4.设备的历史运行数据；5. 数据监测模块捕获的数据；6. 实时事件数据；7.实时报警数据；且每种类型的数据都包括时间戳，以确保数据上传到服务器时不因外部条件造成的数据丢失。

本发明还提供了一种应用于上述所述的用于物联网的数据采集方法，包括以下步骤：

A.通过云服务器传送预设命令至数据采集装置;

B.数据采集装置主动与设备进行数据交互，并根据预设命令监测设备数据;

C.数据采集装置将采集到符合预设命令要求的数据保存起来，同时还通过互联网传送至云服务器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：实现以小的传输数据量，和传输非实时性，实时快速的监测设备运行，在云服务器和设备之间，不需要通过频繁快速的数据交互，去实现对设备在某事件发生时，或某短暂流程中的数据进行采集，而是通过云服务器传送预设命令到所述可预设采集条件和采集需求的数据采集器装置，由采集装置主动和设备进行快速的数据交互，然后根据云服务器的命令监测设备数据并采集到符合命令要求的数据，再传送到云服务器，既减少云服务器的数据传输量，又减轻了云服务器的数据处理量。

附图说明

图1是本发明的数据采集装置的结构方框图;

图2是本发明的应用示意图;

图3是本发明的数据采集装置硬件构成结构图。

图中各部件名称如下：

1—硬件接口模块;

2—可预设采集速率的设备交互模块;

3—历史数据缓存模块;

4—环形实时数据缓存模块;

5—可预设采集条件的监测模块;

6—可预设采集需求的数据获取模块;

7—数据存储模块;

8—数据压缩加密模块。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，一种用于物联网的数据采集装置，其包括硬件接口模块1、可预设采集速率的设备交互模块2、可历史数据缓存模块3、环形实时数据缓存模块4、环可预设采集条件的监测模块5、可预设采集需求的数据获取模块6、数据存储模块7、数据压缩加密模块8，所述硬件接口模块1、可历史数据缓存模块3、环形实时数据缓存模块4、环可预设采集条件的监测模块5分别与可预设采集速率的设备交互模块2连接，所述环形实时数据缓存模块4、环可预设采集条件的监测模块5分别与可预设采集需求的数据获取模块6连接，所述可历史数据缓存模块3、可预设采集需求的数据获取模块6分别与数据存储模块7连接，所述数据存储模块7与数据压缩加密模块8连接，所述硬件接口模块1与设备连接，所述数据压缩加密模块8通过互联网与云服务器连接。

具体地，所述硬件接口模块1包括RS232、RS485、CAN、USB硬件接口电路和对应软件协议程序。所述可预设采集速率的设备交互模块2按设备所能接受的最短间隔周期查询设备，以最快速度获取数据。所述历史数据缓存模块3根据预设的间隔时间保存数据，按先进先出的顺序循环覆盖。所述环形实时数据缓存模块4按先进先出顺序循环覆盖的环形数据缓存，保证缓存中始终有当前到之前一段时间的数据。所述可预设采集条件的监测模块5按预设采集条件对数据进行监测，当发现设备在运行中有符合预设的数据采集条件时，发出指令给可预设采集需求的数据获取模块6。所述可预设采集需求的数据获取模块6与可预设采集条件的监测模块5配套使用，按预设采集需求到环形实时数据缓存模块4中获取数据。所述数据压缩加密模块8按预设采集条件对数据进行监测，当发现设备在运行中有符合预设的数据采集条件时，发出指令给可预设采集需求的数据获取模块6。

具体地，所述可预设采集速率的设备交互模块2用查询的方式以被采集设备所能接受的最短采集间隔周期与设备之间进行数据交互，获取设备的各种数据，保存到历史数据缓存模块3和环形实时数据缓存模块4中，同时还传送到可预设采集条件的监测模块5中。所述历史数据缓存模块3根据预设的采集间隔周期，保存来自可预设采集速率的设备交互模块2所采集的数据，并定期通过数据压缩加密模块8传送到云服务器。所述可预设采集条件的监测模块5按预设采集条件对可预设采集速率的设备交互模块2所采集的数据进行监测，当发现设备在运行中有符合预设的数据采集条件时，立刻按预设的数据采集条件从环形实时数据缓存模块4中获取所需数据，并压缩加密后打包传送到云服务器。所述可预设采集需求的数据获取模块6按预设采集需求的配置到环形实时数据缓存模块4中获取数据，其预设采集需求的参数包括采集的数据点个数、采集的数据名称集合、以最新数据采集点为参考的采集方向。所述可预设采集条件的监测模块5的预设采集条件包括设备的运行状态、工作流程、运行参数、报警内容，可单一条件或任意组合条件。所述可预设采集条件的监测模块5有多组相同的采集条件程序组，根据需要可预设为不同的采集条件，以允许采集装置同时根据多个采集条件监测设备。所述可预设采集需求的数据获取模块6有多组相同的采集需求程序组，根据需要可预设为不同的采集需求条件，与可预设采集条件的监测模块5配套使用。

本发明还提供了一种应用于上述所述的用于物联网的数据采集装置的数据采集方法，包括以下步骤：

A.通过云服务器传送预设命令至数据采集装置;

B.数据采集装置主动与设备进行数据交互，并根据预设命令监测设备数据;

C.数据采集装置将采集到符合预设命令要求的数据保存起来，同时还通过互联网传送至云服务器。

如图2所示，本发明实施例提供了一种用于物联网的数据采集装置，其包括可预设采集条件和采集需求的数据采集装置、云服务器、设备、采集条件和采集需求的预定义应用程序。通过云服务器传送预设命令到所述可预设采集条件和采集需求的数据采集装置，由数据采集装置主动和设备进行实时、快速的数据交互，同时根据云服务器的命令主动监测所采集到的设备数据，并捕获符合云服务器命令要求的数据，再传送到回云服务器，以减少云服务器和设备之间的数据传输量，同时实现了对设备的实时数据监测。本发明实施例是一个软硬件结合的解决方案，基于软件实现的方案可以在ARM、DSP或同类嵌入式处理器/单片机等平台上开发。

1.如图3所示，为本发明实施例数据采集装置的硬件构成图，该装置包括中央处理器、开关量采集模块、模拟量采集模块、开关量输出模块、通讯输入模块、数据存储模块、通讯输出模块。通讯输入模块通过RS232或RS485或CAN、USB等硬件接口连接到设备，以采集设备的运行状态数据、报警数据、事件数据，然后将采集到的数据送到中央处理器进行处理。开关量采集模块、模拟量采集模块直接和设备相连接，以补充通讯输入模块所不能采集到的数据，达到更全面的数据采集。开关量输出模块是一个可编程输出模块，可以根据需要，配置其和开关量采集模块、模拟量采集模块之间的逻辑，以适应更多的应用场景需求。数据存储模块是一个大容量FLASH存储器，用于保存7种不同类型数据，且每种类型的数据都包括时间戳，以确保数据上传到服务器时不因外部条件造成的数据丢失。

通讯输出模块是用于将采集并处理好的数据发送到云服务器，其包括多种连接方式：以太网、WIFI、2G、3G、4G，当由于各种原因导致不能完成数据传送到云服务器时，将保存未发送完的数据到数据存储模块，以待下次发送，确保不丢失数据。中央处理器根据设备类型和型号，解析采集到的设备数据，并根据预设采集条件监测解析好的设备数据，当监测到符合预设采集条件的数据时，立刻根据采集需求，采集好相应的数据，然后进行数据压缩和加密并通过通讯输出模块，将处理好的数据发送到云服务器。

如图1所示，为本发明实施例数据采集装置的功能实现方框图，所述中央处理器通过硬件接口模块，连接到设备的通讯接口，按预设采集速率（通常是最快速率）和设备进行数据交互，将设备的运行状态数据、警报数据、事件数据采集到环形实时数据缓存、历史数据缓存以及监测模块中，其中历史数据缓存是按预设间隔周期，缓存采集的最新数据并上传到云服务器中，具体如图1所示。环形实时数据缓存是按预设数据点的缓存数量，缓存实时数据，并为每个数据添加索引，让数据获取模块可以按预设配置的需求到这个缓存中获取所需数据，并上传到云服务器。数据监测模块按预设配置的采集条件对数据进行监测，当发现设备在运行中有符合预设的数据采集条件时，发出指令给数据获取模块。数据获取模块在收到数据监测模块发出的指令后，根据预设配置的采集需求，从环形实时数据缓存模块获取相应的数据，并传送到数据压缩加密模块，同时也保存到数据存储模块。数据压缩加密模块在收到各种待发送数据后，先进行预定协议进行数据封包，然后进行压缩处理以减少数据传输量，同时采用对称加密方式对数据加密，以暗文方式传输，最后通过不同的网络渠道，将数据传送到云服务器，当网络环境差或电源故障时，为保数据的意外丢失，将未发送完成的数据保存到数据存储模块。数据存储模块是以环形数据结构组织的存储器，用来保存7类不同数据，分别如下：

1.整个装置所需的硬件端口配置数据；

2.和设备配套的通讯协议解析配置数据；

3.发送到云服务器时未完成的数据（保存到下次连接时再发送）；

4.设备的历史运行数据；

5. 数据监测模块捕获的数据；

6. 实时事件数据；

7. 实时报警数据。

进一步的，本实施例中的数据监测模块和数据获取模块是配套使用，并可对其预设各种配置，其中数据监测模块可预设的条件包括：设备的运行状态、工作流程、运行参数、报警内容，可以任一单一条件作为监测条件，也可以组合方式作为监测条件。数据获取模块可预设的参数包括：采集的数据点个数，采集的数据名称集合，以最新数据采集点为参考的采集方向（单一向前n个，单一向后n个，向前n个同时向后n个）。

进一步的，本实施例有多组数据监测模块和数据获取模块，通过多组并行方式监测采集到的数据，实现快速、复杂的数据采集工作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：实现以小的传输数据量，和传输非实时性，实时快速的监测设备运行，在云服务器和设备之间，不需要通过频繁快速的数据交互，去实现对设备在某事件发生时，或某短暂流程中的数据进行采集，而是通过云服务器传送预设命令到所述可预设采集条件和采集需求的数据采集器装置，由采集装置主动和设备进行快速的数据交互，然后根据云服务器的命令监测设备数据并采集到符合命令要求的数据，再传送到云服务器，既减少云服务器的数据传输量，又减轻了云服务器的数据处理量。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，例如：将数据采集技术直接用到设备控制器中，都应当视为属于本发明的保护范围。