设备传感器的多协议分布式数据采集控制系统及方法
【专利摘要】本发明属于设备传感器通讯领域，其公开了一种设备传感器的多协议分布式数据采集控制系统及方法。本发明中的控制系统包括数据采集控制器、数据集中处理控制器、协议配置器和结果显示服务器；所述数据集中处理控制器通过有线或无线网络分别与所述数据采集控制器、协议配置器和结果显示服务器通信连接。本发明中的方法包括分别由协议配置器、数据集中处理控制器、数据采集控制器和结果显示服务器完成的工作步骤，所述协议配置器根据不同类型的设备传感器的采集数据协议，配置生成JSON结构的协议包，并把新增的数据解析函数存储于函数库中，以供配置新协议引用；根据所述新协议，所述数据采集控制器可以实现对不同类型的设备传感器的数据采集。
【专利说明】设备传感器的多协议分布式数据采集控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于设备传感器通讯领域，特别涉及一种设备传感器的多协议分布式数据 采集控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 在工商业活动中，无论是基于安全生产的目的，还是基于节约能源、保护环境的目 的，都需要运用数据采集控制器对设备传感器进行数据采集。由于设备的类型繁多--不 同类型的设备通常对应着不同类型的数据采集控制器，并且不同厂商提供的同种设备也可 会随着设备型号的不同而采用不同的通讯协议（采集数据协议）--通讯协议的不同会导 致数据采集控制器的软件设计有所不同，这就导致目前大量使用的数据采集控制器存在功 能单一、型号繁多的问题。这种状况不仅增加了数据采集控制器的研发成本，而且难以及时 满足用户快速增长的个性化需要。
[0003] 为了克服上述现有技术的缺陷，申请号为201310435673. 5、名称为各种设备传感 器的多协议数据采集控制系统及方法的发明专利申请公开了一种可以与采用不同通讯协 议的设备传感器兼容的技术方案，从而实现对各种设备传感器的数据采集。该发明专利申 请中的数据采集控制系统包括多协议控制器、采集数据存储器、多协议配置器和通讯结果 显示器，该发明专利申请所采用的方法包括多协议控制器的实现、采集数据存储器的实现、 多协议配置器的实现和通讯结果显示器的实现四个基本步骤。在多协议控制器的实现这一 基本步骤中，该发明专利申请采用了分别根据传感器通讯协议和传感器数据计算公式形成 XML (Extensible Markup Language,可扩展标记语言）形式描述文件的技术手段。
[0004] 总的说来，第201310435673. 5号发明专利申请所公开的技术方案在一定程度上 克服了上述现有技术的缺陷，然而，该发明专利申请所公开的技术方案也存在一些不足，例 如，发明专利申请采用XML形式描述文件虽能在数据采集方面实现对不同类型的设备传感 器的兼容，但也存在下述问题：
[0005] (1)解码难度高，需考虑子节点和父节点，灵活性低；
[0006] (2)数据体积大，传递速度低；
[0007] (3)编码实现难度高，特别是难以实现复杂的协议配置及解析，特别是复杂的数据 解析函数。
【发明内容】
[0008] 本发明提供了一种设备传感器的多协议分布式数据采集控制系统及方法，其目的 旨在使用一套系统及其方法高效率地实现对各种设备传感器的数据采集与分析，从而克服 现有技术的缺陷。
[0009] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
[0010] 一种设备传感器的多协议分布式数据采集控制系统，其包括数据采集控制器、数 据集中处理控制器、协议配置器和结果显示服务器；所述数据采集控制器通过有线或无线 网络直接与所述的数据集中处理控制器通讯连接，间接与协议配置器和结果显示服务器通 讯连接。所谓间接与协议配置器和结果显示服务器通讯连接，是指数据采集控制器与协议 配置器和结果显示服务器之间的通讯连接通过了数据集中处理控制器这一中间环节。
[0011]为了使本发明设备传感器的多协议分布式数据采集控制系统中的数据采集控制 器更好地满足不同设备的需要，本发明在上述技术方案的基础上附加了下述技术手段：
[0012] 所述数据采集控制器包括开关电源、中央处理器，以及分别与所述中央处理器相 连接的Mbus接口电路、CAN接口电路、下行RS485接口电路、上行RS485接口电路、RJ45接 口电路、RF无线射频电路以及DTU模块。需要说明的是，在实施本发明的过程中，可以根据 实际需要把DTU模块通过插件方式进行集成，此外，通讯电路接口均采用光电隔离。
[0013] 以上，是本发明为了克服现有技术的缺陷而提出的一种设备传感器的多协议分布 式数据采集控制系统，该控制系统是实现本发明目的必要条件，而要完全实现本发明的目 的，还需要运用本发明的方法。本发明的方法采用了下述技术方案：
[0014] 一种设备传感器的多协议分布式数据采集控制方法，其包括协议配置器完成的工 作步骤，数据集中处理控制器的完成的工作步骤，数据采集控制器完成的工作步骤，以及结 果显示服务器完成的工作步骤；其中，所述协议配置器根据不同类型的设备传感器的采集 数据协议，配置生成JS0N结构的协议包，并把新增的数据解析函数存储于函数库中，以供 配置新协议引用；根据所述新协议，所述数据采集控制器可以实现对不同类型的设备传感 器的数据采集。
[0015] 在上述涉及方法的技术方案的基础上，本发明可进一步附加下述技术手段，以便 更好地解决本发明所要解决的技术问题：
[0016] 所述协议配置器完成的工作步骤如下：
[0017] (1)收集设备传感器的型号资料，具体包括设备的通讯参数（如通讯方式、波特率 等）、通讯指令、通讯过程（即通讯是否需中继器、设备之间通讯的时间间隔）等资料，
[0018] (2)根据设备传感器的采集数据协议配置数据存储结构的字段数据属性，包括数 据类型、数据名称、数据单位，
[0019] ⑶将设备传感器的采集数据协议的各项内容配置成JS0N结构的协议包，并把新 增的数据解析函数存储于函数库中，以供配置新协议引用；所述协议包包括指令的类型、失 败时连续采集的次数、巡检间隔时间、发送指令段以及返回指令段、解析函数，
[0020] (4)根据设备传感器的通讯和协议特点配置生成设备的资料维护界面以及人工录 入采集数据的界面，
[0021] (5)根据设备传感器的JS0N结构的协议包生成采集指令、控制指令的参数界面，
[0022] (6)根据所述协议包、参数界面中的相关参数生成升级授权文件，以便注册相关型 号的相关协议参数到数据集中处理控制器中。
[0023] 进一步地，所述数据集中处理控制器的完成的工作步骤如下：
[0024] (1)实现升级授权文件注册的注册服务，
[0025] (2)建立设备传感器与数据采集控制通讯端口的关系列表，
[0026] (3)实现协议包、仪表资料、通讯参数发送给数据采集控制器的功能，
[0027] (4)实现采集各个采集控制器数据的服务，
[0028] (5)实现对采集控制器通讯的控制接口及配置传感器参数的接口。
[0029] 进一步地，所述数据采集控制器完成的工作步骤如下：
[0030] (1)实现RJ45、RS485或DTU通讯方式的上行服务接口，
[0031] (2)实现对相应的设备资料数据、协议包录入接口；
[0032] (3)实现对下行通讯的中间件接口，
[0033] (4)实现多协议解析服务，以便把标准的JS0N协议格式解析成实际的设备传感器 协议，
[0034] (5)实现巡检采集各类传感器数据，并周期性抄取数据存储的服务，
[0035] (6)实现设备的实时状态通讯结果、历史采集数据等资料的网页服务。
[0036] 进一步地，所述结果显示服务器完成的工作步骤如下：
[0037] (1)调用设备传感器的监控接口，实现批量采集状态数据并显示于实时监控界面 中；
[0038] (2)调用传感器的配置接口，对传感器参数实现批量设置；
[0039] (3)实现把数据集中处理控制器的设备状态数据、计量数据同步至平台的服务接 口，以便提供数据分析及计量。
[0040] 进一步地，所述解析函数采用lua脚本函数。
[0041] 本发明具有下述有益效果：
[0042] (1)快速集成设备传感器：基于报文协议，无需编程，1?2小时可集成一款设备传 感器，可边集成边测试；
[0043] (2)基于专用的嵌入式硬件平台和Linux服务器，系统更稳定、安全和高效；
[0044] (3)采用丰富多样的通讯接口，满足各类智能设备传感器的接入；
[0045] (4)通讯电路接口均采用光电隔离，极大地增加了系统的稳定性；
[0046] (5)可实现远程维护升级；
[0047] (6)可对各个设备的控制参数以及运行状态进行再设定，同时还具备显示和检测 功能；
[0048] (7)通过内置小型Web服务可查看采集控制器的状态并实现简单控制；
[0049] (8)智能抄取设备传感器数据，完成设备的协议动态解析、读取、计划调度、控制等 功能；
[0050] (9)传输方式多样化，内置数据传输、接收模块，可以通过以太网、RS485、TDU等多 种方式传输数据；
[0051] (10)支持统一设备配置及监控的组态界面，以及支持各类数据的图表分析和计 量；
[0052] (11)系统可跨不同网络进行分布式部署，实现系统的可伸缩性，可满足单体楼宇、 园区、城市级以及区域级等不同规模。
【专利附图】
【附图说明】
[0053] 图1为本发明设备传感器的多协议分布式数据采集系统的工作原理图。
[0054] 图2为本发明的一个实施例中的数据采集控制器的结构示意图；
[0055] 图3为本发明中的协议配置器的工作原理图；
[0056] 图4为本发明中的协议配置器根据设备传感器的通讯协议配置生成JS0N结构协 议包的工作流程图；
[0057] 图5为本发明中的数据集中处理控制器的工作原理图；
[0058] 图6为本发明中的数据采集控制器的工作原理图；
[0059] 图7为本发明设备传感器的多协议分布式数据采集系统的拓扑结构图。
【具体实施方式】
[0060] 以下结合附图介绍本发明的实施例。
[0061] 实施例一
[0062] 如图1所示，一种设备传感器的多协议分布式数据采集控制系统，其包括数据采 集控制器、数据集中处理控制器、协议配置器和结果显示服务器；所述数据采集控制器通过 有线或无线网络直接与所述的数据集中处理控制器通讯连接，间接与协议配置器和结果显 示服务器通讯连接。
[0063] 如图2所示，在本实施例中，所述数据采集控制器包括开关电源、电源电路、中央 处理器209,以及分别与所述中央处理器209相连接的光耦电路201、Mbus接口电路204、 CAN接口电路203、下行RS485接口电路202、上行RS485接口电路205、RJ45接口电路207、 RJ45接口 208、RF无线射频电路（RF470模块电路）206以及DTU模块（图中未示出）。另 需说明的是，在本实施例中，可以把DTU模块通过插件方式进行集成。
[0064] 本发明整个系统的拓扑结构如图7所示。所述结果显示服务器（亦称为应用服务 平台）可以通过内网或外网接入若干个数据集中处理控制器，每个数据集中处理控制器可 以连接RS485、RJ45、DTU等各种通讯方式的数据采集控制器，所述数据集中处理控制器下 可以连接负载有不同协议的设备传感器的数据采集控制器；所述协议配置器（亦称为协议 配置升级授权中心）与其它部件独立，只负责把设备的采集状态指令协议及控制指令集成 生成升级授权文件，以用于对所述数据集中处理控制器的注册升级以支持设备。
[0065] 实施例二
[0066] 实施例二，亦即本发明中的一种数据采集控制方法，其包括下述步骤：
[0067] 一、协议配置器完成的工作步骤
[0068] 协议配置器作为本发明设备传感器的多协议分布式数据采集控制系统的参数配 置的核心部件，其作用是使本发明在数据的采集方面能与不同类型的设备传感器兼容。协 议配置器的工作原理如图3所示。配置协议前，首先需要了解设备实际的协议结构格式及 数据解析逻辑，具体实现流程如图4所示。以某一空调温控器的协议格式为例，其工作步骤 如下：
[0069] 步骤1，查阅空调温控器设备通信协议资料，获得下述信息：
[0070] (1)波特率：9600bps
[0071] (2)数据帧格式：1位起始位，8位数据位，1位停止位
[0072] (3)命令发送格式
[0073] 命令是指从主机发向终端机的一组数据，其组成如下：
[0074] START ADDR1ADDR2TYPE CMD DATA CRC EOF
[0075]
【权利要求】
1. 一种设备传感器的多协议分布式数据采集控制系统，其特征在于：包括数据采集控 制器、数据集中处理控制器、协议配置器和结果显示服务器；所述数据采集控制器通过有线 或无线网络直接与所述的数据集中处理控制器通讯连接，间接与协议配置器和结果显示服 务器通讯连接。
2. 如权利要求1所述的设备传感器的多协议分布式数据采集控制系统，其特征在于： 所述数据采集控制器包括开关电源、中央处理器，以及分别与所述中央处理器相连接的 Mbus接口电路、CAN接口电路、下行RS485接口电路、上行RS485接口电路、RJ45接口电路、 RF无线射频电路以及DTU模块。
3. -种设备传感器的多协议分布式数据采集控制方法，其包括协议配置器完成的工作 步骤，数据集中处理控制器完成的工作步骤，数据采集控制器完成的工作步骤，以及结果显 示服务器完成的工作步骤，其特征在于：所述协议配置器根据不同类型的设备传感器的采 集数据协议，配置生成JSON结构的协议包，并把新增的数据解析函数存储于函数库中，以 供配置新协议引用。
4. 如权利要求3所述的设备传感器的多协议分布式数据采集控制方法，其特征在于， 所述协议配置器完成的工作步骤如下： (1) 收集设备传感器型号资料； (2) 根据设备传感器的采集数据协议配置数据存储结构的字段数据属性，包括数据类 型、数据名称、数据单位； (3) 将设备传感器的采集数据协议的各项内容配置成JSON结构的协议包，并把新增的 数据解析函数存储于函数库中，以供配置新协议引用；所述协议包包括指令的类型、失败时 连续采集的次数、巡检间隔时间、发送指令段以及返回指令段、解析函数； (4) 根据设备传感器的通讯和协议特点配置生成设备的资料维护界面以及人工录入采 集数据的界面； (5) 根据设备传感器的JSON结构的协议包生成采集指令、控制指令的参数界面； (6) 根据所述协议包、参数界面中的相关参数生成升级授权文件，以便注册相关型号的 相关协议参数到数据集中处理控制器中。
5. 如权利要求3所述的设备传感器的多协议分布式数据采集控制方法，其特征在于， 所述数据集中处理控制器完成的工作步骤如下： (1) 实现升级授权文件注册的注册服务； (2) 建立设备传感器与数据采集控制通讯端口的关系列表； (3) 实现协议包、仪表资料、通讯参数发送给数据采集控制器的功能； (4) 实现采集各个采集控制器数据的服务； (5) 实现对采集控制器通讯的控制接口及配置传感器参数的接口。
6. 如权利要求3所述的设备传感器的多协议分布式数据采集控制方法，其特征在于， 所述数据采集控制器完成的工作步骤如下： (1) 实现RJ45、RS485或DTU通讯方式的上行服务接口； (2) 实现对相应的设备资料数据、协议包录入接口； (3) 实现对下行通讯的中间件接口； (4) 实现多协议解析服务，以便把标准的JSON协议格式解析成实际的设备传感器协 议； (5) 实现巡检采集各类传感器数据，并周期性抄取数据存储的服务； (6) 实现设备的实时状态通讯结果、历史采集数据等资料的网页服务。
7. 如权利要求3所述的设备传感器的多协议分布式数据采集控制方法，其特征在于， 所述结果显示服务器完成的工作步骤如下： (1) 调用设备传感器的监控接口，实现批量采集状态数据并显示于实时监控界面中； (2) 调用传感器的配置接口，实现批量对传感器参数的设置； (3) 实现把数据集中处理控制器的设备状态数据、计量数据同步至平台的服务接口，以 便提供数据分析及计量。
8. 如权利要求3或4所述的设备传感器的多协议分布式数据采集控制方法，其特征在 于：所述解析函数采用lua脚本函数。
【文档编号】H04L29/06GK104104674SQ201410309628
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】陈英有, 常文飞 申请人:广东艾科技术股份有限公司