本发明涉及物联集中器领域，尤其涉及一种物联集中器及数据转换汇聚方法。
背景技术：
目前，传感器的种类复杂多样，不同厂商生产的传感器定义的数据格式不同、量纲相异、语义各异，在多集成环境下给多应用系统之间数据采集、转换和统一处理带来挑战。
图1为设置有物联集中器的物联网示意图。当前在物联网或传感网的应用过程中，由于信息感知现场存在大量的传感器，因此通常需要在信息感知现场布置一物联集中器或数据集中器，其主要功能是将多个现场传感器数据转发传输至远端上位机或服务器。因而，在采集数据处理及汇聚方面存在如下缺陷：
采集数据的转换通常都需要上位机或服务器进行处理，传感器数量越多上位机或服务器需要进行转换的数据量越大，这对于本已负载较重的上位机或服务器来说更显压力；
传感网中同一区域可能部署大量传感器，这些传感器数据可能具有强相关性，如果将它们统统直接上传至上位机或服务器则会造成以下两种结果：第一，通信带宽需求巨大；第二，上位机或服务器需要存储大量冗余数据，浪费存储空间。
因此，需要一种能够对传感器采集数据进行转换、汇聚处理，以供用户的透明访问和使用的物联集中器、数据转换汇聚方法。
技术实现要素：
根据本发明的一方面，提供一种物联集中器，包括：数据转换模块，用于接收并根据预设的多种转换表达式将多个传感器发送的采集数据转换成采集数据转换值，并将该采集数据转换值发送至数据汇聚计算模块；数据汇聚计算模块，用于接收各传感器的采集数据转换值，并根据预设的汇聚计算表达式对各采集数据转换值进行汇聚计算，得到并将汇聚计算结果发送至上位机或服务器。
转换表达式包括温度转换表达式、湿度转换表达式、pH转换表达式、压力转换表达式、电流转换表达式、电压转换表达式，传感器包括温度传感器、湿度传感器、pH传感器、压力传感器、电流传感器、电压传感器，采集数据包括温度数据、湿度数据、pH数据、压力数据、电流数据、电压数据，采集数据转换值包括温度数据转换值、湿度数据转换值、pH数据转换值、压力数据转换值、电流数据转换值、电压数据转换值，数据转换模块包括：温度计算单元，用于接收并对温度数据转换值进行运算，并将运算后的温度值发送至数据汇聚计算模块；湿度计算单元，用于接收并对湿度数据转换值进行运算，并将运算后的湿度值发送至数据汇聚计算模块；pH计算单元，用于接收并对pH数据转换值进行运算，并将运算后的pH值发送至数据汇聚计算模块；压力计算单元，用于接收并对压力数据转换值进行运算，并将运算后的压力值发送至数据汇聚计算模块；电流计算单元，用于接收并对电流数据转换值进行运算，并将运算后的电流值发送至数据汇聚计算模块；电压计算单元，用于接收并对电压数据转换值进行运算，并将运算后的电压值发送至数据汇聚计算模块；数据汇聚计算模块，用于接收温度值、湿度值、pH值、压力值、电流值、电压值，并根据汇聚计算表达式对温度值、湿度值、pH值、压力值、电流值、电压值进行汇聚计算，计算出并将汇聚计算结果发送至上位机或服务器。
转换表达式为：
其中，A和B为常数，G(Vi)为非线性函数关系式，Vi为第i个传感器端口的采集数据，Ui为第i个传感器端口的转换数据。
转换表达式包括对电压值或电流值向目标参量的转换、不同进制值的转换、带小数点与符号位的转换、多个综合数值的转换、不同量纲的转换、次数统计转换。
汇聚计算表达式为：
W＝F(k1U1，k2U2，…，kiUi，…，knUn)
其中，W为汇聚计算后输出数据，Ui为第i个传感器端口的转换数据，k1到kn为各汇聚输入变量的权值，F(*)为汇聚计算算子。
物联集中器，还包括：通信模块，用于物联集中器将采集数据发送上位机或服务器。
通信模块基于有线传输形式向上位机或服务器传输汇聚计算结果。
通信模块基于WIFI模块、射频模块、蓝牙模块、Zigbee模块、NB-IoT模块、3G模块或4G模块中任一的无线传输形式向上位机或服务器传输汇聚计算结果。
根据本发明的另一方面，提供一种基于物联集中器实现的数据转换汇聚方法，包括以下步骤：数据转换模块接收并根据预设的多种转换表达式将多个传感器发送的采集数据转换成采集数据转换值，并将该采集数据转换值发送至数据汇聚计算模块；
数据汇聚计算模块接收各传感器的采集数据转换值，并根据预设的汇聚计算表达式对各采集数据转换值进行汇聚计算，得到并将汇聚计算结果发送至上位机或服务器。
本发明的有益效果为：
1.本发明的物联集中器包括数据转换模块，该数据转换模块根据预设的转换表达式将多个传感器发送的采集数据转换成采集数据转换值，使得将原来需要在传感网中上位机或服务器部分进行的采集数据转换工作转移到了位于传感网前端的物联集中器中，这样能够大大减轻上位机或服务器的数据处理压力；
2.本发明的物联集中器包括数据汇聚计算模块，该数据汇聚计算模块根据预设的汇聚计算表达式对各采集数据转换值进行汇聚计算，通过在物联集中器对传感网前端强相关性的多源采集数据进行汇聚处理，舍弃冗余信息，而后转发至上位机或服务器，能够大大减少上传信息数量，缩减通信带宽需求和上位机或服务器存储空间。
附图说明
图1为设置有物联集中器的物联网示意图；
图2为包括本发明的物联集中器的系统框图；
图3为包括本发明的物联集中器的另一系统框图；
图4为本发明的数据转换汇聚方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在多个传感器与上位机或服务器之间加入物联集中器，在物联集中器设定转换表达式和汇聚计算表达式，并依此进行数据转换及汇聚计算。物联集中器通过端口与传感器连接，例如，物联集中器通过第一端口与第一传感器连接，通过第二端口与第二传感器连接，……，通过第n端口与第n传感器连接。通过在传感网前端将异构多型的采集数据转换成统一的标准格式，以及将强相关性的多源采集数据汇聚计算，舍弃重复、错误信息。
图2为包括本发明的物联集中器的系统框图，图3为包括本发明的物联集中器的另一系统框图，参见图2和图3，该系统包括：物联集中器；还包括：传感器，用于采集并将采集数据发送至数据转换模块；上位机或服务器，用于接收数据汇聚计算模块发送的汇聚计算结果。图2中的系统主要应用于局域网的情况下，图3中的系统主要应用于广域网的情况下。
其中，物联集中器，包括：数据转换模块，用于接收并根据预设的多种转换表达式将多个传感器发送的采集数据转换成采集数据转换值，并将该采集数据转换值发送至数据汇聚计算模块；数据汇聚计算模块，用于接收各传感器的采集数据转换值，并根据预设的汇聚计算表达式对各采集数据转换值进行汇聚计算，得到并将汇聚计算结果发送至上位机或服务器。
转换表达式包括但不限于温度转换表达式、湿度转换表达式、pH转换表达式、压力转换表达式、电流转换表达式、电压转换表达式，传感器包括但不限于温度传感器、湿度传感器、pH传感器、压力传感器、电流传感器、电压传感器，采集数据包括但不限于温度数据、湿度数据、pH数据、压力数据、电流数据、电压数据，采集数据转换值包括但不限于温度数据转换值、湿度数据转换值、pH数据转换值、压力数据转换值、电流数据转换值、电压数据转换值，数据转换模块包括但不限于：温度计算单元，用于接收并对温度数据转换值进行运算，并将运算后的温度值发送至数据汇聚计算模块；湿度计算单元，用于接收并对湿度数据转换值进行运算，并将运算后的湿度值发送至数据汇聚计算模块；pH计算单元，用于接收并对pH数据转换值进行运算，并将运算后的pH值发送至数据汇聚计算模块；压力计算单元，用于接收并对压力数据转换值进行运算，并将运算后的压力值发送至数据汇聚计算模块；电流计算单元，用于接收并对电流数据转换值进行运算，并将运算后的电流值发送至数据汇聚计算模块；电压计算单元，用于接收并对电压数据转换值进行运算，并将运算后的电压值发送至数据汇聚计算模块；数据汇聚计算模块，用于接收温度值、湿度值、pH值、压力值、电流值、电压值，并根据汇聚计算表达式对温度值、湿度值、pH值、压力值、电流值、电压值进行汇聚计算，计算出并将汇聚计算结果发送至上位机或服务器。
转换表达式为：
其中，A和B为常数，G(Vi)为非线性函数关系式，Vi为第i个传感器端口的采集数据，Ui为第i个传感器端口的转换数据。转换数据的步骤具体如下：物联集中器第一端口接收第一传感器发送的采集数据；按照物联集中器第一端口预设的转换表达式对采集数据进行转换；计算得出第一端口采集数据转换值；……；物联集中器第n端口接收第n传感器发送的采集数据；按照物联集中器第n端口预设的转换表达式对采集数据进行转换；计算得出第n端口采集数据转换值；进入汇聚计算步骤。
用户可以根据实际应用自定义转换表达式，转换表达式包括对电压值或电流值向目标参量的转换、不同进制值的转换、带小数点与符号位的转换、多个综合数值的转换、不同量纲的转换、次数统计转换。
汇聚计算表达式为：
W＝F(k1U1，k2U2，…，kiUi，…，knUn)
其中，W为汇聚计算后输出数据，Ui为第i个传感器端口的转换数据，k1到kn为各汇聚输入变量的权值，F(*)为汇聚计算算子。汇聚计算算子可定义为求和、均值、取最大值和最小值、方差、积分、求导等。汇聚计算的步骤具体如下：输入第一端口至第n端口的采集数据转换值；按照预设的汇聚计算表达式对第一端口至第n端口的采集数据转换值进行汇聚计算；计算得出汇聚计算结果；进入上传步骤。
物联集中器，还包括：通信模块，用于物联集中器将采集数据发送上位机或服务器。通信模块可以基于有线传输形式向上位机或服务器传输汇聚计算结果。通信模块也可以基于WIFI模块、红外模块、蓝牙模块、3G模块或4G模块中任一的无线传输形式向上位机或服务器传输汇聚计算结果。
物联集中器与传感器均位于传感网的前端，其负责多个传感器的采集数据转换、汇聚计算以及传输工作，其工作原理如下：第一，在物联集中器中设定数据转换表达式、汇聚计算表达式；第二，物联集中器接收各传感器返回的采集数据；第三，转入数据转换步骤；第四，转入汇聚计算步骤；第五，汇聚计算结果上传至上位机或服务器；重复第二步到第五步。
本发明的物联集中器包括数据转换模块，该数据转换模块根据预设的转换表达式将多个传感器发送的采集数据转换成采集数据转换值，使得将原来需要在传感网中上位机或服务器部分进行的采集数据转换工作转移到了位于传感网前端的物联集中器中，这样能够大大减轻上位机或服务器的数据处理压力；本发明的物联集中器包括数据汇聚计算模块，该数据汇聚计算模块根据预设的汇聚计算表达式对各采集数据转换值进行汇聚计算，通过在物联集中器对传感网前端强相关性的多源采集数据进行汇聚处理，舍弃冗余信息，而后转发至上位机或服务器，能够大大减少上传信息数量，缩减通信带宽需求和上位机或服务器存储空间。
示例性地，将本发明的物联集中器应用在葡萄酒地窖中，在每个葡萄酒桶上安装多个温度传感器，物联集中器将该多个温度传感器发送的多个温度信号，由电压信号转换为温度值，并对多个温度值进行求平均值，使得上位机或服务器接收的温度值更准确。
图4为本发明的数据转换汇聚方法流程图，如图4所示，本发明提供的基于物联集中器实现的数据转换汇聚方法，包括以下步骤：数据转换模块接收并根据预设的多种转换表达式将多个传感器发送的采集数据转换成采集数据转换值，并将该采集数据转换值发送至数据汇聚计算模块；数据汇聚计算模块接收各传感器的采集数据转换值，并根据预设的汇聚计算表达式对各采集数据转换值进行汇聚计算，得到并将汇聚计算结果发送至上位机或服务器。具体流程如下：第一步，传感器采集并将采集数据发送至数据转换模块；第二步，数据转换模块接收并根据预设的温度转换表达式、湿度转换表达式、pH转换表达式、压力转换表达式、电流转换表达式、电压转换表达式分别将温度传感器、湿度传感器、pH传感器、压力传感器、电流传感器、电压传感器发送的温度数据、湿度数据、pH数据、压力数据、电流数据、电压数据转换成并将温度数据转换值、湿度数据转换值、pH数据转换值、压力数据转换值、电流数据转换值、电压数据转换值分别发送至温度计算单元、湿度计算单元、pH计算单元、压力计算单元、电流计算单元、电压计算单元；第三步，温度计算单元接收并对温度数据转换值进行运算，并将运算后的温度值发送至数据汇聚计算模块；第四步，湿度计算单元接收并对湿度数据转换值进行运算，并将运算后的湿度值发送至数据汇聚计算模块；第五步，pH计算单元接收并对pH数据转换值进行运算，并将运算后的pH值发送至数据汇聚计算模块；第六步，压力计算单元接收并对压力数据转换值进行运算，并将运算后的压力值发送至数据汇聚计算模块；第七步，电流计算单元接收并对电流数据转换值进行运算，并将运算后的电流值发送至数据汇聚计算模块；第八步，电压计算单元接收并对电压数据转换值进行运算，并将运算后的电压值发送至数据汇聚计算模块；第九步，数据汇聚计算模块接收温度值、湿度值、pH值、压力值、电流值、电压值，并根据汇聚计算表达式对温度值、湿度值、pH值、压力值、电流值、电压值进行汇聚计算，计算出并将汇聚计算结果发送至上位机或服务器；第十步，上位机或服务器接收数据汇聚计算模块发送的汇聚计算结果。其中，第三步到第八步的顺序不限于以上顺序，也就是说，第三步到第八步之间的顺序可调。
其中，A和B为常数，G(Vi)为非线性函数关系式，Vi为第i个传感器端口的采集数据，Ui为第i个传感器端口的转换数据。
转换表达式为：
其中，A和B为常数，G(Vi)为非线性函数关系式，Vi为第i个传感器端口的采集数据，Ui为第i个传感器端口的转换数据。
汇聚计算表达式为：
W＝F(k1U1，k2U2，…，kiUi，…，knUn)
其中，W为汇聚计算后输出数据，Ui为第i个传感器端口的转换数据，k1到kn为各汇聚输入变量的权值，F(*)为汇聚计算算子。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。