基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换方法及装置与流程

本发明实施例涉及智能建筑及能效监控技术，尤其涉及一种基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换方法及装置。

背景技术：

随着物联网和云计算技术的崛起和成熟，绿色建筑和智能家居等概念也应运而生。又适逢“互联网+”行动计划上升为国家战略，同时4G网络的启动使数据速率和业务容量大大提升，这使用得远程监控的方式方法、监控的范围和效率得到了极大的提高。

基于物联网的建筑环境及能效监控系统正是在这种环境下建设的一个项目，为绿色建筑方向的研发性项目。其依靠智慧测控单元和各类传感器组成的测控网进行数据的采集与传输，建立一个将建筑环境与建筑能耗相结合、建筑节能与设备管理相结合的智慧管理模型。基于物联网的建筑环境及能效监控系统旨在通过一系列的研究工作，探讨一种实用的、具有较大推广意义的建筑环境及能效监控系统的结构体系，改变现有的将建筑环境与建筑能耗相互独立、建筑节能与设备管理相互独立的简单管理模式，提高建筑设备管理与建筑节能的可操作性。现有技术中，根据不同建筑设备管理要求，分别通过建筑设备控制系统、智能照明系统、电力监控系统及能源管理系统(以下合称四个系统)，来实现建筑能耗计量与设备控制。不同的系统需要设置不同的控制器，通过控制器实现对建筑设备运行状况的检测和控制。

然而，为实现较为全面的建筑能耗数据采集和建筑设备控制，需要独立建设若干个系统，各系统独立运行，各个系统集成困难或无法集成，因此各系统需单独设置控制器，控制器因厂家不同，其采样方式、控制方式也会有所差异，造成施工、使用及维护的不便。控制器若采用分布式控制模式，可减少配电线缆，但通信线缆较多；若采用集中式控制模式，可减少通信线缆，但会增加配电线缆。无论是分布式还是集中式，如果需要增加测量和控制的精细度，则必然导致配电线缆和通信线缆都增加，无法很好的实现各系统的建筑设备的统一控制。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种基于物联网的数据交换方法及装置，以实现对多种待控制设备的统一控制。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换方法，所述方法包括：

网关接收控制器发送的请求消息，根据所述请求消息确定待控制设备,并将所述请求消息发送给所述待控制设备连接的数据采集设备；

所述数据采集设备接收所述请求消息，并根据待控制设备支持的通信协议将所述请求消息封装成请求数据；

所述数据采集设备将所述请求数据发送给所述待控制设备，以使所述待控制设备执行所述请求数据指示的操作。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换装置，所述装置包括：

网关和数据采集设备；其中，

所述网关用于接收控制器发送的请求消息，根据所述请求消息确定待控制设备,并将所述请求消息发送给所述待控制设备连接的数据采集设备；

所述数据采集设备用于接收所述请求消息，并根据待控制设备支持的通信协议将所述请求消息封装成请求数据；将所述请求数据发送给所述待控制设备，以使所述待控制设备执行所述请求数据指示的操作。

本发明实施例通过网关接收控制器发送的请求消息，将所述请求消息发送给待控制设备连接的数据采集设备，数据采集设备接收所述请求消息，并根据待控制设备支持的通信协议将所述请求消息封装成请求数据，而后将所述请求数据发送给所述待控制设备，数据采集设备根据待控制设备支持的通信协议将待控制设备回复的消息封装后，经由网关发送给控制器，使得控制器可以通过网关和数据采集设备向支持各种不同协议的待控制设备发送请求消息，从而可以实现对多种不同类型待控制设备的统一控制，无需设置单独设置多个控制器，方便施工、使用及维护。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换方法的流程图；

图3是本发明实施例三提供的一种基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换装置的结构示意图；

图4是本发明实施例三提供的一种基于物联网的智能控制系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换方法的流程图，本实施例可适用于需要对多种待控制设备统一控制的情况，该方法可以由基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换装置来执行。参考图1，所述方法具体可以包括如下步骤：

步骤110、网关接收控制器发送的请求消息，根据所述请求消息确定待控制设备,并将所述请求消息发送给所述待控制设备连接的数据采集设备。

具体的，所述控制器可以为计算机、手机、平板电脑等终端，所述待控制设备可以为电灯、空调、冰箱、摄像头等设备。所述网关向控制器的应用程序提供接口，接收控制器发送的请求消息。所述网关在接收到请求消息后，对所述请求消息进行解析，确定待控制设备及与待控制设备连接的数据采集设备，将所述请求消息发送给相应的数据采集设备。

其中，接口的提供方式可以为通过Socket套接字，消息队列或WebService方式。Socket通讯是一种比较直接的通讯方式；采用消息队列的方式，开发人员可以通过发送和接收消息方便地与应用程序进行快速可靠的通信。

可选的，所述网关通过WebService接口与所述控制器进行通讯。具体的，WebService是一种跨编程语言和跨操作系统平台的远程调用技术，本实施例中采用WebService标准向控制器的应用程序提供接口，应用程序只需遵循WebService标准，无须考虑编程语言与操作系统，即可对接口进行调用，使得系统的兼容性和可靠性更好。

可选的，所述数据采集设备支持不同的通信协议；相应的，将所述请求消息发送给所述待控制设备连接的数据采集设备，包括:网关根据所述待控制设备连接的数据采集设备支持的通信协议将所述请求消息重新封装后发送给所述数据采集设备。

具体的，可以设置多个数据采集设备，多个数据采集设备可以支持相同的通信协议或不同的通信协议，每一个数据采集设备可以与一个或多个待控制设备连接。

可选的，所述数据采集设备可以为支持Bacnet/IP协议的设备或支持Modbus/IP协议的设备。

具体的，Bacnet/IP协议和Modbus/IP协议为较常用的开源通信协议，便于网关与数据采集设备之间的通信。其中，若数据采集设备支持Bacnet/IP协议，则数据采集设备可以为支持Bacnet/IP协议的硬件设备，也可以为支持Bacnet/IP协议的虚拟设备。其中，虚拟设备主要指计算机或工控机通过软件的方式，虚拟成支持Bacnet/IP协议的设备。

本实施例中网关采用开放楼宇自控网络数据通讯协议Bacnet/IP协议与数据采集设备进行通讯，可以增加系统的可靠性，Bacnet/IP协议将IP网络作为一个“局域网”来使用，直接支持基于IP协议的Bacnet设备，用IP帧接收和发送Bacnet报文，可以在IP网络上有效地进行Bacnet广播，并允许在网络的任意位置动态的增加和减少设备。本实施例中网关也可以通过TCP/IP协议与数据采集设备进行数据传输，采用TCP/IP协议与数据采集设备进行数据传输，也提高系统的可靠性。

步骤120、所述数据采集设备接收所述请求消息，并根据待控制设备支持的通信协议将所述请求消息封装成请求数据。

具体的，待控制设备与数据采集设备可以通过串口等方式连接，数据采集设备通过所述请求消息可以获取到待控制设备连接的串口号、待控制设备的身份标识等信息，从而可知待控制设备支持的通信协议，将所述请求消息重新封装成相应的请求数据。本实施例，数据采集设备根据待控制设备支持的通信协议将所述请求消息重新封装后发送给所述待控制设备，使得控制器可以通过网关和待控制设备向支持各种不同协议的待控制设备发送请求消息，从而可以实现对多种不同类型待控制设备的统一控制。

步骤130、所述数据采集设备将所述请求数据发送给所述待控制设备，以使所述待控制设备执行所述请求数据指示的操作。

具体的，所述请求数据可以是调整待控制设备的某些参数，获取待控制设备的某些运行参数或运行状态等，待控制设备在接收到所述请求数据后，可以执行相应的操作，并向所述数据采集设备返回相应的运行数据。

可选的，数据采集设备将所述请求数据发送给所述待控制设备，以使所述待控制设备根据所述请求数据执行相应的操作之后，还包括：

所述数据采集设备接收所述待控制设备返回的运行数据，并根据所述数据采集设备支持的通信协议将所述运行数据封装成第一运行数据，并将所述第一运行数据发送给所述网关；

所述网关接收所述第一运行数据，并将所述第一运行数据重新封装后发送给所述控制器。

其中，所述网关接收到第一运行数据后，根据网关与控制器的应用程序之间的接口方式将第一运行数据重新封装后发送给控制器。

本实施例的方法通过网关接收控制器发送的请求消息，将所述请求消息发送给相应的数据采集设备，数据采集设备接收所述请求消息，并根据待控制设备支持的通信协议将所述请求消息封装成请求数据，并将所述请求数据发送给所述数据采集设备，数据采集设备根据待控制设备支持的通信协议将所述请求消息重新封装后发送给所述待控制设备，使得控制器可以通过网关和数据采集设备向支持各种不同协议的待控制设备发送请求消息，从而可以实现对多种不同类型待控制设备的统一控制，无需设置单独设置多个控制器，方便施工、使用及维护。

本实施了的方法将所有对待控制设备的处理需求，集成在一个网关上，使得各系统的待控制设备的处理需求可以由一个控制器统一处理，从而解决现有的各系统的待控制设备和控制器设置分散问题。本实施例的方法可适用于基于物联网的建筑环境及能效监控系统中，可以将建筑设备运行状况的信号采集、建筑能耗状况的数据采集与建筑设备运行的控制信号等统一由一个(或一种)控制器处理，使得该系统中的设备控制系统、智能照明系统、电力监控系统及能源管理系统等系统集合到一个统一的系统结构下，即可以由一个控制器统一控制。另外，本实施例的方法整合分散式控制方式和集中式控制方式的优势，采取“分布式集中控制”的方法，在不增加配电线缆和通信线缆的情况下，可对设备进行“点对点”的测量和控制，最大限度地提高测量和控制的精细化程度。

实施例二

本实施例以上述实施例为基础提供了一个具体示例，图2是本发明实施例二提供的一种基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换方法的流程图，参考图2，所述方法具体可以包括：

步骤210、网关接收控制器通过WebService接口发送的请求消息，并根据所述请求消息确定与待控制设备连接的数据采集设备。

具体的，网关收到控制器应用程序发来的WebService接口请求消息后，将所述请求消息进行解析，判断数据的完整性。如果数据完整，则在根据接收到的请求消息确定待控制设备连接的数据采集设备。

步骤220、网关确定所述数据采集设备支持的通信协议类型；若所述数据采集设备支持Bacnet/IP协议，则执行步骤230；若所述数据采集设备支持Modbus/IP协议，则执行步骤240。

步骤230、网关将所述请求消息重新封装为Bacnet/IP协议请求数据，并将所述请求数据发送给相应的数据采集设备，并继续执行步骤250。

具体的，如果待操控的数据采集设备是支持Bacnet/IP协议的设备,则网关会根据数据库中的点位对应表，获取数据采集设备的属性信息，如数据采集设备对应的身份标识，下标，索引等信息，将数据重新封装为Bacnet/IP协议数据，通过Socket套接字发送给数据采集设备，等待回复，并继续执行步骤250。

步骤240、网关将所述请求消息重新封装为Modbus/IP协议请求数据，将所述请求数据发送给相应的数据采集设备，并继续执行步骤250。

具体的，如果待操控的数据采集设备是支持Modbus/IP协议的串口转换器，则网关会根据数据库中的点位对应表，获取到数据采集设备的对应身份标识，端口等信息，将数据重新封装为Modbus/IP协议数据，通过TCP/IP的方式发送给数据采集设备，并等待回复。

步骤250、数据采集设备接收请求数据，并根据待控制设备支持的通信协议将所述请求数据重新封装后发送给待控制设备。

具体的，数据采集设备在收到网关发来的请求数据后，根据数据库中的映射表，取得待控制设备对应的串口号，设备从站号等信息，再根据待控制设备支持的协议，将数据重新封装为对应协议(如Modbus等)的数据，通过串口发送给待控制设备，并等待待控制设备回复。

步骤260、数据采集设备接收待控制设备返回的运行数据，根据所述数据采集设备支持的通信协议将所述运行数据封装成相应的第一运行数据，并将所述第一运行数据发送给网关。

具体的，数据采集设备在收到待控制设备返回的运行数据后，将运行数据进行解析校验，并重新封闭成对应的格式(Bacnet/IP协议，Modbus/IP协议)返回给网关。

步骤270、网关接收所述第一运行数据，并将所述第一运行数据重新封装后发送给所述控制器。

具体的，网关在接收到数据采集设备返回的信息后，会将信息进行解析校验，并重新封闭成JSON的格式返回给调用WebService接口的应用程序。

示例性的，下面以数据采集设备支持Bacnet/IP协议为例对本实施的方法进行说明。网关收到控制器的应用程序发来的请求消息“ID＝1001,Type＝1，OpType＝1”其中，ID＝1001表示待查询设备的编号，Type＝1表示查询设备的状态，OpType＝1表示读操作，网关对数据的完整性进行判断。判断完整后，会根据传过的来ID在数据库中查询数据采集设备类型。

网关根据数据库中的点位对应表，获取数据采集设备对应的Object_Instance身份标识为260001，Object_Type下标为0，Object_Index索引为1等信息，将数据重新封装为Bacnet/IP协议数据，通过Socket套接字发送给数据采集设备，并等待设备回复。数据发送格式为：Invoke_ID＝1，Object_Instance＝260001，Object_Type＝4，Object_Index＝1。其中，Invoke_ID为调用标识。

Object_Instance为260001的数据采集设备在收到网关发来的指令后，对指令进行解析，并根据传来的下标和索引查询到待控制设备所连的串口号为Port＝4(这里表示待控制设备连接的数据采集设备的串口号为4)，协议类型ProtocolType＝1(这里表示待控制设备支持的协议为modbus协议)，待控制设备的从站号SlaveID＝15，寄存器地址Address＝400001，在获取这些操控信息后，数据采集设备通过串口将数据发送给待控制设备，并等待待控制设备返回；数据发送格式为：Port＝4，ProtocolType＝1，SlaveID＝15，Address＝400001。

数据采集设备在获取到待控制设备返回的数据后，对数据进行解析，在校验数据的完整后，会将数据(这里假设设备返回的值为1，代表待控制设备状态为开)重新封装成Bacnet/IP协议格式的数据，返回给网关。数据发送格式为：Invoke_ID＝1，Type＝4，Value＝1。

网关在收到数据采集设备的返回后，会根据返回的Invoke_ID，判断是否在等待队列中，经检查在等队列中后，会根据设备返回的结果类型Type，将对应类型的数据提取出来，再重新封闭成JSON的格式，并将封装后的数据返回给控制器的应用程序。其中，数据发送格式为：{"modbusDeviceId":"260001","propertyTypeName":"状态",""value":"1"}

本实施例的方法通过网关接收控制器发送的请求消息，将所述请求消息发送给相应的数据采集设备，数据采集设备接收所述请求消息，并根据待控制设备支持的通信协议将所述请求消息封装成相应的请求数据，并将所述请求数据发送给所述待控制设备，数据采集设备根据待控制设备支持的通信协议将所述请求消息重新封装后发送给所述待控制设备，使得控制器可以通过网关和待控制设备向支持各种不同协议的待控制设备发送请求消息，从而可以实现对多种不同类型待控制设备的统一控制。

实施例三

图3是本发明实施例三提供的一种基于物联网的智能建筑及能效监控系统的数据交换装置的结构示意图，图4是本发明实施例三提供的一种基于物联网的智能控制系统的示意图。参考图3和图4，所述基于物联网的数据交换装置具体可以包括：

网关310和至少一个数据采集设备320；其中，

网关310用于接收控制器330发送的请求消息，根据所述请求消息确定待控制设备340，并将所述请求消息发送给待控制设备340连接的数据采集设备320；

数据采集设备320用于接收所述请求消息，并根据待控制设备340支持的通信协议将所述请求消息封装成请求数据；将所述请求数据发送给待控制设备340，以使待控制设备340执行所述请求数据指示的操作。

需要说明的是，图3和图4中仅示例性的示出了数据采集设备320及待控制设备340的数量，并非对本发明的限定，在其他实施方式中，也可以设置一个或多个数据采集设备320，每一个数据采集设备320可以连接一个或多个待控制设备340。

可选的，网关310用于根据待控制设备340连接的数据采集设备320支持的通信协议将所述请求消息重新封装后发送给数据采集设备320。

可选的，数据采集设备320包括支持Bacnet/IP协议的设备或支持Modbus/IP协议的设备。

可选的，数据采集设备320还用于接收待控制设备340返回的运行数据，并根据数据采集设备320支持的通信协议将所述运行数据封装成第一运行数据，并将所述第一运行数据发送给网关310；

网关310还用于接收所述第一运行数据，并将所述第一运行数据重新封装后发送给控制器330。

可选的，网关310通过WebService接口与控制器330进行通信。

本实施例提供的基于物联网的数据交换装置可根据实际使用和管理需求，自由地设置在建筑内，可装于配电箱内，可装于配电线槽上，也可安装于墙体内，不需要被动地按暖通空调、给排水、电气等专业设备的布置位置来设置。

本实施例提供的基于物联网的数据交换装置，与本发明任意实施例所提供的基于物联网的数据交换方法属于同一发明构思，可执行本发明任意实施例所提供的基于物联网的数据交换方法，具备执行基于物联网的数据交换方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例提供的基于物联网的数据交换方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。