CN106952464A - 智能数据采集系统和采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据采集系统和采集方法，所述系统包括智能数据采集器、客户端和服务器；智能数据采集器通过RS485通信方式连接仪表设备进行数据采集，采集仪表设备通过不同通信协议测试的数据，数据具有不同的数据类型，并发送给服务器；服务器通过RS485通信方式连接智能数据采集器，并将从智能数据采集器采集的数据存储起来；客户端连接服务器，获取所述服务器存储的数据，并展现给用户。智能数据采集系统，实现了水电气等仪表数据的智能化、自动化采集，数据采集效率高，速度快，准确率得到有效的保障，数据采集间隔时间短，可实现数据的实时监控。

Description

智能数据采集系统和采集方法

技术领域

本发明涉及智能数据的采集领域，尤其涉及对多种智能数据的采集系统和采集方法。

背景技术

随着社会的不断进步，电力电子技术和网络通信技术的不断发展，各种电子产品都在向智能化、自动化的方向发展，特别是在计算机技术的迅猛发展和手机移动端越来越普及的推动下，我们的生活正在进入物联网的时代。

目前对于水能耗、电能耗、气能耗这些资源数据的采集，主要通过安装能耗测量仪表，进行人工采集，而能耗测量仪表的安装繁琐，人工采集往往间隔时间长，不能很好的对这些数据进行准确的实时监控。

如果需要采集的数据量很多的话，人工采集不仅需要大量时间而且在采集过程中很难保证人工记录数据时不会出现错误，数据来源的准确率也不能得到很好的保障，数据采集回来后还要一一录入数据库，工作量非常大。

发明内容

本发明基于现有技术中统数据采集的采集难度大，采集时间间隔长，准确率无法保障，数据录入工作量大的问题，提出了一种数据采集系统和采集方法，基于STM32芯片进行智能采集，数据采集效率高，速度快，准确率能够得到保障，数据采集间隔时间短可实现数据的实时监控。

本发明提供了一种智能数据采集系统，所述系统包括智能数据采集器、客户端和服务器；

智能数据采集器通过RS485通信方式连接仪表设备进行数据采集，采集所述仪表设备通过不同通信协议测试的数据，所述数据具有不同的数据类型，并发送给所述服务器；

所述服务器通过RS485通信方式连接所述智能数据采集器，并将从所述智能数据采集器采集的数据存储起来；

所述客户端连接所述服务器，获取所述服务器存储的数据，并展现给用户。

另一方面，本发明提供了一种智能数据采集方法，所述方法包括：

对智能数据采集器的参数和仪表设备的参数进行参数配置；

所述智能数据采集器向服务器发送登录验证的请求，验证所述服务器是否允许接入所述智能数据采集器；

当所述服务器允许所述智能数据采集器接入时，获取所述智能数据采集器采集的数据，并存储；

将所述存储的数据发送给客户端，由客户端进行数据展示。

本发明利用两路RS485电路，将水电气等仪表设备或传感器设备的数据读取到智能数据采集器中，进行智能数据采集器与服务器的通信，将采集到的数据传输给服务器并存储到对应的数据库中，并利用硬件看门狗在设备出现故障时可自动恢复，提高了设备工作的稳定性。

本发明提供的智能数据采集器，包括监测参数设置，读取当前监测数据，读取历史监测数据，设备报警和数据加密几个功能模块。智能数据采集器对自身和仪表设备的参数进行设置，可以在不同仪表设备采集不同类型的数据，尤其对于采用不同通信协议工作的仪表设备，能够进行数据的有效采集，本发明可以采集128仪表的数据，如水表、电表、煤气表、流量计等；另外通过智能数据采集器向服务器的验证过程，能够保证接入服务器的智能数据采集器是安全的。通设备之间的相互协调工作可以实现数据的自动化智能化采集，实时监控，数据采集速度快效率高，设备维护成本低，安装和维护简单方便快捷。

本发明提供的智能数据采集系统，能够代替传统的人工采集数据，实现了水电气等仪表数据的智能化、自动化采集，数据采集效率高，速度快，准确率得到有效的保障，数据采集间隔时间短，可实现数据的实时监控。

采用智能数据采集系统替代传统的人工抄表工作，操作起来更加简单方便，缩短了数据采集周期，提高准确率，及时发现仪表故障，节省了大量的人工成本。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的具体实施例，其中：

图1示出了本发明实施例一中智能数据采集系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例一中智能数据采集系统的另一结构示意图；

图3示出了本发明实施例一中智能数据采集系统中智能数据采集器的结构示意图；

图4示出了本发明实施例一中智能数据采集系统的功能示意图；

图5示出了本发明实施例二中智能数据采集方法的示意图；

图6示出了本发明实施例二中智能数据采集方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

本发明能够采集多种数据，如电力供电系统的电能，电流，电压，有功功率，无功功率，功率因素，还有累积的水流量，气流量，这些都是生活中常见的能耗，需要采集的数据量大，采集的数据种类繁多，不同的仪表设备具有不同的通信协议和格式，这些都是智能数据采集器设计过程中需要考虑的问题。

实施例一

参见图1和图2，本发明实施例提供了智能数据采集系统的结构示意图，所述智能数据采集系统包括智能数据采集器101、客户端102和服务器103；

其中，智能数据采集器101通过RS485通信方式连接仪表设备进行数据采集，采集所述仪表设备通过不同通信协议测试的数据，所述数据具有不同的数据类型，并发送给服务器；

实际应用中，仪表设备采用的通信协议包括但不限于modbos协议、DLT645通信协议和P188协议。Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。

智能数据采集器101是整个数据采集系统的重要组成部分，上层所有的数据都来自智能数据采集器；

服务器103通过RS485通信方式连接所述智能数据采集器101，并将从所述智能数据采集器采集的数据存储起来；

客户端102连接所述服务器103，用于获取服务器103存储的数据，并展现给用户。

其中，本发明包括两路RS485通信电路，一路RS485通信电路连接仪表设备，用于将从仪表设备采集的数据传输给智能数据采集器，或通过传感器设备将仪表设备的数据传输给智能数据采集器，一路RS485通信电路连接服务器，用于将智能数据采集器采集的数据传输给服务器。

实际应用中，RS485通信电路可采用SP3485作为收发器，支持3.3V供电，最大传输速度可达10Mbps，支持多达32个节点并且有输出短路保护。RS485总线是一种常用的串行总线标准，采用平衡发送和差分接收的方式，具有抑制共模干扰的能力，通信距离长，稳定性好。

图3是智能数据采集器的结构示意图，智能数据采集器包括微处理器201、微控制器202和外部存储器203；其中，微处理器包括参数配置单元2011、采集单元2012、数据加密单元2013和设备报警单元2014，

所述参数配置单元2011，用于在智能数据采集器初始工作时，根据预先设置的参数信息，对智能数据采集器和仪表设备进行参数配置。

参数信息具体包括采集数据类型、采集数据格式、采集数据间隔、数据传输协议等一种或多种参数。设置采集数据类型和采集数据格式，能够保证仪表设备采集的数据是根据预设要求采集的，防止采集无用数据，实现对数据的有效采集。通过设置采集数据间隔能够有规律的采集数据。设置数据传输协议能够将采集的数据通过传输协议传输给智能数据采集器。

实际应用中，智能数据采集器能够接收通过十多种数据协议传输的采集数据，采集的仪表设备可以是几个、几十个，甚至上百个，只要仪表设备采集的数据格式满足预设的数据格式即可。

所述采集单元2012，用于获取所述仪表设备或传感器设备的数据，判断所述数据的数据格式是否满足预设的采集数据格式，若满足则将所述数据发送给外部存储器，若不满足，则舍弃所述数据。

所述数据加密单元2013，用于在所述采集单元2012采集到数据时，将所述数据进行加密处理，并发送给外部存储器，实现对采集数据的安全存储。

实际应用中，数据加密单元采用AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)加密算法中的ECB(Electronic Codebook，电码本)工作模式，对智能数据采集器和服务器之间的通信数据进行加密，提高了数据的安全性和保密性，可以有效的防止数据被外部破译。

所述设备报警单元2014，用于在与智能数据采集器相连接的各种仪表设备和传感器设备出现故障时，检测到这些故障，并产生告警信息，将所述告警信息发送给服务器。服务器收到告警信息后，将告警信息发送给设备维护人员，从而及时维修故障设备，保证了整个数据监测系统快速高效的运行。

微控制器202，用于接收服务器发送的远程控制指令，根据所述远程控制指令远程控制仪表设备的开关。

实际应用中，服务器对采集回来的数据进行分析之后，可以制定节能方案，并根据节能方案发送远程控制指令给智能数据采集器，通过控制智能数据采集器连接的仪表设备的工作模式，达到节省数据的目的。

另外，微控制器还用于接收服务器发送的远程升级指令，根据所述远程升级指令升级所述智能数据采集器。

通过远程升级方式，当需要对采集器的程序进行升级时，不必再把采集器拿回来进行人工升级，而只需要把相应的升级程序导入到服务器的后台管理系统，服务器通过触发升级按钮，发送远程升级指令给智能数据采集器，可实现一键升级，方便省事，速度更快。

进一步的，参见图4所示的智能数据控制器的功能示意图，微控制器202还包括登录认证单元，用于在智能数据采集器登录服务器时进行身份认证，身份认证通过则与服务器进行通信。

服务器在智能数据采集器采集数据时，服务器对所述智能数据采集器进行身份认证，若认证通过，才可以接入智能数据采集器进行采集数据，若认证不通过，则智能数据采集器无法与服务器通信，有效防止该智能数据采集器以外的其他设备接入服务器。

进一步的，微控制器202还包括数据导出单元，用于将所述智能数据采集器采集的数据通过USB串口导出来。

当服务器与智能数据采集器网络一直无法通信时，可以通过USB串口将采集器里面存储的数据采集出来，然后再将这些数据导入到服务器，从而保证了能耗监测数据的完整性。

进一步的，微控制器202还包括USB串口通信单元，用于实现智能数据采集器和数据导出设备之间的USB串口通信，当服务器与智能数据采集器网络一直无法通信时，将智能数据采集器采集的数据导出到数据导出设备中，进而数据导出设备可以将导出的数据发送给服务器。

实际应用中，USB串口通信电路可采用CH340USB转串口芯片，该串口具有供电，下载程序，打印输出调试信息的功能，接口采用了Mi croUSB，不仅缩小了器件的占用空间而且更具有通用性，插拔简单方便。

进一步的，微控制器202还包括电源稳压单元，将输入5V以上的直流电压转换为5V的直流电压，并对所述5V的直流电压进行稳压滤波得到3.3V的工作电压。

电源稳压单元经过电压转换，稳压，滤波后得到的工作电压波形稳定，它还添加三重TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态抑制二极管)保护，减少了静电和雷击对设备造成的损害，安全性高。

实际应用中，电源稳压单元中的电压转换可采用芯片MP2359，直流稳压可采用芯片AMS1117，该电路可以输入5到24V的直流电压经过MP2359转换后输出5V的直流电压，然后经过AMD1117将5V的直流电压稳压滤波后得到3.3V的工作电压。

外部存储器203，用于存储数据加密单元加密后的数据存储。

尤其在服务器和智能数据采集器连接不正常时，将智能数据采集器采集的数据加密存储。

实际应用中，外部存储器可采用W25Q128FV存储芯片，数据擦写速度快，断电数据不丢失支持标准的SPI接口，最大SPI时钟可达到80Mhz，宽电压工作范围，擦写周期多达10万次，具有20年的数据保存期限。

本发明中的微处理器和微控制器，具有高性能、低成本、低功耗等特点，ARM32位Cortex-M3的内核，最高工作频率达到72Mhz，64K的SRAM存储器，512K的Flash存储器，存储空间大，运行速度快，外设丰富。

另外，为了对所述智能数据采集器进行充足供电，所述智能数据采集器还包括备用电池电路。实际应用中，可以采用纽扣电池，用于给智能数据采集器的时钟域供电，当设备的外部电源断电时就可以由备用电池给设备供电可保持设备内部时间的准确性，以便设备外部电源恢复后能在正确的时间内采回数据，保证了数据完整性和准确性。

所述智能数据采集器还包括硬件看门狗单元，用于监控电源稳压单元的电源电压、备用电池电路的电池故障、微处理器或微控制器的工作状态，监控到电源电压超出范围或电池故障或微处理器的工作状态异常时，发出预警信号。

预警信号用于提示系统复位或自动进行系统复位，防止采集器出现死机。硬件看门狗电路在发现系统问题时，可以发出提示信号，进行人工复位，也可以自动进行系统复位，实现故障的自动恢复。

实际应用中，电路将常用的多项功能集成到一块小芯片之内，与采用分立元件或功能单一的芯片电路相比，系统电路的复杂性和元器件的数量得到了大大的减少，它具有系统复位、看门狗定时器、人工复位、电源故障比较器等功能。

其中，智能数据采集器有两种工作方式，在线采集方式和离线采集方式。

在线采集方式是在采集单元和服务器连接正常时，服务器每隔一段时间将采集器里面的数据读取回来，并在相应的客户端展示。

离线采集方式是在采集单元和服务器连接断开时，将智能数据采集器采集的数据保存在采集器，网络恢复时，可以把这段时间的数据从采集器里面读回来，从而恢复客户端的展示断点，保证了数据展示的完整性。

本发明利用离线采集方式采集离线期间的数据，当采集器和服务器之间的通信由于网络不稳定而断开时，服务器无法在规定时间内将数据采集回来，客户端展示的采集数据就会出现断点，因本发明的采集器具有数据存储功能，这样在采集器与服务器之间网络断开时，这段时间的数据会存储在采集器里面，当网络恢复后就可以读取并显示出来。

本发明实施例提供的数据采集系统，智能数据采集器对自身和仪表设备的参数进行设置，可以在不同仪表设备采集不同类型的数据，尤其对于采用不同通信协议工作的仪表设备，能够进行数据的有效采集，本发明可以采集128仪表的数据，如水表、电表、煤气表、流量计等；另外通过智能数据采集器向服务器的验证过程，能够保证接入服务器的智能数据采集器是安全的。通设备之间的相互协调工作可以实现数据的自动化智能化采集，实时监控，数据采集速度快效率高，设备维护成本低，安装和维护简单方便快捷。

实施例二

结合图5和图6所示，智能数据采集器的工作方法具体包括：

步骤301：对智能数据采集器本身的参数和仪表设备的参数进行配置；

步骤302：检测智能数据采集器是否工作正常，若正常，则安装智能数据采集器，执行步骤303，若不正常，则停止工作；

该步骤通过检测智能数据采集器的工作状态，避免到现场安装时发现此类问题影响工程安装的进度。

步骤303：智能数据采集器向服务器发送登录验证的请求，验证通过，则服务器采集智能数据服务器的数据，执行步骤304，否则，服务器阻止智能数据采集器的接入。

具体的，服务器收到登录验证的请求后会对智能数据采集器发来的信息进行验证，验证通过才允许采集器登录，当采集器登录服务器成功后，它们之间便可以进行正常的通信。

步骤304：智能数据采集器登录服务器，服务器根据之前设定的参数对采集器进行配置；

配置成功后智能数据采集器根据设定的时间读取仪表设备里面的数据，每间隔一段时间就将采集的数据存储到外部存储器中，服务器会根据设定的时间定时向采集器读取监测的数据。

步骤305：智能数据采集器采集数据发现仪表设备有故障时，记录故障信息并及时上报给服务器。

智能数据采集器向仪表设备读取数据时，发现有故障的仪表会记录下来，记录信息可以为故障仪表的编号或故障错误代码，将故障仪表的编号或故障错误代码及时上报给服务器。

步骤306：智能数据采集器继续采集数据并存储数据，将采集数据发送给服务器，并发现故障时发送预警信息；

步骤307：服务器将存储的数据发送给客户端，由客户端进行数据展示。

本发明提供的数据采集方法，通过智能数据采集器和仪表设备的参数进行设置，可以在不同仪表设备采集不同类型的数据，尤其对于采用不同通信协议工作的仪表设备，能够进行数据的有效采集，另外通过智能数据采集器向服务器的验证过程，能够保证接入服务器的智能数据采集器是安全的。通设备之间的相互协调工作可以实现数据的自动化智能化采集，实时监控，数据采集速度快效率高，且采集不同类型的数据，实现数据的智能采集。

为了描述的方便，以上装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

Claims (10)

1.一种智能数据采集系统，其特征在于，所述系统包括智能数据采集器、客户端和服务器；

智能数据采集器通过RS485通信方式连接仪表设备进行数据采集，采集所述仪表设备通过不同通信协议测试的数据，所述数据具有不同的数据类型，并发送给所述服务器；

所述服务器通过RS485通信方式连接所述智能数据采集器，并将从所述智能数据采集器采集的数据存储起来；

所述客户端连接所述服务器，获取所述服务器存储的数据，并展现给用户。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能数据采集器包括微处理器、微控制器和外部存储器；

所述微处理器包括参数配置单元、采集单元、数据加密单元和设备报警单元；

所述参数配置单元，用于在智能数据采集器初始工作时，根据预先设置的参数信息，对智能数据采集器和仪表设备进行参数配置；

所述采集单元，用于获取所述仪表设备的数据，将满足预设的采集数据格式的数据发送给外部存储器；

所述数据加密单元，用于在所述采集单元采集到数据时，将所述数据进行加密处理，并发送给外部存储器；

所述设备报警单元，用于检测所述仪表设备或连接仪表设备的传感器设备是否出现故障，并在检测到故障时，产生告警信息；

所述微控制器，用于接收服务器发送的远程控制指令，根据所述远程控制指令远程控制仪表设备的开关；

所述外部存储器，用于存储数据加密单元加密后的数据存储。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述微控制器还用于接收服务器发送的远程升级指令，根据所述远程升级指令升级所述智能数据采集器。

4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述微控制器还包括登录认证单元，用于在登录服务器时进行身份认证，身份认证通过则接入所述服务器进行通信。

5.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述微控制器还包括数据导出单元和USB串口通信单元

所述数据导出单元，用于将所述智能数据采集器采集的数据通过USB串口导出来；

所述USB串口通信单元，用于实现智能数据采集器和数据导出设备之间的USB串口通信。

6.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述微控制器还包括电源稳压单元和备用电池电路

所述电源稳压单元，用于将输入5V以上的直流电压转换为5V的直流电压，并对所述5V的直流电压进行稳压滤波得到3.3V的工作电压；

所述备用电池电路，用于在给所述智能数据采集器供电的外部电源断电时给所述智能数据采集器进行供电。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述智能数据采集器还包括硬件看门狗单元，用于监控所述电源稳压单元的电源电压、所述备用电池电路的电池故障、所述微处理器或所述微控制器的工作状态，监控到所述电源电压超出范围或所述电池故障或所述微处理器的工作状态异常或所述微控制器的工作状态异常时，发出预警信号。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述智能数据采集器包括在线采集工作方式和离线采集工作方式。

9.一种智能数据采集方法，其特征在于，所述方法包括：

对智能数据采集器的参数和仪表设备的参数进行参数配置；

所述智能数据采集器向服务器发送登录验证的请求，验证所述服务器是否允许接入所述智能数据采集器；

当所述服务器允许所述智能数据采集器接入时，获取所述智能数据采集器采集的数据，并存储；

将所述存储的数据发送给客户端，由客户端进行数据展示。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述智能数据采集器检测所述仪表设备是否出现故障；

当检测出故障时，记录故障信息并及时上报给所述服务器。