CN101977237B - 可配置无线应用设计开发方法 - Google Patents
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Abstract
一种可配置无线应用设计开发方法，步骤包括：1）由用户在作为终端设备的PC上建立方案并进行描述，再把方案上传到服务器中，存储在服务器的数据库中；2）服务器根据方案进行硬件配置，得到配置文件；同时，如果所述方案中涉及硬件平台上报的数据，则服务器还对方案进行特性管理；3）从服务器中下载配置文件至相应的硬件平台；4）硬件平台读取配置信息，通过外部接口，按照方案对连接到外部接口的设备进行控制。本发明的主要特点是：通用性、实用性、易用性。
Description
技术领域
本发明涉及到工业控制领域，具体来讲，是一个可配置无线应用设计开发方法。
背景技术
物联网通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。这种自1999年前后提出的技术，分为感知层、网络层和应用层三个层次，依托感知层的各种传感设备和网络层的可靠数据传输，通过相应的数据处理方式，实现预定的功能。
目前，围绕物联网的应用很多，如上海的浦东机场就是一个典型的例子。它通过各种传感设备组成传感网络，24小时监测机场外围状况，对各种入侵行为进行及时响应，对于各种违规行为可以达到感知目标是什么、在哪里、做什么的效果。但是物联网的相关应用大多都具有很高的行业性，是根据特定的应用场景构建系统，缺少灵活性和通用性。且价格一般较高。
上述技术方案都没有提到可配置的系统模式，即根据不同的应用场景通过对硬件平台的配置，配合外围硬件电路和软件平台实现预定方案的功能，例如家庭防盗、智能远传水表、粮仓的监控。对于这些应用，若采用传统的方式（例如对于每个应用场景进行单独的开发），成本和人力物力的损耗必然增大。
发明内容
本发明的目的是，根据各种应用场景，通过对外围设备和硬件平台的配置，提出一种通用、实用和易用的可配置无线应用设计开发方法。
一种可配置无线应用设计开发方法，本方法所基于的系统架构包括：硬件平台和服务器，它们都通过公用无线通信网络连接互联网；所述硬件平台采集外部设备的信息，并上报给服务器，同时接收来自服务器的配置信息，并依此通过外部接口对外部设备进行控制；所述服务器存储用户信息，解析来自硬件平台的数据，并对硬件平台进行无线配置；
本方法的步骤包括：
1）由用户在作为终端设备的PC上建立方案并进行描述，再把方案上传到服务器中，存储在服务器的数据库中；
2）服务器根据方案进行硬件配置，得到配置文件；同时，如果所述方案中涉及硬件平台上报的数据，则服务器还对方案进行特性管理；
3）从服务器中下载配置文件至相应的硬件平台；
4）硬件平台读取配置信息，通过外部接口，按照方案对连接到外部接口的设备进行控制。
所述公用无线通信网络包括GPRS或CDMA。
所述硬件平台设有多个，每一个硬件平台均有唯一的序列号。
所述硬件平台包括单片机、外围接口和通信模块，所述单片机与外围接口和通信模块连接；所述外围接口用于与外部设备连接；所述通信模块用于与服务器通信。
所述步骤4）中，硬件平台一旦监听到服务器端有更新配置的信息，就下载配置文件；下载配置文件的方式分为无线方式和串口方式。
对于无线方式，所述通信模块包括GPRS/CDMA模块，GPRS/CDMA模块通过通信接口与单片机通信；本方式用于远程更新硬件平台配置。
对于串口方式，所述通信模块包括串行通信模块，串行通信模块通过通信接口与单片机通信；通过RS232或其他串行端口与计算机连接。利用客户端软件将初始配置信息写入硬件平台或更新其中配置。配置完成后，可断开连接。硬件平台按设定配置进行工作。所述硬件平台设有独立电源，为硬件平台供电。
所述硬件平台的工作模式包括在线和离线模式：
在线模式下，是用户终端通过服务器实时控制硬件平台外部接口状态，步骤包括：
1）服务器在配置文件中，对外部接口的模拟接口设置输出电压，或使外部接口的数字接口输出高电平、低电平或方波信号；
2）确定后下载至硬件平台；
3）硬件平台监听到配置文件改变后，实时调整外部接口的输出状态。
所述步骤2）中，对于采集的数据进行特性管理是指，
对于外部接口中的数字接口的输入信息可配置：数字接口采集项名称、单位、正常值电平、正常电平名称和异常电平名称；
对于外部接口中的模拟接口输入信息可配置：模拟接口采集项名称，模拟量正常值范围、正常值名称和异常值名称。
终端设备通过服务器对于硬件平台采集的数据，进行显示，显示包括：最新数据信息、图表显示、报表显示和GIS显示。
所述终端设备还包括手机，所述手机通过服务器接收硬件平台采集的数据；在配置文件中设置硬件平台对应的手机号码；对于硬件平台，通过对数字端口的配置，将外部的电平触发信号作为触发的标志，硬件平台通过监测这种标志来连接预先设置的手机号码，通过手机的按键实现操作输出端口。
本发明的主要特点是：通用性、实用性、易用性。其有益效果有：
1、对于各种应用场景可以只更改相关的配置和外围模块，而无需花费额外的成本去重新开发硬件和软件。
2、对于硬件平台可以采用多种方式进行配置，如串口和无线方式进行配置。可以实现输出端口的在线配置。
3、硬件模块采用锂电池独立电源，容量为1800mAh,在线状态可工作50小时以上，如果间歇工作，可工作两个月左右。通过外围的电路配合充电设备如太阳能充电装置还可将工作方式延长。
4、对于采集数据，通过对特性管理界面的配置得到形象化的数据体现。根据采集数据和特性配置将数据以多种形式展现出来。
附图说明
图1是系统总框图
图2是软件平台框图
图3是网站系统页面图
图4是网站系统硬件配置界面可配置硬件资源图
图5是网站系统特性管理数字量配置界面
图6是网站系统特性管理模拟量配置界面
图7是网站系统中系统演示页面框图
图8是硬件平台框图
图9是硬件平台工作流程图
图10是系统使用流程图
图11是系统典型应用框图
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步阐述。
本方法是根据物联网的相关特点，依赖软件平台和硬件平台，其中硬件平台采用单片机对硬件平台的相关资源如外围输入输出、按键控制、定时触发等进行管理。通过连接各种外围传感设备和控制单元，实现外围各种参数的采集和控制单元的管理。
软件平台一方面可以通过无线或者串口的方式将相关的配置信息写入硬件平台，同时可以完成对硬件平台采集到的模拟和数字量的特性配置，简单来说就是将抽象的模拟和数字量通过相关参数的设置以可理解的形式展现出来。这种具体化的采集数据还可以进行多种方式的展现，如曲线报表等。
本发明中采用GPRS或CDMA的通信方式连接互联网，服务器端通过监听程序将硬件平台采集到的信息写入数据库或者将软件平台的配置信息通过无线的方式实时配置到硬件平台中。软件平台读取数据库信息进行显示和管理。通过这种方式将硬件平台和软件平台连接起来。同时因为通过对数字输入端口的配置，可以将外部的电平触发信号（如上跳、下跳）作为触发的标志，硬件平台通过监测这种标志来连接预先设置的手机号码，通过手机的按键可以实现远程操作输出端口，实现远程控制。这样就构成了以手机和电脑等智能设备作为终端，以互联网和相关无线传输服务作为数据通道，以硬件平台作为采集和控制平台的完整系统。
本发明的实现包括：
一、可配置硬件平台
其中可配置的资源包括：
a) 输入/输出端口设置
输入/输出端口为本系统平台的对外扩展接口，用户可以将相关外围模块连接到硬件平台。如温度采集模块，PH值检测模块，门控模块，烟雾传感模块等。其完成的主要功能为数据采集，异常监测，控制信号输出。
b) 在线离线模式设置
在线模式时系统可以实时地获取软件平台所产生的配置信息，一方面可以无线的对硬件平台资源进行配置，另一方面可以在线地配置硬件平台的输出端口。如数字口的0,1跳变，模拟口的电平变化（本系统目前的输出为0~3V）。具体应用如可以远程控制电闸、机床等。实现安全操作。
c) 按键控制设置
按键控制设置为满足触发条件时（配置的输入触发电平或者定时触发），用户通过设置手机按键的功能(共12个)，如家庭应用中，当有小偷闯入时，硬件根据输入触发电平的信号（通过外围模块送入），进行打电话的响应操作，此时用户可以通过手机的按键操作已经安装好的摄像头、报警装置等进行防范。防止财产的损失。
d) 电话设置
电话设置为触发条件满足执行打电话响应时，所拨打的手机号码。
e) 突发事件触发设置
此设置实际上为数字输入量的监控，即通过监测数字量输入信号的跳变代表触发标志。
f) 定时触发设置
定时触发设置，可以设置为每月，每日，每时，每分四种触发模式，并可设置准确时间。如设置每月触发，则可以为X日X时X分X秒。
g) 定时触发事件设置
此设置和定时触发设置相关，为定时触发后产生动作的描述，如上报数字采集信息和模拟采集信息。
二、基于可配置的硬件平台构建的软件系统
系统的软件平台大体可以分成三个部分：
a) 网站系统
网站系统包括管理员程序和用户系统。管理员系统用于对用户、方案、模块等信息进行管理。用户系统可以创建和修改方案信息，对模块的资源进行配置，对采集数据信息进行特性管理和对采集的信息进行展示。
b) 服务器端监听程序
服务器端监听程序主要用于解析模块发送信息，将采集信息插入数据库，将配置信息通过网络无线配置到硬件平台中。
c) 客户端串口配置工具
客户端串口工具可以读取网站程序生成的配置文件，并将其下载硬件模块当中。
参考图1，
1、硬件平台可以和服务器进行双向的通信，即可上报采集信息，也可接收配置信息。
2、终端设备包括手机和电脑通过各自网络和服务器进行通信。
3、服务器用来储用户信息，解析硬件平台发送数据，对硬件平台进行无线配置。
参考图2，
软件平台主要由网站平台、服务器端数据库、服务器端监听程序、客户端串口工具组成。构成B/S和C/S的混合架构。
参考图3
1.网站系统由管理员系统和用户系统两部分组成。
2.网站系统中用户系统中特性管理界面和系统演示界面为需要进行数据显示的使用。不一定每一方案都需要。
参考图4
1、开关即是指模拟或数字通道是否开通，当未开通时，通道不起作用。
2、触发事件设置包括是否发送短信、是否打电话、是否上报数据三种方式。三种方式各自不产生冲突。
3、定时触发无线通信设置是对定时事件触发时硬件平台所产生动作的设置。
参考图7
1、历史曲线、动态曲线、报表方式显示信息也包括最新数据中显示的信息。
2、其他方式是指例如利用图片或者动画来区别异常和正常情况、利用GIS方式显示信息等。
具体例子如下：
参考图10，由于系统的灵活性、普适性较强，所以对于各种应用环境来讲，一般只用了系统的一部分功能。
例一
应用本发明实现家庭防盗。
所需外围模块：监测小偷准备进入模块，监测小偷已进入模块，语音模块，摄像头模块。
实现功能：当小偷准备进入房间时，拨打主人电话，主人通过手机控制语音模块工作，播放预设警告音频。也可选择此时报警。当小偷进入房间后，拨打主人电话，主人通过手机控制摄像头模块进行拍摄。也可选择此时报警。
1. 建立方案
打开网站系统进入方案设置界面建立方案并进行简单描述，如本方案可以将方案名称写为家庭防盗，描述信息写为利用可配置无线应用设计开发系统进行家庭安全监控。
2. 配置硬件
根据方案所要实现的功能对如图4所示的硬件配置界面中所示硬件资源进行配置，使之可以配合外围电路共同完成预定的方案功能。对于每一个方案并不需要对所有硬件资源均进行配置。如本方案中可以配置开通2路数字量输入监测，一路监测小偷正准备进入信号，并使能打电话功能，一路监测小偷已进入信号，并使能打电话功能。配置按键设置。开通2个按键的功能（这里设置1和2），并将1键设置成数字口1高点平（假设语音模块需要高点平信号作为工作信号），将2键功能设置成数字口2低电平（假设摄像头模块需要低电平信号作为工作信号）。其他资源因为非方案需要，不必设置。
3. 下载配置信息
在网站系统上生成配置信息，将硬件平台通过串口线和计算机连接。利用客户端串口工具读取网站生成的配置文件并将其下载到硬件平台。下载完成后硬件平台即可按设定配置工作，无需更改硬件程序。
4. 安装硬件系统
将系统平台和外围模块进行连接和布设。
5. 测试
仿照小偷动作，进行系统测量。正常时工作状态为：当小偷企图进入时，触发监测小偷准备进入模块。硬件平台监测到此信号后，将产生打主人电话的动作。主人发现家中有人企图闯入后，接听电话后按1键，遥控语音模块工作。此时也可以报警。当小偷已经进入时，触发监测小偷已进入模块。硬件平台监测到此信号后，将产生打电话动作。主人发现家中有人闯入后，接听电话后按2键，遥控摄像头模块工作，实时拍摄小偷的动作。
6. 投入使用
测试效果无误后就可以投入使用了。
例二
应用本发明实现汽车防盗。
所需外围模块：监测小偷准备进入模块，监测小偷已进入模块，语音模块，摄像头模块，控制汽车熄火模块。
实现功能：当小偷企图盗窃时，打主人手机，主人通过手机控制语音模块，播放预设报警音频，小偷进入后，打主人手机，主人通过手机控制摄像头模块和控汽车熄火模块工作。硬件平台拨打主人号码后，主人可以进行报警。
建立方案
建立方案的过程同例一。
2. 硬件配置
由于和例一的相似性，所以对于方案一的设置可以直接借用，并增加一个按键的控制入按键3用来使能控制汽车熄火模块。
3. 下载配置信息
同例一
4. 安装硬件系统
同例一
5. 测试
测试系统是否工作正常。
6. 投入使用
同例一
例三
应用本发明实现河流污水的监控。
实现功能：利用相关水纹监测传感模块（如水温、PH值、含磷量等）对河流的污水状况进行24小时的监控，并实时采集河流水温数据。当数据异常时，可以同时上报数据和打电话到预设手机。用户可以通过电脑查看历史采集数据信息。同时，对于整条河道可以设置多点进行监测。解决河流污水取证难问题。
1． 建立方案
建立方案过程同例一。
2.1 配置硬件
对于本方案，因需要24小时进行采集。假设方案所需采集信息为每小时一次。则应设置网站系统硬件配置界面中的触发时间设置。如设置每小时的30分00秒进行触发。并设置定时触发动作为上报数据。并设置手机号码，用于在检测到异常数据时接收短信或者控制外围模块。
2.2 特性配置
对于需要上报数据的方案，需要在网站系统特性管理页面对数据进行描述。例如本方案中的PH值模拟信息通过模拟口采集并上报后，需要在如图6所示界面中进行相关特性的管理。如名称可以设置成PH监测点。因本发明模拟输入口电压范围为0~3V，假设PH值采集后除3作为模拟量数据输入硬件平台。则系数就应相应设置成3。这样就可以还原原始采集数据。单位因为PH无单位，可以为空。同时应设置模拟量的正常值范围并根据情况设置正常和异常值的名称。
3． 下载配置信息
同例一
4． 安装硬件系统
同例一
5． 测试
根据预设方案功能进行测试。
6． 投入使用
实现预设功能后可以投入使用。
例四
应用本发明实现矿井瓦斯浓度的监控。
实现功能：通过本系统接入外围瓦斯探测电路，每隔一定时间进行数据采集并传入数据库。监控人员可以通过连入网络实时查看近阶段矿井瓦斯含量的走势，并对超标数据设为红色，使矿井工作人员合理安排开采进度，防止事故发生，同时可以在检测到超标后，自动打开附加通风设施等防范手段，防止情况恶化，产生事故。
1. 建立方案
同例一。
2. 配置硬件
对于本方案，因需要对瓦斯含量实时进行监测。需要配置触发时间。过程同例三。
3. 特性配置
对于本方案，因用了上报数据的功能，需要在网站系统特性管理页面对采集数据进行描述。过程同例三相似。
4. 下载配置信息
同例一
5. 安装硬件系统
同例一
6. 测试
根据方案预定功能，测试是否符合要求。
7. 投入使用
如达到方案预设要求，则可投入使用。
Claims (6)
1.一种可配置无线应用设计开发方法，其特征是本方法所基于的系统架构包括：硬件平台和服务器，它们都通过公用无线通信网络连接互联网；所述硬件平台采集外部设备的信息，并上报给服务器，同时接收来自服务器的配置信息，并依此通过外部接口对外部设备进行控制；所述服务器存储用户信息，解析来自硬件平台的数据，并对硬件平台进行无线配置；
本方法的步骤包括：
1）由用户在作为终端设备的PC上建立方案并进行描述，再把方案上传到服务器中，存储在服务器的数据库中；
2）服务器根据方案进行硬件配置，得到配置文件；同时，如果所述方案中涉及硬件平台上报的数据，则服务器还对方案进行特性管理；
所述步骤2）中，对于方案进行特性管理是指，
对于外部接口中的数字接口的输入信息配置：数字接口采集项名称、单位、正常值电平、正常电平名称和异常电平名称；
对于外部接口中的模拟接口输入信息配置：模拟接口采集项名称，模拟量正常值范围、正常值名称和异常值名称；
3）从服务器中下载配置文件至相应的硬件平台；
4）硬件平台读取配置信息，通过外部接口，按照方案对连接到外部接口的设备进行控制；
所述步骤4）中，硬件平台一旦监听到服务器端有更新配置的信息，就下载配置文件；下载配置文件的方式分为无线方式和串口方式；
对于无线方式，通信模块包括GPRS/CDMA模块，GPRS/CDMA模块通过通信接口与单片机通信；用于远程更新硬件平台配置；
对于串口方式，所述通信模块包括串行通信模块，串行通信模块通过通信接口与单片机通信；步骤是，先通过串行端口与计算机连接；将初始配置信息写入硬件平台或更新其中配置；配置完成后，断开连接；硬件平台按设定配置进行工作；所述硬件平台设有独立电源，为硬件平台供电；
所述硬件平台的工作模式包括在线和离线模式：
在线模式下，是用户终端通过服务器实时控制硬件平台外部接口状态，步骤包括：
a）服务器在配置文件中，对外部接口的模拟接口设置输出电压，或使外部接口的数字接口输出高电平、低电平或方波信号；
b）确定后下载至硬件平台；
c）硬件平台监听到配置文件改变后，实时调整外部接口的输出状态。
2.根据权利要求1所述的可配置无线应用设计开发方法，其特征是所述公用无线通信网络包括GPRS或CDMA。
3.根据权利要求1所述的可配置无线应用设计开发方法，其特征是所述硬件平台设有多个，每一个硬件平台均有唯一的序列号。
4.根据权利要求1所述的可配置无线应用设计开发方法，其特征是所述硬件平台包括单片机、外部接口和通信模块，所述单片机与外部接口和通信模块连接；所述外部接口用于与外部设备连接；所述通信模块用于与服务器通信。
5.根据权利要求1所述的可配置无线应用设计开发方法，其特征是终端设备通过服务器对于硬件平台采集的数据，进行显示，显示包括：最新数据信息、图表显示、报表显示和GIS显示。
6.根据权利要求1所述的可配置无线应用设计开发方法，其特征是所述终端设备还包括手机，所述手机通过服务器接收硬件平台采集的数据；
在配置文件中设置硬件平台对应的手机号码；对于硬件平台，通过对数字端口的配置，将外部的电平触发信号作为触发的标志，硬件平台通过监测这种标志来连接预先设置的手机号码，通过手机的按键实现操作输出端口。
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2010
- 2010-11-10 CN CN201010538545XA patent/CN101977237B/zh active Active
Patent Citations (5)
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